Konzeption für ein Sensor- und Steuerungssystem zur automatischen Führung eines Walzenschrämladers entlang der Grenzlinie von Kohle und Nebengestein

ISBN-13: 9783540571599 / Niemiecki / Miękka / 1993 / 147 str.

Stephan Forster

Opis

Die vorliegende Arbeit entstand wiihrend meiner Tiitigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut flir Produktionstechnik und Automatisierung (IPA, Stuttgart). Ich danke Herrn Prof. Dr.h.c.mult. Dr.-Ing. H.-J. Warnecke flir die groBziigige Unterstiitzung und Forderung, welche die Durchflihrung dieser Arbeit ermoglichte. Herrn Prof. Dr.h.c. Dr.-Ing. G. Pritschow danke ich flir die Obernahme des Koreferates sowie flir wichtige Hinweise und Anregungen bei der Durchsicht des Manuskripts. Von meinen Kollegen des Instituts, die mich bei der Durchflihrung dieser Arbeit unterstiitzt haben, mochte ich besonders Herrn Prof. Dr.-Ing. Schraft, Herrn Dr. Ing. M. Schweizer, Herrn Dipl.-Ing. A. Hambrock, Herrn Dipl.-Ing. A. Langen und Herrn Dipl.-Inform. J. MiillerschOn, die mir mit vielfachen Hinweisen zur Seite gestanden haben, erwiihnen. Frau L. Schuhmacher, welche mich bei der Manuskripterstellung und dem Layout in hilfreicher Weise unterstiitzt hat, mochte ich mit besonderem Dank auszeichnen. Fiir die technische Umsetzung dieses Konzeptes richtet sich mein Dank insbesondere an Herrn Hambrock, Herrn Merklinger, Herrn Luz, Herrn Esslinger und Herrn Schmid, die mit groBem Einsatz die theoretischen Ergebnisse dieser Forschungsarbeit flir die Offentlichkeit sichtbar gemacht haben. Ihnen allen gilt mein herzlicher Dank."

Spis treści

1 Einleitung.- 1.1 Problemstellung.- 1.2 Zielsetzung und Vorgehensweise.- 2 Ausgangssituation und Anforderungen.- 2.1 Begriffe und Definitionen.- 2.2 Stand der Technik.- 2.2.1 Kohlengewinnung mit Walzenschrämladern.- 2.2.1.1 Maschinensystem.- 2.2.1.2 Walzenschrämlader.- 2.3 Höhensteuerung der Schrämwalzen.- 2.3.1 Automatische Höhensteuerung.- 2.3.1.1 Teilautomatische Höhensteuerung über den Lernschnitt.- 2.3.1.2 Sensortechnik für die automatische Höhensteuerung.- 2.4 Automatische Ausbausteuerung.- 3 Istzustandsanalyse und Lastenheft.- 3.1 Prozeßanalyse.- 3.2 Prozeflanalyse der Kohlengewinnung mit Schrämwalzen.- 3.2.1 Vorgangsbeschreibung beim Schneiden in Kohle.- 3.2.2 Schneiden im hangenden oder liegenden Nebengestein.- 3.3 Untersuchung der Einsatzbedingungen.- 3.3.1 Geologische Einsatzbedingungen.- 3.4 Lastenheft.- 3.4.1 Anforderungen an die Sensortechnik.- 3.4.2 Anforderungen an die Steuerungstechnik.- 3.4.3 Anforderungen an die Systemtechnik.- 4 Voruntersuchungen zum Sensorsystem.- 4.1 Konzeption der Vorversuche.- 4.2 Auswertungen der Unter-Tage-Versuche.- 4.2.1 Generelle Einsatzvoraussetzungen fur Sensorverfahren unter Ausnutzung der Härtedifferenz.- 4.2.2 Meßmeißelmethode.- 4.2.2.1 Meßmeißelsignalauswertungen.- 4.2.2.2 Einsatzgrenzen der Meßmeißelmethode.- 4.2.3 Luft- und Körperschallmessungen.- 4.2.3.1 Luftschallmessungen.- 4.2.3.2 Körperschallmessungen.- 4.2.3.3 Einsatzgrenzen des Körperschalls.- 4.2.4 Drehmomenterfassung.- 4.2.5 Optisches Reflexionsverfahren.- 4.2.5.1 Einsatzgrenzen des optischen Reflexionsverfahren.- 4.2.5.2 Integration des optischen Sensors.- 4.2.6 Radioaktive Strahlungsmessung zur Grenzliniendetektion.- 4.2.6.1 Messung der natürlichen Gammastrahlung des Nebengesteins.- 4.2.6.2 Messung der rückgestreuten radioaktiven Strahlung.- 4.2.7 Verfahren mittels seismischer Wellen.- 4.2.8 Verfahren auf videooptischer Meßbasis.- 4.3 Sonstige Meßverfahren.- 4.3.1 Elektrische Hochfrequenz-Methode.- 4.3.2 Heizwert-Bestimmung.- 4.3.3 Staubanalyse.- 4.3.4 Meißeltemperatur.- 4.4 Bewertung für den Einsatz auf dem Walzenschrämlader.- 4.4.1 Verfahren fär das Lernen der Sensorparameter.- 5 Aufgaben des Sensor- und Steuerungssystems.- 5.1 Zentraler Ansatz für das Sensor-und Steuerungssystem.- 5.1.1 Sicherheitskonzept.- 5.2 Multisensordatenverarbeitung.- 5.3 Sensorgeführte Bewegungssteuerung.- 5.4 Modellgestützte Steuerung.- 5.5 Auswahl und Bewertung der Funktionseinheiten.- 6 Konzept-Entwicklung des Sensor- und Steuerungssystems.- 6.1 Lösungsentwicklung zur Multisensor-Datenfusion.- 6.1.1 Funktionsstruktur der Sensordatenfusion.- 6.2 Lösungsentwicklung zur modellgestützten Steuerung.- 6.2.1 Aufgabe der Modellierung.- 6.2.2 Modellierung des Maschinensystems.- 6.2.3 Modellausführung.- 6.2.4 Lageerfassung der Maschine und des Flözes.- 6.2.4.1 Ist-Lageerfassung des Maschinensystems.- 6.2.4.2 Umgebungserfassung.- 6.2.5 Modellaktualisierung und Auswertung.- 6.3 Datenfusion aus Modell- und Sensorsteuerung.- 7 Algorithmenentwicklung.- 7.1 Berechnungsgrundlagen.- 7.1.1 Koordinatensysteme.- 7.1.2 Koordinatentransformationen.- 7.2 Algorithmen zur Positionsbestimmung der Maschine.- 7.2.1 Fehlermodell für die Positionsbestimmung.- 7.2.1.1 Kompensation von Driftfehlern.- 7.2.1 Fehlerabschätzung aufgrund dynamischer Störgrößen.- 7.3 Auswertung des Flözmodells.- 7.3.1 Geostatistische Mächtigkeitsschätzung.- 7.3.2 Berechnung des Modellvorgabewertes.- 7.3.2.1 Extrapolation eines Modellwertes.- 8 Versuchsdurchführung und Ergebnisse.- 8.1 Prototyp eines Walzenschrämladers mit automatischer Höhensteuerung.- 8.2 Versuchsaufbau.- 8.2.1 Simulations- und Planungsrechner.- 8.2.2 Animationsrechner.- 8.2.3 Steuerungsrechner.- 8.3 Versuchsergebnisse.- 8.3.1 Automatikfahrt mit unterschiedlichen Steuerungsstrategien.- 8.3.2 Ergebnisse der geostatistischen Mächtigkeitsschätzung.- 8.4 Pflichtenheft für die Prototypenmaschine.- 8.4.1 Sensortechnik und hydraulische Anlage.- 8.4.2 Soft- und Hardwarestruktur.- 8.5 Einsatzmöglichkeiten und weiterführende Arbeiten.- 9 Zusammenfassung und Ausblick.- 10 Literaturverzeichnis.