矿山斜坡道车辆监测及信号灯综合控制系统设计要点剖析

张朝辉

（安徽铜陵有色金属集团股份有限公司安庆铜矿，安徽 铜陵 244000）

矿山进行生产工作时，需要重视主斜坡道，其负责连接井下与地面，支持矿山内部的物料运输工作，同时也作为应急出口发挥重大作用，受到矿山井下各方的环境条件的影响，车辆行驶过程中容易产生堵车及安全事故，正常的矿山生产工作也会因此而受到影响，为了能够有效消除行车安全隐患，需要做好监测车辆的相应工作，本文以安庆铜矿项目为例，研究其斜坡道处信号灯与车辆监测系统的设计情况，提升该铜矿生产活动的安全效益。

1 项目概况

安庆铜矿的斜坡道口高程为+50m，其井下最深部位的标高为-900m，斜坡道总长度在7.5km左右，斜坡道主要由斜坡道口和中段等18个出入口共同构成，标高分别为-900、-880、-820、-760、-700、-640、-618、-580、-560、-510、-460、-400、-385、-340、-280、-220、-180。主斜坡道中设置了方便会车的调车场，需要在一定范围内设置可监控测量的控制系统，具体覆盖范围为斜坡道口处到-900m区域，监控系统设计与后续实施工作分两期开展，本文主要针对其设计要点展开探讨。

2 综合控制系统组成分析

设计斜坡道信号灯以及车辆综合监控系统时，主要对巷道中的需要承担运输任务的众多车辆进行有效控制，主体指各型无轨车辆，这些车可帮助运输采矿辅助设备、物料与采矿生产人员。在实施综合控制系统设计工作时，需要合理调用以下几种设备，形成科学的系统结构，通过多级CAN控制网络来满足控制条件，监控装置可直接分布到透明网桥、控制器与读卡器等处。

2.1 读卡器

读卡器包含一个微功率射频收信机、控制单片机及一个CAN总线接口，2.4GHz收信机负责接收接近它的车辆识别卡发出的识别码。单片机实现与射频接收机及CAN总线的数据通讯，将接收到的车辆位置信息实时传送给主控机。

2.2 识别卡

识别卡是一个射频数据发射机，安装在被监测的移动目标上，它不断发送一个唯一的识别ID码(车辆识别卡为一字节)，这一ID码隐含了该目标的特征：当其经过巷道中某读卡器时，读卡器接收到此ID码，并主动将此ID码连同自己的节点地址一起向监控机发送。监控机在收到上述数据后.，经过分析处理，便可确定该车辆(识别卡)在巷道中的当前位置，并以图像形式在显示器上显示。

2.3 信号灯控制器

读卡器的情况与信号灯有一定的相似性，同属于总线系统的节点之一，监控装置可将指令发出，控制器在接收指令之后可运行，提供绿灯与红灯两种控制信号，发送出控制信号的同时，监控装置也能够有效接收应答信号，控制器可定时对总线系统实施检测，一旦出现信号中断的情况，信号灯中的红灯将呈现常亮状态，并伴有闪烁，以此提示故障。单台控制器可在同步条件下对4到8个信号灯进行控制，信号灯与控制器均从外部电源处获取运行需要的电源动力。

2.4 CAN接口卡

CAN接El电路包含CAN控制器及CAN收发器。后者使读卡器成为CAN总线的一个节点，且节点数可达110个以上。CAN总线支持发射失败自动重发及错误计数器超限节点自动离线的技术，极大地增加了系统的可靠性。

2.5 网桥系统

网桥内部电路主要由一片单片机控制两个CAN节点，用于变换通讯速率，延伸通信距离，增加节点数目，起滤波和隔离作用。

3 设计要点

3.1 远程监控设计

该综合监控系统具有远程监控的优质功能，主要通过远程计算机设备实现，将客户端软件安装到计算机中，可直接运行车辆监视系统，在授权的条件下，该系统还具备控制的功能，以此来远程控制车辆。

3.2 实时监控设计

设计信号灯与车辆监测系统，监控装置的显示器可通过实时显示的方式展现出运输量比较大的巷道之中监控系统布局情况，及时做出必要的调整，同时处于巷道内部的信号灯的实施分布情况也可被有效显现。大巷道中的不同车辆对应的车号与其具体位置可精准显示，车辆当前的具体行驶方向也能够呈现出来，系统还提供监测区域范围内的车辆数量与运行状态等信息。在该系统下，查阅车辆信息的工作也因此而变得更加便捷，可查询的信息包括驾驶员姓名、车辆型号与具体车号等，当出现车辆违章的情况后，除了可直接呈现出报警画面之外，光报警与声报警系统可同时启动，系统可智能化地依照时间顺序，一一保存报警信息，以备后续查看。

3.3 信号灯控制设计

该系统除了监测车辆运行情况，还必须对信号灯进行有效监控，因此在设计过程中需要做好信号灯自动控制系统的设计工作，在掌握巷道中的车辆位置信息之后，系统可借助自动控制信号灯的功能，对车辆实施有序指挥，使车辆能够停在错车场中或者直接进入到某一处指定区域中，在信号灯控制系统的科学指导下，巷道将形成更强的车辆通过能力。除了自动运行信号灯控制系统之外，还可通过人工干预的方法来直接干预信号灯，如果巷道中的车辆出现了非常规运行情况，包括车辆在矿区的巷道内部出现突发性事故，斜坡道因此而出现堵车的问题，调度人员需要切换至人工控制系统，改变信号灯状态，堵车事故处理完毕后，系统可恢复至正常状态。

3.4 定时自检设计

在设计系统时，还增设了定时自检的功能，也可手动调节该功能，如果系统中的读卡器与信号灯形成故障，系统可借助图标指示的方法来提示故障设备的信息，确保斜坡道监控系统存有的故障问题能够被快速处理，监控系统也能够迅速恢复其正常状态。

3.5 重演设计

系统兼具重演与存储的功能，主要存储3天内的车辆运行信息，调度员可在有需求时，回放3天时间内，所有时段的车辆运行状况，在出现事故后，持有可靠的依据，形成更加客观可信的事故分析结果。

4 技术特性分析

把握该斜坡道监控系统的综合技术特性，改善设计效果，通过系统对目标车辆进行监控时，需要使用非接触型射频技术，连接读卡器与识别器时，主要发挥射数字化通讯技术的作用，精准把控识别卡的发射功率，系统的实际通信距离也在控制范围内，CRC支持校检数据的工作，确保射频传感器免受外部使用环境的影响，减少系统维护次数，延长系统的实际应用时间。识别卡也使用了先进程度比较高的猝发技术，可规避碰撞现象带去的风险问题，使电池也能够具有更长的使用寿命。CAN总线技术也发挥了重大作用，其可对多主机系统给予可靠支持，同时也给非破坏性总线仲裁技术创造了良好的使用条件，在总线系统中，即使出现多处节点在同一时间输送信息的情况，时间与信息资源都不会形成损失情况。CAN总线系统的实际通信距离也比较长。

5 结束语

本铜矿开采项目中使用的综合监测控制系统能够快速传递斜坡道车辆的相应位置信息，将其直接呈现到监控装置的屏幕上，工作人员能够根据这些信息来掌握矿山中的车辆的运行情况，根据交通规则的具体要求进行控制，使井下可保持良好的交通秩序。实际应用该监控系统后，车辆行驶合理化程度增强的同时，采矿生产效率也得以大幅提升，矿区内交通事故的发生率也随之降低。