礦用無(wú)軌膠輪車集中管理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

閆凱

(1.中國(guó)煤炭科工集團(tuán) 太原研究院有限公司， 山西 太原 030006；2.山西天地煤機(jī)裝備有限公司， 山西 太原 030006)

0 引言

近年來(lái)，隨著煤炭行業(yè)的發(fā)展，礦井生產(chǎn)條件不斷得到改善，機(jī)械化水平不斷提高，輔助運(yùn)輸機(jī)械也得到了普遍應(yīng)用。其中無(wú)軌膠輪車以其機(jī)動(dòng)靈活、速度快、生產(chǎn)效率高和成本低等優(yōu)點(diǎn)得到了推廣，已應(yīng)用于井下人員運(yùn)輸、物料運(yùn)輸、鏟運(yùn)作業(yè)及支架搬運(yùn)等工況。

目前礦用無(wú)軌膠輪車多采用防爆柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)，少數(shù)采用蓄電池作為動(dòng)力。以防爆柴油車為例，多采用機(jī)電液聯(lián)合作業(yè)，工作過(guò)程中不但需要檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、冷卻水溫、氣壓和液壓等多個(gè)參數(shù)，而且車輛使用過(guò)程中司機(jī)還需要經(jīng)常檢查水位、油位、濾芯和潤(rùn)滑情況。同時(shí)，車隊(duì)的組織形式多為提前安排，現(xiàn)場(chǎng)指揮，司機(jī)獨(dú)立操作車輛，對(duì)司機(jī)的依賴較大，人員的失誤會(huì)影響到車輛的運(yùn)行狀況，甚至造成安全事故。通過(guò)分析研究,設(shè)計(jì)了一種礦用無(wú)軌膠輪車集中管理控制系統(tǒng)，即采用先進(jìn)的無(wú)線數(shù)據(jù)采集和通信技術(shù)，將人員、礦用車輛、巷道、車場(chǎng)設(shè)備與調(diào)度控制中心形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò),并將采集的數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸給控制中心進(jìn)行分析處理，反饋給調(diào)度人員和駕駛員，最后對(duì)車輛問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的處理[1]。

1 系統(tǒng)組成

1) 控制中心設(shè)備包括綜合服務(wù)器、生命周期管理設(shè)備、采購(gòu)需求分析設(shè)備、車輛識(shí)別設(shè)備、計(jì)算機(jī)設(shè)備、綜合顯示設(shè)備、故障分析專家系統(tǒng)設(shè)備、同步通訊設(shè)備、運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)備、緊急情況控制設(shè)備，人員安全分析設(shè)備，調(diào)度路徑自動(dòng)規(guī)劃導(dǎo)航設(shè)備等。

2) 車場(chǎng)設(shè)備包括車輛識(shí)別設(shè)備、車輛油料自適應(yīng)添加設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、車輛故障檢測(cè)分析維修設(shè)備、危險(xiǎn)報(bào)警箱等。

3) 巷道設(shè)備包括數(shù)據(jù)傳輸線路、無(wú)線通信設(shè)備、控制器、視頻檢測(cè)設(shè)備、報(bào)警箱、車輛識(shí)別設(shè)備、車輛定位設(shè)備、車速檢測(cè)設(shè)備、人員識(shí)別設(shè)備，瓦斯檢測(cè)設(shè)備等。

4) 車載設(shè)備包括各類信息采集設(shè)備、無(wú)線傳輸控制設(shè)備、通信設(shè)備、報(bào)警箱、駕駛員識(shí)別設(shè)備、人員接近設(shè)備、行車記錄儀等。

無(wú)軌膠輪車集中管理控制系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖1所示。巷道和車場(chǎng)布置的控制器通過(guò)CAN總線與車輛進(jìn)行通信聯(lián)系，將車輛、巷道和車場(chǎng)采集到的信息通過(guò)控制器傳輸給控制中心?？刂浦行耐ㄟ^(guò)分析處理，將信息結(jié)果反饋給車輛，緊急情況下可直接控制車輛實(shí)施緊急制動(dòng)操作。

圖1 無(wú)軌膠輪車集中管理控制系統(tǒng)拓?fù)鋱D

2 系統(tǒng)工作原理

礦用無(wú)軌膠輪車集中管理控制系統(tǒng)工作原理如圖2所示。在正常情況下，由規(guī)劃調(diào)度中心進(jìn)行車輛的日常調(diào)度使用，合理分配車輛和人員，合理規(guī)劃行車路徑，提高了車輛的使用效率和行車安全。運(yùn)行維護(hù)中心實(shí)時(shí)檢測(cè)車輛相關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)每輛車所收集的數(shù)據(jù)，提示引導(dǎo)車輛進(jìn)行個(gè)性化日常維護(hù)，對(duì)定期更換零部件，同時(shí)對(duì)車輛的一些關(guān)鍵零部件及易損易壞零部件進(jìn)行定期檢查。故障維修中心根據(jù)車輛采集的數(shù)據(jù)通過(guò)專家系統(tǒng)，對(duì)車輛進(jìn)行故障分析預(yù)測(cè)。

圖2 系統(tǒng)工作原理

一旦車輛發(fā)生運(yùn)行數(shù)據(jù)異?；蚬收蠑?shù)據(jù)異常，數(shù)據(jù)立即傳輸至控制中心?？刂浦行陌l(fā)出聲光報(bào)警，并將信息傳輸給規(guī)劃調(diào)度中心。規(guī)劃調(diào)度中心發(fā)出指令，同時(shí)與駕駛員取得聯(lián)系。指令傳送至巷道或車場(chǎng)的控制器，巷道(車場(chǎng))發(fā)出聲光報(bào)警和顯示異常，提醒人員車輛避讓?？刂破魍ㄟ^(guò)無(wú)線通信，將指令傳送至異常車輛的控制系統(tǒng)，發(fā)出聲光報(bào)警，強(qiáng)制接通通信器，提醒駕駛員注意處理或?qū)囕v實(shí)施緊急制動(dòng)。隨后由運(yùn)行維護(hù)中心(故障維修中心)制定相應(yīng)的處理方案，由規(guī)劃調(diào)度中心引導(dǎo)車輛回歸處理或人員現(xiàn)場(chǎng)處理，解除異常報(bào)警狀態(tài)[2-5]。

3 系統(tǒng)功能

1) 車輛生命周期管理功能?？梢詫?duì)車輛采購(gòu)情況、運(yùn)行情況、故障情況、使用情況、原件更換情況，維修情況、服役情況等做到全面的記錄待查，直到車輛報(bào)廢，為后續(xù)車輛的使用提供歷史參考。

2) 運(yùn)行車輛監(jiān)測(cè)維護(hù)功能。可以對(duì)車輛的液壓油位、水位、傳動(dòng)油位、柴油位進(jìn)行檢測(cè)，并提示駕駛員和車場(chǎng)及時(shí)添加；對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車速、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、冷卻液溫度、尾氣溫度、傳動(dòng)溫度及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，確保行車安全；同時(shí)，還具有行車記錄等功能。

3) 運(yùn)行車輛調(diào)度規(guī)劃功能。該系統(tǒng)可以把所有的無(wú)軌膠輪車連接為一個(gè)整體，及時(shí)掌握所有車輛信息。通過(guò)控制中心進(jìn)行有效的調(diào)度，對(duì)井下復(fù)雜多變的路況進(jìn)行路徑規(guī)劃，引導(dǎo)行駛，以及緊急處理等功能。同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)駕駛員和控制中心的實(shí)時(shí)通信聯(lián)系。

4) 車輛人員安全保護(hù)功能?？梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)人員接近進(jìn)行保護(hù)、駕駛員身份識(shí)別、駕駛時(shí)間監(jiān)測(cè)、駕駛員疲勞情況分析、用車許可檢測(cè)等功能。

5) 車輛故障預(yù)測(cè)維修功能。在車輛運(yùn)行過(guò)程中，不僅能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)車輛的數(shù)據(jù)，還可以記錄的數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析，及時(shí)預(yù)測(cè)車輛發(fā)生故障的可能，及時(shí)排除安全隱患。在車輛發(fā)生故障時(shí)，能及時(shí)有效地判斷故障，制定相應(yīng)的解決方案，調(diào)度維修人員快速解決。

車輛采集信號(hào)位置如圖3所示。

圖3 車輛采集信號(hào)位置示意

4 裝置主要特點(diǎn)

1) 采用無(wú)線通信技術(shù)，對(duì)所有車輛的運(yùn)行進(jìn)行集中管理，便于車輛的維護(hù)管理。

2) 車輛增加了用車許可、人員識(shí)別、疲勞檢測(cè)、人員接近檢測(cè)等安全裝置，提高了車輛的安全性。

3) 具有車輛識(shí)別定位功能，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)車輛位置，通過(guò)遠(yuǎn)程觀察車輛狀態(tài)，便于車輛的調(diào)度與路徑優(yōu)化。

4) 通過(guò)傳感器檢測(cè)的歷史數(shù)據(jù)，對(duì)車輛故障進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析，及時(shí)制定故障車輛處理方案。

5) 對(duì)采購(gòu)車輛進(jìn)行需求分析，對(duì)已購(gòu)車輛進(jìn)行建檔，對(duì)后期車輛的使用情況和維護(hù)記錄進(jìn)行歸檔，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛生命周期的監(jiān)測(cè)。

本集中管理控制系統(tǒng)可應(yīng)用于煤礦、金屬礦山、非金屬礦山等所有無(wú)軌膠輪車井下輔助運(yùn)輸過(guò)程中，可提高車輛的使用效率、安全性和可靠性。

5 實(shí)際應(yīng)用情況

1) 該無(wú)軌膠輪車集中管理控制系統(tǒng)采用科學(xué)合理的無(wú)線通信技術(shù)，對(duì)車輛信息進(jìn)行了集中管理，使車輛實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)操作；同時(shí)，對(duì)信息進(jìn)行了合理有效的利用，降低了駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，避免了人員失誤帶來(lái)的損失，增加了車輛的使用效率和安全系數(shù)。

2) 對(duì)車輛進(jìn)行了生命周期的管理，科學(xué)采購(gòu)、建檔、維護(hù)，便于后續(xù)查閱,實(shí)現(xiàn)了對(duì)車輛情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、及時(shí)維護(hù)，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。

3) 對(duì)車輛的故障預(yù)測(cè)和處理，降低了車輛的故障率，縮短了故障處理時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率,且人員識(shí)別系統(tǒng)增加了對(duì)車輛的管控及對(duì)駕駛員的監(jiān)督，提高了人員車輛的安全性。

6 結(jié)論

本礦用無(wú)軌膠輪車集中管理控制系統(tǒng)包括了車載檢測(cè)控制設(shè)備、巷道設(shè)備、車場(chǎng)設(shè)備和調(diào)控中心設(shè)備。實(shí)際運(yùn)行表明，該系統(tǒng)對(duì)車輛、人員和礦井生產(chǎn)都有很大的益處，可以實(shí)現(xiàn)車輛、巷道、控制中心和車場(chǎng)之間的互聯(lián)互通，從而延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命提高了生產(chǎn)效率。