基于ZIGBEE网络的掘进机无线控制系统的制作方法

本实用新型属于掘进机控制技术领域，尤其是涉及一种基于ZIGBEE网络的掘进机无线控制系统。

背景技术：

煤矿井下掘进工作面的作业是煤矿生产的一个重要环节，而掘进机是掘进工作面最主要的生产工具。目前国内的掘进机均由工人在掘进机上操作相关操纵杆，以此完成对掘进机动作的操控。

煤矿掘进机在进行掘进作业时，每台一般需要3-4人在掘进工作面现场操作，由于掘进工作面存在一定的安全隐患问题，不时威胁到操作人员的人身安全。为了提高作业的安全性，一般禁止使用综掘机进行煤巷掘进作业，虽然有利于防范人身事故，但不利于生产效率的提高，失去了大型掘进机械的辅助，严重制约了生产的发展。

此外，煤矿井下掘进工作面尚存在着以下问题：1、煤岩粉尘不能完全清除；2、瓦斯管理还不能做到百分百安全可靠；3、落岩管理不能及时有效支护等等。由于上述原因，掘进机的使用受到了各种限制，只能被迫采用炮掘，而炮掘效率低、用人多、劳动强度大，对人员在掘进工作面时的安全隐患始终存在。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于ZIGBEE网络的掘进机无线控制系统，该控制系统人工操作强度低、安全性和自动化程度高，能够及时获知掘进工作情况。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

基于ZIGBEE网络的掘进机无线控制系统，包括掘进机，掘进机的前部设有转动塔、后部设有刮板运输机，转动塔上设有悬臂梁，此外还包括视觉摄像仪I、姿态传感器I、姿态传感器II、视觉摄像仪II、视觉摄像仪III和测距传感器；

视觉摄像仪I为两个，对称固定在悬臂梁中轴线的两侧，用于采集悬臂梁前端掘进头的工作图像；

姿态传感器I固定在悬臂梁的关节处，用于感知悬臂梁的升降角度；

姿态传感器II固定在转动塔的尾部，用于感知转动塔带动悬臂梁左右摆动角度；

视觉摄像仪II为两个，对称固定在转动塔两侧的掘进机上；视觉摄像仪III为两个，对称固定在刮板运输机的两侧，视觉摄像仪II和视觉摄像仪III均用于采集掘进机左右两侧的视频图像；

测距传感器为两个，对称固定在掘进机的尾部，用于探测掘进机的前后移动状态；

掘进机的侧面设有液压阀箱和电气控制箱，电气控制箱的顶部设有液压控制箱，各视觉摄像仪和传感器均通过ZIGBEE网络与液压控制箱无线连接，液压控制箱通过ZIGBEE网络由遥控器远程控制。

进一步的，所述液压阀箱内设有多个用于控制掘进机动作的电磁式液压阀，液压控制箱通过电缆与电气控制箱互联，液压控制箱内设有工控机，工控机通过ZIGBEE网络与各电磁式液压阀控制连接。

更进一步的，该控制系统还包括显示器，显示器通过光缆与工控机连接，用于接收图像信号并显示。

本实用新型的优点是：本实用新型的控制系统基于ZIGBEE网络，可实现远程无线控制，避免了大量电缆的互相连接，能够有效减少掘进机等大型机械因刮碰等原因造成的电缆断裂、漏电等生产故障和安全隐患；同时，减少了操作人员的数量，操作人员具备充裕的逃生时间，有效提高了作业现场的安全系数，且故障率低，易于维护，有效提高了掘进作业的效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。

图1是本实用新型的主视结构示意图；

图2是本实用新型的俯视结构示意图；

图3是本实用新型的控制原理框图。

其中，1、掘进机，2、悬臂梁，3、转动塔，4、视觉摄像仪I，5、姿态传感器I，6、姿态传感器II，7、视觉摄像仪II，8、视觉摄像仪III，9、测距传感器，10、电气控制箱，11、液压阀箱，12、刮板运输机，13、液压控制箱，14、工控机，15、电磁式液压阀，16、遥控器，17、显示器。

具体实施方式：

如图1至图3所示，基于ZIGBEE网络的掘进机无线控制系统，包括掘进机1，掘进机1的前部设有转动塔3、后部设有刮板运输机12，转动塔3上设有悬臂梁2，此外还包括视觉摄像仪I4、姿态传感器I5、姿态传感器II6、视觉摄像仪II7、视觉摄像仪III8和测距传感器9；视觉摄像仪I4为两个，对称固定在悬臂梁2中轴线的两侧，用于采集悬臂梁2前端掘进头的工作图像，掘进机1作业时，两个视觉摄像仪I4随悬臂梁2同步运动，分别拍摄掘进头左右两侧的工作图像，较好地避开了因掘进头导致的拍摄盲区；姿态传感器I5固定在悬臂梁2的关节处，用于感知悬臂梁2的升降角度；姿态传感器II6固定在转动塔3的尾部，用于感知转动塔3带动悬臂梁2左右摆动角度；视觉摄像仪II7为两个，对称固定在转动塔3两侧的掘进机1上；视觉摄像仪III8为两个，对称固定在刮板运输机12的两侧，视觉摄像仪II7和视觉摄像仪III8均用于采集掘进机1左右两侧的视频图像；测距传感器9为两个，对称固定在掘进机1的尾部，用于探测掘进机1的前后移动状态；

掘进机1的侧面设有液压阀箱11和电气控制箱10，电气控制箱10的顶部设有液压控制箱13，各视觉摄像仪和传感器均通过ZIGBEE网络与液压控制箱13无线连接，反馈掘进机1的工作姿态，液压控制箱13通过ZIGBEE网络由遥控器16远程控制，遥控器16可以是台式，也可以是手持式，便于操作人员通过ZIGBEE网络发送控制信号，避免了大量电缆的互相连接，减少了作业现场的布线难度，也更易于直接在现场对掘进机1进行改装或装配。

液压阀箱11内设有多个用于控制掘进机1动作的电磁式液压阀15，液压控制箱13通过电缆与电气控制箱10互联，液压控制箱13内设有工控机14，工控机14通过ZIGBEE网络与各电磁式液压阀15控制连接，工控机14处理数据后发出电信号驱动电磁式液压阀15，实现液压回路的动作。

ZIGBEE网络本身具有的自组网功能使得各视觉摄像仪和传感器采集到的数据能够稳定传输，确保了操作人员远程控制掘进机1作业的稳定性。

该控制系统还包括显示器17，显示器17应用于远端，通过光缆与液压控制箱13内的工控机14连接，用于接收图像信号并显示，为操作人员提供现场视频图像。由于掘进机1的作业环境主要是煤矿井，应确保视觉摄像仪、传感器、液压控制箱13和显示器17具有防爆功能，进一步提高系统整体的安全性。