井下電機車調(diào)度監(jiān)控自動化設(shè)計

田少帥

（山西焦煤西山煤電東曲礦運輸科， 山西 古交 030200）

0 引言

井下電機車運輸具有方式靈活、運載效率高等優(yōu)點，可實現(xiàn)煤礦地面與井下的點對點運輸，極少的中間轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)可大大提高井下運輸安全及可靠性。目前我國大力發(fā)展井下電機車運輸技術(shù)，但在車輛調(diào)度指揮及實時監(jiān)控兩方面存在諸多問題。電機車運行多采用定時定點線性運輸模式，地面調(diào)度人員通過停車點固定電話獲取車輛運行情況，無法對車輛實施合理調(diào)度指揮，且駕駛員只能在停車點等待得到指令后發(fā)車，運輸效率大大降低。同時調(diào)度員無法獲取機車在巷道中運行的實時信息，駕駛員只能盲目駕駛，存在極大安全隱患。

針對上述問題，本文首先建立了無線通信網(wǎng)絡(luò)，通過車載采集終端實現(xiàn)車輛的運行數(shù)據(jù)實時采集上傳，并通過上位機交互界面對車輛運行軌跡、模擬畫面進行實時顯示。在此基礎(chǔ)上，對井下電機車運行方式及調(diào)度方案進行優(yōu)化，通過對側(cè)進路閉鎖、岔路口信號燈互鎖等手段解決車輛混行安全問題，系統(tǒng)經(jīng)自適應(yīng)控制策略可對司控道岔執(zhí)行器進行遠程自動控制，在緊急情況下也可以由調(diào)度員根據(jù)機車運行情況隨時分區(qū)段、進路以及車輛的形式進行手動調(diào)度，大大提高井下電機車運輸效率及安全性[1]。

1 井下電機車交通運輸調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計方案

傳統(tǒng)井下電機車運輸系統(tǒng)主要存在的問題是無法實現(xiàn)運輸全流程的感知及智能合理調(diào)度，由于監(jiān)控現(xiàn)場多采用定點監(jiān)控基站區(qū)段檢測，在巷道轉(zhuǎn)彎處及障礙物較多、粉塵濃度較高的復(fù)雜路段監(jiān)控存在較大死區(qū)。采用有線網(wǎng)絡(luò)進行通信導(dǎo)致各類信號在轉(zhuǎn)換及傳輸上存在錯誤及滯后，現(xiàn)場數(shù)據(jù)不具備實時性，實時監(jiān)控手段的缺失導(dǎo)致調(diào)度員無法掌握井下所有運行車輛的分布及行駛狀態(tài)，只能盲目調(diào)度，事故發(fā)生率較高。車輛運行方式及調(diào)度控制邏輯不合理，信號燈轉(zhuǎn)換、分區(qū)分段行車指令、道岔位置與車輛進路開放等調(diào)度動作只能手動操作完成，當出現(xiàn)岔口會車、多車輛混行等情況時無法下達及時、合理的調(diào)度指令，運輸安全性及效率無法得到保證。

本文從車輛運行實時監(jiān)控及調(diào)度指揮方式優(yōu)化兩方面對井下電機車運輸系統(tǒng)進行智能化設(shè)計改造。高效快速的通信網(wǎng)絡(luò)是實現(xiàn)實時監(jiān)控與智能調(diào)度的基礎(chǔ)，在系統(tǒng)原有有線以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上，采用Zigbee無線通信對井下通信網(wǎng)進行架構(gòu)，實現(xiàn)井下通信網(wǎng)關(guān)與現(xiàn)場各監(jiān)控基站的數(shù)據(jù)傳輸。實時監(jiān)控方面，系統(tǒng)具備車輛位置精確定位、車速檢測、道岔集中監(jiān)控、岔間方向遙控功能，還具備會車預(yù)警、超速報警、追尾報警等安全功能。按照上述功能劃分，采用模塊化思想對系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

通信網(wǎng)絡(luò)由地面以太環(huán)網(wǎng)及井下無線通信網(wǎng)構(gòu)成，無線通信網(wǎng)主要設(shè)備包括安裝于巷道的各網(wǎng)關(guān)及監(jiān)控基站，網(wǎng)關(guān)可接收來自監(jiān)控基站的現(xiàn)場采集參數(shù)，通過光纖上傳至地面調(diào)控中心上位機，并接收下達來自上位機的控制指令。

2 系統(tǒng)硬件方案設(shè)計

系統(tǒng)核心硬件主要包括網(wǎng)關(guān)、監(jiān)控基站、車載機、司控道岔裝置等，為了實現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控與智能調(diào)度功能，需對上述硬件部分進行合理設(shè)計，各核心硬件選型設(shè)計如下：

2.1 KJ539-W 礦用本安型機車運輸監(jiān)控網(wǎng)關(guān)

KJ539-W 監(jiān)控網(wǎng)關(guān)的主要功能是實現(xiàn)井上控制指令與現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的上傳下達，其輸入電壓為DC 5 V，最大工作電流≤700 mA，傳輸速率可達100 Mbit/s。KJ539-W 通過光纜一方面接受工控機的訪問，將所收集的檢測信息打包上傳至上位機，同時接受上位機下發(fā)的控制指令；另一方面監(jiān)控網(wǎng)關(guān)將對所連接的檢測設(shè)備進行循環(huán)檢測，如接收器機車累計請求信息、顯示器和彎道報警器的回測信息等，并下達控制命令，控制顯示器。

2.2 KJ539-F 礦用本安型軌道運輸監(jiān)控基站

KJ539-F 監(jiān)控基站的主要功能是實現(xiàn)各機車運行參數(shù)及調(diào)度管理所需數(shù)據(jù)的接收上傳。KJ539-F 的輸入電壓為DC12 V，接收頻率為2.4 GHz，天線增益可達2.5 dB，無線傳輸速率可達250 kbit/s。系統(tǒng)運行時，車載機將機車車號編碼及機車調(diào)度、管理所需的其它編碼信息經(jīng)調(diào)制后通過Zigbee 傳輸至安裝在巷道各監(jiān)測點的基站，再經(jīng)網(wǎng)關(guān)通過以太網(wǎng)傳至上位機監(jiān)控系統(tǒng)，從而使系統(tǒng)實時顯示車號、車類等信息。

2.3 KJ539-CZ 礦用隔爆兼本安型軌道運輸監(jiān)控車載機

KJ539-CZ 車載機是機車運行參數(shù)及調(diào)度所需數(shù)據(jù)的采集與信號發(fā)射設(shè)備，其發(fā)射距離≥50 m，發(fā)射頻率為2.4 GHz，傳輸速率可達250 bit/s。車載機模包含速度傳感器、射頻天線、報警模塊等，通過射外置頻天線將采集的車速、位移、車輛標識信息上傳至監(jiān)控基站，當機車出現(xiàn)超速、追尾可能時，車載機報警模塊將發(fā)出相應(yīng)的聲光報警信號，提示車輛和駕駛員注意安全駕駛。

2.4 ZKC127Q 礦用氣動司控道岔裝置

根據(jù)井下運輸圖紙，本文設(shè)計配置地軌司控道岔裝置50 套，ZKC127Q 額定電源電壓為AC127 V，電壓波動范圍為80%～110%，最大工作電流為400 mA，設(shè)備工作時能與機車運輸監(jiān)控系統(tǒng)連接，實現(xiàn)岔位信號上傳并實現(xiàn)道岔的集中監(jiān)視和控制，同時實現(xiàn)機車車載按鍵遙控功能。

3 井下電機車智能調(diào)度功能設(shè)計

基于高速通信網(wǎng)絡(luò)的建立，本文針對事故頻發(fā)的岔道路段及會車路段進行調(diào)度方案智能優(yōu)化設(shè)計，將巷道以岔道口為界將巷道分為若干巷段，信號燈控制器與監(jiān)控基站、網(wǎng)關(guān)可進行無線通信，采用多信號燈聯(lián)動方式為巷道不同方向行駛的電機車提供調(diào)度指示，并具備對側(cè)閉鎖、信號燈互鎖邏輯控制。

針對巷道岔路口，調(diào)度指揮采用對側(cè)閉鎖模式，在距岔口某一距離時，任意一條巷道上率先出現(xiàn)車量，則閉鎖對側(cè)線路；如同時到達這個距離點，則按設(shè)置好的優(yōu)先級由上位機自動控制信號燈開放或閉鎖。為防止岔口發(fā)生車輛碰撞事故，調(diào)控上位機具備岔口處信號燈互鎖功能，保證岔口處信號燈狀態(tài)不同時開放。

針對巷道會車區(qū)域，系統(tǒng)調(diào)度指揮方案為：如會車區(qū)內(nèi)有車，則系統(tǒng)自動控制單行道向信號燈閉鎖，單行道上如有車則會車區(qū)內(nèi)的車不允許出車。在緊急情況下調(diào)度員可手動設(shè)置實現(xiàn)閉鎖，將指定區(qū)間的封鎖區(qū)間占用；為防止雙向單行道路會車情況出現(xiàn)，系統(tǒng)可自動或手動將同一復(fù)用區(qū)段鎖死區(qū)段兩端信號。

4 現(xiàn)場應(yīng)用效果

為驗證系統(tǒng)及方案的可行性，將系統(tǒng)部署于山西焦煤西山煤電東曲礦井下運輸巷道中進行實際運行測試，上位機模擬監(jiān)控調(diào)度畫面如圖2 所示。系統(tǒng)運行后，根據(jù)可視化模擬畫面對機車運行位置及車速進行實時監(jiān)測，通過系統(tǒng)監(jiān)控操作界面可實時查看各機車設(shè)備信息狀態(tài)，如車輛編號、位置及距岔口、會車區(qū)信號燈距離等，同時調(diào)度員可通過上位機遠程“改變位置”操作控制機車迅速移動到該位置，實現(xiàn)遠程智能調(diào)度；雙擊監(jiān)控界面信號燈，可彈出包含信號燈標簽、卡號及操作窗口，并可對信號燈紅綠狀態(tài)進行遠程設(shè)置。經(jīng)實際測試，系統(tǒng)可實現(xiàn)井下機車的運行監(jiān)控、遠程調(diào)度及車輛自動化控制，現(xiàn)場運行效果良好。

圖2 上位機調(diào)度監(jiān)控模擬畫面

5 結(jié)語

本文針對井下電機車運輸系統(tǒng)在監(jiān)控及調(diào)度指揮方面的不足，設(shè)計了一套基于無線通信的井下電機車交通運輸調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)可對電機車運行車速、車號標識、位移等數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控，針對事故高發(fā)的岔路口及會車區(qū)設(shè)計了具有信號燈互鎖、單向閉鎖的調(diào)度指揮方案，并通過系統(tǒng)實現(xiàn)自動化控制，有效提高井下運輸效率及安全水平。