控制采矿系统内的输送机的制作方法

本发明涉及对输送机的控制。

背景技术：

本发明涉及对输送机的控制，例如刮板输送机(armored face conveyor,“AFC”)或梁式分段装载机(beam stage loader,“BSL”)。

技术实现要素：

除了其他方面以外，长壁采矿系统包括用于从物料被开采的区域运送所开采的物料(例如，煤)到用于加工(例如，破碎，存储等等)区域的输送机，例如AFC或BSL。AFC包括例如周围设置有链条的第一链轮和第二链轮。所述链条被一个或更多的驱动机构或马达(例如，主门马达、尾门马达等)驱动，而链条的围绕链轮的运动导致输送机运送所开采的物料。包括可延长的返回机尾架(return end frame)的传统的输送机使用预张紧技术(Pre-tensioning techniques)以增加围绕链轮的链条的张力以及避免松驰链(slack chain)或零张力情况。例如，预张紧技术包括使用液压缸将第一链轮推离第二链轮。随着输送机加载上所开采的物料，输送机的链条受到应力和应变，其将导致链条的某种程度的松弛。

传统的张紧技术依赖于链张力的直接测量(例如利用荷载销)或者链张力的间接测量，链张力的间接测量例如使用驱动机构的马达功率或其他特征来确定估算的链张力。由于传感器损坏或者不精确，这些技术不可靠，并且实施它很昂贵。结果，对链条中的张力的控制也不可靠并且实施它也很昂贵。

本发明涉及改进且简化的技术，用于控制链条中的张力量，以便限制链条的松弛。本发明包括用于确定采矿系统中的输送机或输送机的一部分的链条的松弛量。控制器然后调整(即增大或减小)第一链轮与第二链轮之间的距离，以基于确定的链条的松弛量来调整链条张力。链条的松弛量可以基于比较第一链轮或第二链轮中的至少 一个的特征与链条的特征来确定。附加地或可替换地，可以根据比较经过第一监控位置的链节数量与经过第二监控位置的链节数量来确定链条的松弛量。

在一个实施方式中，本发明提供一种用于采矿系统的输送机。该输送机包括第一链轮和第二链轮，与第一链轮和第二链轮相关联的链条，联接至第一链轮或第二链轮中的至少一个的驱动机构，第一传感器，第二传感器，以及控制器。驱动机构可操作来驱动第一链轮或第二链轮中的至少一个。第一传感器可操作来产生与第一链轮或第二链轮中的至少一个的特征相关的第一信号。第二传感器可操作产生与链条的特征相关的第二信号。控制器可操作来从第一传感器接收第一信号，根据第一信号为第一链轮或第二链轮中的至少一个的特征来确定一个数值，从第二传感器接收第二信号，根据第二信号为链条的特征确定一个数值。控制器还可操作来比较第一链轮或第二链轮中至少一个的特征的数值与链条的特征的数值，并且基于该比较来确定链条的松弛量。

在另一实施方式中，本发明提供一种确定用于采矿系统中的输送机的链条的松弛量的方法。该方法包括在处理器处接收与第一链轮或第二链轮中的至少一个的特征相关联的第一信号，根据第一信号，用处理器确定第一链轮或第二链轮中至少一个的特征的数值，在处理器处接收与链条的特征相关联的第二信号，根据第二信号，用处理器确定链条的特征的数值。该方法进一步包括用处理器来比较第一链轮或第二链轮中至少一个的特征的数值与链条的特征的数值，根据该比较，用处理器确定链条的松弛量。

在另一实施方式中，本发明提供一种用于采矿系统的输送机。输送机包括第一链轮和第二链轮，与第一链轮和第二链轮相关联的链条，具有第一监控位置和第二监控位置的监控区域，与第一链轮或第二链轮中至少一个联接的驱动机构，第一传感器，第二传感器，以及控制器。驱动机构可操作来驱动第一链轮或第二链轮中的至少一个。第一传感器可操作来产生与经过监控区域的第一监控位置的链节数量相关的第一信号。第二传感器可操作来产生与经过监控区域的第二监控位置的链节数量相关的第二信号。控制器可操作来从第一传感器接收第一信号，根据第一信息来确定经过第一监控位置的链节数量，从第二传感器接收第二信号，根据第二信号来确定经过第二监控位置的链节数量。控制器还可操作来比较经过第一监控位置的链节数量与经过第二监控位置的链节数量，并根据该比较而确定链条的松弛量。

在另一实施方式中，本发明提供一种确定用于采矿系统中的输送机的链条的松弛量的方法。该方法包括在处理器处接收与第一链轮或第二链轮中至少一个的特征相关联的第一信号，根据第一信号，用处理器确定经过第一监控位置的链节数量，在处理器处接收与链条的特征相关联的第二信号，根据第二信号，用处理器确定经过第二监控位置的链节数量。该方法进一步包括用处理器比较经过第一监控位置的链节数量与经过第二监控位置的链节数量，并根据该比较来确定链条的松弛量。

在详细解释本发明的任何实施例之前，应当理解，在本申请中，发明不限于在以下说明书中阐述或附图中显示的组件的构造和布局细节。本发明可以其他实施例和形式实现，或者以各种不同的方式实施。另外，应当理解，本文中所用的词组和术语用于说明目的但不应被视为是限定性的。在本文中，使用“包括”，“包含”或“具有”以及它们的各种变形意在包括下文列出的项目以及其他项目。除非另外说明或限定，术语“安装”，“连接”，“支撑”和“联接”以及它们的变形广泛使用，并且包括直接和间接的安装、连接、支撑和联接。

另外，应当理解，本发明的实施例可包括硬件、软件以及电子组件或模块，为讨论之目的，可以被显示和描述这些硬件、软件以及电子组件或模块，就像大部分组件仅以硬件方式实施那样。然而，本领域的普通技术人员在阅读了该详细说明以后应当意识到，在至少一个实施例中，本发明的基于电子的各方面可以用可由一个或多个处理单元执行的软件实施(例如存储在非易失计算机可读介质中)，处理单元例如为微处理器和/或专用集成电路(“ASIC”)。如此，应当注意，多个基于硬件和软件的装置，以及多个不同的结构布局可以用于实施本发明。例如，本说明书中描述的“服务器”和“计算装置”可以包括一个或多个处理单元，一个或多个计算机可读介质模块，一个或多个输入/输出界面，以及各种连接各组件的连接器(例如，系统总线)。

本发明的各独立方面通过考虑具体实施方式和附图将会变得清楚。

附图说明

图1示出了包括机尾架(end frame)在内的链式输送机的一部分。

图2示出了用于根据本发明一个实施例的链式输送机的控制器。

图3A、3B和3C示出了概括性的输送机和输送机的“危险区”。

图4是用于确定输送机的链条的松弛量的流程图。

图5是用于确定输送机的链条的松弛量的另一流程图。

具体实施方式

本文所述的发明涉及对链式输送机系统的控制。链式输送机系统包括刮板输送机(“AFC”)或梁式分段装载机(“BSL”)。为了描述的目的，于此针对包括AFC的实施例来描述本发明。AFC包括第一链轮、第二链轮、链条、一个或多个驱动机构(例如马达)、一个或者多个液压缸、以及控制器。所述控制器可操作来接收与AFC的特征相关的一个或多个信号，并且根据所述信号确定链条的松弛量。AFC的特征例如是第一链轮和/或第二链轮的特征(例如链轮旋转位置，链轮旋转速率，链轮旋转加速度，经过一位置的链节数量等)，链条的特征(例如，链条位置，链条速率，链条加速度，经过一位置的链节的数量等)。控制器还可操作来根据确定的链条的松弛量来自动控制第一链轮和第二链轮的相对位置。

图1显示了包括返回机尾架(return end frame)105在内的AFC 100的一部分。除了其他方面，机尾架105包括固定架部分、可延伸架部分、以及一个或多个液压缸。返回机尾架105是长壁采矿系统的一部分，长壁采矿系统还包括例如剪切机。一个或多个液压缸的位置可以被调节，以相应地控制可延伸框部分、第一链轮、第二链轮等的位置。

图2示出与AFC 110相关联的控制器200。所述控制器200被连接或联接于各种附加的模块或组件，例如用户界面模块205、一个或多个指示器210、电源模块215、一个或多个传感器220、一个或多个液压缸225、驱动机构或马达参数模块230、数据存储或数据库235、第一驱动机构和驱动器240(例如，与主门相关联)、以及第二驱动机构和驱动器245(例如，与尾门相关联)。在一些实施例中，所述第一驱动机构和驱动器240包括第一马达和第一马达驱动器，所述第二驱动机构和驱动器245包括第二马达和第二马达驱动器。在一些实施例中，第一马达和第一马达驱动器240以及第二马达和第二马达驱动器245每一个均包括开关设备组件。于此描述的本发明的实施例将针对作为马达和马达驱动器的驱动机构和驱动器来描述。所述一个或多个传感器220例如是配置用于测量或监控第一链轮或第二链轮的特征(例如链轮旋转位置，链轮旋转速率，链轮旋转加速度等)的转速计；配置成测量或监控链条的特征(例如，链条位置，链条速率，链条加速度等)的接近传感器；配置成测量或监控电学特征(例 如，电流，电压，功率因子，扭矩，速率，输入功率，输出功率等)的功率传感器，或者是测压元件(load cell)等。所述控制器200包括硬件和软件的组合，除了其他方面以外，其可操作来控制AFC100的操作、控制一个或多个液压缸225的位置、激活所述一个或多个指示器210(例如，液晶显示器[“LED”])、监控AFC100的操作等。

在某些实施例中，控制器200包括向控制器200和/或AFC100内的组件和模块提供电力、操作控制、以及保护的多个电气和电子组件。例如，除了其他方面以外，控制器200包括处理单元250(例如，微处理器、微控制器、或其他合适的可编程器件)、存储器255、输入单元260、以及输出单元265。除了其他方面以外，处理单元250包括控制单元270、算术逻辑单元(“ALU”)275、以及多个寄存器280(在图2中显示为一组寄存器)，并利用例如改进的哈佛结构(modified Harvard architecture)、冯诺依曼结构等已知的计算机结构来实施。处理单元250、存储器255、输入单元260、输出单元265以及连接到控制器200的各个模块通过一条或多条控制和/或数据总线(例如公用总线285)来连接。为了示例的目的，控制和/或数据总线在图2中概括性地示出。鉴于本文所描述的发明，使用一条或多条控制和/或数据总线来实现各个模块和部件之间的互相连接和相互通讯对于本领域技术人员而言是已知的。在一些实施例中，控制器200部分或完全地在半导体芯片上实施，该半导体芯片是现场可编程阵列半导体(“FPGA”)、专用集成电路(“ASIC”)等。

存储器255包括例如程序储存区和数据储存区。程序储存区和数据储存区可以包括不同类型的存储器的组合，诸如只读存储器("ROM")、随机存取存储器("RAM")(例如动态RAM["DRAM"]、同步DRAM["SDRAM"]等)、电可擦可编程只读存储器("EEPROM")、闪存、硬盘、SD卡或其它合适的磁性、光学、物理或电子存储器装置或其他数据结构。处理单元250被连接到存储器255并执行被存储在存储器255的RAM(例如在执行期间)、存储器255的ROM(例如在基本永久基础上)或诸如其它存储器或磁盘的其它非暂时性计算机可读介质中的软件指令。在AFC100的实施中包括的软件可以被储存在控制器200的存储器255中。所述软件包括例如固件、一个或多个应用程序、程序数据、筛选程序、规则、一个或多个程序模块以及其它可执行指令。其中，控制器200被构造成从存储器取回并执行涉及本文描述的控制流程和方法的指令。在其它结构中，控制器200包括另外的、更少的或不同的部件。

驱动机构或马达参数模块230被连接到或关联到马达和驱动器240、245，其被联接于第一链轮和/或第二链轮。参数模块230配置用于接收与马达240、245的一个 或多个参数(例如，电流、电压、功率因子、扭矩、速率、输入功率、输出功率等)相关的信号。在一些实施例中，参数模块230接收与马达参数相关的信号。在其他的实施例中，参数模块230包括或被连接于一个或多个用于感测马达参数的传感器220。

马达240、245被从控制器220或其他连接的控制器接收到的控制信号所控制。马达240、245也被联接于齿轮减速箱，以使马达的旋转速率减小至适合于链轮和输送机的旋转速率。在一些实施例中，控制器200配置用于利用传感器220和一个或多个存储的程序或模块来独立地控制马达240、245和AFC。在其他的实施例中，控制器200配置用于基于人工输入和自动控制的组合来控制马达和AFC。一个或多个液压缸225也接收来自于控制器200的控制信号，并且基于来自于控制器200的控制信号选择性地伸长或缩回返回机尾架(例如，改变第一链轮、第二链轮等的位置)。控制器200也监控马达和一个或多个液压缸225，以确定相关的特征。例如，控制器200可以监控或感测一个或多个马达的电学特征、一个或多个液压缸225的位置(例如，一个或多个液压缸的伸长)等。虽然单一的控制器被示例，在其他的结构中，控制器200可以被分成多个控制器。例如，控制器200可以被分成综合控制单元(“CCU”)、可编程控制单元(“PCU”)等。CCU可以被安装于防爆外壳内并且提供对输送机系统的控制。PCU是本质上安全的系统，其可以与CCU交互，除了其他方面以外，以使得输送机的运行停止、抑制、启动(tripping)等。

用户界面模块205用来控制或监视AFC或采矿系统。例如，用户界面模块205可操作地连接到控制器200，以控制输送机的速度、一个或多个马达的速度等。用户界面模块205可包括用于实现对AFC进行期望水平的控制和监视所需的数字和模拟的输入或输出装置的组合。例如，用户界面模块205可包括显示器和输入装置，诸如触摸屏显示器、一个或多个旋钮、表盘、开关、按钮等。显示器例如是液晶显示器("LCD")、发光二极管("LED")显示器、有机LED("OLED")显示器、电致发光显示器("ELD")、表面传导电子发射体显示器("SED")、场致发射显示器("FED")、薄膜晶体管("TFT")LCD等。在其他的结构中，显示器是超级主动矩阵OLED(“AMOLED”)显示器。用户界面模块205还能够被配置成实时或大致实时地显示与AFC相关联的状态或数据。例如，用户界面模块205被配置成显示所测定的AFC的电学特征、AFC的状况、链条张力、故障情况(例如松驰链、零张力链条等)、输送机上的开采物料的数量等。在一些实施例中，联合控制用户界面模块205和一个或多个指示器210(例如LED等)，以提供AFC的状态或状况的视觉指示。

如前所示，在某些实施例中，控制器200配置成通过使用与AFC相关联的一个或多个特征来自动控制一个或多个液压缸，从而减少链条的松弛量。控制器200还配置成从与一个或多个马达、一个或多个液压缸225，一个或多个链条、或AFC的其他部件相关联的一个或多个传感器220接收信号。来自传感器220的信号例如涉及链轮旋转位置，链轮旋转速率，链轮旋转加速度，链节数量，链条位置，链条速率，链条加速度等。控制器200然后处理并分析这些信号，以确定链条的松弛量。

在一些实施例中，控制器200基于AFC 100的第一链轮或第二链轮的特征(例如链轮加速度)和AFC 100的链条的特征(例如链条加速度)来确定链条的松弛量，并且控制液压缸225的位置。在其他实施例中，基于对经过AFC 100的第一监控位置的链节数量和经过AFC 100的第二监控位置的链节数量的比较，控制器200确定链条的松弛量并且控制液压缸225的位置。根据所确定的链条的松弛量，一个或多个液压缸225被控制来增大或减小第一链轮和第二链轮之间的距离，以考虑链条的松弛量。通过基于所确定的链条的松弛量来自动控制液压缸的位置，链条的松弛可以减小或消除。

用于采矿系统的输送机300的概念图在图3A被示出。输送机300包括第一链轮或主门链轮305、第二链轮或尾门链轮310、链条315、第一液压缸320、第二液压缸325、以及监控区域或“危险区域”330。区域330示意性地显示为在第二链轮310的上死点(top-dead-center，“TDC”)位置335和装载位置340(例如，链条的顶部处的、物料被装载到输送机上的位置)之间的区域。区域330表示链条315的、最可能遭受松链(例如低张力)情况的部分。在区域330内，链条315中的多余或松弛量可以被确定并用于控制第一链轮305和第二链轮310的相对位置。通过控制第一液压缸320和第二液压缸325，可以变更链轮的相对位置。图3B和3C示出基于本发明实施例的输送机，该输送机包括连接于第一链轮305或第二链轮310两者之中任一个的一个液压缸。

可以根据各种情况调整或者控制第一链轮305和第二链轮310之间的相对距离。例如，第一液压缸320或第二液压缸325的位置(例如液压缸位置)可以根据第一链轮305或第二链轮310的特征以及链条315的特征来控制。

具体地，链条315的多余或松弛量涉及第一链轮305或第二链轮310的特征与链条315的特征的差别。在某些实施例中，第一链轮305或第二链轮310的特征为链轮 旋转位置，而链条315的特征为链条位置。第一链轮305或第二链轮310的关于第一监控位置的旋转位置可以采用转速计确定，链轮的旋转偏移量可以被确定。转速计提供与链轮已经转过的角距离相关的信号。角距离可以用弧度、角度来确定，或者可以转化成米。可以用接近传感器或红外传感装置来感测链条在第二监控位置的运动，从而确定链条的位置。例如，接近传感器可以用于直接对具有已知尺寸的链节进行计数，输送机的速度和定时器可以被用于计算或确定链条315关于第二监控位置等的偏移量。控制器200然后计算或确定链轮旋转位置和链条位置之间的差异(即确定链条关于第一位置和第二位置两者的偏移量之差)。偏移量之差代表了链条进入区域330和离开区域330的数量。通过把结果加到自链条315开始运动起产生的、链条315的松弛量的之前的测量值，控制器200然后计算或确定链条315的松弛量。在区域330中，链条315松弛的测量值之和可以存储在存储器255中并从中取回。

在其他实施例中，第一链轮305或第二链轮310的特征为链轮旋转速率，而链条315的特征为链条速率。如上所述，与第一链轮305或第二链轮310相关联的转速计可以用于确定链轮已经转过的角距离。角距离的衍生函数(例如，距离/时间)与链轮305、310的角速度对应。如果需要的话，链条315在第一监控位置的瞬时速度可以根据链轮305、310的已知半径来计算。链条的速率可以用接近传感器或红外传感装置感测链条在第二监控位置处的移动而确定。例如，接近传感器可以用于直接对具有已知尺寸的链节进行计数，计时器可以用于计算或确定链条315相对第二监控位置的速率(例如，距离/时间)。控制器200计算或确定链轮旋转速率和链条速率之差。速率差代表链条315的多余或松弛正在区域330积累或消除。控制器200然后通过将速率差乘以时间(t)并且将结果加到自链条315开始运动以来链条315的松弛量的先前测量值上，从而计算或确定链条315的松弛量。在区域330中，链条315的松弛测量值之和可以存储在存储器255内并从中取出。

在其他实施例中，第一链轮305或第二链轮310的特征为链轮旋转加速度，而链条315的特征为链条315的加速度。链轮的旋转加速度或链轮在第一监控位置处的瞬时加速度可以用转速计以与上面关于链轮速率的说明相类似的方式来确定(例如采用速率的衍生函数)。类似地，链条在第二监控位置的加速度可以使用接近传感器或红外装置确定。控制器200计算或确定链轮旋转加速度和链条加速度之差(例如，差异瞬时加速度)。加速度之差代表链条315的多余或松弛正在区域330累积或消除。控制器200可以通过将加速度之差乘以时间(t²)并将结果加到自链条315开始运动以 来链条315的松弛量的先前测量值，从而计算或确定链条315的松弛量。在区域330中，链条315松弛的测量值之和可以被存储在存储器255内并从中取出。

附加地或可替换地，控制器200可操作来计算或确定经过第一监控位置和第二监控位置的链节数量，并且比较经过第一监控位置的链节数量与经过第二监控位置的链节数量。例如，控制器200从第一传感器接收关于经过第一监控位置的链节数量的信号，从第二传感器接收关于经过第二监控位置的链节数量的信号。在某些实施例中，控制器200例如通过将链轮旋转速率乘以监控时间、然后再用单个链节的长度(例如存储在存储器255中)除以该结果来计算或确定经过第一监控位置(例如，TDC位置335)的链节数量。在其他实施例中，控制器200通过将链轮旋转位置的变化(例如，转换成米)除以单个链节的长度来计算或确定经过第一监控位置的链节数量。在其他实施例中，控制器200通过用链位置的变化或偏移量除以单个链节的长度来计算或确定经过第一监控位置的链节数量。控制器200计算或确定链条315的松弛量，作为经过第一监控位置的链节数量与经过第二监控位置的链节数量之差。

过程400和500与采矿系统的输送机的链条松弛量的确定相关联，在此关于采矿系统的输送机的链条松弛量的确定来说明过程400和500。在此关于过程400和500说明的各种步骤可以同步并行地执行，或者以与所示串行执行方式不同的顺序执行。过程400和500还可操作来使用比示例性实施例中所示步骤更少的步骤执行。另外，尽管过程400和500分别说明，控制器200可操作来同时执行过程400和500，或者与其他过程顺序执行。例如，在某些实施例中，控制器200配置成同步使用过程400和500来验证所确定的链条315的松弛量，以便减小因有缺陷的传感器220而导致错误的可能性。

图4显示了用于控制AFC的过程400。在步骤405，与第一链轮305或第二链轮310中至少一个的特征相关的信号被控制器200从与链轮相关联的传感器接收到。如上所述，链轮特征例如是链轮旋转位置，链轮旋转速率，链轮旋转加速度等。控制器200然后确定或计算链轮特征的数值(步骤410)。链轮特征的数值可以直接由传感器220测量，或者基于感测到的特征(例如，位置、速率等)间接确定。

在步骤415，与链条特征相关的信号被控制器200从与链条315相关联的传感器接收到。如上所述，链条特征例如是链条位置，链条速率，链条加速度等。控制器200然后确定或计算链条特征的数值(步骤420)。链条特征的数值可以直接由传感器220测量，或者基于感测到的特征(例如，位置、速率等)间接确定。

然后可以基于比较链轮特征的数值和链条特征的数值而确定链轮特征的数值与链条特征的数值之差(步骤425)。例如，如上所述，加速度之差可以被计算，作为链轮旋转加速度和链条加速度之差(如需要的话，可以采用已知的角加速度到线性加速度的转换)。在步骤430，控制器200根据步骤425的比较来确定或计算链条315的多余或松弛量，如上所述。根据链条315的多余或松弛量，控制器200产生一个或多个信号，以便控制液压缸320、325运动到一个新的位置(步骤435)，从而消除链条的松弛。

图5示出了用于控制AFC的过程500。在步骤505，与第一链轮305或第二链轮310中至少一个的特征相关的信号被控制器200从与链轮相关联的传感器接收到。如上所述，链轮特征例如是链轮旋转位置，链轮旋转速率，链轮旋转加速度等。控制器200然后确定或计算经过第一监控位置的链节数量(步骤510)。经过第一位置的链节数量可以基于已知链节尺寸和链轮关于第一监控位置的旋转移位来确定或计算。控制器200然后确定或计算链条特征的数值(步骤420)。

如上所述，可以用接近传感器或红外传感装置感测链条在第二监控位置的运动来确定链条的位置。例如，具有已知尺寸的链节开始和结束可以用接近传感器监控到，控制器可以直接对经过第二监控位置的链节进行计数。然后可以根据比较经过第一监控位置的链节数量和经过第二监控位置的链节数量来确定经过第一监控位置的链节数量与经过第二监控位置的链节数量之差(步骤525)。在步骤530，控制器200根据步骤525的比较来确定或计算在区域330中链条315的多余或松弛量。根据链条315的多余或松弛量，控制器200产生一个或多个控制信号，以便控制液压缸320、325运动到新的位置(步骤535)，从而消除链条的松弛。

因此，除了其他方面，本发明主要提供用于确定输送机的链条的松弛量并且相应控制第一链轮和第二链轮之间的相对距离的系统和方法。