综采工作面的仿真测试系统以及仿真测试方法技术方案

本申请公开了一种综采工作面的仿真测试系统以及方法。该系统包括：三维仿真模型构建模块用于构建井下工作面三维模型、巷道环境三维模型以及综采工作面装备的三维模型；数据发生模块用于根据综采工作面采集的综采工作面实体装备的历史数据，对综采工作面装备的三维模型进行模拟以生成综采工作面的工作状态；多个控制器；控制台用于向综采工作面装备的三维模型或综采工作面实体装备的控制器发送控制命令，其中控制台通过虚实切换组件建立与综采工作面装备的三维模型或综采工作面实体装备的控制器的控制连接；模拟盘模块根据控制台下发的控制命令对综采工作面实体装备进行模拟，并显示模拟反馈结果。本申请可以解决传统测试方法须依赖真机的问题。方法须依赖真机的问题。方法须依赖真机的问题。

【技术实现步骤摘要】
综采工作面的仿真测试系统以及仿真测试方法


[0001]本申请涉及综采工作面的仿真测试领域，尤其涉及一种综采工作面的仿真测试系统以及仿真测试方法。

技术介绍

[0002]目前煤矿智能化建设的高潮正在全面兴起，智能化开采逐步从基于可视化远程干预的半智能化模式向智能自适应控制模式转变。许多科研机构纷纷投入到综采工作面智能控制系统的建设中来，通过计算机科学、人工智能与采矿知识的融合，催生出工作面直线度控制、基于透明工作面的数字化割煤、支架与围岩自适应控制、综采设备健康状态评价等一系列新技术。新型智能自适应开采控制技术的落地应用前，均需要经过大量测试验证。然而，综采工作面是煤矿的核心生产场所，在工作面开展实验会严重影响矿井的生产，给煤矿企业造成严重的经济损失；此外综采工作面具有环境复杂、危险性大的特点，一般情况下非井下工作人员严禁进入工作面，研究人员很难在现场开展真实实验。目前，研究人员主要通过搭建设备仿真模型或者地面联机测试的方式对控制系统进行模拟测试。
[0003]但是，设备仿真模型往往不能与控制系统联动，只能通过人工操控的方式完成相应的设备动作，模拟采煤工艺过程，帮助计算机领域的研究人员了解控制对象，完成简单的单机控制效果验证；综采设备属于大型成套设备，体积庞大、价格昂贵，实验资源稀缺，研究人员往往只能通过借用煤矿企业新购设备进行地面联调测试，用真机进行破坏性的故障模拟实验就更不可能了。以上两种实物实验都是在脱离煤层赋存环境的情况下进行的，无法进行支护质量、采煤机割煤效果的验证；此外，不同的开采工艺、开采设备对应不同的控制方式，实验室很难搭建全部实物环境供研究人员实验。

技术实现思路

[0004]本申请的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。
[0005]为此，本申请的第一个目的在于提出一种综采工作面的仿真测试系统。该仿真测试系统解决了传统测试方法必须依赖真机的问题，可以实现对被测系统(即智能化综采工作面监控系统)进行闭环条件下的全面测试，同时，为智能开采技术的研发人员提供实验平台。
[0006]本申请的第二个目的在于提出一种综采工作面的仿真测试方法。
[0007]为达到上述目的，本申请第一方面实施例提出的综采工作面的仿真测试系统，包括：
[0008]三维仿真模型构建模块，用于构建井下工作面三维模型、巷道环境三维模型以及综采工作面装备的三维模型；
[0009]数据发生模块，用于在所述井下工作面三维模型和所述巷道环境三维模型下，根据综采工作面采集的综采工作面实体装备的历史数据，对所述综采工作面装备的三维模型进行模拟以生成综采工作面的工作状态；
[0010]多个控制器，每个控制器对应一个综采工作面实体装备；
[0011]控制台，用于向所述综采工作面装备的三维模型或综采工作面实体装备的控制器发送控制命令，其中，所述控制台通过虚实切换组件建立与所述综采工作面装备的三维模型或综采工作面实体装备的控制器的控制连接；
[0012]模拟盘模块，包括顺槽监控中心和所述综采工作面实体装备的通讯物理链路，所述通讯物理链路中的控制节点采用所述综采工作面实体装备的控制器，辅以电磁驱动器模拟设备动作；其中，所述模拟盘模块用于根据所述控制台下发的控制命令对所述综采工作面实体装备进行模拟，并显示模拟反馈结果。
[0013]本申请第二方面实施例提出的一种综采工作面的仿真测试方法，所述方法应用于综采工作面的仿真测试系统上，所述综采工作面的仿真测试系统包括
[0014]三维仿真模型构建模块、数据发生模块、多个控制器、控制台和模拟盘模块，其中，所述方法包括：
[0015]通过所述三维仿真模型构建模块构建井下工作面三维模型、巷道环境三维模型以及综采工作面装备的三维模型；
[0016]通过所述数据发生模块在所述井下工作面三维模型和所述巷道环境三维模型下，根据综采工作面采集的综采工作面实体装备的历史数据，对所述综采工作面装备的三维模型进行模拟以生成综采工作面的工作状态；
[0017]通过所述控制台向所述综采工作面装备的三维模型或综采工作面实体装备的控制器发送控制命令，其中，所述控制台通过虚实切换组件建立与所述综采工作面装备的三维模型或综采工作面实体装备的控制器的控制连接；
[0018]通过所述模拟盘模块根据所述控制台下发的控制命令对所述综采工作面实体装备进行模拟，并显示模拟反馈结果；其中，所述模拟盘模块，包括顺槽监控中心和所述综采工作面实体装备的通讯物理链路，所述通讯物理链路中的控制节点采用所述综采工作面实体装备的控制器，辅以电磁驱动器模拟设备动作。
[0019]根据本申请实施例的技术方案，提供了一套完整的、可配置的智能综采工作面控制系统测试环境，通过构建工作面三维实验环境、模拟综采设备的运行，验证综采工作面智能化控制系统对设备的控制效果，解决了传统测试方法必须依赖真机的问题。另外，本申请能够完成支架、采煤机、刮板、泵站等设备模型的仿真集成，同时还能完成各模块之间物理链路的模型集成。在真件不到位的情况下，能够模拟各被测系统控制单元的硬件环境。并且，本申请通过将控制链路的故障分析固化到软件中，通过可视化的方式提示测试人员定位故障点。同时每一个仿真节点可进行虚实切换。此外，本申请利用数字孪生技术，构建设备的数字孪生模型，解决了综采设备故障数据无法获取的问题。并且，本申请在三维仿真模型中，增加了地质信息行为、综采设备运行工艺行为、设备故障行为的模拟，通过对大数据的运用，周期性的调优仿真模型。此外，通过统一的测试管理平台，管理测试过程，实现被测系统与测试环境的交互。
[0020]本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
[0021]本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0022]图1是根据本申请一个实施例的综采工作面的仿真测试系统的结构示意图。
[0023]图2是根据本申请实施例的井下工作面整体三维模型的示例图。
[0024]图3是根据本申请实施例的测试平台内置综采装备自身物理运动特性及约束、装备间协同运动及约束关系的示例图。
[0025]图4是根据本申请实施例的综采工作面监控系统通讯拓扑图示意图。
[0026]图5是根据本申请一个具体实施例的综采工作面的仿真测试系统的结构示意图。
[0027]图6是根据本申请另一个具体实施例的综采工作面的仿真测试系统的结构示意图。
[0028]图7是根据本申请又一个具体实施例的综采工作面的仿真测试系统的结构示意图。
[0029]图8是根据本申请实施例的通过仿真测试系统控制整个仿真流程的示意图。
[0030]图9是根据本申请实施例的同时每一个仿真节点进行虚实切换的示例图。
[0031]图10是根据本申请一个实施例的综采工作面的仿真测试方法的流程图。
具体实施方式
[0032本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种综采工作面的仿真测试系统，其特征在于，包括：三维仿真模型构建模块，用于构建井下工作面三维模型、巷道环境三维模型以及综采工作面装备的三维模型；数据发生模块，用于在所述井下工作面三维模型和所述巷道环境三维模型下，根据综采工作面采集的综采工作面实体装备的历史数据，对所述综采工作面装备的三维模型进行模拟以生成综采工作面的工作状态；多个控制器，每个控制器对应一个综采工作面实体装备；控制台，用于向所述综采工作面装备的三维模型或综采工作面实体装备的控制器发送控制命令，其中，所述控制台通过虚实切换组件建立与所述综采工作面装备的三维模型或综采工作面实体装备的控制器的控制连接；模拟盘模块，包括顺槽监控中心和所述综采工作面实体装备的通讯物理链路，所述通讯物理链路中的控制节点采用所述综采工作面实体装备的控制器，辅以电磁驱动器模拟设备动作；其中，所述模拟盘模块用于根据所述控制台下发的控制命令对所述综采工作面实体装备进行模拟，并显示模拟反馈结果。2.如权利要求1所述的综采工作面的仿真测试系统，其特征在于，还包括：控制链路故障诊断专家模块，用于对所述综采工作面实体装备的通讯物理链路的故障进行诊断。3.如权利要求2所述的综采工作面的仿真测试系统，其特征在于，还包括：显示模块，用于显示所述数据发生模块生成的所述综采工作面的工作状态，并对所述控制链路故障诊断专家模块诊断的故障节点进行显示。4.如权利要求1所述的综采工作面的仿真测试系统，其特征在于，还包括：数字孪生模型创建模块，用于创建综采工作面实体装备的数字孪生模型，并对所述数字孪生模型进行调优以匹配测量数据，并将故障组件的行为添加至所述数字孪生模型中，使用机器学习创建故障生成算法。5.如权利要求1所述的综采工作面的仿真测试系统，其特征在于，还包括：数字仿真模型搭建模块，用于搭建环境信息流模型、工艺控制信息流模型、设备状态信息流模型和采动信息流模型；仿真模块，用于根据所述环境信息流模型、工艺控制信息流模型、设备状态信息流模型和采动信...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩秀琪，李森，李俊士，张学亮，姜春阳，刘清，
申请(专利权)人：北京煤科天玛自动化科技有限公司，
类型：发明
国别省市：