矿山工作面中支撑单元的控制器的制作方法

专利名称：矿山工作面中支撑单元的控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制矿山工作面中支撑单元运动的支撑控制器。
这种控制器例如由DE10207698.7A1(TBT2104)以及DE19982113.5-24A1(TBT9805)已知。
在这种支撑控制器中，各个支撑单元(在该申请中称为“护板(Schilde)”)可以由一个中央控制器出发或者通过分别对应于一个护板(护板控制器)的各个控制单元来控制，或者通过一个操作设备经由无线电来控制。在原理上，由操作设备输入的无线电指令传送到一个配备有接收设备的护板控制器。然后从这个护板控制器出发，可以分别控制相邻的或者多个相邻的护板。在原理上，控制信号通过一根所有护板控制器共用的导线传送到所有的护板控制器。然而所述的护板控制器被如此编程，使得只有对应于和控制指令一起发送的码字的护板控制器做出响应，并执行开关指令。其他所有护板控制器将控制信号与码字一起继续转发。当输入一条控制指令时，占用了整个导线(总线导线)。
本发明的任务是实现一种支撑控制器，其中能够同时在操作设备和护板控制器之间同时双向传输信号。很容易地找到护板控制器中的故障，并且尤其是可以与控制信号一起发送其他的信号。
其解决方案由权利要求1得出。
由这种设计得到了以下优点，即整体上的采掘控制，包括对护板和采掘机械的控制，由操作设备，最好是由手动操作设备来实现，并且其中通过检验发送回的状态数据和测量数据可以同时根据检验结果来实现控制。尤其是当设备开工时，对所有的护板控制设备一个接一个地单独进行状态监控，或者进行试运行，并且操作员可以跟踪煤面的开采和支撑装置的控制运行，以及密切监视支撑单元是否正确运行。目前这不经过通知反馈是无法实现的。然而根据本发明，不再需要操作人员的在场、尤其是待在移动的护板和支撑装置的危险区域内。
在权利要求2所述的实施方式中，还另外实现了使操作设备和护板控制器之间的、必须由无线电来跨越的距离始终很短，并且一目了然，而通过电缆来实现至较远处的护板控制器的数据传输，因此对干扰不是很敏感。另一方面，根据本发明实现了多信道传输，对于每个控制信号，还同时实现了对做出响应的控制单元的状态控制，从而使无线电通信或电缆传输中的干扰被立即觉察到。这样就考虑到了矿山中的安全性要求。
在权利要求3所述的实施方式中，可通过电缆传输的数据密度与无线电传输的数据密度相匹配。
由于工作面很长，存在这样的危险即通过电缆(总线导线)从一个扩板控制器传输到另一个护板控制器的信号会发生强烈的衰减，以至于该信号不能够由远处的护板控制器、尤其是中央控制器接收到或者做出正确的解释。
根据本发明的权利要求4所述的实施方式，这一问题通过采用两根总线导线和所有重叠发送的信号得以避免。
根据本发明，可以与控制信号的输入无关地同时将测量信号或其他状态信号传送到操作员或中央控制器。同样对于每个控制信号，也可以同时并且无时延地给出一个应答信号，通过这个应答信号来输入和/或执行控制指令。
下面参照附图描述本发明的实施例。


图1工作面及支撑单元的截面图。
图2截煤机和支撑单元组的示意图。
图3中央控制器和护板控制器的示意结构图。
在图1中示出了支撑单元1-18中的一个支撑单元。在图2中示出了多个支撑单元1至18。所述支撑单元沿着矿层20排列。用一个采掘机械中的切割装置23、24在采掘方向22上对矿层20进行开采。在该实施例中采掘机械是截煤机21的形式。
截煤机21可以借助于一个图中未示出的截煤钢索在采掘方向19上行进。它具有两个以不同高度设置的切割辊23、24，对煤壁进行铣削。开采下来的煤由截煤机(也称为“辊装机”)装载到传送带上。传送带由一个流槽25构成，其中一个铠装传送带沿着煤面移动。截煤机21可沿着煤面行进。流槽25被划分成各个单元，它们尽管相互连接，但是可以在采掘方向22上彼此相对移动。每个单元通过一个气缸活塞单元(步进活塞)29作为动力产生装置与支撑单元1-18中的一个支撑单元相连接。每个支撑单元用于支撑工作面。为此采用了另一个气缸活塞单元30，它将一个底板相对于一个顶板撑开。所述顶板在其前面的朝向矿层的末端具有一个所谓的煤防撞缓冲器48。这里它是一个可在被开采的煤壁前面翻起的挡板。所述煤防撞缓冲器必须在截煤机21行进到此之前高高翻起。为此还采用了另外一个未示出的气缸活塞单元。这里各支撑单元的这些功能元件仅仅作为实例给出。还存在其它的功能元件；对于本发明的理解不需要再提及和描述这些其它的功能元件。
对于每个动力产生装置，如已经提到的，它是液压气缸/活塞单元。
这些气缸/活塞单元通过阀门44、先导阀45来操作。在先导阀上固定了一个阀门控制器40，即一个外壳和位于其中的阀门控制器。
在图2中，截煤机向右移动。因此支撑单元17的煤防撞缓冲器必须翻回。另一方面，在行进方向19上位于截煤机21后面的支撑单元9上，流槽25的单元向前推进到被开采的煤壁上。同样，后面的支撑单元8、7、6、5、4在前进过程中顺次推进到工作面或被开采的煤壁上。在这些支撑单元上，煤防撞缓冲器被再次翻到下面。支撑单元3、2、1已经复位，并保持在其位置上，直到截煤机再次向右边靠近。对上述运动的控制一部分与运动和截煤机的瞬时位置无关地自动进行，一部分手动完成。为此，每个支撑单元1-18分别配备有一个护板控制器34。一个护板控制器34分别与一个支撑单元1-18相对应，并且分别通过一个阀门控制器40(微处理器)与支撑单元1、2、3...(至18)的共同的动力发生装置的先导阀45和主控阀44相连接。
每个护板控制器都可以用于输入数据或者对数据进行查询。然而一组由多个护板控制器构成的控制器组之上可以设置一个工作面控制器33，或者所有的护板控制器之上也可以设置一个中央支撑控制器(主控中央控制器50和/或辅助中央控制器51)，所述中央支撑控制器与护板控制器相连接。在图2中示出了一种这样的实施方式。
中央控制器由主控中央控制器50和辅助中央控制器51组成。
电缆58(总线导线)将所有的护板控制器34相互连接。通过每个护板控制器进一步输入或输出支撑指令、状态数据或其他数据。通过所述支撑指令，在一个特定的护板中执行特定的支撑功能，例如开采、挖掘迈进、压实。所述支撑指令由所有的护板控制器34通过总线导线58接收，并进一步传送。支撑指令/控制指令可以手动提供给主控中央控制器50或辅助中央控制器51、工作面控制器33，所述指令被分别分配给一组护板控制器，或者通过操作设备37来执行。所输入的支撑指令从主控中央控制器50或辅助中央控制器51或工作面控制器33或操作设备37被传送到下一个护板控制器。然后从这个护板控制器出发，所述支撑指令通过总线导线58到达所有其他的护板控制器34。然而通过一种预定的编码，护板控制器1-18中只有一个、或者只有一组护板控制器被激活，以执行相应的支撑功能。然后被激活的护板控制器将接收到的支撑指令转换为阀门控制指令，用于控制对应于相关支撑单元的控制阀或主控阀。
自动执行所述功能以及功能的执行过程例如在DE-A119546427.3中进行了描述。
做出响应的护板控制器同时能够给出做出响应的功能元件(例如汽缸活塞单元)的状态数据和其他测量数据。然后这些数据通过总线导线58被发送回来，并且由相应的下一个护板控制器传送回至少执行该指令的设备，即主控中央控制器50或辅助中央控制器51或工作面控制器33或操作设备37。这样，输入控制指令的操作人员可以立即检验相关的功能是否被执行。
以相同的方式可以输入查询指令，并通过编码传送到特定护板控制器。通过这种方式，可以由中央控制站对整个指令控制器和护板进行状态监控，其中由于无线电连接的空间距离短，可以无需考虑干扰问题。为了手动进行指令输入，如上所述采用了一个控制设备37，它作为手动设备来实现，并由操作员来操作。为了输入指令，操作员可以站在工作面外面一段距离处，或者至少远离当前的采掘地点。
所述手动设备通过无线电与无线电接收机38进行通信，所述无线电接收机设置在每个护板控制器内。其中距离操作设备最近的护板控制器接收到最强的无线电信号。相应地，这个护板控制器将接收到的信号通过总线导线58继续转发，从而可以通过码字对相应的护板控制器做出响应。但是同时还通过无线电连接中的一个信道将相应护板控制器的应答信号、最好还将一个反映了状态和状态改变的信号通过总线导线58传送到各个无线电收发器。这样可以同时将下一个护板控制器所允许的最强的无线电信号传送到操作设备。操作人员可以得到直接的检验结果。
由于手动设备分别通过一个护板控制器与所有其他护板控制器，以及主控控制器、辅助控制器和工作面控制器之间的无线电连接是多信道连接，手动设备可以同时获取工作面的所有数据通信，从而避免了控制指令发生冲突。
长方形的手动设备在一个面(控制面)上具有操作键。通过这些操作键可以将代码输入到分别要操作的支撑控制器(护板控制器34.1、34.2...中的一个)中，并且可以发出支撑指令，以执行所希望的功能或所希望的功能流程(例如开采或挖掘迈进)。例如将手动设备的天线39用于无线传输。
当操作员将手动设备沿其纵轴旋转180度时，他将看到手动设备的控制面。它设置有两个二极管、一个显示器以及其他的按键。操作员可以用他的头顶矿灯照亮这两个二极管。只有当他例如用手指揭开一个二极管时，手动设备才能执行控制功能。为了进行控制，操作员输入要控制的支撑单元的代码。这样，手动设备通过无线电与下一个护板控制器相连接，如前面在传输控制信号时已经描述的那样。由此它通过无线电并通过电缆58、59形成与通过码字进行应答的护板控制器的连接。根据本发明可以进行直接的对话。操作人员可以借助于一个按键调用特定的功能或操作状态。为此在护板控制器中存入一个程序，利用该程序，可以对各个护板(支撑单元)的功能、工作状态和功能流程进行调用，或得到调用的顺序。然后所接收到的数据通过电缆58、59基本上同时地被传输到相邻的护板控制器，并从其中的一个护板控制器通过无线电传输到手动设备，并显示在显示器上。通过这种方式，操作员可以由此确定一个特定的支撑单元是否具有完全的工作能力，或者功能元件或控制元件是否需要维护或更换。
通过这种方式可以模拟试运行。但是也可以实际进行试运行，其中操作员从他所站的位置出发、通过手动设备的控制站点按照顺序对每个护板控制器进行应答，并且执行一个或多个功能。通过同时传送回状态和状态改变，可以检验该工作面支撑单元是否具备运行能力，并且是否可以运行。
这样，用很少的操作费用就能够实现截煤机和支撑单元的安全、无干扰且可靠的操作。如已经说明的，护板控制器34相互之间通过电缆58相连接，在当前实施方式中该电缆只具有两根芯线，用于分别串行传输码字和支撑指令。只有其存储的码字与传输的码字一致的那些护板控制器34/支撑单元才做出响应。电缆58是双芯电缆，它以总线导线的形式从一个护板控制器34延伸到下一个护板控制器，并通过位于其间的护板控制器34将主控中央控制器50和辅助中央控制器51相互连接。
根据本发明，除了目前所用的单个的双芯电缆58之外，也可以并行地铺设两根双芯电缆59，在本申请中称为并行总线。在本申请中电缆58、59也被称为总线导线。
各个护板控制器34中的电缆布线原理在图3中示出。图中示出了多个护板控制器中的两个护板控制器34.1和34.2。所述护板控制器通过总线导线58和59与主控中央控制器50和辅助中央控制器51相连。总线导线58具有两根芯线58.1和58.2；总线导线59具有两根芯线59.1和59.2。
两根总线导线总共有四根芯线，将护板控制器34.1、34.2...的输入元件52连接起来。从这个输入元件出发，到来的信号在护板控制器中被处理，即首先检验一起发送的码字与所存储的、对应于各护板控制器的码字是否一致。只要所传输的信号是控制信号，就进行相应的处理，并进一步转发到先前所描述的护板的相应功能元件。
然后每个总线导线的一根芯线58.2或59.2被分别引至一个开关元件53。相应的线经由输出端离开开关元件53，然后被引至相邻护板控制器34.2的相应开关元件53。在开关元件53中，这两根芯线58.2和59.2被同时地或者单独地分开。
总线导线58或59的另一根线58.1或59.1被引至一个放大器元件54。相应的线分别从放大器元件的输出端被引至相邻护板控制器34.2...的放大器元件。每个护板控制器34.1、34.2...分别具有另一个“右侧的”输入元件52，它接收并处理来自右侧的信号，即来自辅助中央控制器51或者另一个位于右侧的护板控制器34.3...的信号。相邻的护板控制器34.1、34.2再次通过两根分别具有两根线的电缆被连接。
开关53及其两个开关元件以通常的方式闭合，以实现导通。然而当出现干扰时总线导线被分开。这样一方面便于故障查找。为此，由一个控制装置(主控中央控制器、辅助中央控制器、手动设备、工作面控制器或者护板控制器)将位于右侧或左侧的护板控制器的开关元件单独地或者按顺序打开，然后输入控制信号。由于做出响应的护板控制器立即对控制信号进行应答，可以确定在护板控制单元中那个护板控制器发生了故障。另一方面可以在故障情况下实现分隔，以将发生故障的护板控制器隔离，并从一根或多根总线导线上拆下。这样，仍然可以对其他的护板控制器进行控制，可以实现故障排除，而不会使工作面停工。
在放大器元件54中对到来的数字信号进行更新。由此可以在放大器元件中确定到来的信号是否超出了一个特别预先确定的阈值。如果超出了这个阈值，则在输出端产生强度增大的信号，最好是具有最初的强度，从而确保了信号通过所有护板控制器进行传导。尤其是提供了这种类型的放大器，因为控制信号、测量信号等是以数字形式传输的。
这样，也可以在地下采矿中对所需的位置信号和方向信号以及控制数据进行可靠的、无干扰的无线传输。在工作面很长的情况下也可以通过无线电可靠地操纵支撑控制器。为此，控制装置具有以下特点信号仅通过无线电传输到空间上最近的控制装置，而通过电缆以更新后的形式、并以所需的强度被进一步转发到其他的控制装置。通过共用的计算能力可以对要分别做出响应的支撑单元进行可靠的分析计算。
当仅由一个中央控制器50、51或由输入装置37(图2)将控制指令输入到系统中时，可以将控制指令分别通过自由的总线导线58或59来传递。其中控制指令以所描述的方式通过各个护板控制器34.1、34.2...被传导。只有其存储的码字与和控制信号一起给出的码字相一致的护板控制器做出响应。相应控制信号的接收和/或执行可以通过一个应答信号进行应答，因为它被提供给两个总线导线58或59、以及无线电连接中之一。应答可以立即无时延地进行，从而在输入装置处，即在主控中央控制器50、辅助中央控制器51或者控制装置37处，也可以实现立即的控制。相应的控制信号被进一步传送到阀门控制器40(图1)。这样，先导阀45的调整电磁体被激励，并驱动动力发生装置30的相应主控阀44。现在也可以通过总线导线传送回压力传感器的信号，所述压力传感器是为了控制和监控每个动力发生装置和/或阀门而设置的。
附图标记1-18.支撑单元1至1819.切割方向1920.煤层2021.采掘机械 截煤机2122.采掘方向2223.切割方向 切割辊23、2424.切割装置 切割辊25.传送带，流槽，单元2526.底板27.顶板28.轮2829.气缸活塞单元，步进活塞，动力产生装置2930.气缸活塞单元，动力产生装置31.计算机，微处理器3132.无线电接收器3233.工作面控制器，中央支撑控制器，工作面控制装置34.控制装置34，护板控制器，护板控制装置，支撑控制器35.天线3536.接收器3637.控制装置，手动设备，操作设备38.无线电接收机39.手动设备的天线40.阀门控制器，微处理器，控制装置4041.
42.
44.控制阀4445.先导阀，控制阀4546.
47.调整电磁体4748.煤防撞缓冲器4850.主控中央控制器51.辅助中央控制器52.输入元件53.开关元件54.放大器元件，更新58.电缆，总线导线58.1芯线58.2芯线59.电缆，总线导线，并行总线59.1芯线59.2芯线
权利要求
1.用于控制矿山工作面中支撑单元运动和掘进的支撑控制器，具有一个中央控制器，并且具有多个控制单元，每个支撑单元分别在地点上和功能上对应于这些控制单元中的一个控制单元(护板控制器)；其中护板控制器与分散的操作装置(操作设备37)无线连接，用于输入控制指令并发送回控制数据；其特征在于，每个护板控制器包含一个多信道的无线电收发机，在与分散的、可移动的操作装置同时进行发送和接收的操作过程中，所述多个护板控制器中的一个护板控制器通过这个无线电收发机来接收控制信号并发送测量数据和状态数据，其中所述护板控制器以下列方式被编程当通过无线电传来的控制信号被对应于所调用的护板控制器的码字所占用时，该控制信号只能被转换为该支撑单元的功能。
2.如权利要求1所述的支撑控制器，其特征在于，所述护板控制器相互之间、并且最好还与一个中央控制器通过一根总线导线(58)相连接，用于将输入的数据传输到所有的护板控制器。
3.如权利要求2所述的支撑控制器，其特征在于，所述护板控制器相互之间、并且最好还与一个中央控制器通过相同类型的第二根总线导线(并行总线59)相连接。
4.如权利要求1、2或3所述的支撑控制器，其特征在于，每个护板控制器具有一个放大器，用于对通过两根总线导线中的至少一根传来的、其码字与该护板控制器并不对应的信号进行放大。
全文摘要
一种用于控制矿山工作面中支撑单元运动和掘进的支撑控制器，具有多个控制单元，每个支撑单元分别在地点上和功能上对应于这些控制单元中的一个控制单元(护板控制器)。每个护板控制器包含一个多信道无线电收发机，在与分散的、可移动的操作装置同时进行发送和接收的操作过程中，所述多个护板控制器中的一个护板控制器通过这个无线电收发机来接收控制数据并发送测量数据和状态数据。所述护板控制器以下列方式被编程当通过无线电传来的控制信号被对应于所调用的护板控制器的码字所占用时，该控制信号只能被转换为该支撑单元的功能。护板控制器相互之间最好通过两根总线导线(58，59)相连接，用于将输入的数据传输到所有的护板控制器。每个护板控制器具有一个放大器，用于更新通过总线导线传来的信号。
文档编号E21D23/14GK1729349SQ200380107227
公开日2006年2月1日 申请日期2003年12月11日 优先权日2002年12月21日
发明者威利·库斯, 彼得·瑞姆斯 申请人:迪芬巴赫控制系统股份有限公司