[发明专利]一种分布式纵轴式掘进机能效监测及节能运行控制系统

权利要求书

1.一种分布式纵轴式掘进机能效监测及节能运行控制系统，其特征在于：包括数据存储系统(37)、人机交互操作管理系统(38)、主控制系统(39)、节能控制模块(40)、节能效果评价系统(41)、数据采集系统(36)、显示系统(42)、掘进机截割头(43)、掘进机回转台(44)、装载机构(45)、装运机构(46)、液压系统(47)、切割机构(48)、电气系统(49)、喷雾降尘机构(50)；

所述数据存储系统(37)包括内存芯片、系统程序存储芯片、全功能监控器、核心处理器以及智能报警系统；所述数据存储系统(37)输出端通过网络通讯分别连接所述人机交互操作管理系统(38)、主控制系统(39)的输入端，人机交互操作管理系统(38)的输出端通过网络通讯分别连接至主控制系统(39)、显示系统(42)的输入端；

所述主控制系统(39)包括工业级处理器、PLC智能控制系统、全功能监视器，所述PLC智能控制系统实现对所述工业级处理器与全功能监视器进行通讯，所述主控制系统(39)的输出端分别连接人机交互操作管理系统(38)、节能控制模块(40)的输入端；

所述节能控制模块(40)包括切割机构反馈调速控制模块、切割机构联调控制模块、掘进机装载机构节能控制模块、掘进机装运机构节能控制模块、掘进机液压系统节能控制模块、掘进机喷雾降尘系统节能控制模块、电气系统(49)；

所述切割机构反馈调速控制模块包括：第一信号比较器(1)、第一信号放大器(2)、第一转速控制器(3)、切割电机(4)、第一转速-负载耦合器(5)；所述第一信号比较器(1)以切割机切割负载预设值作为输入信号，其输出端连接所述第一信号放大器(2)的输入端，第一信号放大器(2)的输出端连接所述第一转速控制器(3)的输入端，第一转速控制器(3)的输出端连接所述切割电机(4)的输入端，切割电机(4)输出切割机滚筒转速，并作为输入信号传入所述第一转速-负载耦合器(5)以及掘进机截割头(43)，所述第一转速-负载耦合器(5)的输出端连接第一信号比较器(1)的输入端；

所述切割机构联调控制模块包括：第二信号比较器(6)、第二信号放大器(7)、第二转速控制器(8)、第一泵电机(9)、压力-负载耦合器(10)；所述第二信号比较器(6)以切割机切割负载预设值作为输入信号，其输出端连接所述第二信号放大器(7)输入端，第二信号放大器(7)输出端连接所述第二转速控制器(8)的输入端，第二转速控制器(8)的输出端连接所述第一泵电机(9)的输入端，第一泵电机(9)输出切割机旋转及升举速度，并作为输入信号传入所述压力-负载耦合器(10)以及掘进机回转台(44)，压力-负载耦合器(10)的输出端连接第二信号比较器(6)以及切割机构(48)的输入端；

掘进机装载机构节能控制模块包括：第三信号比较器(11)、第三信号放大器(12)、第三转速控制器(13)、第一星轮电机(14)、第二转速-负载耦合器(15)；所述第三信号比较器(11)以掘进机星轮负载预设值作为输入信号，其输出端连接所述第三信号放大器(12)输入端，第三信号放大器(12)输出端连接所述第三转速控制器(13)的输入端，第三转速控制器(13)的输出端连接所述第一星轮电机(14)的输入端，第一星轮电机(14)输出掘进机星轮转度，并作为输入信号传入所述第二转速-负载耦合器(15)以及装载机构(45)，第二转速-负载耦合器(15)的输出端连接第三信号比较器(11)的输入端；

掘进机装运机构节能控制模块包括：第四信号比较器(16)、第四信号放大器(17)、第四转速控制器(18)、第二星轮电机(19)、第三转速-负载耦合器(20)；所述第四信号比较器(16)以掘进机输送机负载预设值作为输入信号，其输出端连接所述第四信号放大器(17)输入端，第四信号放大器(17)输出端连接所述第四转速控制器(18)的输入端，第四转速控制器(18)的输出端连接所述第二星轮电机(19)的输入端，第二星轮电机(19)输出掘进机星轮转度，并作为输入信号传入所述第三转速-负载耦合器(20)以及装运机构(46)，第三转速-负载耦合器(20)的输出端连接第四信号比较器(16)的输入端；

掘进机液压系统节能控制模块包括：辅助泵(21)、单向阀(22)、变量泵(23)、回路安全阀(24)、辅助泵溢流阀(25)、定/变量马达(26)，构成液压系统恒功率调节以及液压系统恒扭矩调节；

所述液压系统恒功率调节通过所述辅助泵(21)对液压系统节能控制液压回路提供液压动力，液压油经所述单向阀(22)进入所述变量泵(23)中，对液压油流量进行调节后输入所述定/变量马达(26)，定/变量马达(26)切换变量状态输出机械能对液压系统进行恒功率调节；

所述液压系统恒扭矩调节通过所述辅助泵(21)对液压系统节能控制液压回路提供液压动力，液压油经所述单向阀(22)进入所述变量泵(23)中，对液压油流量进行调节后输入所述定/变量马达(26)，定/变量马达(26)切换定量状态输出机械能作为所述液压系统(47)的输入信号；

掘进机喷雾降尘系统节能控制模块包括：第五信号比较器(27)、第五信号放大器(28)、控制器(29)、第二泵电机(30)、阀门(31)、喷雾降尘机构(50)；所述第五信号比较器(27)以粉尘浓度预设值以及实时粉尘浓度值作为输入信号，其输出端连接所述第五信号放大器(28)输入端，第五信号放大器(28)的输出端连接所述控制器(29)的输入端，控制器(29)的输出端分别连接所述第二泵电机(30)以及阀门(31)的输入端，第二泵电机(30)以及阀门(31)协同工作，共同控制经所述喷雾降尘机构(50)输出的流量和水压并作为所述电气系统(49)的输入信号；

掘进机设备管理系统节能控制模块包括：第六信号比较器(32)、第六信号放大器(33)、设备管理控制系统(34)、整机系统(35)；所述第六信号比较器(32)以各系统实时负载值与切割负载预设值作为输入信号，其输出端连接所述第六信号放大器(33)的输入端，第六信号放大器(33)的输出端连接所述设备管理控制系统(34)的输入端，设备管理控制系统(34)的输出端连接所述整机系统(35)的输入端；

所述数据采集系统(36)接收来自所述切割机构(48)、装载机构(45)、装运机构(46)、液压系统(47)、喷雾降尘机构(50)、电气系统(49)、设备管理控制系统(34)以及节能效果评价系统(41)的数据参数，数据参数经网络通讯传入数据存储系统(37)；

所述节能控制模块(40)通过网络通讯连接节能效果评价系统(41)的输入端，同时通过数据采集监测装置连接所述数据采集系统(36)的输入端；所述节能效果评价系统(41)为PLC控制系统，包括电机负载效率参数评价系统、液压效率参数评价系统、功耗效率参数评价系统、切割比能耗参数评价系统以及节能量参数评价系统。