薄煤层工作面采煤机遥控装置.pdf

一种薄煤层工作面采煤机遥控装置，由无线电遥控发射机和接收机、采煤机控制中心、分段切换控制电路组成。该控制电路由检测采煤机所处工作面分段位置的定位装置、采煤机控制中心、信号转换电路、切换控制电路组成。定位装置输出的位置信号经控制中心处理输出分段编码信号，经信号转换电路送接收机的切换控制电路控制载频或通道的切换。各发射机载频不同，与设定的分段对应，与接收机可切换接收对应。当采煤机越过分段点进入某一分段时，接收机自动切换接收，只接收设定于该分段发射机的控制指令，可减少操控人员跟机匍匐爬行、减轻劳动强度、实现安全高效。人机对话界面设定分段灵活方便、定位准确，特别适合薄煤层采煤机遥控，也适用中厚和厚煤层。

权利要求书
1.  一种薄煤层工作面采煤机遥控装置，包括无线电遥控发射机、无线电遥控接收机、采煤机控制中心，其特征在于：具有分段切换控制电路；该电路包括检测采煤机所处工作面分段位置的定位装置、所说的采煤机控制中心、信号转换电路、切换控制电路；定位装置输出端与采煤机控制中心的采煤机位置分段信号输入端连接，采煤机控制中心的发送采煤机位置分段编码信号的输出端，经信号转换电路，与控制接收机的谐振回路或其元件切换、或者控制多通道接收机通道切换的切换控制电路相连接；
或者，定位装置通过专设的信号处理单元，由其输出采煤机位置分段编码信号的输出端，与控制接收机的谐振回路或其元件切换、或者控制通道切换的切换控制电路相连接；
所说的无线电遥控发射机是多部载频不同的发射机，不同发射机的载频分别与工作面各分段相对应；
所说的无线电遥控接收机是可切换载频的接收机、或者可切换通道的多通道接收机；无线电遥控接收机可切换的载频、或者可切换通道的载频，与各无线电遥控发射机的载频一一对应；
当随采煤机行走、越过分段点进入工作面某一分段时，无线电遥控接收机的载频切换为与该分段对应的预定载频；对于多通道接收机，随通道的切换、通道载频换为与该分段对应的预定载频；此时，接收机的载频或通道载频与设定于该分段的发射机的载频相同。

2.  根据权利要求1所述的薄煤层工作面采煤机遥控装置，其特征在于：所说的采煤机控制中心是PLC；PLC的人机对话装置为工作面分段参数的输入装置；PLC输出采煤机位置分段编码信号的输出端，经信号转换电路，与控制接收机切换接收载频或通道的分段控制信号输入端连接。

3.  根据权利要求1所述的薄煤层工作面采煤机遥控装置，其特征在于：所说的采煤机控制中心是工控机；工控机的人机对话装置为工作面分段参数的输入装置；工控机输出采煤机位置分段编码信号的输出端，经信号转换电路，与控制接收机切换接收载频或通道的分段控制信号输入端连接。

4.  根据权利要求2或3所述的薄煤层工作面采煤机遥控方法，其特征在于：所说的信号转换电路是解码电路，该电路是将PLC或工控机输出的并行分段编码信号转换成多路输出控制信号的解码器。

5.  根据权利要求2或3所述的薄煤层工作面采煤机遥控装置，其特征在于：所说的信号转换电路包括编码电路和解码电路；将PLC或工控机输出的两组并行位置分段编码信号转换成串行位置分段编码信号的编码电路，其输入端与PLC或工控机发送采煤机位置分段编码信号的输出端相连接，其输出端与解码电路的输入端相连接；
将串行位置分段编码信号转换成控制多路输出切换的控制信号的解码电路，其输入端与编码电路的串行位置分段编码信号输出端连接，其输出端与控制多路输出切换载频或通道的控制电路的信号输入端相连接。

6.  根据权利要求5所述的薄煤层工作面采煤机遥控装置，其特征在于：所说的编码电路是电控箱内由单片机(IC2)构成的、将PLC或工控机输出的两组并行位置分段编码信号转换成一路串行分段编码信号的转换控制器(A2)；
所说的解码电路是将转换控制器(A2)发出的串行位置分段编码信号转换成多路输出控制信号的、由无线电遥控接收机内的单片机(IC1)构成的电路。

7.  根据权利要求1所述的薄煤层工作面采煤机遥控装置，其特征在于：所说的定位装置是装在采煤机牵引部输出轴上的防爆型空心轴光电编码器。

8.  根据权利要求1所述的薄煤层工作面采煤机遥控装置，其特征在于：所说的定位装置是红外线采煤机位置传感装置。

9.  根据权利要求1所述的薄煤层工作面采煤机遥控装置，其特征在于：所说的可切换主振频率的接收机，有多个可切换主振频率的谐振回路元件、不同频率的晶振；控制谐振回路不同晶振切换的切换控制电路是：解码电路的多路输出控制端各接一个继电器，这些继电器的接点分别与各晶振对应串联后、与高频接收板(A1)主振谐振电路相连接。

10.  根据权利要求9所述的薄煤层工作面采煤机遥控装置，其特征在于：所说的接收机可切换主振频率为八个；作解码电路的单片机(IC1)的输出控制端数、继电器(J1～J8)个数、继电器接点(J1-1～J8-1)组数、晶振(X1～X8)个数均为八个；无线电发射机为八组，每组两部、左右滚筒各一部，在同一分段。

11.  根据权利要求1所述的薄煤层工作面采煤机遥控装置，其特征在于：所说的无线电遥控接收机为八通道接收机；所说的采煤机控制中心是PLC，PLC输出三位并行分段编码信号三个输出端，经三/八解码器接单片机，单片机的八个输出端接遥控接收机的八通道切换控制端；无线电发射机为八组，每组两部、在一个分段。

12.  根据权利要求1所述的薄煤层工作面采煤机遥控装置，其特征在于：所说的信号处理单元包括计数模块和单片机；计数模块的输入端与定位装置轴编码器的输出端连接，其输出端与单片机输入端连接，单片机的输出端与接收机的采煤机位置分段编码信号输入端相连接。

说明书薄煤层工作面采煤机遥控装置
技术领域
本实用新型涉及煤矿综采工作面采煤机无线电遥控技术，特别是一种适合薄煤层综采工作面采煤机遥控用的薄煤层工作面采煤机遥控装置。
背景技术
薄煤层综采工作面因其采高小、配套设备多、过人空间小，人在回采工作面行走困难常需要爬行。虽然采煤机无线电遥控已是成熟技术，可以离机操作，但对于薄煤层工作面，仍需要长距离跟机匍匐爬行，工作很辛苦也不安全。本着以人为本理念解决薄煤层工作面采煤机遥控存在的问题很有必要。
发明内容
为了解决薄煤层工作面采煤机遥控需要长距离匍俯爬行、劳动强度大、不安全的不足，本实用新型提供一种薄煤层工作面采煤机遥控装置，可以减少跟机匍匐爬行距离、减轻工人劳动强度、实现安全高效。
本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
薄煤层工作面采煤机遥控装置，由无线电遥控发射机、无线电遥控接收机、采煤机控制中心，以及分段切换控制电路组成。分段切换控制电路由检测采煤机所处工作面分段位置的定位装置、采煤机控制中心、信号转换电路、切换控制电路等组成。定位装置的输出端与采煤机控制中心的采煤机位置信号的输入端连接，采煤机控制中心发送采煤机位置分段编码信号的输出端，经信号转换电路，与接收机控制的谐振回路或其元件切换、或者控制多通道接收机通道切换的切换控制电路连接。
或者，定位装置通过专设的信号处理单元，由其输出采煤机位置分段编码信号的输出端，与接收机控制的谐振回路或其元件切换、或者控制多通道接收机通道切换的切换控制电路连接。
无线电遥控发射机采用多部载频不同的发射机，不同发射机的载频分别与工作面各分段相对应。
无线电遥控接收机采用可切换载频的接收机、或者可切换通道的多通道接收机。无线电遥控接收机可切换的载频、或者多通道接收机可切换通道的载频，与各无线电遥控发射机的载频一一对应。
当随采煤机行走、越过分段点进入工作面某一分段时，无线电遥控接收机的载频切换为与该分段相对应的预定载频；对于多通道接收机，随通道切换、通道载频换为与该分段对应的预定载频；此时，接收机的载频或通道载频与设定于该分段无线电发射机的载频相同。
本实用新型的有益效果是：
①可以减少操控人员在薄煤层工作面跟机匍匐爬行、减轻工人劳动强度、实现安全高效。
②空心轴光电编码器计数定位，分段定位准确，工作可靠。通过人机对话界面设定工作面分段数和分段点，分段灵活方便。利用PLC或工控机控制，自动切换接收不同分段的接收，采用编码串行通讯传输，控制可靠。
附图说明
图1是本实用新型薄煤层工作面采煤机遥控装置的组成方框图。
图2、3是采煤机遥控装置第一、二种实施方案的方框图。
图4是采煤机遥控装置第一种实施方案接收机及分段控制的电原理图。
图5、6是采煤机遥控装置第三、四种实施方案的方框图。
图7是采煤机遥控装置第三种实施方案接收机及分段控制的电原理图。
图中：BM1-空心轴光电编码器、PLC-可编程序控制器、A1-高频接收板、A2-转换控制器、IC1和IC2-单片机、RX1和RX2-无线电遥控接收机、BPS-本安电源、FPS-非本安电源、IPC-工控机、ACT-计数模块、AOUT-输出模块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
本实用新型薄煤层工作面采煤机遥控装置，是在由无线电遥控发射机、无线电遥控接收机、采煤机控制中心组成采煤机遥控装置的基础上，增加分段切换的控制电路，实现采煤机自动分段遥控；即：根据需要将工作面沿面长分成若干段，并将分段参数输入到采煤机控制中心；增设定位装置，由定位装置将采煤机实际所处的位置信息实时提供并传到采煤机控制中心，由采煤机控制中心根据预先输入的分段参数和实时接收到的位置信息运算处理，输出采煤机位置分段编码信号，控制接收机接收的适时自动切换。
无线电遥控发射机采用多部载频不同的发射机，其载频分别与工作面各分段相对应。无线电遥控接收机采用可切换载频或通道的接收机，其可切换的载频或通道载频，与各发射机的载频一一对应。
随采煤机的行走、当采煤机越过分段点进入工作面某一分段时，无线电遥控接收机的载频或通道载频切换为设定于该分段发射机的载频；此时，接收机只接收设定于该分段的无线电发射机发出的控制采煤机的控制指令。
也可以专设一信号处理单元接收并处理定位装置提供的采煤机位置信息，输出采煤机位置分段编码信号，控制无线电遥控接收机接收的自动切换。
在图1中示出本实用新型薄煤层工作面采煤机遥控装置的组成、即自动分段遥控装置的组成。主要由无线电遥控发射机、无线电遥控接收机、采煤机控制中心、定位装置、信号转换电路、本安电源、非本安电源等组成。除了无线电遥控发射机为采煤机操控人员便携，其余部分为采煤机机载。
无线电遥控发射机用于发射采煤机的控制指令，两部为一组，举例为八组：发射机组1～8。每一发射机组的两部发射机分别控制采煤机的左、右滚筒。一个发射机组采用两部发射机并由两人分别操控，是因为在薄煤层工作面距离稍远采煤机左右滚筒的截割情况就不容易看清。
无线电遥控发射机可通过机内安装不同频率的晶振，使高频发射板获得不同的主振频率。八个发射机组用八个不同主振频率作载频。发射机也可采用无线数传模块，根据需要设定八个不同频点作信道载频；还可采用八个不同格式的编码进行发射，由接收机用对应的解码格式进行解码等。
无线电遥控接收机内有高频接收板、单片机等。接收1～接收8表示自动切换接收的个数为八个，可切换的接收可以是八个不同的载频、即主振频率或通道或频点，与八个发射机组的载频一一对应；也可以是切换八个不同的通道、或八个不同的解码格式、或八个不同的接收模块等。
实施例1：
在图2中示出本实用新型薄煤层工作面采煤机遥控装置、即自动分段遥控装置的第一种实施方案。其定位装置采用空心轴光电编码器，采煤机控制中心即采煤机主控单元，采用可编程序控制器，信号转换电路采用转换控制器。
无线电遥控接收机的主振1～8、即八个主振频率，由用作译码器用的单片机的八个输出控制端控制切换。采煤机的两部接收机分别接收同一发射机组的两部发射机的遥控信号，分别控制采煤机左、右滚筒。
无线电遥控发射机组1～8，有八个载频。发射机的型号为：FYF20C，石家庄广录科技公司产品。在无线电发射机内，通过安装不同频率的晶振，使其高频发射板具有不同的载频。八个发射机组的载频与接收机的八个主振频率对应相同，并与所设定的工作面的八个分段对应。其余同图1。
在图4中示出第一种实施方案接收机及自动分段控制部分的电路原理。
①防爆型空心轴光电编码器BM1：作为采煤机的行程传感器，安装在采煤机牵引部某一输出轴上，随采煤机行走而转动，其输出端A、B端可输出相差90°的、反映采煤机行走方向、速度、距离的两相方波信号。其型号为：SZF30-1024RF-30G，为长春市汇通电子有限公司制造。其电源端B24V、接地端GND接本安电源BDY的B24V、GND端，由本安电源的直流24伏供电。
②可编程序控制器PLC：采用三菱公司的产品、型号为FX2N64MR。其输入端X0、X1端与光电编码器BM1的输出端A、B连接，接收光电编码器BM1发出的A、B两相方波信号，对信号进行运算、处理、存储、显示，并根据设定的工作面分段长度，在输出端Y30～Y35输出分段编码信号。COM5端为其公共地端。PLC的输入端X3～X7、X10～X17、X20～X27、X30～X37，和输出端Y0～Y7、Y10～Y17、Y20～Y27，为接采煤机电控系统控制回路以及遥控输出的端子。PLC的L、N端为电源端，采用AC 220V供电。
③转换控制器A2：是以单片机IC2为主构成的、将PLC输出的并行分段编码信号转换成串行分段编码信号的器件，型号为：LYZH-7。其内单片机IC2的型号为：PIC16C57。转换控制器A2通过端子5、6、7及12、13、14端子，与PLC发出分段编码信号的输出端子Y30～Y32及Y33～Y35对应连接，在内部与单片机IC2的引脚4、6、7、8、11、12、13对应连接；转换控制器的端子8与其内单片机IC2的引脚4连接，对外与PLC的端子COM5连接，作为输出的公共地端。在单片机IC2内将并行的分段编码信号转换成串行分段编码信号，通过单片机的14脚、转换控制器A2的信号端SIG、即4端发出。
转换控制器A2的电源正端B5V、接地端GND，接本安电源BDY的B5V、GND端，采用DC 5V供电。转换控制器A2的电源端F12V、接地端GND，接非本安电源FDY的电源端F12V、接地端GND，采用DC 12V供电。其余端子10、2：为其它输出端V01、V02。
④无线电遥控接收机RX1、RX2：两部接收机RX1、RX2分别接收每一发射机组的两部发射机的遥控指令，由输出端V0、即2端输出，经PLC解码后分别控制采煤机的左右滚筒。两部接收机RX1、RX2对同一发射机组的两部同频发射机的遥控指令，是利用编码时序的不同加以鉴别。接收机型号为：FYS20C型，厂家同发射机。本接收机可在普通单通道遥控接收机基础上加以改造。
改造方法：将无线电接收机的信号端SIG、即接线端3与转换控制器A2的串行分段编码的信号端SIG、即端子4，对内与单片机IC1、PIC16C57的12脚相连，把单片机IC1作译码器用，译码后的八个控制信号输出端、即IC1的引脚10、11、13、14、15、18、20、21端，分别接八个微型继电器J1～J8。八个继电器的八对接点J1-1～J8-1分别串联在晶振X1～X8与高频接收板A1主振电路的连接中，构成控制不同晶振切换接入的切换控制电路。因晶振X1～X8的频率不同，所以高频接收板A1具有八个不同的切换主振频率。其余端子：4端为电源正端B5V、1端为电源负端0V。继电器型号为：G6K2P型。
用转换控制器A2与接收机内的译码器配合，增加编码串行通讯功能，使电控箱PLC与接收机之间信号传输，不需要用多芯通讯电缆。
⑤电源：给防爆型空心轴光电编码器、转换控制器、无线电遥控接收机供电。包括本安电源BDY和非本安电源FDY。本安电源的电源端B24V、接地端GND为光电编码器提供DC 24V工作电压；其电源端B5V、接地端GND，提供DC5V。非本安电源的电源端F12V、接地端GND提供DC 12V。
实施例2：
在图3中示出薄煤层工作面采煤机自动分段遥控装置的另一种实施方案。
无线电遥控接收机采用多通道接收机，通过控制接收通道的切换实现分段遥控。虽然电路不如切换晶振、改变主振频率简单。但也是可行方案之一。
接收机通道的切换控制：由PLC的两组输出端子、每组三个发出的分段编码信号，以并行编码信号方式通过多芯电缆，传送到无线电遥控接收机，经接收机内的三/八解码器解码，由解码器的八个输出端输出至单片机，然后通过切换控制电路的单片机的八个输出端输出控制信号，控制接收机八个通道的切换。接收机的八个通道：通道1～8，与高频接收器连接。这种信号传输方式，不用转换控制器和编码串行通讯，但由采煤机电控箱至接收机传输信号要用多芯通讯电缆。其余与实施例1基本相同。
实施例3：
在图5、7中示出薄煤层工作面采煤机自动分段遥控装置第三种实施方案。
采煤机控制中心采用工业控制计算机、即工控机IPC。定位装置仍以空心轴光电编码器BM1为例，其输出端A、B端与工控机的计数模块ACT的输入端IN0、IN1连接。工控机输出模块AOUT的输出端R01～R03、R04～R06分别输出两组分段编码信号。COM0端为公共地端，+12V、GND端为直流电源端、接地端。AC220V为工控机IPC的交流供电电源端。
光电编码器BM1输出端A、B发出的两相方波信号，通过IPC的计数模块ACT的输入端IN0、IN1输入IPC，工作面分段参数通过IPC的人机对话装置进行输入，由IPC对信号进行计算、处理、存储、显示，根据设定的工作面分段长度，IPC的输出模块AOUT的输出端R01～R03、R04～R06分别输出两组三位采煤机位置分段编码信号。该编码信号经信号转换电路、即转换控制器A2，转换成切换控制电路的输入信号，控制接收机切换晶振X1～X8，改变接收的主振频率：主振1～主振8。实现无线电遥控接收机自动分段遥控的接收切换。工控机的型号为：MIC3001/8；计数模块ACT的型号为：ADAM4080，输出模块AOUT的型号为：ADAM3937。台湾研华公司产品。其余与实施例1相同。
实施例4：
在图6中示出薄煤层工作面采煤机自动分段遥控装置的第四种实施方案。
定位装置通过专设的信号处理单元，输出采煤机位置分段编码信号，传送到接收机内的切换控制电路，由切换控制电路输出控制接收切换。该例的采煤机位置信号单独处理，而不通过作为采煤机控制中心的PLC和IPC。
以定位装置采用轴光电编码器为例。信号处理单元可以由计数模块、单片机等组成。计数模块的输入端与轴光电编码器输出端连接，其输出端与单片机输入端连接。单片机的输出端与接收机的采煤机位置分段编码信号输入端连接。在接收机内由包括单片机组成的切换控制电路控制不同接收的切换。
本例图示采用切换不同的频点：频点1～频点8。其余与实施例1相同。
定位装置除了采用作为行程传感器的轴光电编码器、霍尔转速传感器等以外，也可以采用位置传感装置，如：采煤机红外线定位装置。该红外线定位装置由采煤机上的红外线发射装置和安装在液压支架上的红外线接收装置组成；支架的红外线接收装置将采煤机的位置信号传送到液压支架的控制器，控制器再将送到采煤机。其型号为：pm32/wm/r、德国玛珂公司产品。
工作原理：以实施例1为例。
①采煤机在井下组装调试后，以机头或机尾为起始点使轴光电编码器复位。根据需要按面长对工作面分段，在PLC中输入预先设定的分段长度数据。
②采煤机向某一方向行走时，安装在采煤机牵引部输出轴上的空心轴光电编码器，随采煤机行走而转动，其A、B端向PLC的X0、X1端发出反映采煤机行走方向、速度、距离的方波信号。
③PLC收到光电编码器的信号后，进行计算处理并根据预先设定的分段长度在输出端Y30～Y35向转换控制器发出分段编码信号。
④转换控制器通过输入端子接收PLC输出端Y30～Y32及Y33～Y35发出的分段编码信号，送内部单片机PIC16C57处理，单片机PIC16C57将并行的分段编码信号转换成串行分段编码信号，通过14脚及转换控制器的4端发出。
⑤接收机接收转换控制器发出的串行分段编码信号，进入单片机PIC16C57的12端，经单片机译码后输出8路控制信号，控制J1～J8八个微型继电器的通断状态。由J1-1～J8-1八个接点分别控制晶振X1至X8与高频接收板的接通组合。因晶振X1～X8的频率不同，高频接收板可切换八个不同主振频率。
⑥八个无线电遥控发射机组有八个不同的主振频率，由位于回采工作面八个分段的各采煤机司机分别携带操控。机载的无线电接收机可切换的八个主振频率与位于工作面八个分段的发射机组的八个主振频率对应。
⑦随着采煤机的行走，每到越过分段点进入工作面某一个分段时，无线电接收机便自动切换到八个晶振中与该分段对应的晶振连接，接收机工作主振频率与位于该分段发射机主振频率相同；此时，只有位于该分段的发射机发出摇控指令能被接收机接收而执行，从而实现采煤机自动分段遥控。
可编程序控制器发出的三位编码信号与无线电遥控接收机工作的主振频率、无线电遥控发射机组号及工作面分段号的对应关系如下：

说明：
①本实用新型分段遥控装置特别适合薄煤层回采工作面采煤机遥控，但不局限于薄煤层工作面，对于中厚煤层、厚煤层工作面若有需要同样可采用。
②上述实施方案是采用三菱PLC、台湾研华的IPC对位置信号进行采集，也可采用其它可编程控制器或高速计数模块及工业计算机对信号进行采集。
③转换控制器(LYZH-7)、无线电遥控接收机(FYS20C)和发射机(FYF20C)及其内部单片机PIC16C57也可用其它型号或相同功能的电路及器件替代。
④举例的工作面分段数、发射机组数、接收机的主振频率数为8个，可作为优选，实际使用数可能少于或多于8个。作为产品设计也不局限于8个。