虚拟综采工作面三机运动状态监测系统研究下载

weixin_39821746 2020-09-23 11:31:06

针对传统综采工作面监测系统存在的不足,利用虚拟现实软件Unity 3D完成虚拟工作面场景的构建及三机(采煤机、刮板输送机、液压支架)的运动仿真,应用VB6.0软件和数据采集模块WISE-4012E、工业级无线传输模块EKI-6311实现数据采集和调用,研发了一套基于虚拟现实技术的综采工作面三机运动状态监测系统。该系统能够将三机的运动状态直观地展现出来,虚拟场景中建立的三机模型与真实设备的运动状态实时同步,通过场景漫游,可以让工作人员多视角监测三机运动状态。
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针对传统综采工作面监测系统存在的不足,利用虚拟现实软件Unity 3D完成虚拟工作面场景的构建及三机(采煤机、刮板输送机、液压支架)的运动仿真,应用VB6.0软件和数据采集模块WISE-4012E、工业级无线传输模块EKI-6311实现数据采集和调用,研发了一套基于虚拟现实技术的综采工作面三机运动状态监测系统。该系统能够将三机的运动状态直观地展现出来,虚拟场景中建立的三机模型与真实设备的运动状态实时同步,通过场景漫游,可以让工作人员多视角监测三机运动状态。

针对综采工作面传统监测系统一直存在真实感不强、监测效果不佳、可靠性差等问题,提出一种基于WPF技术的综采工作面三维在线监测方法。该方法结合计算机模拟技术,采用三维可视化技术建立综采工作面设备和环境的仿真模型,并构建其三维虚拟场景。详细地阐述了仿真中模型的驱动、数据采集和数据通信的关键问题。在数据通信系统中加入数据服务器,使通信系统配置和数据推送更加方便,同时提高了监测系统的数据安全性。试验结果表明,由该方法实现的三维在线监测系统具有操作简单、直观性强、可靠性高等优点,应用前景广阔。

提出基于虚拟现实(VR)技术的综采工作面全景造型设计与故障渲染监测方法。首先利用UG进行设备建模并建立运动关系,利用3DSMAX进行人物与场景巷道建模展现设备外观与运行环境,然后利用RHINO对各模型进行优化;然后使用UNITY-3D进行人物骨骼制作、场景搭建;使用粒子系统制作展现井下事故设备故障,同时进行GUI(图形用户界面)的设计优化;最终输入实时工作面数据,在监测系统决策出当前问题后,在3D虚拟监测场景中可以实时生动的渲染出相应问题效果,包括井下水灾、井下火灾、顶板灾害、设备故障提示等,完成综采工作面全景造型与故障渲染系统的建立。

为了准确、直观地反映液压支架运动时的位姿状态,基于虚拟现实技术及遗传算法,研发了以液压支架前、后立柱为主要监测对象的液压支架远程监测系统。实验表明,运用该系统监测液压支架,研究人员能够实时在虚拟场景中以任意视角观测液压支架,更加直观地掌握液压支架的位姿状态。研究结果为建立煤矿井下综采工作面液压支架远程监测系统奠定了基础。

煤矿采掘装备智能控制系统全文共7页，当前为第1页。煤矿采掘装备智能控制系统全文共7页，当前为第1页。煤矿采掘装备智能控制系统煤矿采掘装备智能控制系统全文共7页，当前为第1页。煤矿采掘装备智能控制系统全文共7页，当前为第1页。在2015年6月国家安全监管总局发布的《开展"机械化换人、自动化减人"科技强安专项行动通知》中，明确提出，到2018年6月底，实现高危作业场所作业人员减少30%以上，大幅提高企业安全生产水平，并要求煤矿建设升级综采工作面机械化自动化。　　一、煤矿采、掘装备智能控制系统　　华洋通信科技股份有限公司依托国家863计划主题项目、国家自然基金等科研成果，经过近3年的科技攻关，研发出煤矿采、掘装备智能控制系统，实现井下掘进机、综采工作面"三机"及相关配套设备的智能集中控制、协同工作、故障诊断、信息集成与综合监控。　　煤矿采、掘装备智能控制系统及系列产品，是物联网、大数据、智能控制和信息处理等一系列技术的高度集成，由井上/下高速传输、掘进机远程控制系统、综采工作面"三机"（采煤机、液压支架及刮板运输机）智能控制、工作面配套设备协同工作、3DVR虚拟现实及故障诊断等14个子系统和装备，是基于物联网的智能化控制技术在传统煤炭开采中的创新性研究与应用。　　本系统采用采煤机位置检测、工作面自动取直技术与水平控制技术，还集成了液压支架电液控制技术、信息系统以及自动化软件平台，不仅实现了远程智能机械化与自动化采矿，大大提高了矿区的工作效率与管理效率，还能够大量缩减采矿工作人员，大幅提高矿产安全程度，在国内同类产品中具有先进性及技术优势。煤矿采掘装备智能控制系统全文共7页，当前为第2页。煤矿采掘装备智能控制系统全文共7页，当前为第2页。　　针对地质条件简单、煤层稳定的大中型煤矿，通过采用煤矿采、掘装备智能控制系统及系列产品，应用液压支架电液控制系统等，代替液压支架手工操作阀、传统采煤机刮板输送机泵站控制系统等手动操作平台，实现割煤、推溜、运输等工艺过程智能化，可减少工作面作业人员50%以上。　　二、系统主要技术特点　　系统主要技术特点包括：掘进机、采煤机、电液控支架、刮板机的远程"三机"协同控制；　　实现掘进机、刮板机、破碎机、转载机、皮带机等机电装备的工作面输送装备的远程集控；　　工作面视频图像全景拼接显示和图像跟随采煤机位置自动切换显示；　　基于三维虚拟现实数字化平台（3DVR）实现掘进机、采煤机、液压支架、刮板输送机的地面远程监控；　　分析设备运行数据，实现设备自动保护功能，减少故障发生频率，降低生产成本；　　检测采区环境变化，预警事故隐患，危险情况发生时能够自动停止设备工作，保障人员安全；　　统计设备运行时间，为设备检修提供可靠依据，同时能够分析设备开机率及停机率，并确定设备停机原因，保证系统安全可靠运行。　　三、系统组成与原理　　1、掘进机远程控制系统煤矿采掘装备智能控制系统全文共7页，当前为第3页。煤矿采掘装备智能控制系统全文共7页，当前为第3页。　　掘进装备智能控制系统以掘进机远程监测和控制的关键技术为核心，掘进机工作环境恶劣、照明严重不足，对于掘进导向系统的限制条件很多。环境中的尘埃使得无法使用视觉导航定位；巷道无法使用全球定位系统，所以比较适用非视觉传感器定位技术。系统采用电子测距和测角技术，建立掘进机位姿自动测量及定向纠偏控制平台，实现掘进机位姿测量和定向纠偏。　　掘进机自动控制系统的控制方式有本机手动控制、无线遥控、远程遥控。其中本机手动控制为司机直接操作控制手柄，通过操作手柄直接控制换向阀，驱动各工作油缸及液压马达动作，实现掘进作业。无线遥控系统由司机操作遥控发射器在掘进机附近控制掘进机。远程控制系统由司机操作工业控制计算机，计算机通过CAN总线以及以太网与机载控制器通讯，实现掘进机的远程操作。　　掘进机综合控制器如图1所示。煤矿采掘装备智能控制系统全文共7页，当前为第2页。煤矿采掘装备智能控制系统全文共7页，当前为第2页。煤矿采掘装备智能控制系统全文共7页，当前为第3页。煤矿采掘装备智能控制系统全文共7页，当前为第3页。煤矿采掘装备智能控制系统全文共7页，当前为第4页。煤矿采掘装备智能控制系统全文共7页，当前为第4页。煤矿采掘装备智能控制系统全文共7页，当前为第4页。煤矿采掘装备智能控制系统全文共7页，当前为第4页。图1 掘进机综合控制系统结构　　远程控制系统采用基于PC104的嵌入式隔爆计算机，其操作系统采用实时性较高的Linux操作系统，计算机通过CAN总线以及以太网与机载控制器通讯，汇集存入来自掘进机控制器采集和传来的数据，以及机载耐震低可视摄像系统传来的图像信号，随时显示这些数据参数和图像，监视掘进机的工况和动作状态。掘进机远程控制系统组成

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