井下平面直線往返式有軌運(yùn)輸系統(tǒng)遠(yuǎn)程自動控制的研究與應(yīng)用

莊維遜，盧海波，許正輝

（云南馳宏鋅鍺股份有限公司會澤礦業(yè)分公司，云南 曲靖 655000）

平面機(jī)車有軌運(yùn)輸系統(tǒng)是地下開采礦山井下運(yùn)輸重要組成部分，如何降低人員勞動強(qiáng)度、減少安全風(fēng)險(xiǎn)是礦山企業(yè)一直探討的問題。井下平面機(jī)車無人駕駛系統(tǒng)已先后在瑞典、加拿大等成功應(yīng)用，國內(nèi)雖起步較晚但也有成功應(yīng)用的案列；但井下平面多點(diǎn)裝礦直線往返式有軌運(yùn)輸系統(tǒng)遠(yuǎn)程自動控制的研究仍然是多數(shù)礦山企業(yè)重點(diǎn)研究的方向之一。有軌運(yùn)輸系統(tǒng)遠(yuǎn)程自動控制是指應(yīng)用傳感、遙控、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)，將井下機(jī)車位置信息、視頻信息、語音通信、自動控制系統(tǒng)所需相關(guān)信息集成至地面集控中心，實(shí)現(xiàn)平面運(yùn)輸機(jī)車自動控制裝礦、運(yùn)輸、卸礦及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)“無人則安、科技強(qiáng)安”的重大舉措。

1 項(xiàng)目背景

某礦業(yè)公司是集探、采、選、冶的企業(yè)，礦山采用地下開采，開采深度現(xiàn)已達(dá)1500m以上，井下運(yùn)輸系統(tǒng)主要由平面和提升運(yùn)輸系統(tǒng)組成，平面運(yùn)輸系統(tǒng)主要承擔(dān)著礦石、渣石的運(yùn)輸任務(wù)，其中，1751運(yùn)輸平面運(yùn)輸系統(tǒng)采用10噸電機(jī)車牽引直線往返式運(yùn)輸作業(yè)，是最主要的礦石運(yùn)輸通道，貫穿各豎井、斜井提升運(yùn)輸系統(tǒng)的大通道，同時(shí)還是人員、材料必經(jīng)巷道。其中2#豎井裝礦站運(yùn)輸至1#豎井卸礦溜井運(yùn)輸線全長2公里，3#豎井至1#豎井運(yùn)輸線全長3.5公里，存在運(yùn)輸路線長、運(yùn)輸效率低、人員安全風(fēng)險(xiǎn)低、勞動強(qiáng)度大等不利因素。運(yùn)輸平面具體如下圖1所示。

2 技術(shù)路線

井下平面直線往返式有軌運(yùn)輸系統(tǒng)遠(yuǎn)程自動控制要實(shí)現(xiàn)1人監(jiān)控完成3列（1列2臺）機(jī)車的自動運(yùn)行裝卸在任務(wù)，通過長期探索和實(shí)踐，結(jié)合系統(tǒng)現(xiàn)狀，著手從以下方面進(jìn)行分析問題：車載系統(tǒng)自身應(yīng)具備的功能、巷道基本硬件設(shè)施的完善、網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)的搭設(shè)、牽引變電系統(tǒng)的功能、電動轉(zhuǎn)轍機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、門禁系統(tǒng)的設(shè)置、自動裝卸載系統(tǒng)需要解決的問題和地表集控中心遠(yuǎn)程自動控制及監(jiān)控系統(tǒng)的思考。

3 技術(shù)研究與應(yīng)用

3.1 車載系統(tǒng)自身應(yīng)具備的功能

機(jī)車本身應(yīng)能實(shí)現(xiàn)電氣遠(yuǎn)程控制和雙機(jī)同步功能：具體包括氣動型受電弓遠(yuǎn)程自動/手動升降；氣動閘遠(yuǎn)程自動/手動控制；車門電氣閉鎖；過流、過壓、欠壓、過溫、過載保護(hù)；掉道保護(hù)；脫節(jié)保護(hù)；方向切換功能；速度控制和反饋功能；高速/低速段的加減速及零速滑行功能；斷電延時(shí)保護(hù)功能；雙機(jī)無線通訊及同步控制功能；遠(yuǎn)程監(jiān)控和遙控操作功能；故障自動停車功能；定位功能；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸功能、報(bào)警提示功能；無線視頻監(jiān)控功能；語音對講功能等。

3.2 巷道硬件設(shè)施的完善

應(yīng)對軌道調(diào)整范圍至：直線段軌道的軌距誤差應(yīng)不超過+5mm和-2mm，平面誤差應(yīng)不大于5mm，鋼軌接頭間隙不大于5mm，防止掉道事故的發(fā)生；同時(shí)受電弓采用氣動（或電動式）失去了拉繩式受電弓的靈活性，在實(shí)際運(yùn)行過程中對架空線高度及連接點(diǎn)的平滑度要求較高，必須對架空線的高度、交叉口、懸吊線進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整；架空線標(biāo)準(zhǔn)高度控制在為2000±10mm范圍，吊線拉緊且懸吊時(shí)線夾下口與架空線平齊，對岔道口架空線形成的剪刀口進(jìn)行調(diào)整從而減少夾角并錯(cuò)位懸吊，降低受電弓在運(yùn)行過程中的晃動和逆行阻止問題。

3.3 網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)

無線網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)機(jī)車車載控制系統(tǒng)、巷道設(shè)備設(shè)施控制系統(tǒng)與主控制器的數(shù)據(jù)交互和視頻信號傳輸?shù)谋Ｕ?。目前該礦業(yè)公司已建有由各個(gè)水平到地面生產(chǎn)指揮中心的萬兆主干環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，具有拓展接口。需要在該平面建設(shè)井下有軌運(yùn)輸無人駕駛系統(tǒng)獨(dú)立的千兆光纖環(huán)網(wǎng)，井下千兆基站網(wǎng)絡(luò)匯聚到萬兆光纖環(huán)網(wǎng)內(nèi)，通過光纜到達(dá)地面以下交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)地面與井下的互聯(lián)互通。同時(shí)需要安裝無線基站通信網(wǎng)絡(luò)，以滿足該平面WIFI信號全覆蓋，防止信號盲區(qū)和信號弱的區(qū)域，且基站與現(xiàn)有鋪設(shè)井下六大系統(tǒng)通信基站互不干擾，符合視頻和語音通信穩(wěn)定、連續(xù)傳輸需求。環(huán)網(wǎng)通訊及無線基站如圖2所示。

圖2 環(huán)網(wǎng)通訊圖

3.4 牽引變電控制系統(tǒng)

牽引變電控制系統(tǒng)本身應(yīng)具備：過流保護(hù)、過壓保護(hù)、超溫保護(hù)，自動跳閘保護(hù)；且能實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)、電壓、電流、溫度、報(bào)警數(shù)據(jù)傳輸。將牽引變電所控制系統(tǒng)引入機(jī)車無人駕駛遠(yuǎn)程自動化控制中，實(shí)現(xiàn)對該平面牽引變電所內(nèi)設(shè)備的數(shù)據(jù)、狀態(tài)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控采集。當(dāng)牽引整流變出現(xiàn)故障時(shí)，控制中心發(fā)出指令，控制該水平的電機(jī)車減速停車；當(dāng)電機(jī)車出現(xiàn)問題無法停車時(shí)，可以遠(yuǎn)程切斷滑線電源，讓電機(jī)車失去動力源，防止事故擴(kuò)大。

3.5 轉(zhuǎn)轍機(jī)系統(tǒng)

將手動道岔更改為電動轉(zhuǎn)轍機(jī)并安裝信號燈，控制箱應(yīng)具有本地手動、遠(yuǎn)程自動/手動模式，遠(yuǎn)程自動控制可以實(shí)時(shí)通過派配礦系統(tǒng)指令對地下運(yùn)輸軌道的電動道岔自動控制輸出，為正常生產(chǎn)使用。遠(yuǎn)程手動控制即人工派車，下發(fā)派車指令后系統(tǒng)手動控制轉(zhuǎn)轍機(jī)，供零時(shí)調(diào)整作業(yè)計(jì)劃使用；遠(yuǎn)程自動控制，即下發(fā)派車指令后，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定條件，轉(zhuǎn)轍機(jī)自動運(yùn)行至相應(yīng)位置，形成閉鎖關(guān)系；同時(shí)道路信號燈與其匹配使用。

3.6 門禁系統(tǒng)

按照該平面巷道人員入口實(shí)際情況安裝門禁系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由現(xiàn)場電動門、紅外光柵、聲光報(bào)警器、控制室上位檢測控制等系統(tǒng)構(gòu)成，電動門控制系統(tǒng)含手動、檢修，遠(yuǎn)程手動/自動控制功能。其原理是電動門控制系統(tǒng)接收由控制室上位系統(tǒng)發(fā)過來的信號，門禁系統(tǒng)控制電動門的開啟或關(guān)閉；當(dāng)有運(yùn)輸巷道內(nèi)有機(jī)車正在作業(yè)時(shí)，門禁系統(tǒng)需全部關(guān)閉，不允許有人闖入，一旦紅外光柵對射傳感器檢測到信號中斷，則說明有人員闖入，通過揚(yáng)聲器進(jìn)行聲光報(bào)警，觸發(fā)電機(jī)車自動停車，防止事故發(fā)生，在故障解除后電機(jī)車才能繼續(xù)進(jìn)行自動裝礦、放礦、卸載工作。如果電機(jī)車停止運(yùn)行。

3.7 裝卸載系統(tǒng)

裝載系統(tǒng)應(yīng)包含溜礦井料位檢測、電動放礦閘門開閉檢測、機(jī)車礦車定位檢測、礦車料位檢測、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、自動控制單元等組成。當(dāng)2#豎井溜礦井料位滿足裝載要求，集控發(fā)出派車指令，自動運(yùn)行模式下（1#-2#豎井），機(jī)車自動減速運(yùn)行至指定裝載站溜礦井振動臺位置（視頻自動切換為裝礦點(diǎn)），實(shí)現(xiàn)第一節(jié)礦車準(zhǔn)確對位到放礦臺板下部裝礦點(diǎn)，振動閘板打開，啟動裝礦；當(dāng)檢測系統(tǒng)檢測到礦石裝滿時(shí)，停止振動放礦機(jī)，機(jī)車礦車自動運(yùn)行對正第二節(jié)礦車裝礦；直至最后一節(jié)車廂裝滿時(shí)，停止振動放礦機(jī)并關(guān)閉閘門，機(jī)車自動運(yùn)行至1#豎井卸載站，當(dāng)機(jī)車接近卸載站時(shí)減速運(yùn)行通過卸載溜礦井卸礦。所選擇的卸載站均應(yīng)有料位檢測裝置，當(dāng)檢測到裝載站或卸載溜礦井低料位時(shí)，機(jī)車自動停止運(yùn)行。

3.8 集控中心遠(yuǎn)程自動控制系統(tǒng)

集控中心遠(yuǎn)程自動控制系統(tǒng)是整個(gè)平面井下有軌運(yùn)輸無人駕駛的核心，肩負(fù)整個(gè)平面直線往返式有軌運(yùn)輸系統(tǒng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，集控中心遠(yuǎn)程自動控制系統(tǒng)應(yīng)包括自動調(diào)度系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)及語音對講系統(tǒng)。通過自動調(diào)度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信集閉系統(tǒng)、機(jī)車權(quán)限分配、機(jī)車任務(wù)分配、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)視、稱重?cái)?shù)據(jù)查詢等，同時(shí)包括對現(xiàn)場溜井料位信號、裝礦站的信號、現(xiàn)場轉(zhuǎn)轍機(jī)信號、變電所信號和門禁系統(tǒng)信號、牽引變電所、機(jī)車運(yùn)行的數(shù)據(jù)采集與控制，通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)平面直線往返式有軌運(yùn)輸系統(tǒng)機(jī)車在裝卸載站往返自動運(yùn)行。視頻監(jiān)控系統(tǒng)能采集到裝卸載系統(tǒng)、機(jī)車運(yùn)輸無線傳輸視頻信號、轉(zhuǎn)轍機(jī)監(jiān)控信號、門禁信號及各關(guān)鍵點(diǎn)視頻信息，采用多畫面顯示和畫面輪巡顯示：多畫面顯示能將視頻顯示區(qū)域進(jìn)行全屏顯示，排列各個(gè)畫面的顯示位置等操作；畫面輪巡可根據(jù)平面機(jī)車運(yùn)行位置和狀態(tài)，自動到切換到重點(diǎn)關(guān)注畫面。

3.9 預(yù)期應(yīng)用效果

通過以上設(shè)計(jì)思路，系統(tǒng)集成完畢后，能實(shí)現(xiàn)所屬平面的設(shè)備遠(yuǎn)程/就地控制，且在地表控制中心自動運(yùn)行模式下，系統(tǒng)能根據(jù)現(xiàn)場料位在線監(jiān)測情況，在選擇時(shí)間段，在系統(tǒng)滿足運(yùn)行的條件下，自動計(jì)算運(yùn)行軌跡并分配調(diào)度和運(yùn)行列車機(jī)組及相關(guān)設(shè)備設(shè)施（包括電動道岔、電動安全隔離門等），通過列車機(jī)組運(yùn)行至裝載系統(tǒng)，精確定位后，自動完成平面直線往返式自動運(yùn)行裝卸載任務(wù)，并實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)存儲和發(fā)布。

4 結(jié)語

本文通過對井下平面直線往返式有軌運(yùn)輸系統(tǒng)遠(yuǎn)程自動控制的研究，論述了對應(yīng)的設(shè)計(jì)思路和解決方案，其成功運(yùn)用，對應(yīng)用推廣具有良好的借鑒意義，能有效解決有軌運(yùn)輸平面機(jī)車運(yùn)輸效率低、安全風(fēng)險(xiǎn)高、勞動強(qiáng)度大的問題，對井下平面直線往返式有軌運(yùn)輸系統(tǒng)遠(yuǎn)程自動控制提供一種系統(tǒng)解決思路。