露天矿大型轮斗挖掘机智能控制系统及方法与流程

1.本发明涉及智能控制技术领域，具体的是一种露天矿大型轮斗挖掘机智能控制系统及方法。

背景技术：

2.轮斗挖掘机主要由轮斗机构、轮斗臂皮带机构、排料臂皮带机构、轮斗臂液压俯仰机构、排料臂俯仰机构、履带行走机构、轮斗臂回转机构、排料臂回转机构、润滑机构、除尘机构、电气室、司机室、卷盘供电系统组成。取料工艺通过行走预置的进尺深度，工作角度左右往复回转，斗轮旋转挖掘物料，再通过悬臂皮带机等工艺运输到下游系统完成取料作业。

3.在碳达峰、碳中和的“30、60”目标要求下，煤炭行业正加快煤矿智能化建设和采矿装备智能化的提升。轮斗挖掘机作为露天矿主要开采装备，由于机构的复杂性、工作环境以及系统功能等因素，现有国内轮斗挖掘机作业仍普遍采用大量的人工操作和干预，智能化程度低，人工工作强度大，人为因素影响多，故障检测不及时，影响生产效率。

技术实现要素：

4.根据上述问题和现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种露天矿大型轮斗挖掘机智能控制系统及方法。

5.为实现上述目的，本发明提供如下解决方案: 一种露天矿大型轮斗挖掘机智能控制系统，其特征在于：包括控制器和分别与控制器通讯连接的总控制单元和监控单元；所述总控制单元包括主plc系统（p100），还包括：与主plc系统（p100）通过4g网络连接的移动通信模块（p701）；与主plc系统（p100）通过ethernet连接的光纤通讯模块（p800）；所述光纤通讯模块（p800）还与触摸屏显示单元（p501）、工控机控制单元（p502）、操控单元（p503）以及无线通信模块（p700）；与主plc系统（p100）通过profibus

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dp连接的分布式io单元、调速控制单元、精确定位单元和网关，所述分布式io单元包括并联设置的轮斗分布式plc单元（p101）、悬臂皮带驱动分布式plc单元（p102）、履带行走驱动分布式plc单元（p103）、回转驱动分布式plc单元（p104）、辅助机构分布式plc单元（p105）、液压俯仰分控制单元（p106）、润滑分控制单元（p107）；所述调速控制单元包括并联设置的轮斗总线变频器单元（p201）；轮斗臂皮带总线变频器单元（p202、p203）；卸料臂皮带总线变频器单元（p204、p205）；履带总线变频器单元（p206、p207）、上部回转总线变频器单元（p208）、排料臂回转总线变频器单元（p209）；所述精确定位单元包括并联设置的斗轮臂旋转编码器（p301）、排料臂旋转编码器（p302）、斗轮臂俯仰编码器（p303）、卸料臂俯仰编码器（p304）；所述网关通过modbusrtu连接有智能通讯电能检测单元（p401）；驱动压力检测单

元（p402）；驱动温度振动检测单元（p403）；电流检测单元（p404）；所述监控单元包括网络交换机以及与网络交换机信号连接的斗轮前端摄像头(hc1)、斗轮臂摄像头(hc2)、卸料臂摄像头(hc3)、回转摄像头(hc4)、俯仰摄像头(hc5)、下料口摄像头(hc6)、电气室摄像头(hc7)、司机室摄像头(hc8)；网络交换机上设置有与无线网桥和光纤收发器相配合的接口；网络交换机还与带有视频监视器的视频监控系统相连接。

6.一种露天矿大型轮斗挖掘机智能控制方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：控制方式选择为自动控制模式；设定工作参数；步骤2：系统排查，清除系统真实故障；步骤3：判断真实故障是否已清除，解锁程序软保持故障，如果软故障解锁，真实故障已清除，执行步骤4；软故障未解锁，真实故障未清除，继续执行步骤2；步骤4：判断自动备妥条件是否已经具备；如果具备，系统可以运行，执行步骤5；否则，执行步骤1

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4；步骤5：向主控室发出具备运行条件申请；步骤6：判断是否接收下游串接设备运行联锁信号；接收到，执行步骤7；未接收到执行步骤5；步骤7：一键自动启动，系统开始进行第一层自动取料；步骤8：启动行走，自动寻址工作面；到达工作面后停止行走；步骤9：启动机声光报警，程序预置10秒；然后运行自动轮斗挖掘机；步骤10：声光报警10秒结束后，启动排料臂皮带机运行。启动故障联锁保护，未触发故障，执行步骤11；触发故障，执行步骤23；步骤11：排料臂皮带机运行，程序预置运行10秒后，启动轮斗臂皮带机运行。启动故障联锁保护，未触发故障，执行步骤12；触发故障，执行步骤23；步骤12：斗轮臂皮带机运行10秒后，启动轮斗运行。启动故障联锁保护，未触发故障，执行步骤13；触发故障，执行步骤23；步骤13：斗轮运行10秒后，启动斗轮臂回转，此处程序具有判断和记忆功能；首先判断设备是否为首次运行，如果首次运行，回转启动按程序预置方向自动回转；如果不是首次运行，程序会记忆上次停止前回转切削方向，回转启动按记忆方向运转，回转至预置的工作边界角度，停止回转；此处回转还具备调速功能，回转速度会根据角度的不同，按预置算法有规律的变速，以保证取料量的相对恒定；同时，启动故障联锁保护，未触发故障，执行步骤14；触发故障，执行步骤23；步骤14：停止回转8秒后，行走前行，至预置的进尺切削深度后停止行走；同时，启动故障联锁保护，未触发故障，执行步骤15；触发故障，执行步骤23；步骤15：当行走前行停止10秒后，启动回转，回转方向为初始回转方向的反方向，回转至预置回转边界；故障联锁保护判断，未触发故障，执行步骤16；触发故障，执行步骤23；步骤16：反向回转至预置工作边界后。判断是否到达预置第一层工作距离；到达，执行步骤17；未到达执行，执行步骤18；步骤17：循环往复运行回转和行走，即执行步骤13

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16，直至达到预置第一层工作

距离，执行步骤18；步骤18：当前行至预置第一层行走距离完成，判断第一阶段的第一层物料取完，停止行走和回转；启动行走后行，至初始位置；停止行走；步骤19：当后行停止8秒后，启动轮斗臂下降，下降至预置的轮斗第二层高度；停止下降；同时，启动故障联锁保护，未触发故障，执行步骤20；触发故障，执行步骤23；步骤20：当轮斗臂下降停止8秒后，第二层自动运行。第二层运行顺序步骤与第一层步骤一致，除预置参数有所变化。判断第二层是否到位取完；未取完执行8

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16，循环往复运行。如果取完，执行步骤21；步骤21：当第二层取料完成，停止行走和回转；启动行走后行至初始位置，停止行走。启动轮斗下降至第三层预置高度，停止下降。进行第三层取料，判断第三层是否到位取完；未取完执行8

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16，循环往复运行。如果取完，执行步骤22；步骤22：重复上述操作，直至取完所有层数，设备发出料取完指令，自动停机；或中途人为发出自动停机指令，设备自动停机；自动停机顺序为，停止行走

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停止回转

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停止轮斗

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停止斗轮臂皮带

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停止排料臂皮带；步骤23：故障停机，当系统控制器接收到一级停机故障反馈，自动故障紧急停机；所有机构立刻断电停机，程序中止。

7.进一步的：所述启动的故障联锁保护，包括预警保护和报警保护两道阀值保护功能，当达到预警保护阀值时，仅报警不停机，当达到故障保护阀值时，执行步骤23，自动紧急停机。

8.本发明的优点是：本发明是一种露天矿大型轮斗挖掘机智能化控制系统及方法。实现轮斗系统位姿的智能检测和感知；轮斗系统的机构协同自动化控制；轮斗系统工作环境实时监控和故障预警；轮斗系统故障和运行状态参数设置的人机交互可视化显示；从而达到降低人工劳动强度和减员增效目的。

附图说明

9.图1为本发明的轮斗装备结构总示意图图；图2为本发明的供电和控制结构示意图图；图3为本发明的总线网络拓扑图；图4为本发明的视频监控示意图；图5为本发明的自动控制工艺流程示意图。

10.图中序号说明如下：10轮斗机构；11轮斗臂皮带机构；12排料臂皮带机构；13轮斗臂液压俯仰机构；14排料臂俯仰机构；15履带行走机构；16轮斗臂回转机构；17排料臂回转机构；18润滑系统；19除尘系统；20低压电气室；21司机室；22高压电气室；23卷盘供电系统组成；1000供电滑环箱单元；1001进线中压柜单元；1002中压变压器单元；1003低压进线柜单元；1004轮斗mcc柜单元；1005皮带mcc柜单元；1006回转mcc柜单元；1007行走mcc柜单元；1008俯仰mcc柜；1009辅助系统柜单元；1010plc控制柜；1011操作控制台，1012工控机和显示器；1013监控系统；1020屏外检测保护元件；l1为profibus

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dp；l2为modbusrtu；l3为ethernet；p100主plc系统；p501触摸屏显示单元；p502工控机控制单元；p101轮斗分布式plc单元；p201轮斗总线变频器单元；p102悬臂皮带驱动分布式plc单元；p202p203轮斗臂皮

带总线变频器单元；p204p205卸料臂皮带总线变频器单元；p103履带行走驱动分布式plc单元；p206履带总线变频器单元；p207；p104回转驱动分布式plc单元；p208上部回转总线变频器单元；p209排料臂回转总线变频器单元；p105辅助机构分布式plc单元；p106液压俯仰分控制单元；p107润滑分控制单元；p401智能通讯电能检测单元；p402驱动压力检测单元；p403驱动温度振动检测单元；p404电流检测单元；p301斗轮臂旋转编码器；p302排料臂旋转编码器；p303斗轮臂俯仰编码器；p304卸料臂俯仰编码器；（p700、wb）无线通信模块；p701移动通信模块；（p800、of）光纤通讯模块。d视频监控系统包括网络硬盘录像机单元；se网络交换机；hc数字高清摄像头；mt视频监视器；wb无线网桥；of光纤收发器；hc1数字高清摄像头包括斗轮前端摄像头；hc2斗轮臂摄像头；hc3卸料臂摄像头；hc4回转摄像头；hc5俯仰摄像头；hc6下料口摄像头；hc7电气室摄像头；hc8司机室摄像头。

具体实施方式

11.下面结合附图1～图5和实施例对本发明作进一步详细说明。此处所描述的实施例仅对本发明的解释，而非对本发明的限制。

12.一种露天矿大型轮斗挖掘机智能控制系统，其包括控制器和分别与控制器通讯连接的总控制单元和监控单元；所述总控制单元包括主plc系统p100，还包括：与主plc系统p100通过4g网络连接的移动通信模块p701；与主plc系统p100通过ethernet连接的光纤通讯模块p800；所述光纤通讯模块p800还与触摸屏显示单元p501、工控机控制单元p502、操控单元p503以及无线通信模块p700；与主plc系统p100通过profibus

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dp连接的分布式io单元、调速控制单元、精确定位单元和网关，所述分布式io单元包括并联设置的轮斗分布式plc单元p101、悬臂皮带驱动分布式plc单元p102、履带行走驱动分布式plc单元p103、回转驱动分布式plc单元p104、辅助机构分布式plc单元p105、液压俯仰分控制单元p106、润滑分控制单元p107；所述调速控制单元包括并联设置的轮斗总线变频器单元p201；轮斗臂皮带总线变频器单元p202、p203；卸料臂皮带总线变频器单元p204、p205；履带总线变频器单元p206、p207、上部回转总线变频器单元p208、排料臂回转总线变频器单元p209；所述精确定位单元包括并联设置的斗轮臂旋转编码器p301、排料臂旋转编码器p302、斗轮臂俯仰编码器p303、卸料臂俯仰编码器p304；所述网关通过modbusrtu连接有智能通讯电能检测单元p401；驱动压力检测单元p402；驱动温度振动检测单元p403；电流检测单元p404；所述监控单元包括网络交换机以及与网络交换机信号连接的斗轮前端摄像头(hc1)、斗轮臂摄像头(hc2)、卸料臂摄像头(hc3)、回转摄像头(hc4)、俯仰摄像头(hc5)、下料口摄像头(hc6)、电气室摄像头(hc7)、司机室摄像头(hc8)；网络交换机上设置有与无线网桥和光纤收发器相配合的接口；网络交换机还与带有视频监视器的视频监控系统相连接。

13.本发明还公开了一种露天矿大型轮斗挖掘机智能控制方法，其包括如下步骤：

步骤1：控制方式选择为自动控制模式；设定工作参数；步骤2：系统排查，清除系统真实故障；步骤3：判断真实故障是否已清除，解锁程序软保持故障，如果软故障解锁，真实故障已清除，执行步骤4；软故障未解锁，真实故障未清除，继续执行步骤2；步骤4：判断自动备妥条件是否已经具备；如果具备，系统可以运行，执行步骤5；否则，执行步骤1

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4；步骤5：向主控室发出具备运行条件申请；步骤6：判断是否接收下游串接设备运行联锁信号；接收到，执行步骤7；未接收到执行步骤5；步骤7：一键自动启动，系统开始进行第一层自动取料；步骤8：启动行走，自动寻址工作面；到达工作面后停止行走；步骤9：启动机声光报警，程序预置10秒；然后运行自动轮斗挖掘机；步骤10：声光报警10秒结束后，启动排料臂皮带机运行。启动故障联锁保护，未触发故障，执行步骤11；触发故障，执行步骤23；步骤11：排料臂皮带机运行，程序预置运行10秒后，启动轮斗臂皮带机运行。启动故障联锁保护，未触发故障，执行步骤12；触发故障，执行步骤23；步骤12：斗轮臂皮带机运行10秒后，启动轮斗运行。启动故障联锁保护，未触发故障，执行步骤13；触发故障，执行步骤23；步骤13：斗轮运行10秒后，启动斗轮臂回转，此处程序具有判断和记忆功能；首先判断设备是否为首次运行，如果首次运行，回转启动按程序预置方向自动回转；如果不是首次运行，程序会记忆上次停止前回转切削方向，回转启动按记忆方向运转，回转至预置的工作边界角度，停止回转；此处回转还具备调速功能，回转速度会根据角度的不同，按预置算法有规律的变速，以保证取料量的相对恒定；同时，启动故障联锁保护，未触发故障，执行步骤14；触发故障，执行步骤23；步骤14：停止回转8秒后，行走前行，至预置的进尺切削深度后停止行走；同时，启动故障联锁保护，未触发故障，执行步骤15；触发故障，执行步骤23；步骤15：当行走前行停止10秒后，启动回转，回转方向为初始回转方向的反方向，回转至预置回转边界；故障联锁保护判断，未触发故障，执行步骤16；触发故障，执行步骤23；步骤16：反向回转至预置工作边界后。判断是否到达预置第一层工作距离；到达，执行步骤17；未到达执行，执行步骤18；步骤17：循环往复运行回转和行走，即执行步骤13

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16，直至达到预置第一层工作距离，执行步骤18；步骤18：当前行至预置第一层行走距离完成，判断第一阶段的第一层物料取完，停止行走和回转；启动行走后行，至初始位置；停止行走；步骤19：当后行停止8秒后，启动轮斗臂下降，下降至预置的轮斗第二层高度；停止下降；同时，启动故障联锁保护，未触发故障，执行步骤20；触发故障，执行步骤23步骤20：当轮斗臂下降停止8秒后，第二层自动运行。第二层运行顺序步骤与第一层步骤一致，除预置参数有所变化。判断第二层是否到位取完；未取完执行8

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16，循环往复

运行。如果取完，执行步骤21；步骤21：当第二层取料完成，停止行走和回转；启动行走后行至初始位置，停止行走。启动轮斗下降至第三层预置高度，停止下降。进行第三层取料，判断第三层是否到位取完；未取完执行8

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16，循环往复运行。如果取完，执行步骤22；步骤22：重复上述操作，直至取完所有层数，设备发出料取完指令，自动停机；或中途人为发出自动停机指令，设备自动停机；自动停机顺序为，停止行走

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停止回转

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停止轮斗

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停止斗轮臂皮带

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停止排料臂皮带；步骤23：故障停机，当系统控制器接收到一级停机故障反馈，自动故障紧急停机；所有机构立刻断电停机，程序中止。

14.优选的：所述启动的故障联锁保护，包括预警保护和报警保护两道阀值保护功能，当达到预警保护阀值时，仅报警不停机，当达到故障保护阀值时，执行步骤23，自动紧急停机。

15.所述手动控制是指操作台上的按钮开关人工单动控制轮斗挖掘机，是在自动操作无法运行应急操作方式和远距离移设时应用的操作方式。手动控制方式，操作灵活，在操作台和操作画面上可灵活控制各机构的运行。

16.所述的机旁维修控制是指在机旁维修按钮站就地控制轮斗挖掘机对应驱动运行，为检修时的操作方式，控制装置安放在现场驱动旁，便于维修控制设备启停。

17.所述的遥控控制是指通过遥控器现场控制轮斗挖掘机，该操作方式优点在于操作人员可以在巡检设备和移设时，灵活走动控制和观察设备运行。

18.下面对本发明的方案进行详细说明。

19.本发明公开了一种露天矿大型轮斗挖掘机智能控制系统，以分布式可编程逻辑控制器为基础，应用现场总线连接分散的检测和控制单元，实现全数字化的信息交换和共享、精确位姿定位、变频远程调速、设备健康状态实时感知、人机可视化交互的自动控制系统，控制斗轮挖掘机智能运行。

20.所述的轮斗挖掘机主要由轮斗机构10、轮斗臂皮带机构11、排料臂皮带机构12、轮斗臂液压俯仰机构13、排料臂俯仰机构14、履带行走机构15、轮斗臂回转机构16、排料臂回转机构17、润滑系统18、除尘系统19、低压电气室20、司机室21、高压电气室22，卷盘供电系统组成23，屏外保护元件1020组成。取料工艺通过行走预置的进尺深度，在工作角度左右往复回转，斗轮旋转挖掘物料，再通过悬臂皮带机等工艺运输到下游系统完成取料作业。

21.所述的供电系统包括供电滑环箱单元1000，进线中压柜单元1001、中压变压器单元1002、低压进线柜单元1003、轮斗mcc柜单元1004、皮带mcc柜单元1005、回转mcc柜单元1006、行走mcc柜单元1007、俯仰mcc柜1008和辅助系统柜单元1009，plc控制柜1010，操作控制台1011，工控机和显示器1012，监控系统1013，屏外检测保护元件1020，以及集控上位机系统柜以及柜内供电断路器、接触器等元件。所述的电滑环箱单,1000布置在现场上机电缆卷盘23旁，上机电压中压为10kv，50hz；中压电缆选用三芯交联聚乙烯绝缘铠装电力电缆yjv22

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6/10kv。所述的中压进线柜1001布置在机上高压电气室22内，柜内包含断路器单元、计量单元、微机单元、避雷器单元、直流屏单元。所述的中压变压器单元1002安装在现场回转平台内，中压变压器选择scb系列树脂浇注干式变压器scb13系列。所述的低压进线柜单元，布置在低压电气室20内，柜内包括进线断路器及仪表等元件，用于给低压回路供断电和

保护。所述的轮斗mcc柜单元1004，皮带mcc柜单元1005，回转mcc柜单元1006，行走mcc柜单元1007布置在低压电气室20内，柜内包括变频器和供电和控制等元件，用于给轮斗挖掘机各机构驱动提供动力和运行控制。所述俯仰mcc柜1008，为液压俯仰提供动力和控制，布置在回转箱梁内。辅助系统柜单元1009布置在驱动附近，主要包括润滑、除尘等辅助系统控制柜。所述的plc柜1010包括布置在司机室的主plc柜单元p100和布置在低压电气室各机构分站plc柜单元p101

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p107。所述的操作控制台1011布置在司机室，包括操作按钮盒指示灯，以及布置工控机和显示器1012,。所述的工控机和显示器1012，用于便于操作设备运行，可视化显示设备状态和故障信息，人机交互参数设置等功能。所述的视频监控系统1013，在轮斗挖掘机主要部位布置热成像摄像头和视频摄像头，监视现场情况。所述的屏外检测保护元件1020，包括极限、料位、高度、角度、距离、皮带五项、振动、温度、风速、液位、压力等保护检测，保护检测元件满足室外防护等级。

22.所述的控制系统包括主系统和各机构分站控制系统、智能电能检测单元，智能电机健康监测单元、精确编码器定位单元总线连接分散式管理集中控制的系统，以及远控预留接口；所述的现场总线为profibus

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dp,modbus rtu ,ethernet总线；l1为profibus

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dp,l2为modbusrtu，l3为ethernet，l4为4g 移动网络通讯。所述主系统安装在司机室21控制柜内。所述的主系统包括主plc系统p100，由电源模块、cpu模块、di/do模块、ai/ao模块、扩展io模块组成，触摸屏显示单元p501，工控机控制单元p502，以及操作台单元p503。所述各机构分站控制系统包括轮斗分站控制系统，包括驱动分布式plc单元p101，轮斗总线变频器单元p201，所述的轮斗分站控制系统安装在下部电气室轮斗20控制柜内。所述悬臂皮带分站控制系统，包括驱动分布式plc单元p102，轮斗臂皮带总线变频器单元p202、p203，卸料臂皮带总线变频器单元p204、p205，所述悬臂皮带控制系统分别安装在下部电气室20轮斗臂皮带和排料臂皮带控制柜内。所述的履带行走分站控制系统，包括履带行走驱动分布式plc单元p103，履带总线变频器单元p206、p207，所述的履带行走分站系统布置在下部电气室20履带行走控制柜内。所述的回转分站控制系统，包括回转驱动分布式plc单元p104，上部回转总线变频器单元p208，排料臂回转总线变频器单元p209，所述的排料臂回转分站控制系统分别布置在下部电气室20排料臂回转和受料臂电控柜。辅助机构分布式plc单元p105，液压俯仰分控制单元p106、润滑分控制单元p107所述的辅助液压润滑分站控制单元布置在现场驱动旁，并与主系统总线通知。所述智能检测系统包括智能通讯电能检测单元p401、驱动压力检测单元p402、驱动温度振动检测单元p403、电流检测单元p404，扫描检测单元、激光雷达超声波测距检测单元；所述的智能检测单元采用modbus rtu总线，在通过p600网关转换成profibus

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dp总线与主plc系统通讯。所述智能精确定位单元包括斗轮臂旋转编码器p301，排料臂旋转编码器p302，斗轮臂俯仰编码器p303，卸料臂俯仰编码器p304，履带编码器，以及卫星定位单元，通过总线全数字流通讯，实时的将检测数据反馈给plc控制器系统采集分类、分析运算，决策执行。所述远控预留接口包括无线通信模块p700、wb、移动通信模块p701、光纤通讯模块p800、of，通道冗余传输介质，保证控制信号的稳定。所述基于移动网络通信为远程服务在线诊断预留接口。

23.所述视频监系统1013完成斗轮挖掘机各主要位置进行监控，并在司机室图像显示；与远程集控画面传输预留接口；所述视频监控系统包括网络硬盘录像机单元d、网络交换机se、数字高清摄像头hc、视频监视器mt、无线网桥wb和光纤收发器of；所述数字高清摄

像头包括斗轮前端摄像头hc1、斗轮臂摄像头hc2、卸料臂摄像头hc3、回转摄像头hc4、俯仰摄像头hc5、下料口摄像头hc6、电气室摄像头hc7、司机室摄像头hc8；摄像头为高清雨刷式枪机网络摄像头；所述视频监视器安放于司机室，用于现场显示；所述无线网桥和光纤通讯冗余互备传输，与远程集控预留接口。

24.本发明在实施过程中，其方案还包括轮斗挖掘机供电系统、屏外保护元件系统1020、智能干雾抑尘系统、智能集中润滑系统；所述的轮斗挖掘机供电系统包括中压变压器系统、中压进线和馈线系统、低压变压器系统，低压进线供电系统、控制变压器单元、直流电电源单元、各机构驱动mcc柜单元、不间断电源系统；所述的智能干雾除尘系统自成系统，并与轮斗主系统预留无源干接点信号通讯接口；所述的智能干雾抑尘系统有独立的控制系统和硬件组成；所述智能干雾抑尘系统控制系统集合了动力回路、控制器、保护电路、继电器及其他元件，分为自动和手动控制方式，分为远程和就地模式；所述的干雾抑尘系统接口信号包括启停控制信号、故障信号、报警信号；所述干雾抑尘系统硬件组成包括干雾抑尘机、空压机、储存罐、喷雾器等装置；所述智能干雾抑尘系统可实现自动化抑尘，产生的微米级水雾，能够有效抑尘；所述的智能集中润滑系统自成系统，并与轮斗主系统预留无源干接点信号通讯接口；所述智能集中润滑系统接口信号包括启停控制信号、综合故障信号、超压过载信号、油位低报警信号；所述的智能干集中润滑系统有独立的控制系统和硬件组成；所述智能集中润滑系统控制系统集合了动力回路、控制器、保护电路、继电器及其他元件，分为自动和手动控制方式，分为远程和就地模式；所述集中润滑系统硬件组成包括油泵、分配器、储存罐、管路等装置；所述智能集中系统可实现自动化加油；所述的液压俯仰系统包括斗轮臂俯仰和排料臂俯仰系统；所述液压俯仰系统自成系统，并与轮斗主系统预留无源干接点信号通讯接口；所述智能集中润滑系统接口信号包括上升信号、下降信号控制信号、还包括综合故障信号、超压过载信号、报警信号、油位低信号、温度过高信号、温度过低信号；所述的智能液压俯仰系统有独立的控制系统和硬件组成；所述智能液压俯仰系统控制系统集合了动力回路、控制器、保护电路、继电器及其他元件，分为自动和手动控制方式，分为远程和就地模式；所述液压俯仰系统硬件组成包括油泵、油箱、分配器、各种阀块、温度压力检测等装置；所述智能液压俯仰系统可实现自动化远程控制；所述的屏外保护检测系统包括轮斗过力矩保护装置、皮带保护检测装置、回转保护检测装置、行走保护检测装置、落料口防堵料装置，斗轮臂防撞装置；所述皮带保护检测装置包括打滑、料流、跑偏、拉绳等保护装置；所述回转保护检测装置包括里零位保护、极限保护、工作限位保护，还包括智能回转编码器角度检测；所述行走保护检测装置包括行走防跑偏装置和闭环编码器；所述俯仰保护检测装置包括上下极限、上下工作限位、还包括俯仰角度编码器装置；所述堵料装置采用重锤式接触式堵料装置，安装于下料口，预防堵料过多。

25.本发明所述的控制方法，按模式分包括自动控制、手动控制、维修控制，无线就地遥控控制多种控制方法；所述的控制模式可在操作台上设置的转换开关自由切换。所述的控制模式间具备闭锁功能，即当自动模式时，各手动操作按钮盒机旁按钮无法控制设备运行。

26.所述自动控制方法是轮斗挖掘机按事先编辑的工艺程序自动顺序启动，系统各保护元件单元、检测单元、定位传感器单元的反馈给控制器控制单元，通过运算比较控制各执行机构完成取料运行。

27.本方案所述的控制方法中，还辅佐以手动控制和机旁维修控制以及遥控控制等，所述手动控制是指操作台上的按钮开关人工单动控制轮斗挖掘机，是在自动操作无法运行应急操作方式和远距离移设时应用的操作方式。手动控制方式，操作灵活，在操作台和操作画面上可灵活控制各机构的运行。所述的机旁维修控制是指在机旁维修按钮站就地控制轮斗挖掘机对应驱动运行，为检修时的操作方式，控制装置安放在现场驱动旁，便于维修控制设备启停。所述的遥控控制是指通过遥控器现场控制轮斗挖掘机，该操作方式优点在于操作人员可以在巡检设备和移设时，灵活走动控制和观察设备运行。

28.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应该涵盖在本发明的保护范围内。技术特征：

1.一种露天矿大型轮斗挖掘机智能控制系统，其特征在于：包括控制器和分别与控制器通讯连接的总控制单元和监控单元；所述总控制单元包括主plc系统（p100），还包括：与主plc系统（p100）通过4g网络连接的移动通信模块（p701）；与主plc系统（p100）通过ethernet连接的光纤通讯模块（p800）；所述光纤通讯模块（p800）还与触摸屏显示单元（p501）、工控机控制单元（p502）、操控单元（p503）以及无线通信模块（p700）；与主plc系统（p100）通过profibus

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dp连接的分布式io单元、调速控制单元、精确定位单元和网关，所述分布式io单元包括并联设置的轮斗分布式plc单元（p101）、悬臂皮带驱动分布式plc单元（p102）、履带行走驱动分布式plc单元（p103）、回转驱动分布式plc单元（p104）、辅助机构分布式plc单元（p105）、液压俯仰分控制单元（p106）、润滑分控制单元（p107）；所述调速控制单元包括并联设置的轮斗总线变频器单元（p201）；轮斗臂皮带总线变频器单元（p202、p203）；卸料臂皮带总线变频器单元（p204、p205）；履带总线变频器单元（p206、p207）、上部回转总线变频器单元（p208）、排料臂回转总线变频器单元（p209）；所述精确定位单元包括并联设置的斗轮臂旋转编码器（p301）、排料臂旋转编码器（p302）、斗轮臂俯仰编码器（p303）、卸料臂俯仰编码器（p304）；所述网关通过modbusrtu连接有智能通讯电能检测单元（p401）；驱动压力检测单元（p402）；驱动温度振动检测单元（p403）；电流检测单元（p404）；所述监控单元包括网络交换机以及与网络交换机信号连接的斗轮前端摄像头(hc1)、斗轮臂摄像头(hc2)、卸料臂摄像头(hc3)、回转摄像头(hc4)、俯仰摄像头(hc5)、下料口摄像头(hc6)、电气室摄像头(hc7)、司机室摄像头(hc8)；网络交换机上设置有与无线网桥和光纤收发器相配合的接口；网络交换机还与带有视频监视器的视频监控系统相连接。2.一种露天矿大型轮斗挖掘机智能控制方法，其特征在于：步骤1：控制方式选择为自动控制模式；设定工作参数；步骤2：系统排查，清除系统真实故障；步骤3：判断真实故障是否已清除，解锁程序软保持故障，如果软故障解锁，真实故障已清除，执行步骤4；软故障未解锁，真实故障未清除，继续执行步骤2；步骤4：判断自动备妥条件是否已经具备；如果具备，系统可以运行，执行步骤5；否则，执行步骤1

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4；步骤5：向主控室发出具备运行条件申请；步骤6：判断是否接收下游串接设备运行联锁信号；接收到，执行步骤7；未接收到执行步骤5；步骤7：一键自动启动，系统开始进行第一层自动取料；步骤8：启动行走，自动寻址工作面；到达工作面后停止行走；步骤9：启动机声光报警，程序预置10秒；然后运行自动轮斗挖掘机；步骤10：声光报警10秒结束后，启动排料臂皮带机运行；启动故障联锁保护，未触发故障，执行步骤11；触发故障，执行步骤23；步骤11：排料臂皮带机运行，程序预置运行10秒后，启动轮斗臂皮带机运行；启动故障

联锁保护，未触发故障，执行步骤12；触发故障，执行步骤23；步骤12：斗轮臂皮带机运行10秒后，启动轮斗运行；启动故障联锁保护，未触发故障，执行步骤13；触发故障，执行步骤23；步骤13：斗轮运行10秒后，启动斗轮臂回转，此处程序具有判断和记忆功能；首先判断设备是否为首次运行，如果首次运行，回转启动按程序预置方向自动回转；如果不是首次运行，程序会记忆上次停止前回转切削方向，回转启动按记忆方向运转，回转至预置的工作边界角度，停止回转；此处回转还具备调速功能，回转速度会根据角度的不同，按预置算法有规律的变速，以保证取料量的相对恒定；同时，启动故障联锁保护，未触发故障，执行步骤14；触发故障，执行步骤23；步骤14：停止回转8秒后，行走前行，至预置的进尺切削深度后停止行走；同时，启动故障联锁保护，未触发故障，执行步骤15；触发故障，执行步骤23；步骤15：当行走前行停止10秒后，启动回转，回转方向为初始回转方向的反方向，回转至预置回转边界；故障联锁保护判断，未触发故障，执行步骤16；触发故障，执行步骤23；步骤16：反向回转至预置工作边界后；判断是否到达预置第一层工作距离；到达，执行步骤17；未到达执行，执行步骤18；步骤17：循环往复运行回转和行走，即执行步骤13

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16，直至达到预置第一层工作距离，执行步骤18；步骤18：当前行至预置第一层行走距离完成，判断第一阶段的第一层物料取完，停止行走和回转；启动行走后行，至初始位置；停止行走；步骤19：当后行停止8秒后，启动轮斗臂下降，下降至预置的轮斗第二层高度；停止下降；同时，启动故障联锁保护，未触发故障，执行步骤20；触发故障，执行步骤23；步骤20：当轮斗臂下降停止8秒后，第二层自动运行；第二层运行顺序步骤与第一层步骤一致，除预置参数有所变化；判断第二层是否到位取完；未取完执行8

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16，循环往复运行；如果取完，执行步骤21；步骤21：当第二层取料完成，停止行走和回转；启动行走后行至初始位置，停止行走；启动轮斗下降至第三层预置高度，停止下降；进行第三层取料，判断第三层是否到位取完；未取完执行8

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16，循环往复运行；如果取完，执行步骤22；步骤22：重复上述操作，直至取完所有层数，设备发出料取完指令，自动停机；或中途人为发出自动停机指令，设备自动停机；自动停机顺序为，停止行走

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停止回转

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停止轮斗

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停止斗轮臂皮带

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停止排料臂皮带；步骤23：故障停机，当系统控制器接收到一级停机故障反馈，自动故障紧急停机；所有机构立刻断电停机，程序中止。3.根据权利要求2所述的露天矿大型轮斗挖掘机智能控制方法，其特征在于：所述启动的故障联锁保护，包括预警保护和报警保护两道阀值保护功能，当达到预警保护阀值时，仅报警不停机，当达到故障保护阀值时，执行步骤23，自动紧急停机。

技术总结

本发明公开了一种露天矿大型轮斗挖掘机智能控制系统及方法；所述露天矿大型轮斗挖掘机智能化控制系统装置包括以可编程控制器为核心，以数字化的现场总线组态连接分布式系统，融合大量的智能感知传感器单元，以先进的通讯方式完成数据传输实现对轮斗挖掘机的智能控制；所述的大型露天矿轮斗挖掘机智能控制方法包括自动联动控制、手动控制、维修控制、遥控控制；本发明积极的效果是：实现全自动智能作业、悬臂和走行位姿精确定位、人机交互的可视化控制、故障检测和预警、工作面环境的感知和可视，减低劳动强度，减人增效，节能增效，降低人为故障率，增强了装备的安全性和智能化。增强了装备的安全性和智能化。增强了装备的安全性和智能化。

技术研发人员：张景权 宋波 王忠鑫 冯学慧 杨伦 郭明敏 刘畅 陈洪亮 梁媛媛 王金金 马力欣

受保护的技术使用者：中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司

技术研发日：2021.09.28

技术公布日：2021/12/24