一种顺槽皮带自适应节能协同控制方法及系统与流程

本技术涉及一种顺槽皮带自适应节能协同控制方法及系统，属于顺槽皮带控制。

背景技术：

1、煤矿掘进工作面顺槽皮带配套梭车转运、破碎机破碎协同运输场景中，传统皮带多采用恒速运转或仅依托煤流单一参量调速，现有方案未融合梭车运行周期、运载量实现前馈预判调速，也未对梭车位置、煤流料位感知信号做有效性校验与分级容错处理，井下恶劣环境易造成传感器信号异常，既无感知劣化降级、感知恢复多周期验证回升的平稳切换机制，又会因信号突变引发皮带速度剧烈波动、堆煤撒煤；同时破碎机仅采用简易同步联锁启停，缺少空载延时停机、提前预判启动的协同控制逻辑，最低可靠控制工况下无破碎机锁定额定运行保障，无法适配井下多变转运工况，难以平衡节能降耗与运输系统稳定运行需求。

技术实现思路

1、根据本技术的一个方面，提供了一种顺槽皮带自适应节能协同控制方法，该方法实现顺槽皮带节能、稳定和安全运行。

2、一种顺槽皮带自适应节能协同控制方法，包括以下步骤：

3、获取梭车位置感知数据与煤流料位感知数据，并判定梭车位置感知和煤流料位感知的有效性；

4、根据梭车位置感知有效性、煤流料位感知有效性以及当前驱动系统的驱动类型，从预设的四个控制等级中匹配当前控制等级，所述控制等级的节能控制精度和感知条件要求整体呈降低趋势，节能控制精度最高的控制等级基于梭车往返周期与运载量进行前馈调速，节能控制精度最低的控制等级锁定额定速度运行；感知条件恶化时控制等级即时向下降级，感知条件恢复时需区分回升阶段连续验证后逐级回升，自四级向三级回升需连续验证煤流料位感知数据稳定，自三级向二级或一级回升需连续验证多个梭车位置感知数据有效的完整梭车周期；

5、根据煤流状态与梭车位置输出破碎机启停指令，无煤流且梭车返程空载时经延时输出停机指令，检测到卸煤车接近下料口、煤仓有新增煤流输入或预判煤流即将到达时提前输出启动指令，所述控制等级中最低等级模式下破碎机锁定额定运行状态；

6、根据驱动系统类型输出对应的速度给定信号或档位指令，所有速度切换遵循加减速斜坡约束，皮带保护或破碎机保护触发时挂起节能控制逻辑。

7、进一步的，四个所述控制等级包括：

8、一级模式，适用于梭车位置感知有效、煤流料位感知有效且驱动系统支持连续无级调速时；

9、二级模式，适用于梭车位置感知有效、煤流料位感知有效且驱动系统仅支持多档位分段调速时；

10、三级模式，适用于梭车位置感知失效、至少一路煤流料位感知有效时；

11、四级模式，适用于全部煤流料位感知失效、感知通讯大面积中断或系统自检判定感知严重故障时。

12、进一步的，所述一级模式中，基于梭车往返平均周期t与单车运载量m计算理论最优带速vopt=m/(t·ql)，以理论最优带速为基准，以下料口实时料位进行微调，其中，ql为皮带单位长度额定载煤量；煤仓高料位时强制提速，超高料位时触发自动降级；预判梭车提前抵达时临时提速排空卸料区域；

13、所述二级模式中，计算理论最优速度后向上就近匹配可用档位，根据料位与负荷变化做阶梯式升档或降档，并设置最小换档间隔与单位时间换档次数上限；

14、所述三级模式中，以煤流信号的有无作为控制依据，有煤时皮带运行于工作速度，全部煤流信号消失并经设定安全延时后平滑降至待机低速；

15、所述四级模式中，锁定皮带以额定速度持续运行，关闭全部节能控制逻辑，输出最高等级告警。

16、进一步的，所述梭车位置感知数据的来源包括定位系统、毫米波雷达近场检测和工业视觉识别，对定位系统、毫米波雷达近场检测和工业视觉识别的位置数据进行三取二表决，判定梭车到位状态与往返周期，单路数据偏差超设定阈值时剔除并告警，有效信号不足两路时判定位置感知失效；

17、所述煤流料位感知数据的来源包括布置于下料口的多台毫米波雷达多点采集，经多点拟合得到平均料位值，经工业视觉辅助校验，并结合破碎机电流、皮带负荷和煤仓料位进行多维度冗余验证，输出最终料位值。

18、进一步的，感知条件恢复时，自四级向三级回升需连续验证煤流料位感知数据稳定，自三级向二级或一级回升需连续验证多个梭车位置感知数据有效的完整梭车周期后逐级回升；回升过程中任一验证周期内感知数据再次失效则立即终止回升进程并保持当前降级等级。

19、进一步的，获取煤仓料位信号与皮带运行状态，当煤仓料位处于中低料位区间且皮带运行正常时，输出绿灯允许下料信号；

20、当煤仓料位达到高料位阈值时，输出黄灯预警信号并间歇提示音预警；

21、当煤仓料位达到超高料位阈值、皮带故障或下料口堆煤时，输出红灯闭锁信号及可选硬接点闭锁信号。

22、进一步的，通过标准化数据接口接收上位调度系统下发的强制指令，所述强制指令及就地手动指令优先级高于自动控制逻辑；

23、同时向上位调度系统上传实时控制等级、运行参数、感知数据、告警信息、能耗统计及破碎机运行状态，系统内置原生数据服务，支持远程控制、参数读写、历史数据查询和曲线输出，支持工业环网和井下无线多网络接入，授权终端可通过浏览器直接访问原生控制界面，运行数据本地持久化存储。

24、根据本技术的另一个方面，提供了一种顺槽皮带自适应节能协同控制系统，包括：

25、感知有效性判定单元，用于获取梭车位置感知数据与煤流料位感知数据，并判定梭车位置感知和煤流料位感知的有效性；

26、降级控制模块，与所述感知有效性判定单元连接，用于根据梭车位置感知有效性、煤流料位感知有效性以及当前驱动系统的驱动类型，从预设的四个控制等级中匹配当前控制等级，所述控制等级的节能控制精度和感知条件要求整体呈降低趋势，节能控制精度最高的控制等级基于梭车往返周期与运载量进行前馈调速，节能控制精度最低的控制等级锁定额定速度运行；感知条件恶化时控制等级即时向下降级，感知条件恢复时，自四级向三级回升需连续验证煤流料位感知数据稳定，自三级向二级或一级回升需连续验证梭车位置感知数据有效的多个完整梭车周期后逐级回升；

27、破碎机协同控制模块，与所述感知有效性判定单元和所述降级控制模块连接，用于根据煤流状态与梭车位置输出破碎机启停指令，无煤流且梭车返程空载时经延时输出停机指令，检测到卸煤车接近下料口、煤仓有新增煤流输入或预判煤流即将到达时提前输出启动指令，四个所述控制等级中最低等级模式下破碎机锁定额定运行状态；

28、驱动适配输出模块，与所述降级控制模块连接，用于根据驱动系统类型输出对应的速度给定信号或档位指令，所有速度切换遵循加减速斜坡约束，皮带保护或破碎机保护触发时挂起节能控制逻辑。

29、本技术能产生的有益效果包括：

30、本技术所提供的一种顺槽皮带自适应节能协同控制方法及系统，通过同步采集梭车位置与煤流料位双重感知数据并校验信号有效性，根据感知状态与驱动类型划分四级自适应控制等级，高精度等级依据梭车往返周期、运载量实现前馈调速大幅提升节能效果，感知变差时即时降级、信号恢复经多周期验证再缓慢升档，有效避免传感器受井下环境干扰带来的速度骤变、堆煤撒煤问题；配合破碎机预判启机、空载延时停机且最低控制等级下锁定额定运行的协同逻辑，减少破碎机无效启停损耗，同时针对不同驱动类型匹配对应调速指令，所有速度切换施加加减速斜坡约束，皮带保护或破碎机保护触发时及时挂起节能逻辑，兼顾了顺槽皮带转运系统的节能降耗、设备协同稳定运行、感知容错抗干扰与设备安全防护多重优势，适配井下复杂多变的掘进运输工况。