專利名稱：一種頂管掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)向控制機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種控制機(jī)構(gòu)，特別是涉及一種成本低、技術(shù)難度相對(duì)較低、易掌握、激光數(shù)據(jù)采集反饋及液壓機(jī)構(gòu)簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、拆裝方便的頂管掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)向控制機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前，經(jīng)過一段時(shí)間的實(shí)際施工應(yīng)用，由于地質(zhì)報(bào)告不能很詳盡的把頂進(jìn)線路上的地質(zhì)狀況都描述出來，從而導(dǎo)致在地質(zhì)條件突變的客觀情況下，實(shí)際頂進(jìn)方向在很短的時(shí)間及距離上偏離設(shè)計(jì)軸線很大，這時(shí)自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)就不能及時(shí)的進(jìn)行方向控制，需要人工介入。目前國內(nèi)及國外在頂管自動(dòng)導(dǎo)向控制領(lǐng)域上，對(duì)頂進(jìn)方向的定位基本都是應(yīng)用了瑞士萊卡全自動(dòng)全站儀及多臺(tái)棱鏡組合對(duì)頂進(jìn)方向定位，再使用高級(jí)語言進(jìn)行控制程序的編寫，最后通過液壓機(jī)構(gòu)進(jìn)行糾偏控制，這樣設(shè)計(jì)不但成本很高，程序設(shè)計(jì)復(fù)雜、難度較大， 而且激光數(shù)據(jù)采集及反饋機(jī)構(gòu)系統(tǒng)也很繁雜。從經(jīng)濟(jì)效益及技術(shù)方面不利于市場(chǎng)推廣。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)上述問題，本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種成本低、技術(shù)難度相對(duì)較低， 易掌握、激光數(shù)據(jù)采集反饋及液壓機(jī)構(gòu)簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、拆裝方便的頂管掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)向控制機(jī)構(gòu)。本實(shí)用新型是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的一種頂管掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)向控制機(jī)構(gòu)，包括激光經(jīng)緯儀、激光位移傳感器、工控機(jī)、PLC主站、PLC從站、雙軸傾角儀、 位移傳感器和液壓控制機(jī)構(gòu)，激光經(jīng)緯儀和激光位移傳感器無線連接，所述激光經(jīng)緯儀將激光光束發(fā)射到激光位移傳感器上，激光位移傳感器通過電纜連接在工控機(jī)上，工控機(jī)和所述PLC主站連接，PLC主站還連接有PLC從站，PLC從站上連接有雙軸傾角儀、位移傳感器和液壓控制機(jī)構(gòu)。在本實(shí)用新型的具體實(shí)施例子中，所述激光經(jīng)緯儀和激光位移傳感器的距離范圍為0 300米。在本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施例子中，所述激光經(jīng)緯儀和激光位移傳感器的距離為丨80米。在本實(shí)用新型的具體實(shí)施例子中，所述激光位移傳感器接受激光的功率為1到 5mW，波長范圍為600到700納米。本實(shí)用新型的積極進(jìn)步效果在于本實(shí)用新型提供的頂管掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)向控制機(jī)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型中激光定位儀LPS把采集到的激光偏移數(shù)據(jù)經(jīng)PLC傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，根據(jù)這些參數(shù)，研究和建立一個(gè)自動(dòng)導(dǎo)向模型，編寫的軟件會(huì)自動(dòng)分析頂管機(jī)器在水平和垂直方向偏離軸線的偏差大小及偏離趨勢(shì)的大小。偏離趨勢(shì)是機(jī)器實(shí)際偏離量的變化與相應(yīng)頂進(jìn)距離的比值。對(duì)以上參數(shù)進(jìn)行分析后，取偏離趨勢(shì)較大的方向進(jìn)行糾偏，糾偏后機(jī)器的相關(guān)參數(shù)又反饋到控制系統(tǒng)，不斷進(jìn)行分析比較，并相應(yīng)調(diào)整糾偏量和糾偏方向。 當(dāng)偏離絕對(duì)量超過設(shè)定值或偏離趨勢(shì)糾偏后無收斂跡象并超過設(shè)定值時(shí)，頂管機(jī)自動(dòng)停止頂進(jìn)工作，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。頂管掘進(jìn)機(jī)頂進(jìn)的整條管線的姿態(tài)也會(huì)實(shí)時(shí)通過曲線的形式動(dòng)態(tài)顯示在工控機(jī)上，使監(jiān)控人員很直觀的了解頂進(jìn)的狀態(tài)。本實(shí)用新型的自動(dòng)導(dǎo)向控制機(jī)構(gòu)采用價(jià)格便宜的激光經(jīng)緯儀和激光定位儀LPS 構(gòu)成數(shù)據(jù)采集及信號(hào)反饋機(jī)構(gòu)，使用簡單的編程語言PLC和Kingviewe. 53組態(tài)軟件及HMI 組成計(jì)算控制單元，發(fā)出控制指令給糾偏機(jī)構(gòu)進(jìn)行自動(dòng)導(dǎo)向。本實(shí)用新型成本低、技術(shù)難度相對(duì)較低、易掌握、激光數(shù)據(jù)采集反饋及液壓機(jī)構(gòu)簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、拆裝方便。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖給出本實(shí)用新型較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示本實(shí)用新型包括激光經(jīng)緯儀1、激光位移傳感器2、工控機(jī)3、PLC主站4、PLC從站5、雙軸傾角儀6、位移傳感器7和液壓控制機(jī)構(gòu)8，激光經(jīng)緯儀1和激光位移傳感器2無線連接，所述激光經(jīng)緯儀1將激光光束發(fā)射到激光位移傳感器2上，激光位移傳感器2通過電纜連接在工控機(jī)3上，工控機(jī)3和所述PLC 主站4連接，PLC主站4還連接有PLC從站5，PLC從站5上連接有雙軸傾角儀6、位移傳感器7和液壓控制機(jī)構(gòu)8。所述激光經(jīng)緯儀1和激光位移傳感器2的距離范圍為0 300米。一般可以選為280米。激光位移傳感器2接受激光的功率為1到5mW，波長范圍為600到700納米。本實(shí)用新型提供的頂管掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)向控制機(jī)構(gòu)的原理如下激光定位儀LPS把采集到的激光偏移數(shù)據(jù)經(jīng)PLC傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，根據(jù)這些參數(shù)， 研究和建立一個(gè)自動(dòng)導(dǎo)向模型，編寫的軟件會(huì)自動(dòng)分析頂管機(jī)器在水平和垂直方向偏離軸線的偏差大小及偏離趨勢(shì)的大小。偏離趨勢(shì)是機(jī)器實(shí)際偏離量的變化與相應(yīng)頂進(jìn)距離的比值。對(duì)以上參數(shù)進(jìn)行分析后，取偏離趨勢(shì)較大的方向進(jìn)行糾偏，糾偏后機(jī)器的相關(guān)參數(shù)又反饋到控制系統(tǒng)，不斷進(jìn)行分析比較，并相應(yīng)調(diào)整糾偏量和糾偏方向。當(dāng)偏離絕對(duì)量超過設(shè)定值或偏離趨勢(shì)糾偏后無收斂跡象并超過設(shè)定值時(shí)，頂管機(jī)自動(dòng)停止頂進(jìn)工作，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。頂管掘進(jìn)機(jī)頂進(jìn)的整條管線的姿態(tài)也會(huì)實(shí)時(shí)通過曲線的形式動(dòng)態(tài)顯示在工控機(jī)上， 使監(jiān)控人員很直觀的了解頂進(jìn)的狀態(tài)。在頂管掘進(jìn)機(jī)機(jī)頭內(nèi)部中心位置安裝有一臺(tái)激光位移傳感器，激光定位傳感器可檢測(cè)射入到接受面板上的紅色激光束相對(duì)于面板中心點(diǎn)的位置。可接受激光傳感器功率從 1到5mW，波長范圍為600到700納米?？蓹z測(cè)100米以外發(fā)射來的激光光束，激光位移傳感器檢測(cè)這個(gè)光斑在面板上的水平和垂直位置。激光位移傳感器通過串口每20毫秒輸出分辨率為0.1mm的位置信號(hào)。這個(gè)信號(hào)通過通訊電纜傳到工控機(jī)中進(jìn)行處理。同時(shí)掘進(jìn)機(jī)頂進(jìn)時(shí)的傾斜和旋轉(zhuǎn)兩種姿態(tài)通過雙軸傾角儀采集到PLC從站的A/D模塊中，經(jīng)過內(nèi)部協(xié)議傳輸?shù)街髡綪LC中的中央處理單元CPU中計(jì)算處理。[0019]經(jīng)過程序處理后的數(shù)據(jù)傳給工控機(jī)中的監(jiān)控系統(tǒng)，經(jīng)過系統(tǒng)的換算調(diào)整，發(fā)出相應(yīng)的命令到PLC從站中的I/O模塊執(zhí)行單元，進(jìn)而控制對(duì)應(yīng)的電磁閥動(dòng)作進(jìn)行方向糾偏。以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)，本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求1.一種頂管掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)向控制機(jī)構(gòu)，其特征在于所述控制機(jī)構(gòu)包括激光經(jīng)緯儀、 激光位移傳感器、工控機(jī)、PLC主站、PLC從站、雙軸傾角儀、位移傳感器和液壓控制機(jī)構(gòu)，激光經(jīng)緯儀和激光位移傳感器無線連接，所述激光經(jīng)緯儀將激光光束發(fā)射到激光位移傳感器上，激光位移傳感器通過電纜連接在工控機(jī)上，工控機(jī)和所述PLC主站連接，PLC主站還連接有PLC從站，PLC從站上連接有雙軸傾角儀、位移傳感器和液壓控制機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂管掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)向控制機(jī)構(gòu)，其特征在于所述激光經(jīng)緯儀和激光位移傳感器的距離范圍為0 300米。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的頂管掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)向控制機(jī)構(gòu)，其特征在于所述激光經(jīng)緯儀和激光位移傳感器的距離為280米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂管掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)向控制機(jī)構(gòu)，其特征在于所述激光位移傳感器接受激光的功率為1到5mW，波長范圍為600到700納米。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種頂管掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)向控制機(jī)構(gòu)，包括激光經(jīng)緯儀、激光位移傳感器、工控機(jī)、PLC主站、PLC從站、雙軸傾角儀、位移傳感器和液壓控制機(jī)構(gòu)，激光經(jīng)緯儀和激光位移傳感器無線連接，激光經(jīng)緯儀將激光光束發(fā)射到激光位移傳感器上，激光位移傳感器通過電纜連接在工控機(jī)上，工控機(jī)和PLC主站連接，PLC主站還連接有PLC從站，PLC從站上連接有雙軸傾角儀、位移傳感器和液壓控制機(jī)構(gòu)。本實(shí)用新型的自動(dòng)導(dǎo)向控制機(jī)構(gòu)采用價(jià)格便宜的激光經(jīng)緯儀和激光定位儀LPS構(gòu)成數(shù)據(jù)采集及信號(hào)反饋機(jī)構(gòu)，使用簡單的編程語言PLC和Kingview6.53組態(tài)軟件及HMI組成計(jì)算控制單元，發(fā)出控制指令給糾偏機(jī)構(gòu)進(jìn)行自動(dòng)導(dǎo)向。
文檔編號(hào)E21D9/093GK202165088SQ201120224549
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者夏祥武, 許梼, 賈朝陽 申請(qǐng)人:中煤科工集團(tuán)上海研究院