Konzeption für ein Sensor- und Steuerungssystem zur automatischen Führung eines Walzenschrämladers entlang der Grenzlinie von Kohle und Nebengestein:
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Berlin u.a.
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INHALTSVERZEICHNIS
0 ABKUERZUNGEN UND FORMELZEICHEN 12
1 EINLEITUNG 16
1.1 PROBLEMSTELLUNG 16
1.2 ZIELSETZUNG UND VORGEHENSWEISE 17
2 AUSGANGSSITUATION UND ANFORDERUNGEN 19
2.1 BEGRIFFE UND DEFINITIONEN 19
2.2 STAND DER TECHNIK 25
2.2.1 KOHLENGEWINNUNG MIT WALZENSCHRAEMLADERN 25
2.2.1.1 MASCHINENSYSTEM 25
2.2.1.2 WALZENSCHRAEMLADER 27
2.3 HOEHENSTEUERUNG DER SCHRAEMWALZEN 27
2.3.1 AUTOMATISCHE HOEHENSTEUERUNG 27
2.3.1.1 TEILAUTOMATISCHE HOEHENSTEUERUNG UEBER DEN LERNSCHNITT 28
2.3.1.2 SENSORTECHNIK FUER DIE AUTOMATISCHE HOEHENSTEUERUNG 29
2.4 AUTOMATISCHE AUSBAUSTEUERUNG 30
3 ISTZUSTANDSANALYSE UND LASTENHEFT 32
3.1 PROZESSANALYSE 32
3.2 PROZESSANALYSE DER KOHLENGEWINNUNG MIT SCHRAEMWALZEN 33
3.2.1 VORGANGSBESCHREIBUNG BEIM SCHNEIDEN IN KOHLE 33
3.2.2 SCHNEIDEN IM HANGENDEN ODER LIEGENDEN NEBENGESTEIN 34
3.3 UNTERSUCHUNG DER EINSATZBEDINGUNGEN 34
3.3.1 GEOLOGISCHE EINSATZBEDINGUNGEN 35
3.4 LASTENHEFT 38
3.4.1 ANFORDERUNGEN AN DIE SENSORTECHNIK 38
3.4.2 ANFORDERUNGEN AN DIE STEUERUNGSTECHNIK 38
3.4.3 ANFORDERUNGEN AN DIE SYSTEMTECHNIK 40
4 VORUNTERSUCHUNGEN ZUM SENSORSYSTEM 41
4.1 KONZEPTION DER VORVERSUCHE 41
4.2 AUSWERTUNGEN DER UNTER-TAGE-VERSUCHE 44
4.2.1 GENERELLE EINSATZVORAUSSETZUNGEN FUER SENSORVERFAHREN UNTER
AUSNUTZUNG DER HAERTEDIFFERENZ 44
4.2.2 MESSMEISSELMETHODE 45
4.2.2.1 MESSMEISSELSIGNALAUSWERTUNGEN 46
IMAGE 2
4.2.2.2 EINSATZGRENZEN DER MESSMEISSELMETHODE 51
4.2.3 LUFT- UND KOERPERSCHALLMESSUNGEN 54
4.2.3.1 LUFTSCHALLMESSUNGEN 55
4.2.3.2 KOERPERSCHALLMESSUNGEN 55
4.2.3.3 EINSATZGRENZEN DES KOERPERSCHALLS 57
4.2.4 DREHMOMENTERFASSUNG 60
4.2.5 OPTISCHES REFLEXIONSVERFAHREN 61
4.2.5.1 EINSATZGRENZEN DES OPTISCHEN REFLEXIONSVERFAHREN 61
4.2.5.2 INTEGRATION DES OPTISCHEN SENSORS 64
4.2.6 RADIOAKTIVE STRAHLUNGSMESSUNG ZUR GRENZLIMENDETEKTION 67
4.2.6.1 MESSUNG DER NATUERLICHEN GAMMASTRAHLUNG DES NEBENGESTEINS 67
4.2.6.2 MESSUNG DER RUECKGESTREUTEN RADIOAKTIVEN STRAHLUNG 69
4.2.7 VERFAHREN MITTELS SEISMISCHER WELLEN 69
4.2.8 VERFAHREN AUF VIDEOOPTISCHER MESSBASIS 70
4.3 SONSTIGE MESSVERFAHREN 71
4.3.1 ELEKTRISCHE HOCHFREQUENZ-METHODE 71
43.2 HEIZWERT-BESTIMMUNG 71
4.3.3 STAUBANALYSE 71
4.3.4 MEISSELTEMPERATUR 72
4.4 BEWERTUNG FUER DEN EINSATZ AUF DEM WALZENSCHRAEMLADER 72
4.4.1 VERFAHREN FUER DAS LERNEN DER SENSORPARAMETER 75
5 AUFGABEN DES SENSOR- UND STEUERUNGSSYSTEMS 16
5.1 ZENTRALER ANSATZ FUER DAS SENSOR- UND STEUERUNGSSYSTEM 76
5.1.1 SICHERHEITSKONZEPT 78
5.2 MULTISENSORDATENVERARBEITUNG 79
5.3 SENSORGEFUEHRTE BEWEGUNGSSTEUERUNG 80
5.4 MODELLGESTUETZTE STEUERUNG 82
5.5 AUSWAHL UND BEWERTUNG DER FUNKTIONSEINHEITEN 87
6 KONZEPT-ENTWICKLUNG DES SENSOR- UND STEUERUNGSSYSTEMS 90
6.1 LOESUNGSENTWICKLUNG ZUR MULTISENSOR-DATENFUSION 90
6.1.1 FUNKTIONSSTRUKTUR DER SENSORDATENFUSION 91
6.2 LOESUNGSENTWICKLUNG ZUR MODELLGESTUETZTEN STEUERUNG 97
6.2.1 AUFGABE DER MODELLIERUNG 98
6.2.2 MODELLIERUNG DES MASCHINENSYSTEMS 98
6.2.3 MODELLAUSFUEHRUNG 99
6.2.4 LAGEERFASSUNG DER MASCHINE UND DES FLOEZES 100
6.2.4.1 IST-LAGEERFASSUNG DES MASCHINENSYSTEMS 100
IMAGE 3
6.2.4.2 UMGEBUNGSERFASSUNG 103
6.2.5 MODELLAKTUALISIERUNG UND AUSWERTUNG 105
6.3 DATENFUSION AUS MODELL- UND SENSORSTEUERUNG 107
7 ALGORITHMENENTWICKLUNG 110
7.1 BERECHNUNGSGRUNDLAGEN 110
7.1.1 KOORDINATENSYSTEME 110
7.1.2 KOORDINATENTRANSFORMATIONEN 112
7.2 ALGORITHMEN ZUR POSITIONSBESTIMMUNG DER MASCHINE 113
7.2.1 FEHLERMODELL FUER DIE POSITIONSBESTIMMUNG 114
7.2.1,1 KOMPENSATION VON DRIFTFEHLERN 114
7.2.1 FEHLERABSCHAETZUNG AUFGRUND DYNAMISCHER STOERGROESSEN 118
7.3 AUSWERTUNG DES FLOEZMODELLS 119
7.3.1 GEOSTATISTISCHE MAECHTIGKEITSSCHAETZUNG 119
7.3.2 BERECHNUNG DES MODELLVORGABEWERTES 120
7.3.2.1 EXTRAPOLATION EINES MODELLWERTES 120
8 VERSUCHSDURCHFUEHRUNG UND ERGEBNISSE 122
8.1 PROTOTYP EINES WALZENSCHRAEMLADERS MIT AUTOMATISCHER HOEHENSTEUERUNG
122
8.2 VERSUCHSAUFBAU 123
8.2.1 SIMULATIONS- UND PLANUNGSRECHNER 123
8.2.2 ANIMATIONSRECHNER 126
8.2.3 STEUERUNGSRECHNER 127
8.3 VERSUCHSERGEBNISSE 129
8.3.1 AUTOMATIKFAHRT MIT UNTERSCHIEDLICHEN STEUERUNGSSTRATEGIEN 129
8.3.2 ERGEBNISSE DER GEOSTATISTISCHEN MAECHTIGKEITSSCHAETZUNG 132
8.4 PFLICHTENHEFT FUER DIE PROTOTYPENMASCHINE 134
8.4.1 SENSORTECHNIK UND HYDRAULISCHE ANLAGE 134
8.4.2 SOFT- UND HARDWARESTRUKTUR 136
8.5 EINSATZMOEGLICHKEITEN UND WEITERFUEHRENDE ARBEITEN 138
9 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 141
10 LITERATURVERZEICHNIS 144
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