煤矿井下钻机施工过程中多工序自动执行方法技术

本发明专利技术公开了一种煤矿井下钻机施工过程中多工序自动执行方法：步骤1：描述钻机施工过程中六个工序：调方位角、调倾角、给进起拔、正转反转、主夹夹松和卸夹夹松；步骤2：对各工序所需设备分为三种设备类，进行属性提取后融合，得到各工序融合后的感知属性、控制属性和执行属性；步骤3：当工序执行完毕时计算下一工序的期望感知属性；步骤4：对单工序执行过程采用增量式PID控制算法进行反馈控制；步骤5：进行钻机施工过程的多工序自动执行过程。本发明专利技术的方法使得钻机施工过程由人工转换为自动控制，实现了多工序自动执行的连续性与可靠性，不仅降低了井下施工过程的安全风险，且提升了工作效率，进一步提高了煤矿井下钻机智能化水平。平。平。

【技术实现步骤摘要】
煤矿井下钻机施工过程中多工序自动执行方法


[0001]本专利技术属于煤矿装备自动化领域，具体涉及一种煤矿井下钻机施工过程中多工序自动执行方法。

技术介绍

[0002]煤炭装备的智能化是近年来煤炭制造行业发展的主要方向，利用智能化装备不仅能极大降低工人的工作强度，还可以有效实现减人增效的目的。智能化装备将引领煤炭行业实现高质量发展，代表着煤炭行业装备发展的新方向。
[0003]煤矿井下钻机的智能化必然需要配备具有自我决策和执行功能的控制系统，具体而言，该类控制系统能实现钻机工序的自动执行功能，近来年，针对煤矿井下钻机工序智能控制的研究较少，因此如何实现多工序自动执行是研发智能化钻机所需解决的重要技术问题。
[0004]煤矿井下钻机的工序自动执行需解决钻机施工过程中工序的边界定义问题、单个工序的准确执行问题以及多工序的自动切换问题。上述问题中工序的边界定义是对钻机施工过程中操作的分类及量化过程，也是解决后续两个问题的基础。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种煤矿井下钻机施工过程中多工序自动执行方法，以解决本专利技术针对现有钻机施工过程中人工干涉较多、自动化程度较低的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案予以解决：
[0007]一种煤矿井下钻机施工过程中多工序自动执行方法，具体包括如下步骤：
[0008]步骤1：描述钻机施工过程中的六个工序：调方位角、调倾角、给进起拔、正转反转、主夹夹松和卸夹夹松，并采用L
ir/>代表第i个工序，i＝1,
…
,6；
[0009]步骤2：对步骤1的六个工序的执行过程进行分析，对各工序所需设备分为三种设备类，对三种设备类的设备集合进行模块化并进行属性提取后分别融合，得到各工序所属融合后的感知属性、控制属性和执行属性；
[0010]步骤3：对钻机施工过程中工序间切换机制进行分析，当工序L
i
执行完毕时，计算下一工序的期望感知属性；
[0011]步骤4：对单工序的准确执行过程进行分析，对单工序的执行过程采用增量式PID控制算法进行反馈控制；
[0012]步骤5：在给出钻机施工过程中工序描述、多工序的切换决策及单工序执行机制的基础上，进行钻机无人化施工过程的多工序自动执行过程。
[0013]进一步的，步骤1中，所述六个工序的描述具体如下：
[0014]调方位角：通过液驱回转支撑转动钻机主机实现钻孔方位调节，方位角调节范围为
‑
90
°
～+90
°
；
[0015]调倾角：通过液驱回转支撑转动钻机主机实现调幅，倾角调节范围为0
°
～+60
°
；
[0016]给进起拔：通过驱动液压油缸实现钻机动力头向前推进或者向后移动的过程；
[0017]正转反转：通过液压马达带动主动钻杆顺时针转动或逆时针转动的过程；
[0018]主夹夹松，通过液压油缸控制夹持器中两片卡瓦开合的过程；
[0019]卸夹夹松：通过液压油缸控制卸扣设备动作的过程。
[0020]进一步的，步骤2具体包括以下子步骤：
[0021]步骤2.1：分析各工序实现过程所需的机械设备、液压设备和电控设备，对上述设备进行归类，得到各工序所属的感知设备类、控制设备类和执行设备类；
[0022]步骤2.2：对各工序所属的三种设备类的设备集合进行模块化并进行属性提取，具体是：罗列工序L
i
所属的三种设备类的设备集合构成对应的模块；并对上述设备集合进行属性提取，分别获取工序L
i
所属的感知模块、控制模块和执行模块的属性，其中，感知模块的属性为传感器采集的数据集；控制模块的属性为控制算法的描述；执行模块的属性为工序的执行指令描述；
[0023]步骤2.3：对提取到的各工序的三类模块的属性进行融合分析，具体是：对工序L
i
所属的每种模块的属性分别进行融合，得到工序L
i
所属融合后的感知属性O
i
、控制属性G
i
和执行属性I
i
，其中，感知属性O
i
为融合后的传感数据集，控制属性G
i
为感知属性与执行属性间的关系描述，执行属性I
i
为对工序L
i
的融合后的执行指令。
[0024]进一步的，步骤2.1的操作如下：对各工序的实现过程所需的设备进行分析，将钻机电控系统的信息探针、液压传感器，以及位移、速度、接近开关这些其他传感器归类为感知设备类；将钻机PLC及嵌入式设备归类为控制设备类；将电磁阀、液压马达和其它执行元件归类于执行设备类。
[0025]进一步的，步骤3具体包括如下子步骤：
[0026]步骤3.1：对钻机当前工序的感知属性和下一步工序的期望感知属性范围进行模糊化，具体是：依据步骤1中对各工序的描述获得各工序感知属性的范围，定义当前工序的下一工序L
j
的期望感知属性范围为执行模糊化操作，模糊化操作的输入为当前工序L
i
的感知属性O
i
(t
k
‑1)及下一工序L
j
的期望感知属性的范围O
i
(t
k
‑1)经过模糊化操作获得一个模糊值o
i
，经过模糊化操作获得对应集合
[0027]步骤3.2：对切换过程进行评估获得对应的评估值，具体是：利用穷举法对组合进行罗列，得到n个组合；采用函数对上述组合分别进行评估获得所对应的评估值ρ
l
，最终得到ρ
i，j
＝{ρ1，...，ρ
n
}，其中，δ代表煤矿井下钻机的工作环境参数，评价函数E根据施工目标定义；
[0028]步骤3.3：获取下一工序L
j
的期望感知属性具体是：根据历史施工数据对当前钻进工况，从步骤3.2得到的ρ
i，j
中选择最优的评估值并由该最优值获得与之对应的组合将该组合作为最优策略将下一工序L
j
的最优评估值进行去模糊化，获得下一工序L
j
的期望感知属性值
[0029]进一步的，步骤4具体包括如下子步骤：
[0030]步骤4.1：对工序L
i
的执行时段[t
k
，t
k+1
]进行采样，设定采样周期为Δt＝(t
k+1
‑
t
k
)/m，在t
k
+μΔt采样时刻工序L
i
的相关属性包含感知属性O
i，μ
、执行属性I
i，μ
、期望感知属性其中，O
i，μ
的值来源于步骤4.1中采样操作，I
i，μ
的值中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿井下钻机施工过程中多工序自动执行方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤1：描述钻机施工过程中的六个工序：调方位角、调倾角、给进起拔、正转反转、主夹夹松和卸夹夹松，并采用L
i
代表第i个工序，i＝1,
…
,6；步骤2：对步骤1的六个工序的执行过程进行分析，对各工序所需设备分为三种设备类，对三种设备类的设备集合进行模块化并进行属性提取后分别融合，得到各工序所属融合后的感知属性、控制属性和执行属性；步骤3：对钻机施工过程中工序间切换机制进行分析，当工序L
i
执行完毕时，计算下一工序的期望感知属性；步骤4：对单工序的准确执行过程进行分析，对单工序的执行过程采用增量式PID控制算法进行反馈控制；步骤5：在给出钻机施工过程中工序描述、多工序的切换决策及单工序执行机制的基础上，进行钻机无人化施工过程的多工序自动执行过程。2.如权利要求1所述的煤矿井下钻机施工过程中多工序自动执行方法，其特征在于，步骤1中，所述六个工序的描述具体如下：调方位角：通过液驱回转支撑转动钻机主机实现钻孔方位调节，方位角调节范围为
‑
90
°
～+90
°
；调倾角：通过液驱回转支撑转动钻机主机实现调幅，倾角调节范围为0
°
～+60
°
；给进起拔：通过驱动液压油缸实现钻机动力头向前推进或者向后移动的过程；正转反转：通过液压马达带动主动钻杆顺时针转动或逆时针转动的过程；主夹夹松，通过液压油缸控制夹持器中两片卡瓦开合的过程；卸夹夹松：通过液压油缸控制卸扣设备动作的过程。3.如权利要求1所述的煤矿井下钻机施工过程中多工序自动执行方法，其特征在于，步骤2具体包括以下子步骤：步骤2.1：分析各工序实现过程所需的机械设备、液压设备和电控设备，对上述设备进行归类，得到各工序所属的感知设备类、控制设备类和执行设备类；步骤2.2：对各工序所属的三种设备类的设备集合进行模块化并进行属性提取，具体是：罗列工序L
i
所属的三种设备类的设备集合构成对应的模块；并对上述设备集合进行属性提取，分别获取工序L
i
所属的感知模块、控制模块和执行模块的属性，其中，感知模块的属性为传感器采集的数据集；控制模块的属性为控制算法的描述；执行模块的属性为工序的执行指令描述；步骤2.3：对提取到的各工序的三类模块的属性进行融合分析，具体是：对工序L
i
所属的每种模块的属性分别进行融合，得到工序L
i
所属融合后的感知属性O
i
、控制属性G
i
和执行属性I
i
，其中，感知属性O
i
为融合后的传感数据集，控制属性G
i
为感知属性与执行属性间的关系描述，执行属性I
i
为对工序L
i
的融合后的执行指令。4.如权利要求3所述的煤矿井下钻机施工过程中多工序自动执行方法，其特征在于，步骤2.1的操作如下：对各工序的实现过程所需的设备进行分析，将钻机电控系统的信息探针、液压传感器，以及位移、速度、接近开关这些其他传感器归类为感知设备类；将钻机PLC及嵌入式设备归类为控制设备类；将电磁阀、液压马达和其它执行元件归类于执行设备类。
5.如权利要求3所述的煤矿井下钻机施工过程中多工序自动执行方法，其特征在于，步骤3具体包括如下子步骤：步骤3.1：对钻机当前工序的感知属性和下一步工序的期望感知属性范围进行模糊化，具体是：依据步骤1中对各工序的描述获得各工序感知属性的范围，定义当前工序的下一工序L
j
的期望感知属性范围为执行模糊化操作，模糊化操作的输入为当前工序L
i
的感知属性O
i
(t
k
‑1)及下一工序L
j
的期望感知属性的范围O
i
(t
k
‑1)经过模糊化操作获得一个模糊值o
i
，经过模糊化操作获得对应集合步骤3.2：对切换过程进行评估获得对应的评估值，具体是：利用穷举法对组合进行罗列，得到n个组合；采用函数对上述组合分别进行评估获得所对应的评估值ρ
l
...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱钱祥，李坚，罗鹏平，娄凯，关志阳，邢望，李旺年，
申请(专利权)人：中煤科工西安研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：