基于5G技術(shù)的礦山臺(tái)車遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)分析

謝春華

（中煤科工集團(tuán)沈陽研究院有限公司 遼寧省撫順市 113122）

伴隨著我國5G 技術(shù)的迅速進(jìn)步，我國礦業(yè)也朝著更加安全、綠色、高效的方向發(fā)展，依托礦山臺(tái)車遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)，在礦產(chǎn)挖掘的過程中，大幅度降低了人力資源消耗，并有效提升了企業(yè)工作效率，幫助企業(yè)提供了更加豐厚的經(jīng)濟(jì)利潤。因此，對(duì)于國內(nèi)礦業(yè)企業(yè)來講，依托先進(jìn)5G 技術(shù)，建設(shè)礦山臺(tái)車遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)，并總價(jià)相關(guān)的技術(shù)操作要點(diǎn)，便成為了該行業(yè)從業(yè)人員在新時(shí)代背景下，必須要關(guān)注的重要課題，針對(duì)這一問題的解決，也會(huì)對(duì)我國的5G技術(shù)發(fā)展以及礦山作業(yè)模式產(chǎn)生深刻的影響，這是我國實(shí)現(xiàn)各類產(chǎn)業(yè)升級(jí)，提升產(chǎn)能效率的重要前提。

1 礦山臺(tái)車遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)的建設(shè)方案

對(duì)我國的礦山開采工作進(jìn)行分析，目前礦山開采深度在1000米左右，集中作業(yè)區(qū)域在-735m 到-960m 之間，已經(jīng)探明的資源多存在于1000 米以下，伴隨著開采深度的增加，將會(huì)面臨有地溫提高，地應(yīng)力提升、溶水壓增加、開掘擾動(dòng)增加等復(fù)雜工作環(huán)境，對(duì)礦山安全生產(chǎn)工作效率造成比較大的影響，同時(shí)也給實(shí)地工作的工作人員造成嚴(yán)重的安全隱患。而依托5G 技術(shù)的礦山臺(tái)車遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)建設(shè)，能夠?qū)ι鲜鰡栴}進(jìn)行有效規(guī)避，而通過自身經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)總結(jié)出以下礦山太差遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)建設(shè)方案。

1.1 5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

以筆者所在的礦業(yè)企業(yè)為例，在礦山中心機(jī)房，安裝了5G 核心設(shè)備BBU5900；地面控制室建設(shè)5G 室分設(shè)備與5GCPE，由此達(dá)到澆灌式覆蓋效果，此覆蓋系統(tǒng)分別由pRRU、PHUB、BBU 構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)5G 信號(hào)在控制室范圍內(nèi)的全面覆蓋；5G CPE 用于對(duì)5G 信號(hào)進(jìn)行收集，依托工業(yè)路由器連接電動(dòng)鑿巖臺(tái)車遠(yuǎn)程操作臺(tái)；井下采礦廠所建設(shè)的5G 基站，設(shè)計(jì)RRU、AAU 以及OPM 三個(gè)部分，由此實(shí)現(xiàn)5G 信號(hào)的全面覆蓋；地面遠(yuǎn)程操作臺(tái)與礦山臺(tái)車中都安裝有5G CPE 設(shè)備與工業(yè)路由器，用來傳輸和接受5G 網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，工業(yè)路由器分別和電動(dòng)鑿巖車遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)與地面遠(yuǎn)程控制臺(tái)的控制單元相連；礦山中心機(jī)房到井下采礦場(chǎng)均鋪設(shè)有光纖電纜，從而達(dá)到5G 核心設(shè)施與礦場(chǎng)5G 基站設(shè)備的有效連接，5G 核心網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

1.2 DD311型礦山臺(tái)車遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)的建設(shè)

1.2.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

DD311 性礦山臺(tái)車遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)是依托視頻傳輸技術(shù)、無線通信技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)等，并且將原有的大臂多路閥與鑿巖、快退液控系統(tǒng)升級(jí)改造成電液驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，工作人員在集控室，依靠專業(yè)化的遙控操作裝置，使用5G 專網(wǎng)聯(lián)通礦山現(xiàn)場(chǎng)的車載控制系統(tǒng)和云臺(tái)高清攝像頭，對(duì)礦山臺(tái)車開展遠(yuǎn)程無線鑿巖作業(yè)的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程操作。集中控制室的遠(yuǎn)程控制操作平臺(tái)依靠5G 專線網(wǎng)絡(luò)和電動(dòng)礦山臺(tái)車上的車載控制系統(tǒng)互相通訊。

圖1：5G 核心網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

圖2：遠(yuǎn)距離遙控操作平臺(tái)

工作區(qū)域，礦山臺(tái)車依靠車載CPE 把視頻、車輛信息狀態(tài)發(fā)射出去，依靠5G 基站接收傳輸?shù)降牡乇砑厥遥慌c之相同的，集控室的控制信號(hào)依靠光線傳送至工作區(qū)域中的5G 基站，同時(shí)通過車載無線CPE 接收送達(dá)車載控制系統(tǒng)。工作人員依靠集中控制室實(shí)現(xiàn)對(duì)操作平臺(tái)中相關(guān)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。礦山臺(tái)車前端位置安裝有可變焦攝像頭，把現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境有效反饋至集中式當(dāng)中，輔助其遠(yuǎn)程開展礦山開采作業(yè)。

1.2.2 系統(tǒng)構(gòu)成

在DD311 型號(hào)礦山臺(tái)車遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中，主要包含有遠(yuǎn)距離遙控操作平臺(tái)、車載控制系統(tǒng)、車載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程視頻系統(tǒng)、遠(yuǎn)程液壓系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程點(diǎn)控制系統(tǒng)留個(gè)板塊。

在遠(yuǎn)距離遙控操作平臺(tái)當(dāng)中，涉及有操作平臺(tái)、嵌入型核心控制裝置、數(shù)據(jù)匯總器、液晶顯示屏、圖像顯示軟件、狀態(tài)信息處理顯示軟件等若干部分，依靠通信模塊將指定操作指令傳送至網(wǎng)絡(luò)中，并且針對(duì)車載系統(tǒng)傳輸至網(wǎng)絡(luò)中的車輛信息情況開展接收處理，整體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

在車載控制系統(tǒng)中，包含有車載信息接收單元、車載狀態(tài)數(shù)據(jù)收集軟件、電源、車輛狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元、車載信息匯聚器、車載接口控制單元等構(gòu)成。車載控制系統(tǒng)的控制箱安裝于DD311 礦山臺(tái)車上部，依靠接收遠(yuǎn)距離控制平臺(tái)中發(fā)出的信號(hào)來達(dá)到對(duì)DD311 礦山臺(tái)車的有效控制。

在車輛監(jiān)控系統(tǒng)中，其主要功能是對(duì)礦山臺(tái)車工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并顯示諸如旋轉(zhuǎn)壓力、風(fēng)壓、水壓、空壓機(jī)工作時(shí)間、鑿巖機(jī)工作時(shí)間、推進(jìn)壓強(qiáng)、旋轉(zhuǎn)壓強(qiáng)、推進(jìn)梁延伸壓強(qiáng)的各種數(shù)據(jù)。

在實(shí)時(shí)視頻系統(tǒng)當(dāng)中，包含有云臺(tái)變焦攝像頭、視頻處理顯示軟件以及高性能無線網(wǎng)橋等設(shè)備，在DD311 電動(dòng)鑿巖臺(tái)車頂部前方區(qū)域?qū)?huì)安裝兩個(gè)以上的可變焦的高清云臺(tái)攝像頭，把視頻數(shù)據(jù)有效傳輸?shù)竭h(yuǎn)距離控制平臺(tái)之上，依靠視頻顯示軟件對(duì)其進(jìn)行處理，最后傳輸?shù)斤@示屏上進(jìn)行直觀顯示。

在遠(yuǎn)程液壓系統(tǒng)當(dāng)中，把DD311 礦山臺(tái)車大臂液控多路閥調(diào)整為電液控多路閥，強(qiáng)化閥組電控能力，同時(shí)保存閥組的手動(dòng)控制功能；在DD311 礦山臺(tái)車沖擊、推進(jìn)、旋轉(zhuǎn)和快退液控系統(tǒng)并裝為一套電液控系統(tǒng)，裝配電磁閥，完成手動(dòng)與遙控的雙控制。

在遠(yuǎn)程電控系統(tǒng)中，包含有車載控制箱接線、DD311 礦山臺(tái)車MP 主控箱接線、BOX81 分線以及DD311 礦山臺(tái)車操作臺(tái)接線。

以上，便是基于華為5G 技術(shù)的DD311 型礦山臺(tái)車的系統(tǒng)構(gòu)成元素。依托上述構(gòu)成要素，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)礦山臺(tái)車的遠(yuǎn)距離控制，開展常規(guī)的礦山信息收集、遠(yuǎn)程鑿巖施工等工作。

2 礦山臺(tái)車遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)

經(jīng)過長期的實(shí)踐和不斷的技術(shù)改良，先總結(jié)出DD311 型礦山臺(tái)車遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)在使用過程中需要遵循的相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)。

（1）所建立的5G 網(wǎng)絡(luò)可以顯著減低空口的延遲、網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)延遲、重轉(zhuǎn)可能性以及丟包可能性。使用支持免調(diào)度的新一代多地址接入與D2D 等先進(jìn)技術(shù)能夠降低信號(hào)和數(shù)據(jù)在傳輸過程中的中轉(zhuǎn)情況，同時(shí)使用更為科學(xué)的調(diào)制編碼與HARQ 重轉(zhuǎn)模式，能夠有效強(qiáng)化DD311 性礦山臺(tái)車遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)在信號(hào)傳輸過程中的穩(wěn)定性和可靠性，在網(wǎng)絡(luò)架設(shè)工作當(dāng)中，可以通過控制云通來對(duì)現(xiàn)有的信號(hào)傳輸路徑進(jìn)行優(yōu)化，有效控制業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息靠近轉(zhuǎn)發(fā)云與接入云邊緣的情況，對(duì)5G 網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸過程中出現(xiàn)的延遲情況進(jìn)行有效控制。

（2）在DD311 型礦山臺(tái)車遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)當(dāng)中，5G CPE 充當(dāng)DMZ 映射到工業(yè)路由器當(dāng)中，兩個(gè)工業(yè)路由器間建立GRE 隧道，由此實(shí)現(xiàn)兩端多個(gè)設(shè)備在相同的虛擬網(wǎng)絡(luò)中互訪的效果。

（3）在DD311 型礦山臺(tái)車遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)當(dāng)中，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制系統(tǒng)和就地操作模式之間的無縫切換，工作人員不僅可以在相對(duì)較為危險(xiǎn)的區(qū)域進(jìn)行鑿巖施工，還可以在相對(duì)安全的區(qū)域進(jìn)行更加高精度的鑿巖施工作業(yè)。

（4）在DD311 型礦山臺(tái)車遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)當(dāng)中，使用了開放型結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)化接口與協(xié)議，具備良好的可開發(fā)性和延展性，后期能夠功能拓展與軟件升級(jí)；設(shè)置了開關(guān)量與比例量控制信號(hào)，依靠核心控制器強(qiáng)化安全性與可操作性；系統(tǒng)建立在加拿大BTI 無線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)安全控制策略與理念開展相關(guān)元素的設(shè)計(jì)工作。

（5）在DD311 型礦山臺(tái)車遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)當(dāng)中，遠(yuǎn)距離控制操作平臺(tái)與車載控制系統(tǒng)包含有故障記錄與自我診斷能力，在后期的維護(hù)和修理工作中是比較簡(jiǎn)單的。

（6）在DD311 型礦山臺(tái)車遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)當(dāng)中，各類控制程序均采用模塊化設(shè)計(jì)方式，各模塊在使用過程中高度獨(dú)立，能夠獨(dú)自完成各類功能。

整體來說，按照以上要點(diǎn)，基于華為5G 技術(shù)DD311 性礦山臺(tái)車不僅能夠開展本地的鑿巖施工作業(yè)，還能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離鑿巖施工作業(yè)，本地與外地之間能夠進(jìn)行無縫切換。遠(yuǎn)距離操作平臺(tái)的操作界面和礦山臺(tái)車本體操作界面相同，操作簡(jiǎn)單易學(xué)。需要認(rèn)識(shí)到的是，礦上臺(tái)車上的各類儀表指示燈以及傳感數(shù)據(jù)在地面遠(yuǎn)距離操作平臺(tái)上是可以進(jìn)行同步顯示的，工作人員能夠隨時(shí)就礦山臺(tái)車的工作狀態(tài)進(jìn)行了解，并同步根據(jù)指示燈與傳感數(shù)據(jù)信息作出正確的判斷，由此來實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的正確操作。工作人員從之前井下現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)到現(xiàn)在地表遠(yuǎn)程作業(yè)，工作環(huán)境將會(huì)發(fā)生巨大的變化，現(xiàn)在，地面控制室環(huán)境可以達(dá)到冬暖夏涼，工作人員能夠隨時(shí)呼吸到新鮮的空氣，不再出現(xiàn)之前現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)可能引發(fā)的塵肺病等職業(yè)病，有效增強(qiáng)了工作的安全性，增加了礦山企業(yè)的整體經(jīng)濟(jì)效益，迎合了我國礦業(yè)生產(chǎn)作業(yè)中安全第一、以人為本的重要理念。所在單位把改造后的DD311 型礦山臺(tái)車遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)在某礦山工程進(jìn)行應(yīng)用，經(jīng)過多次測(cè)試后，證明該礦山臺(tái)車完全符合現(xiàn)場(chǎng)使用需要，顯著提升了工作效率并有效保障了工作人員的安全，優(yōu)化的操作者的工作環(huán)境，另外，依托5G 技術(shù)方式來對(duì)礦山臺(tái)車進(jìn)行遠(yuǎn)程控制之后，讓每年由于電纜使用、電纜拖拽等造成的損耗從原來的每年三十余萬元人民幣降低為0。

3 結(jié)束語

整體來說，依托5G 技術(shù)的礦山臺(tái)車遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)建設(shè)，是我國礦業(yè)企業(yè)今后發(fā)展的必由之路，同時(shí)也是提升我國礦業(yè)企業(yè)在國際市場(chǎng)中競(jìng)爭(zhēng)力的有效措施，因此，國內(nèi)相關(guān)礦業(yè)企業(yè)，應(yīng)當(dāng)深入分析當(dāng)前一些較為成功的，基于5G 技術(shù)的礦山臺(tái)車遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)建設(shè)方案，由此來加速我國礦業(yè)企業(yè)對(duì)5G 等先進(jìn)技術(shù)的布局應(yīng)用，讓我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)具有更強(qiáng)大的國際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。