专利名称：一种顶管掘进机自动导向控制机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种控制机构，特别是涉及一种成本低、技术难度相对较低、易掌握、激光数据采集反馈及液压机构简单、结构紧凑、拆装方便的顶管掘进机自动导向控制机构。
背景技术：
目前，经过一段时间的实际施工应用，由于地质报告不能很详尽的把顶进线路上的地质状况都描述出来，从而导致在地质条件突变的客观情况下，实际顶进方向在很短的时间及距离上偏离设计轴线很大，这时自动导向系统就不能及时的进行方向控制，需要人工介入。目前国内及国外在顶管自动导向控制领域上，对顶进方向的定位基本都是应用了瑞士莱卡全自动全站仪及多台棱镜组合对顶进方向定位，再使用高级语言进行控制程序的编写，最后通过液压机构进行纠偏控制，这样设计不但成本很高，程序设计复杂、难度较大， 而且激光数据采集及反馈机构系统也很繁杂。从经济效益及技术方面不利于市场推广。
实用新型内容针对上述问题，本实用新型的主要目的在于提供一种成本低、技术难度相对较低， 易掌握、激光数据采集反馈及液压机构简单、结构紧凑、拆装方便的顶管掘进机自动导向控制机构。本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的一种顶管掘进机自动导向控制机构，包括激光经纬仪、激光位移传感器、工控机、PLC主站、PLC从站、双轴倾角仪、 位移传感器和液压控制机构，激光经纬仪和激光位移传感器无线连接，所述激光经纬仪将激光光束发射到激光位移传感器上，激光位移传感器通过电缆连接在工控机上，工控机和所述PLC主站连接，PLC主站还连接有PLC从站，PLC从站上连接有双轴倾角仪、位移传感器和液压控制机构。在本实用新型的具体实施例子中，所述激光经纬仪和激光位移传感器的距离范围为0 300米。在本实用新型的一个具体实施例子中，所述激光经纬仪和激光位移传感器的距离为丨80米。在本实用新型的具体实施例子中，所述激光位移传感器接受激光的功率为1到 5mW，波长范围为600到700纳米。本实用新型的积极进步效果在于本实用新型提供的顶管掘进机自动导向控制机构具有以下优点本实用新型中激光定位仪LPS把采集到的激光偏移数据经PLC传输到计算机中，根据这些参数，研究和建立一个自动导向模型，编写的软件会自动分析顶管机器在水平和垂直方向偏离轴线的偏差大小及偏离趋势的大小。偏离趋势是机器实际偏离量的变化与相应顶进距离的比值。对以上参数进行分析后，取偏离趋势较大的方向进行纠偏，纠偏后机器的相关参数又反馈到控制系统，不断进行分析比较，并相应调整纠偏量和纠偏方向。 当偏离绝对量超过设定值或偏离趋势纠偏后无收敛迹象并超过设定值时，顶管机自动停止顶进工作，并发出报警信号。顶管掘进机顶进的整条管线的姿态也会实时通过曲线的形式动态显示在工控机上，使监控人员很直观的了解顶进的状态。本实用新型的自动导向控制机构采用价格便宜的激光经纬仪和激光定位仪LPS 构成数据采集及信号反馈机构，使用简单的编程语言PLC和Kingviewe. 53组态软件及HMI 组成计算控制单元，发出控制指令给纠偏机构进行自动导向。本实用新型成本低、技术难度相对较低、易掌握、激光数据采集反馈及液压机构简单、结构紧凑、拆装方便。
图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图给出本实用新型较佳实施例，以详细说明本实用新型的技术方案。图1是本实用新型的结构示意图，如图1所示本实用新型包括激光经纬仪1、激光位移传感器2、工控机3、PLC主站4、PLC从站5、双轴倾角仪6、位移传感器7和液压控制机构8，激光经纬仪1和激光位移传感器2无线连接，所述激光经纬仪1将激光光束发射到激光位移传感器2上，激光位移传感器2通过电缆连接在工控机3上，工控机3和所述PLC 主站4连接，PLC主站4还连接有PLC从站5，PLC从站5上连接有双轴倾角仪6、位移传感器7和液压控制机构8。所述激光经纬仪1和激光位移传感器2的距离范围为0 300米。一般可以选为280米。激光位移传感器2接受激光的功率为1到5mW，波长范围为600到700纳米。本实用新型提供的顶管掘进机自动导向控制机构的原理如下激光定位仪LPS把采集到的激光偏移数据经PLC传输到计算机中，根据这些参数， 研究和建立一个自动导向模型，编写的软件会自动分析顶管机器在水平和垂直方向偏离轴线的偏差大小及偏离趋势的大小。偏离趋势是机器实际偏离量的变化与相应顶进距离的比值。对以上参数进行分析后，取偏离趋势较大的方向进行纠偏，纠偏后机器的相关参数又反馈到控制系统，不断进行分析比较，并相应调整纠偏量和纠偏方向。当偏离绝对量超过设定值或偏离趋势纠偏后无收敛迹象并超过设定值时，顶管机自动停止顶进工作，并发出报警信号。顶管掘进机顶进的整条管线的姿态也会实时通过曲线的形式动态显示在工控机上， 使监控人员很直观的了解顶进的状态。在顶管掘进机机头内部中心位置安装有一台激光位移传感器，激光定位传感器可检测射入到接受面板上的红色激光束相对于面板中心点的位置。可接受激光传感器功率从 1到5mW，波长范围为600到700纳米。可检测100米以外发射来的激光光束，激光位移传感器检测这个光斑在面板上的水平和垂直位置。激光位移传感器通过串口每20毫秒输出分辨率为0.1mm的位置信号。这个信号通过通讯电缆传到工控机中进行处理。同时掘进机顶进时的倾斜和旋转两种姿态通过双轴倾角仪采集到PLC从站的A/D模块中，经过内部协议传输到主站PLC中的中央处理单元CPU中计算处理。[0019]经过程序处理后的数据传给工控机中的监控系统，经过系统的换算调整，发出相应的命令到PLC从站中的I/O模块执行单元，进而控制对应的电磁阀动作进行方向纠偏。以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求1.一种顶管掘进机自动导向控制机构，其特征在于所述控制机构包括激光经纬仪、 激光位移传感器、工控机、PLC主站、PLC从站、双轴倾角仪、位移传感器和液压控制机构，激光经纬仪和激光位移传感器无线连接，所述激光经纬仪将激光光束发射到激光位移传感器上，激光位移传感器通过电缆连接在工控机上，工控机和所述PLC主站连接，PLC主站还连接有PLC从站，PLC从站上连接有双轴倾角仪、位移传感器和液压控制机构。
2.根据权利要求1所述的顶管掘进机自动导向控制机构，其特征在于所述激光经纬仪和激光位移传感器的距离范围为0 300米。
3.根据权利要求2所述的顶管掘进机自动导向控制机构，其特征在于所述激光经纬仪和激光位移传感器的距离为280米。
4.根据权利要求1所述的顶管掘进机自动导向控制机构，其特征在于所述激光位移传感器接受激光的功率为1到5mW，波长范围为600到700纳米。
专利摘要本实用新型涉及一种顶管掘进机自动导向控制机构，包括激光经纬仪、激光位移传感器、工控机、PLC主站、PLC从站、双轴倾角仪、位移传感器和液压控制机构，激光经纬仪和激光位移传感器无线连接，激光经纬仪将激光光束发射到激光位移传感器上，激光位移传感器通过电缆连接在工控机上，工控机和PLC主站连接，PLC主站还连接有PLC从站，PLC从站上连接有双轴倾角仪、位移传感器和液压控制机构。本实用新型的自动导向控制机构采用价格便宜的激光经纬仪和激光定位仪LPS构成数据采集及信号反馈机构，使用简单的编程语言PLC和Kingview6.53组态软件及HMI组成计算控制单元，发出控制指令给纠偏机构进行自动导向。
文档编号E21D9/093GK202165088SQ201120224549
公开日2012年3月14日 申请日期2011年6月29日 优先权日2011年6月29日
发明者夏祥武, 许梼, 贾朝阳 申请人:中煤科工集团上海研究院