新型運(yùn)輸大巷車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

李惠平

（煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院，山西省太原市，030001）

新型運(yùn)輸大巷車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

李惠平

（煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院，山西省太原市，030001）

所研制的運(yùn)輸大巷車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)采用先進(jìn)的RFID自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)輸大巷中車(chē)輛的位置；由智能化的信號(hào)機(jī)執(zhí)行指令，控制、驅(qū)動(dòng)路口及關(guān)鍵路段紅綠指示燈；而傳感器、讀卡器、信號(hào)機(jī)、分站之間的數(shù)據(jù)通信采用CAN現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。整個(gè)巷道的車(chē)輛行駛情況及巷道紅綠燈狀態(tài)通過(guò)工業(yè)環(huán)網(wǎng)與全礦自動(dòng)化系統(tǒng)相連。介紹了該系統(tǒng)的組成、功能及主要技術(shù)指標(biāo)等。

煤礦運(yùn)輸 運(yùn)輸大巷 車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng) RFID射頻技術(shù)

近年來(lái)隨著煤礦先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，煤礦井下輔助運(yùn)輸機(jī)械化程度越來(lái)越高，輔助運(yùn)輸?shù)难b備水平正在朝著安全、可靠、高效的模式發(fā)展，因此煤礦井下車(chē)輛運(yùn)輸是否通暢便成了煤礦生產(chǎn)過(guò)程中的一個(gè)“突破點(diǎn)”。針對(duì)這一問(wèn)題，研制開(kāi)發(fā)的運(yùn)輸大巷車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)采用先進(jìn)的RFID自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)輸大巷中車(chē)輛的位置；由智能化的信號(hào)機(jī)執(zhí)行指令，控制、驅(qū)動(dòng)路口及關(guān)鍵路段紅綠指示燈；而傳感器、讀卡器、信號(hào)機(jī)、分站之間的數(shù)據(jù)通信采用CAN現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。整個(gè)巷道的車(chē)輛行駛情況及巷道紅綠燈狀態(tài)通過(guò)工業(yè)環(huán)網(wǎng)與全礦自動(dòng)化系統(tǒng)相連。

1 RFID技術(shù)概述

RFID射頻識(shí)別技術(shù)是20世紀(jì)90年代開(kāi)始興起的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，是采取無(wú)線電信號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)，并讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)，而無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸，所以是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。

將射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于煤礦管理系統(tǒng)，提高煤礦開(kāi)采生產(chǎn)管理和作業(yè)安全的水平，這是射頻識(shí)別技術(shù)在煤礦輔助運(yùn)輸領(lǐng)域應(yīng)用的創(chuàng)新嘗試。

2 系統(tǒng)的組成

監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備包括車(chē)輛識(shí)別卡、讀卡器、智能信號(hào)機(jī)、防爆PLC分站、監(jiān)控PC機(jī)、CAN接口卡、通信電纜等。其組成框圖如圖1所示。各主要設(shè)備功能如下：

（1）車(chē)輛識(shí)別卡。識(shí)別卡采用有源射頻卡，該卡由電瓶供電，可自定義編碼。識(shí)別卡外形小，防潮防塵，耐沖擊振動(dòng)。每個(gè)車(chē)輛識(shí)別卡相當(dāng)于每輛車(chē)的“身份證”。

圖1 車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)組成

（2）讀卡器。讀卡器包含一個(gè)射頻讀卡器及一個(gè)CAN總線接口，由外部電源供電，其組成框圖見(jiàn)圖2。讀卡器不斷向外發(fā)送射頻觸發(fā)信號(hào)，使范圍內(nèi)的車(chē)輛識(shí)別卡收信后回其唯一的識(shí)別碼。讀卡器接收后判斷是否有效，再將該信息發(fā)送到防爆PLC分站。

圖2 讀卡器及其接口結(jié)構(gòu)圖

（3）智能信號(hào)機(jī)。智能信號(hào)機(jī)包含CAN總線接口、控制CPU、紅綠信號(hào)燈及故障自檢電路。其組成框圖見(jiàn)圖3。智能信號(hào)機(jī)是系統(tǒng)通過(guò)對(duì)紅綠燈的控制進(jìn)而對(duì)車(chē)輛運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行管理的中介。它接收來(lái)自控制中心，且由CAN總線傳輸?shù)闹噶疃ぷ?。控制CPU定時(shí)對(duì)信號(hào)燈進(jìn)行巡檢，發(fā)現(xiàn)故障立即上報(bào)至控制中心，請(qǐng)求控制中心干預(yù)，從而驅(qū)動(dòng)報(bào)警程序。與此同時(shí)檢測(cè)CAN總線，如發(fā)現(xiàn)通信中斷，立即控制紅燈閃爍，表示系統(tǒng)故障。

圖3 智能信號(hào)機(jī)結(jié)構(gòu)圖

（4）防爆PLC分站。通過(guò)CAN現(xiàn)場(chǎng)總線采集各讀卡器發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，確定巷道內(nèi)全部車(chē)輛的實(shí)時(shí)行駛位置，經(jīng)邏輯關(guān)系計(jì)算，通過(guò)總線控制信號(hào)機(jī)紅綠燈，指揮車(chē)輛高效、暢通無(wú)阻地運(yùn)行。

（5）監(jiān)控PC。由工控機(jī)、大屏幕顯示器、打印機(jī)、通信模塊及軟件構(gòu)成?？梢酝ㄟ^(guò)防爆PLC分站對(duì)信息采集，一方面在后臺(tái)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，記錄每輛車(chē)的運(yùn)行軌跡，以及每個(gè)讀卡器讀到的信息；另一方面制作煤礦巷道的畫(huà)面，實(shí)時(shí)顯示車(chē)輛的具體信息以及車(chē)輛運(yùn)行方向、運(yùn)行位置，以及各紅綠信號(hào)燈的信息。同時(shí)進(jìn)行故障診斷，發(fā)現(xiàn)信號(hào)機(jī)或讀卡器故障發(fā)出聲光報(bào)警，提示及時(shí)處理。

（6）CAN總線。CAN總線部分主要由接口電路（包括信號(hào)機(jī)及讀卡器內(nèi)的CAN接口電路）、插在監(jiān)控機(jī)內(nèi)的CAN接口卡、雙絞線通信介質(zhì)和相應(yīng)的通信軟件組成。

3 系統(tǒng)功能

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)視功能。顯示運(yùn)輸巷道圖、巷道內(nèi)的車(chē)輛分布情況、大巷內(nèi)各車(chē)輛具體信息，以及區(qū)段內(nèi)車(chē)輛行駛狀況。

（2）查詢(xún)功能。查詢(xún)某車(chē)輛車(chē)型、車(chē)號(hào)等檔案及最近運(yùn)行軌跡的數(shù)據(jù)表格；還可查詢(xún)最近經(jīng)過(guò)某讀卡器的車(chē)輛及經(jīng)過(guò)時(shí)刻的數(shù)據(jù)表格。

（3）報(bào)警功能。本系統(tǒng)能顯示全部報(bào)警或分類(lèi)報(bào)警，所有報(bào)警均按時(shí)間順序保存在硬盤(pán)上，每個(gè)報(bào)警項(xiàng)內(nèi)容包括發(fā)生報(bào)警的時(shí)間、日期，報(bào)警位置和類(lèi)型等。

（4）車(chē)輛自動(dòng)控制功能。系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)輸大巷內(nèi)車(chē)輛的當(dāng)前位置，通過(guò)信號(hào)機(jī)控制紅綠指示燈，提示車(chē)輛有序地進(jìn)入某一區(qū)段或停留在錯(cuò)車(chē)道等候，從而大大提高巷道的車(chē)輛通行能力。

（5）信號(hào)機(jī)人工干預(yù)功能。當(dāng)巷道內(nèi)出現(xiàn)某種非正常運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)可進(jìn)入人工控制狀態(tài)，調(diào)度員可進(jìn)行人工干預(yù)。當(dāng)調(diào)度員點(diǎn)擊任意一個(gè)信號(hào)機(jī)圖標(biāo)，即可彈出是否確認(rèn)切換此信號(hào)機(jī)狀態(tài)的對(duì)話框。如確認(rèn)，則此信號(hào)機(jī)的狀態(tài)被人工切換。

（6）系統(tǒng)具有可靠性和實(shí)時(shí)性。CAN總線直接通信距離可達(dá)10km／5KBPS，可靠性高。系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)往上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)可不用輪詢(xún)方式而直接采用即時(shí)傳送方式，這使信號(hào)機(jī)的響應(yīng)時(shí)間大大縮短，保證了系統(tǒng)具有良好的實(shí)時(shí)性。

（7）系統(tǒng)具有安全性。系統(tǒng)含有故障診斷系統(tǒng)，能隨時(shí)反映系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備和傳感器的工作狀態(tài)，自動(dòng)進(jìn)行故障診斷并報(bào)警、處理或報(bào)警后由值班人員處理。系統(tǒng)的每個(gè)讀卡器及智能信號(hào)機(jī)均具有自檢功能，一旦出現(xiàn)故障將立即報(bào)告主機(jī)，啟動(dòng)報(bào)警程序。系統(tǒng)設(shè)有備份監(jiān)控機(jī)，當(dāng)系統(tǒng)主控機(jī)萬(wàn)一出現(xiàn)故障，備用機(jī)將立即啟動(dòng)，使系統(tǒng)繼續(xù)正常運(yùn)行。

4 主要技術(shù)指標(biāo)

（1）讀卡器。讀卡器為礦用本安型，其防爆標(biāo)志為ExdibI（150℃）。工作電壓為24V，最大耗電電流100mA。本安端工作電流18mA，短路電流30mA。有效識(shí)別距離從2m到50m可調(diào)。極高的防沖突性，采用多種防沖突方案，可同時(shí)識(shí)別30個(gè)以上標(biāo)識(shí)。RFID的移動(dòng)時(shí)速可達(dá)60km以上?？蓪?shí)現(xiàn)有方向性和無(wú)方向性的識(shí)別。

（2）車(chē)輛識(shí)別卡。識(shí)別距離2～50m可調(diào)，接收靈敏度－90dBm，工作環(huán)境溫度－40～60℃；工作電流小于5μA，ID號(hào)全球唯一，使用壽命3年以上。

（3）智能信號(hào)機(jī)。智能信號(hào)機(jī)為礦用本安型，其防爆標(biāo)志為ExdibI（150℃）。工作電壓為24V，最大耗電電流150mA。最大傳輸距離為20km。工作條件要求為：環(huán)境溫度－40～60℃；相對(duì)濕度75%；環(huán)境壓力80～106kPa。

（4）防爆PLC分站。防爆PLC分站適用于含煤塵和瓦斯等爆炸型氣體的環(huán)境，防爆形式為礦用隔爆兼本質(zhì)安全型，防爆標(biāo)志為ExdibI（150℃）。使用環(huán)境溫度－40～60℃，相對(duì)濕度小于等于96%，環(huán)境壓力80～106kPa。

5 總結(jié)

該新型運(yùn)輸大巷車(chē)輛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已應(yīng)用于晉城藍(lán)焰集團(tuán)寺河煤礦，實(shí)踐證明其性能穩(wěn)定，可靠性強(qiáng)。將信息技術(shù)運(yùn)行于煤礦等惡劣環(huán)境，勢(shì)必會(huì)越來(lái)越廣泛，該產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，將有助于煤礦井下運(yùn)輸?shù)陌踩院涂煽啃裕a(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

［1］ 許蘇，許東兵.淺談射頻識(shí)別技術(shù)在煤礦的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)［J］.中國(guó)煤炭，2008（2）

［2］ 游戰(zhàn)清等.無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）理論與應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2004

［3］ 史久根.CAN現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2004

［4］ 饒運(yùn)濤等.現(xiàn)場(chǎng)總線CAN原理與應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003

［5］ 崔杰.射頻識(shí)別技術(shù)在煤礦井下安全考勤系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.山東煤炭科技，2004（2）

［6］ 王躍東等.CAN總線技術(shù)在煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究［J］.煤炭工程，2006（5）

Research and application of new main haulage roadway vehicle monitoring system

Li Huiping
（Taiyuan Design Research Institute for Coal Industry，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

The vehicle monitoring system of mine haulage roadway uses advanced RFID automatic identification system to realize real－time vehicle position.The intelligent signal equipment has the functions of executing instructions，controls and drives and traffic lights.The digital communication between Sensors，card readers，signal machines and sub－stations is based on CAN bus.The situation of travelling vehicles and the state of traffic lights in the whole roadway are controlled by industry net control and coal mine automation system.The components，functions and main technical chrematistics of the system are introduced.

coal mine，main haulage roadway，vehicle monitoring system，RFID

TD676

B

李惠平（1964－），女，高級(jí)工程師、國(guó)家注冊(cè)咨詢(xún)工程師、注冊(cè)機(jī)械工程師，在煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院長(zhǎng)期從事煤礦機(jī)電設(shè)計(jì)和管理工作。

（責(zé)任編輯 張毅玲）