本发明专利技术公开了一种基于虚实映射的掘进机监测与控制系统及方法，涉及工矿装备自动化与智能化领域；所述掘进机监测与控制系统，具体包括：掘进机实体、掘进机虚拟模型和监测与控制系统；监测与控制系统其中包括设置模块、监测模块与控制模块；本发明专利技术基于数据采集卡与掘进机PLC将工作参数进行监测，以实现多类型信号源的数据采集；基于数字孪生技术将所述掘进机与其虚拟模型进行通信连接，以实现所述掘进机与虚拟模型虚实映射的数字孪生技术应用；通过数字孪生技术进行虚实映射，解决了现有数据采集集成度与工作过程可视化程度低的问题，能够实现掘进机工作状态可视化，实时反映真实的工作状态。
1、在矿山机械行业中，截割岩石多涉及易燃、易爆、有毒环境，与其他行业相比，更加重视人员安全与设备运行状态，一旦发生故障，容易导致极其恶劣的影响。若进行传统的有线监测，需要耗费大量的人力物力成本，传统的状态监测与诊断技术不仅存在功能单一、诊断方法种类少等问题，还依赖于人工的经验知识储备，一套监测设备需要配备较高层次的监测人员。
2、数字孪生是一种能够实现物理世界与信息世界交互与融合的技术手段，具有多物理量、多尺度、多学科的属性，能够将物理对象全生命周期的数据实时同步至虚拟模型，实现虚拟模型与物理对象的虚实映射。目前已经通过将物理车间、虚拟车间、车间服务系统、孪生技术进行融合应用，实现了生产车间的虚实映射，实现了生产过程的可视化。nx mcd仿真软件主要用于机械零件和组件的运动行为仿真模拟，实现在虚拟环境下对机构的评估。该软件是由德国西门子股份公司基于“数字双胞胎”理念设计的一个重要的工程数字化工具。nx mcd能够实现跨学科的融合设计，在设计流程中采用并行与联合仿真技术，能够加快产品开发与设计进程，缩短产品上市时间，降低人力物力成本。
3、但是目前数字孪生的实现仍然存在许多问题，例如在虚拟环境中映射物理对象的行为时缺乏逻辑真实性，导致在仿真时虚拟模型不能对物理对象进行虚实映射，掘进机在进行截割工作时需要采集的数据众多，集成度较低，操作繁琐。
>1、针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于虚实映射的掘进机监测与控制系统及方法，以解决现有掘进机掘进截割过程中可视化程度低，无法集成控制、监测、存储工作参数的功能，造成监测与控制工作复杂性高的问题。2、一种基于虚实映射的掘进机监测与控制系统，具体包括：掘进机实体、掘进机虚拟模型和监测与控制系统；
3、所述掘进机实体包括悬臂式掘进机和截割对象，并且在现有悬臂式掘进机结构基础上，针对截割过程，在夹持石块的架子增加设置三向力传感器，以及在掘进机上增加设置温度传感器；
4、所述掘进机虚拟模型包括：掘进机实体虚拟模型、截割对象虚拟模型；具体为：使用现有三维建模软件对掘进机实体和截割对象进行虚拟模型的建立，将掘进机实体和截割对象按原比例映射到电脑端进行可视化显示；
5、然后在截割对象虚拟模型、掘进机实体虚拟模型之间建立映射控制动作逻辑，通过外部信号配置，使虚拟模型和掘进机实体两者同步动作，完成虚拟环境的搭建；
6、所述监测与控制系统，用于监测、显示并存储掘进机工作参数，以及控制掘进机实体与其虚拟模型进行同步动作；具体包括：设置模块、监测模块、控制模块；
7、所述设置模块，用于对使用的数据采集卡的基础参数进行初始化定义设置；具体使用modbus协议与数据采集卡建立通信，根据参数设置需求对数据采集卡寄存器值进行改写以实现初始化定义；
8、所述监测模块，包含采集、显示与存储三个功能，用于监测、显示并存储掘进机工作过程中工作参数；所述工作参数包含监测对象参数和控制对象参数；
9、所述监测对象参数根据掘进机实体新增传感器，并基于数据采集卡和掘进机plc通过modbus协议建立通信实时反馈模拟量信号，加上控制对象参数得到；
10、所述监测对象具体包括：掘进机截割转速、截割扭矩、截割三向力、截割温度、液压回路油温和油压、掘进机当前位置的参数；
11、所述控制对象参数由不包含新增传感器的掘进机实体使用opc协议与plc建立通信采集的液压信号得到；
12、所述控制对象包括掘进机的主压力泵、马达泵、过滤泵、流量泵、截割头、摇臂上下转动、摇臂左右转动、工作平台前后移动的动作；
13、所述控制模块，基于掘进机自身控制器plc对所述掘进机实体与虚拟模型进行映射控制动作逻辑；具体对掘进机实体虚拟模型与截割对象虚拟模型使用机电一体化仿真软件进行控制设计，设定控制信号使虚拟模型与掘进机实体plc间通过opc协议进行通信连接，达到在控制掘进机实体动作的同时也能控制虚拟模型同步动作；
14、一种基于虚实映射的掘进机监测与控制方法，基于上述一种基于虚实映射的掘进机监测与控制系统实现，具体包括以下步骤：
15、步骤1：使用labview对掘进机监测与控制系统各个模块的显示界面进行设计；
16、对设置模块、监测模块、控制模块的界面使用labview进行界面优化设计，具体为：对设置模块的端口名称、量程上下限的输入、各通道模式的选择、存储路径使用端口控件、字符串控件、复选框控件进行设计；对监测模块的功能按钮、采集到的工作参数、掘进机实体虚拟模型使用分隔栏控件、布尔按钮控件、仪表显示控件、图片控件进行可视化设计，使得监测界面简洁美观；对控制模块的掘进机实体启停按钮、控制工作参数的输入、反馈的液压信号使用布尔按钮控件、字符串控件进行可视化设计；
17、步骤2：利用设置模块对数据采集卡进行初始化定义设置；
18、所述数据采集卡使用前利用设置模块对其基础参数进行初始化定义，具体为：基于modbus协议与数据采集卡建立通信，根据参数设置的需求对数据采集卡寄存器值进行改写以实现初始化定义；
19、步骤3：基于对数据采集卡的初始设置，利用监测模块采集、监测与存储监测掘进机工作参数；
20、所述工作参数包含监测对象参数和控制对象参数；
21、所述监测对象参数包括模拟量信号和控制对象参数；所述模拟量信号通过使用modbus协议与数据采集卡建立通信，采集新增传感器的模拟量信号获得；
22、所述控制对象参数通过掘进机自身plc通过使用opc协议从液压回路反馈到监测与控制系统端，获得液压信号得到；
23、通过labview进行设计，将所述监测对象参数和控制对象参数进行集成，以在监测模块集成显示并存储监测对象参数和控制对象参数；
24、步骤4：利用控制模块控制掘进机的控制参数；
25、对控制对象通过opc协议与虚拟模型进行同步控制设计，实现虚拟模型与掘进机plc通讯连接，达到控制同步动作；具体控制对象为：进机的主压力泵、马达泵、过滤泵、流量泵、截割头、摇臂上下转动、摇臂左右转动、工作平台前后移动的动作；
26、步骤5：使用现有三维建模软件，对掘进机实体、截割对象进行虚拟建模，以获得掘进机实体虚拟模型和截割对象的虚拟模型；
27、步骤6：对截割对象虚拟模型、掘进机实体虚拟模型之间建立截割动作逻辑，完成虚拟环境的搭建；具体动作逻辑为满足在虚拟环境中能进行与现实环境相同的切割的动作，即掘进机截割过程映射到虚拟模型的的动作逻辑；
28、在步骤5完成掘进机实体与截割对象的虚拟建模后，使用机电一体化仿真软件进行截割动作逻辑的设计；所述截割动作逻辑具体包括：使用机电一体化仿真软件，对掘进机实体虚拟模型与截割对象本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于虚实映射的掘进机监测与控制系统，其特征在于，具体包括：掘进机实体、掘进机虚拟模型和监测与控制系统；
2.根据权利要求1所述的一种基于虚实映射的掘进机监测与控制系统，其特征在于，所述设置模块，用于对使用的数据采集卡的基础参数进行初始化定义设置；具体使用Modbus协议与数据采集卡建立通信，根据参数设置需求对数据采集卡寄存器值进行改写以实现初始化定义。
3.根据权利要求1所述的一种基于虚实映射的掘进机监测与控制系统，其特征在于，所述监测模块，包含采集、显示与存储三个功能，用于监测、显示并存储掘进机工作过程中工作参数；所述工作参数包含监测对象参数和控制对象参数；
4.根据权利要求1所述的一种基于虚实映射的掘进机监测与控制系统，其特征在于，所述控制模块，基于掘进机自身控制器PLC对所述掘进机实体与虚拟模型进行映射控制动作逻辑；具体对掘进机实体虚拟模型与截割对象虚拟模型使用机电一体化仿真软件进行控制设计，设定控制信号使虚拟模型与掘进机实体PLC间通过OPC协议进行通信连接，达到在控制掘进机实体动作的同时也能控制虚拟模型同步动作。
5.一种基于虚实映射的掘进机监测与控制方法，基于权利要求1一种基于虚实映射的掘进机监测与控制系统实现，其特征在于，具体包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种基于虚实映射的掘进机监测与控制方法，其特征在于，步骤1对掘进机监测与控制系统各个模块的显示界面进行设计，具体为：
7.根据权利要求5所述的一种基于虚实映射的掘进机监测与控制方法，其特征在于，步骤2所述数据采集卡使用前利用设置模块对其基础参数进行初始化定义，具体为：基于Modbus协议与数据采集卡建立通信，根据参数设置的需求对数据采集卡寄存器值进行改写以实现初始化定义。
8.根据权利要求5所述的一种基于虚实映射的掘进机监测与控制方法，其特征在于，步骤3所述工作参数包含监测对象参数和控制对象参数；
9.根据权利要求5所述的一种基于虚实映射的掘进机监测与控制方法，其特征在于，步骤6具体为：
10.根据权利要求5所述的一种基于虚实映射的掘进机监测与控制方法，其特征在于，步骤7具体为：
...
【技术特征摘要】
1.一种基于虚实映射的掘进机监测与控制系统，其特征在于，具体包括：掘进机实体、掘进机虚拟模型和监测与控制系统；
2.根据权利要求1所述的一种基于虚实映射的掘进机监测与控制系统，其特征在于，所述设置模块，用于对使用的数据采集卡的基础参数进行初始化定义设置；具体使用modbus协议与数据采集卡建立通信，根据参数设置需求对数据采集卡寄存器值进行改写以实现初始化定义。
3.根据权利要求1所述的一种基于虚实映射的掘进机监测与控制系统，其特征在于，所述监测模块，包含采集、显示与存储三个功能，用于监测、显示并存储掘进机工作过程中工作参数；所述工作参数包含监测对象参数和控制对象参数；
4.根据权利要求1所述的一种基于虚实映射的掘进机监测与控制系统，其特征在于，所述控制模块，基于掘进机自身控制器plc对所述掘进机实体与虚拟模型进行映射控制动作逻辑；具体对掘进机实体虚拟模型与截割对象虚拟模型使用机电一体化仿真软件进行控制设计，设定控制信号使虚拟模型与掘进机实体plc间通过opc协议进行通信连接，达到在控制掘进机实体动作的...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭辰光，范建成，岳海涛，李强，戴卫兵，张建卓，陈策，万传旭，郭昊，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。