無軌膠輪車調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

王 剛

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)四臺(tái)礦輔運(yùn)科， 山西 大同 037000）

引言

無軌膠輪車作為礦井的輔助運(yùn)輸設(shè)備，已越來越廣泛應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)之中。無軌膠輪車具有節(jié)省人力、物力，提高企業(yè)效果等優(yōu)點(diǎn)，但由于井下巷道結(jié)構(gòu)復(fù)雜且巷道內(nèi)十分狹窄，無軌膠輪車的擁堵現(xiàn)象越來越頻繁，在特殊情況下還會(huì)發(fā)生交通事故，嚴(yán)重影響企業(yè)生產(chǎn)秩序[1-5]。傳統(tǒng)的無軌膠輪車監(jiān)控系統(tǒng)功能單一、技術(shù)落后，已無法滿足井下生產(chǎn)的實(shí)際需求。針對(duì)這一現(xiàn)象，本文提出無軌膠輪車調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究，通過設(shè)置檢測節(jié)點(diǎn)、基站以及信號(hào)燈等裝置，完成無軌膠輪車的合理調(diào)度，規(guī)范無軌膠輪車行駛規(guī)則，提高井下運(yùn)輸效率。

1 無軌膠輪車調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

依據(jù)無軌膠輪車調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求與井下的實(shí)際應(yīng)用條件，將無軌膠輪車調(diào)度系統(tǒng)分為井上主站和井下分站兩部分[6]。井上控制主站主要由四部分組成，分別為主服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理器、打印設(shè)備以及終端顯示。井上主站的主要功能為對(duì)車輛運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行顯示與記錄，依據(jù)控制策略對(duì)井下信號(hào)燈與各個(gè)分站進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)調(diào)度系統(tǒng)各控制功能；井下分站主要由五部分組成，分別為檢測節(jié)點(diǎn)、監(jiān)測基站、信號(hào)燈、移動(dòng)節(jié)點(diǎn)以及傳感器。井下分站的主要功能為對(duì)井下車輛進(jìn)行信息檢測、定位以及信息上傳，通過監(jiān)控井下車輛狀態(tài)，分析區(qū)間控制策略，判斷車輛運(yùn)行狀態(tài)是否正常，是否可以順利運(yùn)行，通過信號(hào)燈對(duì)車輛運(yùn)行進(jìn)行合理調(diào)配。井上主站與井下分站的合理配合可使井上的調(diào)度人員實(shí)時(shí)掌握無軌膠輪車的運(yùn)行軌跡，精確掌控車輛運(yùn)行狀態(tài)，使無軌膠輪車運(yùn)輸系統(tǒng)更加科學(xué)、高效、現(xiàn)代，提高煤炭企業(yè)運(yùn)輸效率。無軌膠輪車調(diào)度系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案如圖1 所示。

圖1 無軌膠輪車調(diào)度系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案示意圖

1.2 井上主站功能與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

井上控制主站設(shè)置在調(diào)度室內(nèi)，可以分為存儲(chǔ)、傳輸數(shù)據(jù)以及顯示等模塊。井上控制主站應(yīng)具備可視化監(jiān)控功能、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能、信號(hào)燈控制功能以及人工干預(yù)功能。其中，可視化監(jiān)控功能為井下監(jiān)測數(shù)據(jù)的可視化顯現(xiàn)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能為車輛運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的記錄儲(chǔ)存；信號(hào)燈控制功能為依據(jù)控制策略與車輛實(shí)際運(yùn)行信息控制信號(hào)燈狀態(tài)，合理調(diào)配車輛；人工干預(yù)功能為當(dāng)發(fā)生特殊情況時(shí)可對(duì)井下信號(hào)燈、語音、電子屏、分站等進(jìn)行人為控制，合理處理事故[7-9]。

由功能分析可知，井上控制主站可分為存儲(chǔ)模塊、顯示模塊、人工干預(yù)模塊以及控制模塊四部分。其結(jié)構(gòu)示意圖如下頁圖2 所示。

圖2 井上主站結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 井下分站功能與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

井下分站主要是對(duì)區(qū)段內(nèi)的車輛進(jìn)行信息控制與監(jiān)測，是調(diào)度系統(tǒng)的重要組成部分。依據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求以及井下環(huán)境，井下分站應(yīng)具備的功能主要有車輛信息檢測功能、車輛定位功能以及自動(dòng)控制功能。其中，車輛信息檢測功能是對(duì)車輛的油溫、車速等車輛狀態(tài)進(jìn)行檢測，超過設(shè)定值就會(huì)報(bào)警，提醒維修人員維修；車輛定位功能是對(duì)車輛位置與行駛方向的確定；自動(dòng)控制功能為依據(jù)控制策略與車輛實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)對(duì)車輛進(jìn)行自動(dòng)控制，指令車輛是等待還是前行。

對(duì)井下控制分站進(jìn)行設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。井下車輛定位的采集主要通過無線通信進(jìn)行，車輛上會(huì)安裝發(fā)射裝置，接收裝置安裝于井下巷道墻壁上，通過定位算法即可得到車輛定位信息。在車輛上安裝有油溫與車速檢測裝置，車輛有油溫過高或者超速等故障現(xiàn)象，報(bào)警信號(hào)會(huì)通過無線信號(hào)傳遞至接收裝置，從而使調(diào)度人員可以及時(shí)知曉。自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)需在巷道內(nèi)進(jìn)行信號(hào)燈安裝。司機(jī)應(yīng)依據(jù)信號(hào)燈指示進(jìn)行車輛控制，提高車輛運(yùn)行效率，減少事故發(fā)生概率。同時(shí)，車輛上還配備了黃色警示燈，當(dāng)前后車輛距離過近時(shí)，車上的黃色警示燈就會(huì)亮起，提示司機(jī)保持安全距離，小心行駛。

圖3 井下控制分站結(jié)構(gòu)示意圖

2 主要設(shè)備設(shè)計(jì)選型

無軌膠輪車調(diào)度系統(tǒng)主要設(shè)備設(shè)計(jì)選型應(yīng)考慮的因素包括以下幾方面：由于井下環(huán)境復(fù)雜，干擾因素較多，故設(shè)備設(shè)計(jì)選型因具有強(qiáng)抗干擾、強(qiáng)穩(wěn)定性的性能，防止因信號(hào)中斷造成事故發(fā)生；由于煤炭開采過程中存在瓦斯，故設(shè)備應(yīng)具有防爆性能；在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下盡量節(jié)約成本與維修費(fèi)用。

2.1 井下分站處理器設(shè)計(jì)選型

井下控制分站處理器需對(duì)車輛進(jìn)行定位，同時(shí)還需與主站進(jìn)行信息交互?，F(xiàn)階段的控制器主要有PLC與單片機(jī)兩種。相較于單片機(jī)，PLC 更加穩(wěn)定，故本文選擇PLC 控制器。綜合井下實(shí)際生產(chǎn)狀況，本文選S7-200SMART PLC 作為井下分站處理器。

2.2 車輛定位模塊設(shè)計(jì)選型

車輛的定位模塊主要有檢測節(jié)點(diǎn)與未知節(jié)點(diǎn)兩個(gè)部分。其中，未知節(jié)點(diǎn)安裝于井下車輛上，對(duì)車輛位置、速度、溫度、ID 等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集并不斷向周圍發(fā)送；檢測節(jié)點(diǎn)安裝于巷道煤壁上，其位置為固定的，也叫作參考節(jié)點(diǎn)。檢測節(jié)點(diǎn)的作用為接收未知節(jié)點(diǎn)發(fā)送的實(shí)時(shí)信息，并對(duì)信息的信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，然后將車輛實(shí)時(shí)信息與信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算值發(fā)送至井下分站。未知節(jié)點(diǎn)與檢測節(jié)點(diǎn)之間采用無線通信技術(shù)進(jìn)行信息傳輸，選用CC2530 芯片為定位模塊。其車輛定位模塊通信示意圖，如圖4 所示。檢測節(jié)點(diǎn)與未知節(jié)點(diǎn)的ID 號(hào)設(shè)置通過撥碼開關(guān)進(jìn)行設(shè)置，未知節(jié)點(diǎn)的一個(gè)ID 只代表一輛車，檢測節(jié)點(diǎn)ID 匹配的為該節(jié)點(diǎn)所處未知，通過節(jié)點(diǎn)之間的通信使檢測信息傳輸至井下分站。

圖4 車輛定位模塊通信示意圖

2.3 車輛信息檢測模塊設(shè)計(jì)選型

車輛信息檢測模塊的主要功能為對(duì)車輛油溫、油壓、車速以及車輛所處環(huán)境信息的檢測，一旦檢測信息出現(xiàn)異常，車輛信息檢測模塊就會(huì)發(fā)出警報(bào)，提醒司機(jī)與調(diào)度及時(shí)處理。YE0.3/24 型礦用保護(hù)監(jiān)控儀具有存盤功能，信息檢測較為準(zhǔn)確，符合車輛信息檢測模塊設(shè)計(jì)選型要求。

2.4 井上主站設(shè)計(jì)選型

井上主站主要是依據(jù)分站的信息結(jié)合原有指定的控制策略對(duì)分站進(jìn)行指令下達(dá)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制目的。研華公司的610-H/L 控制器I/O 豐富，支持以太網(wǎng)等通信模式，處理速度快，設(shè)備功能可擴(kuò)展，較為符合井上主站設(shè)計(jì)要求[10-11]。

3 系統(tǒng)測試

按上述方案進(jìn)行無軌膠輪車調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)并對(duì)其進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，無軌膠輪車駛?cè)肽M巷道后信號(hào)等變?yōu)榧t色，駛出后變?yōu)榫G色；井上監(jiān)控系統(tǒng)顯示無軌膠輪車位置與歷史無軌膠輪車運(yùn)行時(shí)間、位置顯示準(zhǔn)確，符合要求；模擬無軌膠輪車電壓低或溫度高時(shí)，報(bào)警信息準(zhǔn)確正常；人工干預(yù)系統(tǒng)運(yùn)行正常，警示功能與指令下達(dá)可靠，符合要求。經(jīng)綜合分析，井下無軌膠輪車調(diào)配合理，運(yùn)行井然有序，運(yùn)輸效率較原系統(tǒng)優(yōu)化提升50%；無軌膠輪車調(diào)度系統(tǒng)試運(yùn)行一年內(nèi)未發(fā)生無軌膠輪車追尾、碰撞等事故，井下運(yùn)輸安全系數(shù)大大提升，符合無軌膠輪車調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

1）無軌膠輪車調(diào)度系統(tǒng)主要分為井上主站和井下分站兩部分，井上主站的功能是對(duì)車輛信息顯示以及車輛調(diào)度控制，井下分站的主要功能為車輛信息的檢測與判斷。

2）按上述方案進(jìn)行無軌膠輪車調(diào)度系統(tǒng)優(yōu)化后，無軌膠輪車運(yùn)行順暢，運(yùn)輸效率提升50%，且無軌膠輪車在一年內(nèi)未發(fā)生相關(guān)事故。