一种煤矿主井提升用虚拟实训操作系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种煤矿主井提升用虚拟实训操作系统，该煤矿主井提升用虚拟实训操作系统包括：上位机模块、下位机模块、数模转换模块。本发明通过虚拟现实、三维动画、计算机控制等技术，按照1：1制作设备操作台，再现井下设备操作环境，对设备工作原理、动作进行仿真，将井下设备搬到实验室，也可以实现设备的多人协同操作，根本上改变了煤矿设备操作的培训模式。本发明旨在开发煤矿主井提升系统虚拟实训操作台，用于煤矿主井提升系统仿真培训，可以实现提升机司机、井底煤仓信号工的协同模拟训练，直观性强，培训效果好，降低了培训成本。此外，本发明结构简单，操作方便，实现了提升机司机、井底煤仓信号工的协同模拟训练。
【专利说明】一种煤矿主井提升用虚拟实训操作系统
【技术领域】
[0001]本发明属于煤矿主井提升系统仿真培训【技术领域】，尤其涉及一种煤矿主井提升用虚拟实训操作系统。
【背景技术】
[0002]目前煤矿设备操作培训，一方面主要靠理论培训和“传帮帯”方式进行，另ー方面靠投资修建的实操基地方式，理论培训主要靠教师课堂教学，脱离井下环境，内容较为抽象，培训效果较差，传帮带方式，学习过程中存在安全隐患，设备误操作甚至会带来严重的安全事故，另外该学习方法效率不高且受到师傅的水平和素质影响，按照井下模式修建实操基地的做法，投资大、只适合小型系统，对于像主提升机系统的大型设备不现实。
【发明内容】
[0003]本发明实施例的目的在于提供一种煤矿主井提升用虚拟实训操作系统，g在解决现有的煤矿设备操作培训存在的脱离井下环境，内容较为抽象，培训效果较差和成本高的问题。
[0004]本发明实施例是这样实现的，一种煤矿主井提升用虚拟实训操作系统，该煤矿主井提升用虚拟实训操作系统包括:
[0005]用于为虚拟实训操作系统提供操作平台，对操作进行仿真模拟的上位机模块；
[0006]通过数模转换模块与上位机模块连接，用于获取井底信号和操作信号的下位机模块；
[0007]用于实现上位机模块和下位机模块通讯，使得数字信号和模拟信号相互转换的数模转换模块。
[0008]进一歩，上位机模块还包括:计算机、显示终端、仿真操作模块；
[0009]计算机用于为仿真模拟提供运算和实施平台；
[0010]显示终端与计算机连接，用于对计算机的仿真模拟结果进行显示；
[0011]仿真操作模块，与计算机连接，用于在计算机上运行仿真模拟的操作，并提出规范化的要求，实现对提煤箕斗运行状态、模式选择、煤炭装卸进行三维仿真。
[0012]进ー步，下位机模块还包括:司机操作模块、司机操作控制通信模块、井底信号操作模块、井底信号控制通信模块；
[0013]司机操作模块用于实现操作员对提升机的操作功能；
[0014]司机操作控制通信模块与司机操作模块连接，用于实现司机操作模块的通讯控制；
[0015]井底信号操作模块通过井底信号控制通信模块与司机操作模块连接，用于模拟显示提升机设备的工作状态；
[0016]井底信号控制通信模块与井底信号操作模块连接，用于实现井底信号操作模块的通讯控制。[0017]进一歩，司机操作模块包括2个操作手柄，20个控制按钮，36个指示灯，I个液晶屏；
[0018]2个操作手柄分别实现刹车、调速控制，20个控制按钮分别实现后备模式、自动模式、手动模式、井筒检查模式、首绳检查模式、尾绳检查模式六类工作模式的各种控制功能，36个指示灯反映各种提升状态，I个液晶屏内模拟显示各种静态、动态提升參数和速度图、力图各种工作曲线。
[0019]本发明的另一目的在于提供一种仿真操作模块的设计方法，该仿真操作模块的设计方法包括以下步骤:
[0020]建立罐笼提升系统部分实体模型并完成系统初次装配，同时利用ADAMS与Pro/E之间图形数据的无缝连接技术将系统部分模型成功导入ADAMS仿真平台；
[0021]利用ADAMS宏程序完成了相应钢丝绳创建；
[0022]通过对虚拟样机模型进行运动学及动力学仿真分析，获取主轴角速度及角加速度、罐笼运行高度、速度、加速度重要运动学曲线，提升系统拖动力及主轴功率消耗动力学曲线。
[0023]进ー步，利用ADAMS宏完成了相应钢丝绳创建的方法为:1)拍照片；2)建立三维模型；3)导入模型。
[0024]本发明提供的煤矿主井提升用虚拟实训操作系统，通过虚拟现实、三维动画、计算机控制等技术，按照1:1制作设备操作台，再现井下设备操作环境，对设备工作原理、动作进行仿真，将井下设备搬到实验室，也可以实现设备的多人协同操作，根本上改变了煤矿设备操作的培训模式。本发明g在开发煤矿主井提升系统虚拟实训操作台，用于煤矿主井提升系统仿真培训，可以实现提升机司机、井底煤仓信号エ的协同模拟训练，直观性强，培训效果好，降低了培训成本。此外，本发明结构简单，操作方便，实现了提升机司机、井底煤仓信号エ的协同模拟训练。
[0025]本发明的优益效果:
[0026]1、培训手段新，效果良好，采用3D仿真技术，模拟真实操作环境，实现人机交互操作，对提升系统的操作技术要求、基本结构、工作原理、故障处理等都能在模拟的三维环境下，实现提升机司机、井底信号エ进行协同模拟操作，该发明采用先进的虚拟现实技术、人机交互等先进技术，培训手段新，直观性强，能有效提高培训效果；
[0027]2、有效降低培训成本，节约培训经费。该主井提升系统虚拟实训操作台为一次性投入，在长期的提升系统培训中可以重复使用，培训内容可以无限増加，也可以根据具体矿井情况进行修改，相比部分矿井建立“实训基地”的方式来说投入较低，另外，培训环境采用计算机仿真技术再现，相对于“传帮帯”方式则显得更加安全可靠；
[0028]3、能够实现多エ种协同操作，本操作台通过主控计算机，能够实现提升机司机、井底煤仓信号エ进行协同模拟操作，这比各个エ种単独通过理论、现场操作等培训方式更加直接，效果更加良好；
[0029]4、有利于缩短培训周期，更有利于提高培训合格率，该操作台可以根据矿上的具体情况，可以定制开发，也不存在安全隐患，培训方式更加先进，受训人员兴趣更高，效果良好，能够使培训的周期明显缩短，培训合格率也能得到提高；
[0030]5、培训内容更加丰富，有利于煤矿安全生产与事故隐患处理的统一协调。本实训操作台采用软硬件结合方式，实际提升系统所有的操作技术要求均能够模拟仿真，对ー些安全事故、隐患处理、故障诊断等也能够进行模拟仿真，使安全事故切实看得见，培训内容可以无限丰富，也有利于煤矿安全生产与事故隐患处理的统一协调。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1是本发明实施例提供的煤矿主井提升用虚拟实训操作系统的结构示意图；
[0032]图2是本发明实施例提供的仿真操作模块的设计流程图；
[0033]图中:1、上位机模块；1_1、计算机；1_2、显示终端；1_3、仿真操作模块；2、下位机模块；2_1、司机操作模块；2_1_1、控制按钮；2_1_2、操作手柄；2_1_3、显不模块；2_2、司机操作控制通信模块；2_3、井底信号操作模块；2-4、井底信号控制通信模块；3、数模转换模块。
【具体实施方式】
[0034]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一歩详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用干限定本发明。
[0035]图1示出了本发明提供的煤矿主井提升用虚拟实训操作系统结构。为了便于说明，仅仅不出了与本发明相关的部分。
[0036]本发明实施例的煤矿主井提升用虚拟实训操作系统，该煤矿主井提升用虚拟实训操作系统包括:
[0037]用于为虚拟实训操作系统提供操作平台，对操作进行仿真模拟的上位机模块；
[0038]通过数模转换模块与上位机模块连接，用于获取井底信号和操作信号的下位机模块；
[0039]用于实现上位机模块和下位机模块通讯，使得数字信号和模拟信号相互转换的数模转换模块。
[0040]作为本发明实施例的一优化方案，上位机模块还包括:计算机、显示终端、仿真操作模块；
[0041]计算机用于为仿真模拟提供运算和实施平台；
[0042]显示终端与计算机连接，用于对计算机的仿真模拟结果进行显示；
[0043]仿真操作模块，与计算机连接，用于在计算机上运行仿真模拟的操作，并提出规范化的要求，实现对提煤箕斗运行状态、模式选择、煤炭装卸进行三维仿真。
[0044]作为本发明实施例的一优化方案，下位机模块还包括:司机操作模块、司机操作控制通信模块、井底信号操作模块、井底信号控制通信模块；
[0045]司机操作模块用于实现操作员对提升机的操作功能；
[0046]司机操作控制通信模块与司机操作模块连接，用于实现司机操作模块的通讯控制；
[0047]井底信号操作模块通过井底信号控制通信模块与司机操作模块连接，用于模拟显示提升机设备的工作状态；
[0048]井底信号控制通信模块与井底信号操作模块连接，用于实现井底信号操作模块的通讯控制。
[0049]作为本发明实施例的一优化方案，司机操作模块包括2个操作手柄，20个控制按钮,36个指示灯，I个液晶屏；
[0050]2个操作手柄分别实现刹车、调速控制，20个控制按钮分别实现后备模式、自动模式、手动模式、井筒检查模式、首绳检查模式、尾绳检查模式六类工作模式的各种控制功能，36个指示灯反映各种提升状态，I个液晶屏内模拟显示各种静态、动态提升參数和速度图、力图各种工作曲线。
[0051]下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进ー步描述。
[0052]如图1所示，本发明实施例的煤矿主井提升用虚拟实训操作系统主要由上位机模块1、计算机1-1、显示终端1-2、仿真操作模块1-3、下位机模块2、司机操作模块2-1、控制按钮2-1-1、操作手柄2-1-2、显示模块2-1-3、司机操作控制通信模块2-2、井底信号操作模块2-3、井底信号控制通信模块2-4、数模转换模块3组成；
[0053]上位机模块I用于为虚拟实训操作系统提供操作平台，对操作进行仿真模拟；
[0054]上位机模块I还包括:计算机1-1、显示终端1-2、仿真操作模块1-3 ；
[0055]计算机1-1用于为仿真模拟提供运算和实施平台；
[0056]显示终端1-2与计算机1-1连接，用于对计算机1-1的仿真模拟结果进行显示；
[0057]仿真操作模块1-3，与计算机1-1连接，用于在计算机1-1上，运行仿真模拟的操作，并提出规范化的要求，实现对提煤箕斗运行状态、模式选择、煤炭装卸等进行三维仿真；
[0058]下位机模块2，通过数模转换模块3连接上位机模块1，用于为计算机1-1提供硬件支持，将井底信号和操作信号传送至计算机I ;
[0059]下位机模块2还包括:司机操作模块2-1、司机操作控制通信模块2-2、井底信号操作模块2-3、井底信号控制通信模块2-4 ；
[0060]司机操作模块2-1用于实现操作员对提升机的操作功能；主要包括2个操作手柄2-1-2，20个控制按钮2-1-1，36个指示灯，I个液晶屏；2个操作手柄2_1_2分别实现刹车、调速控制，20个控制按钮2-1-1分别实现后备模式、自动模式、手动模式、井筒检查模式、首绳检查模式、尾绳检查模式等六类工作模式的各种控制功能，36个指示灯反映各种提升状态，I个液晶屏内模拟显示各种静态、动态提升參数和速度图、カ图等各种工作曲线；
[0061]司机操作控制通信模块2-2与司机操作模块2-1连接，用于实现司机操作模块2-1的通讯控制；
[0062]井底信号操作模块2-3通过井底信号控制通信模块2-4与司机操作模块2_1连接，用于模拟显示提升机设备的工作状态；
[0063]井底信号控制通信模块2-4与井底信号操作模块2-3连接，用于实现井底信号操作模块2-3的通讯控制；
[0064]数模转换模块3用于连接上位机模块I和下位机模块2，用于实现上位机模块I和下位机模块2的相互通讯。
[0065]如图2所示，本发明实施例的仿真操作模块的设计流程包括以下步骤:
[0066]S201:建立罐笼提升系统部分实体模型并完成系统初次装配，同时利用ADAMS与Pro/E之间图形数据的无缝连接技术将系统部分模型成功导入ADAMS仿真平台；[0067]S202:利用ADAMS宏程序完成了相应钢丝绳创建；
[0068]S203:通过对虚拟样机模型进行运动学及动力学仿真分析，获取主轴角速度及角加速度、罐笼运行高度、速度、加速度重要运动学曲线，提升系统拖动力及主轴功率消耗动力学曲线。
[0069]本发明实现了提升机司机、井底煤仓信号エ的协同模拟训练，结构简单，操作方便。
[0070]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种煤矿主井提升用虚拟实训操作系统，其特征在干，该煤矿主井提升用虚拟实训操作系统包括: 用于为虚拟实训操作系统提供操作平台，对操作进行仿真模拟的上位机模块； 通过数模转换模块与上位机模块连接，用于获取井底信号和操作信号的下位机模块；用于实现上位机模块和下位机模块通讯，使得数字信号和模拟信号相互转换的数模转换模块。
2.如权利要求1所述的煤矿主井提升用虚拟实训操作系统，其特征在于，上位机模块还包括:计算机、显示终端、仿真操作模块； 计算机用于为仿真模拟提供运算和实施平台； 显示终端与计算机连接，用于对计算机的仿真模拟结果进行显示； 仿真操作模块，与计算机连接，用于在计算机上运行仿真模拟的操作，并提出规范化的要求，实现对提煤箕斗运行状态、模式选择、煤炭装卸进行三维仿真。
3.如权利要求1所述的煤矿主井提升用虚拟实训操作系统，其特征在于，下位机模块还包括:司机操作模块、司机操作控制通信模块、井底信号操作模块、井底信号控制通信模块； 司机操作模块用于实现操作员对提升机的操作功能； 司机操作控制通信模块与司机操作模 块连接，用于实现司机操作模块的通讯控制；井底信号操作模块通过井底信号控制通信模块与司机操作模块连接，用于模拟显示提升机设备的工作状态； 井底信号控制通信模块与井底信号操作模块连接，用于实现井底信号操作模块的通讯控制。
4.如权利要求3所述的煤矿主井提升用虚拟实训操作系统，其特征在干，司机操作模块包括2个操作手柄,20个控制按钮,36个指示灯，I个液晶屏； 2个操作手柄分别实现刹车、调速控制，20个控制按钮分别实现后备模式、自动模式、手动模式、井筒检查模式、首绳检查模式、尾绳检查模式六类工作模式的各种控制功能，36个指示灯反映各种提升状态，I个液晶屏内模拟显示各种静态、动态提升參数和速度图、力图各种工作曲线。
5.一种仿真操作模块的设计方法，其特征在于，该仿真操作模块的设计方法包括以下步骤: 建立罐笼提升系统部分实体模型并完成系统初次装配，同时利用ADAMS与Pro/E之间图形数据的无缝连接技术将系统部分模型成功导入ADAMS仿真平台； 利用ADAMS宏完成了相应钢丝绳创建； 通过对虚拟样机模型进行运动学及动力学仿真分析，获取主轴角速度及角加速度、罐笼运行高度、速度、加速度重要运动学曲线，提升系统拖动力及主轴功率消耗动力学曲线。
6.如权利要求5所述的仿真操作模块的设计方法，其特征在于，利用ADAMS宏完成了相应钢丝绳创建的方法为:1)拍照片；2)建立三维模型；3)导入模型。
【文档编号】G09B9/00GK103606314SQ201310607547
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2013年11月27日
【发明者】王大虎, 程磊, 刘海洋, 陈文博, 史滟楠 申请人:河南理工大学