井下有軌運(yùn)輸機(jī)車自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用

徐娥

（中煤科工集團(tuán)沈陽研究院有限公司 遼寧省撫順市 113122）

1 礦井運(yùn)輸機(jī)車的自動(dòng)化控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

礦井的運(yùn)輸機(jī)車的自動(dòng)化控制系統(tǒng)大致就可以用圖示的內(nèi)容來展示，在這個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，科學(xué)合理地應(yīng)用了現(xiàn)代化信息技術(shù)的科研成果，使得整個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程的無線控制，從而大大提高了控制效率，使得控制工作更加便捷。控制數(shù)據(jù)信息主要是通過遠(yuǎn)程的監(jiān)控中心發(fā)出，并途徑網(wǎng)速極快的光纖環(huán)網(wǎng)，發(fā)送到無線網(wǎng)絡(luò)基站，控制數(shù)據(jù)信息在這里就能逐漸接觸到具體的控制工作，通過Wi-Fi 無線通信設(shè)備接收來自于無線網(wǎng)絡(luò)基站的控制數(shù)據(jù)信息，并傳達(dá)給傳感器檢測單元，制動(dòng)系統(tǒng)以及變頻調(diào)速系統(tǒng)等具體的工作實(shí)施接收設(shè)備。整個(gè)自動(dòng)化的控制流程都是依賴于現(xiàn)代化的高速信息技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離操控整個(gè)井下運(yùn)輸機(jī)車的正常運(yùn)作。在無線網(wǎng)絡(luò)基站中所接收的控制數(shù)據(jù)信息里，除了來自遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的控制信號(hào)以外，還有一小部分來自于視頻監(jiān)控系統(tǒng)和主溜井自動(dòng)卸礦系統(tǒng)以及溜井遠(yuǎn)程裝礦系統(tǒng)的控制信號(hào)，這些局部的控制系統(tǒng)的控制信號(hào)首先要通過交換機(jī)的轉(zhuǎn)化功能才能進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)在光纖環(huán)網(wǎng)上的傳輸，最終輸入給無線網(wǎng)絡(luò)基站。具體來講，遠(yuǎn)程監(jiān)控中心是由工控機(jī)和服務(wù)器兩大主要部分構(gòu)成的，其中，服務(wù)器一般都布置有兩臺(tái)。這兩種設(shè)備的作用是能夠在線對(duì)運(yùn)輸機(jī)車的運(yùn)作狀況以及井下的一些實(shí)際環(huán)境情況進(jìn)行全方位的監(jiān)測工作，這樣做的意義在于能夠?qū)⒎答伾蟻淼囊恍?shù)據(jù)信息結(jié)果采用現(xiàn)代化信息技術(shù)，通過光纖環(huán)網(wǎng)傳輸給無線網(wǎng)絡(luò)基站，并由無線網(wǎng)絡(luò)基站發(fā)放到各個(gè)操作設(shè)備中，以此實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的產(chǎn)生和傳輸工作。礦井有軌運(yùn)輸電機(jī)車自動(dòng)化控制系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1 所示。

圖1：礦井有軌運(yùn)輸電機(jī)車自動(dòng)化控制系統(tǒng)總體架構(gòu)

2 控制系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì)與設(shè)備選型

2.1 PLC主控制器的選型

PLC 是一種控制裝備，其中包含了對(duì)近年來的計(jì)算機(jī)設(shè)備技術(shù)的科學(xué)合理地應(yīng)用，在井下的運(yùn)輸機(jī)車的車載監(jiān)控系統(tǒng)上，相關(guān)技術(shù)人員在經(jīng)過一系列的研究分析后，選取了PLC 這種計(jì)算機(jī)主控制器。這種主控制器的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)很多方面的優(yōu)點(diǎn)，首先在井下這種工作環(huán)境，能夠做到極其符合工作環(huán)境的抗震功能，這樣的特性就能對(duì)整個(gè)運(yùn)輸機(jī)車的運(yùn)作工作起到良好的可靠性能，不僅如此，在運(yùn)作過程中，很多控制技術(shù)都對(duì)電磁方面的功能性質(zhì)有很大的要求，而PLC 這種控制裝備具有良好的電磁兼容性，也是基于PLC控制器的這些良好特性，才能成功被選作井下運(yùn)輸機(jī)車的運(yùn)作工作的主控制器。型號(hào)的選取上，在很多這方面的工程運(yùn)行工作中所應(yīng)用的都是三菱FXIN，是運(yùn)作過程中的核心設(shè)備。PLC 在整體工程的運(yùn)作過程中能起到很多方面的作用，首先是能夠準(zhǔn)確攝取運(yùn)輸電機(jī)車的實(shí)時(shí)運(yùn)作狀態(tài)，以及制動(dòng)方面的運(yùn)作情況，除此之外，對(duì)于變頻器的電壓電流等方面的工作內(nèi)容也會(huì)有精確的數(shù)據(jù)攝取，還能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測通訊設(shè)備的使用情況。這主要是對(duì)電機(jī)車在運(yùn)作過程中的各個(gè)方面的數(shù)據(jù)信息的采集功能。其次是能夠?qū)﹄姍C(jī)車的啟動(dòng)暫停以及變頻調(diào)速起到?jīng)Q定作用，也能看作是這些工作環(huán)節(jié)的一種開關(guān)。除此之外，還有一個(gè)額外的功能，這項(xiàng)功能在整個(gè)工程的正常運(yùn)作開展過程中的作用不容小覷，就是能夠?qū)φ麄€(gè)工程可能出現(xiàn)的故障起到監(jiān)測功能，并在第一實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警。

2.2 傳感器單元檢測設(shè)計(jì)

在運(yùn)輸機(jī)車的運(yùn)作過程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的控制管理，是需要很多方面的設(shè)備技術(shù)的支持的。其中一項(xiàng)極為關(guān)鍵的設(shè)備技術(shù)就是傳感器單元的檢測設(shè)計(jì)。整個(gè)傳感器檢測單元包含著很多個(gè)傳感器，這些傳感器的種類和作用都各不相同，各自在傳感器檢測單元發(fā)揮著自己的作用。作用較為突出的有紅外線傳感器和聲音傳感器以及輪軸脈沖轉(zhuǎn)速傳感器等等。傳感器的作用在于能夠輔助相關(guān)技術(shù)人員實(shí)時(shí)監(jiān)測運(yùn)輸機(jī)車在運(yùn)作過程中在速度和位置等方面的數(shù)據(jù)信息。

2.3 無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

運(yùn)輸機(jī)車的自動(dòng)化控制管理工作實(shí)際上是通過無線操控來實(shí)現(xiàn)的，其中大量地應(yīng)用了現(xiàn)代化信息技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，這些方面的技術(shù)內(nèi)容主要是幫助自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部控制數(shù)據(jù)信息的產(chǎn)生和傳輸，其中主要應(yīng)用到的有傳輸速度極快的光纖環(huán)網(wǎng)和Wi-Fi 無線接收設(shè)備以及無線網(wǎng)絡(luò)基站。這些設(shè)備技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)控制數(shù)據(jù)信息的及時(shí)產(chǎn)生和傳輸工作，幫助相關(guān)工作人員對(duì)整個(gè)井下運(yùn)輸機(jī)車的運(yùn)作工作進(jìn)行實(shí)時(shí)的管控?？刂茢?shù)據(jù)信息主要是通過遠(yuǎn)程的監(jiān)控中心發(fā)出，并途徑網(wǎng)速極快的光纖環(huán)網(wǎng)，發(fā)送到無線網(wǎng)絡(luò)基站，除了來自遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的控制信號(hào)以外，還有一小部分來自于視頻監(jiān)控系統(tǒng)和主溜井自動(dòng)卸礦系統(tǒng)以及溜井遠(yuǎn)程裝礦系統(tǒng)的控制信號(hào)，這些局部的控制系統(tǒng)的控制信號(hào)首先要通過交換機(jī)的轉(zhuǎn)化功能才能進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)在光纖環(huán)網(wǎng)上的傳輸，最終輸入給無線網(wǎng)絡(luò)基站。

3 系統(tǒng)軟件方案設(shè)計(jì)

3.1 下位機(jī)程序設(shè)計(jì)

采用了三菱PLC 主控制器,故使用GX Developer 編程軟件進(jìn)行下位機(jī)程序編寫，采用梯形圖的編程語言。下位機(jī)程序由主程序及多個(gè)子程序構(gòu)成，當(dāng)執(zhí)行某個(gè)功能時(shí)，由主程序?qū)嵭姓{(diào)用。子程序包括傳感器檢測程序、變頻調(diào)速程序、無線通信傳輸程序聲光報(bào)警程序、電機(jī)車制動(dòng)程序、RFID 射頻識(shí)別程序等。如圖2 所示為系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)車運(yùn)行位置定位的RFID 射頻識(shí)別程序框圖。

圖2：RFID 射頻識(shí)別程序框圖

3.2 上位機(jī)監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)

圖1 所示的就是可以使用的運(yùn)輸機(jī)車自動(dòng)化控制系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)中的各個(gè)組件聯(lián)合使用能起到很好的作用，具有很多優(yōu)良性質(zhì)，首先在適應(yīng)性上可以達(dá)到很強(qiáng)的效果，在使用過程中能很好地使用所使用的地區(qū)和實(shí)際情況，并且具有很好的開放性和擴(kuò)展性，除此之外，開發(fā)周期也很短，實(shí)用性很強(qiáng)。具體來講，構(gòu)成整個(gè)上位機(jī)監(jiān)控平臺(tái)的結(jié)構(gòu)有三種，分別是用戶信息的設(shè)置板塊，數(shù)據(jù)顯示以及儲(chǔ)存板塊，還有一個(gè)就是運(yùn)輸?shù)恼{(diào)度和指揮板塊，三個(gè)板塊結(jié)合工作構(gòu)成了整個(gè)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。通過這個(gè)系統(tǒng)的科學(xué)合理的使用能夠?qū)⒄麄€(gè)工作系統(tǒng)劃分為三個(gè)層次，包括管理層次結(jié)構(gòu)，監(jiān)控層次結(jié)構(gòu)以及控制層次結(jié)構(gòu)。在這三個(gè)層次結(jié)構(gòu)當(dāng)中發(fā)揮著核心作用的是監(jiān)控層，監(jiān)控層在實(shí)際的工作過程中能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)運(yùn)輸機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，整個(gè)自動(dòng)化的控制平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸機(jī)車運(yùn)行過程中數(shù)據(jù)信息的傳輸和控制調(diào)度，實(shí)現(xiàn)了高自動(dòng)化和便捷化的管理模式。并且在這個(gè)自動(dòng)化的管理系統(tǒng)中還可以為相關(guān)的工作人員和技術(shù)人員提供直觀的視頻監(jiān)控畫面，使得監(jiān)控工作和控制工作能夠得到高效的開展。除此之外，如果遇到緊急情況還能實(shí)現(xiàn)及時(shí)的報(bào)警功能。

3.3 軟件功能連鎖

在實(shí)際的工作過程中還有一項(xiàng)很關(guān)鍵的工作環(huán)節(jié)就是對(duì)整個(gè)工作軟件和系統(tǒng)進(jìn)行連鎖功能模式，通過連鎖功能能夠?qū)崿F(xiàn)較高的工作效率，并且能夠在自動(dòng)化程度上實(shí)現(xiàn)更高的自動(dòng)化從而極大程度地減少了相關(guān)工作人員的工作量和工作負(fù)擔(dān)，并且這種連鎖的工作機(jī)制可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)車工作狀態(tài)的統(tǒng)一管理，通過對(duì)機(jī)車的精準(zhǔn)定位網(wǎng)絡(luò)功能可以實(shí)時(shí)了解機(jī)車的所處位置和運(yùn)行狀態(tài)。位置連鎖可以通過軟件自動(dòng)化來實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際的工作狀態(tài)中可以幫助相關(guān)工作人員在一些實(shí)際的情況下對(duì)機(jī)車進(jìn)行合理的調(diào)度和控制，實(shí)現(xiàn)及時(shí)的加減速以及停車功能。這樣一來就能幫助相關(guān)工作人員在機(jī)車的實(shí)際運(yùn)作工作里實(shí)現(xiàn)工作的安全性和可靠性以及及時(shí)性。

4 井下網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

整個(gè)機(jī)車運(yùn)行自動(dòng)化管理控制系統(tǒng)是依托于井下網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來開展的，通信方式有很多種例如4G，Wi-Fi 等，這些通信方式在工作方式上都有各自的特點(diǎn)以及弊端，由于自動(dòng)化控制程度較高對(duì)于網(wǎng)絡(luò)速度的要求，Wi-Fi 更加適合機(jī)車的自動(dòng)化管理控制系統(tǒng)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的需求。

實(shí)際上Wi-Fi 這種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)備在我們每個(gè)人的日常生活中都有所應(yīng)用，是一種由無線網(wǎng)卡和叫做AP 的設(shè)備進(jìn)行組合應(yīng)用的一種無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)橋接器也就是AP 能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的接收，能夠打破以往的有限網(wǎng)絡(luò)的使用局限，并且能夠在實(shí)際的機(jī)車運(yùn)作自動(dòng)化管理系統(tǒng)中發(fā)揮極為關(guān)鍵且重要的作用。

我國現(xiàn)階段在Wi-Fi 方面的技術(shù)設(shè)備的研究已經(jīng)有了較為成熟的發(fā)展，并且以經(jīng)得到了廣泛推廣和應(yīng)用，其具有很多優(yōu)勢和特點(diǎn)，不僅體積小易于安裝，并且?guī)掃€很高，網(wǎng)速較快。

5 應(yīng)用效果

電機(jī)車在實(shí)現(xiàn)了高自動(dòng)化的控制管理模式之后，可以通過一些定位技術(shù)對(duì)機(jī)車的運(yùn)行位置進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控和管理，并且可以做到精準(zhǔn)定位，除此之外，自動(dòng)化的控制調(diào)度系統(tǒng)可以及時(shí)地對(duì)電機(jī)車進(jìn)行合理有效的調(diào)控，使得電機(jī)車系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高效的工作效果并且為整體工作提供安全可靠的工作環(huán)境。大大減少了相關(guān)工作人員的工作負(fù)擔(dān)。

6 總結(jié)

因?yàn)樵谝酝膶?shí)踐經(jīng)驗(yàn)中人工手動(dòng)控制的運(yùn)輸電機(jī)車存在許多安全隱患及設(shè)備缺陷，種種不便嚴(yán)重阻礙了開采礦產(chǎn)和運(yùn)輸環(huán)節(jié)的進(jìn)度及效率。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無線通信、智能檢測、調(diào)度、自動(dòng)控制等極具優(yōu)勢的功能。并且在礦井下施工時(shí)可以通過此系統(tǒng)的井下監(jiān)測設(shè)備來進(jìn)行智能監(jiān)測運(yùn)輸機(jī)車的運(yùn)行情況，使機(jī)車實(shí)現(xiàn)精確定位，可得該精確度高達(dá)10m 以內(nèi)，另外通過實(shí)時(shí)監(jiān)測電機(jī)車，也全方位保障了電機(jī)車的穩(wěn)定運(yùn)行，達(dá)成相關(guān)技術(shù)人員遠(yuǎn)程操控并調(diào)度數(shù)據(jù)內(nèi)容的目標(biāo)。由此可得，只要設(shè)計(jì)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)開始實(shí)施后，將有效的促進(jìn)井下有軌運(yùn)輸機(jī)車系統(tǒng)的自動(dòng)化發(fā)展，也促進(jìn)數(shù)字化礦山建設(shè)的實(shí)現(xiàn)。