无轨胶轮车调度系统设计研究

2022-07-14王刚

机械管理开发 2022年6期

王刚

（晋能控股煤业集团四台矿辅运科，山西大同 037000）

引言

无轨胶轮车作为矿井的辅助运输设备，已越来越广泛应用于煤矿生产之中。无轨胶轮车具有节省人力、物力，提高企业效果等优点，但由于井下巷道结构复杂且巷道内十分狭窄，无轨胶轮车的拥堵现象越来越频繁，在特殊情况下还会发生交通事故，严重影响企业生产秩序[1-5]。传统的无轨胶轮车监控系统功能单一、技术落后，已无法满足井下生产的实际需求。针对这一现象，本文提出无轨胶轮车调度系统的设计研究，通过设置检测节点、基站以及信号灯等装置，完成无轨胶轮车的合理调度，规范无轨胶轮车行驶规则，提高井下运输效率。

1 无轨胶轮车调度系统结构设计

1.1 整体结构设计

依据无轨胶轮车调度系统设计要求与井下的实际应用条件，将无轨胶轮车调度系统分为井上主站和井下分站两部分[6]。井上控制主站主要由四部分组成，分别为主服务器、数据处理器、打印设备以及终端显示。井上主站的主要功能为对车辆运行状态进行显示与记录，依据控制策略对井下信号灯与各个分站进行控制，实现调度系统各控制功能；井下分站主要由五部分组成，分别为检测节点、监测基站、信号灯、移动节点以及传感器。井下分站的主要功能为对井下车辆进行信息检测、定位以及信息上传，通过监控井下车辆状态，分析区间控制策略，判断车辆运行状态是否正常，是否可以顺利运行，通过信号灯对车辆运行进行合理调配。井上主站与井下分站的合理配合可使井上的调度人员实时掌握无轨胶轮车的运行轨迹，精确掌控车辆运行状态，使无轨胶轮车运输系统更加科学、高效、现代，提高煤炭企业运输效率。无轨胶轮车调度系统的整体设计方案如图1 所示。

图1 无轨胶轮车调度系统整体设计方案示意图

1.2 井上主站功能与结构设计

井上控制主站设置在调度室内，可以分为存储、传输数据以及显示等模块。井上控制主站应具备可视化监控功能、数据存储功能、信号灯控制功能以及人工干预功能。其中，可视化监控功能为井下监测数据的可视化显现；数据存储功能为车辆运行状态数据的记录储存；信号灯控制功能为依据控制策略与车辆实际运行信息控制信号灯状态，合理调配车辆；人工干预功能为当发生特殊情况时可对井下信号灯、语音、电子屏、分站等进行人为控制，合理处理事故[7-9]。

由功能分析可知，井上控制主站可分为存储模块、显示模块、人工干预模块以及控制模块四部分。其结构示意图如下页图2 所示。

图2 井上主站结构示意图

1.3 井下分站功能与结构设计

井下分站主要是对区段内的车辆进行信息控制与监测，是调度系统的重要组成部分。依据实际生产需求以及井下环境，井下分站应具备的功能主要有车辆信息检测功能、车辆定位功能以及自动控制功能。其中，车辆信息检测功能是对车辆的油温、车速等车辆状态进行检测，超过设定值就会报警，提醒维修人员维修；车辆定位功能是对车辆位置与行驶方向的确定；自动控制功能为依据控制策略与车辆实时运行状态对车辆进行自动控制，指令车辆是等待还是前行。

对井下控制分站进行设计，其结构示意图如图3所示。井下车辆定位的采集主要通过无线通信进行，车辆上会安装发射装置，接收装置安装于井下巷道墙壁上，通过定位算法即可得到车辆定位信息。在车辆上安装有油温与车速检测装置，车辆有油温过高或者超速等故障现象，报警信号会通过无线信号传递至接收装置，从而使调度人员可以及时知晓。自动控制的实现需在巷道内进行信号灯安装。司机应依据信号灯指示进行车辆控制，提高车辆运行效率，减少事故发生概率。同时，车辆上还配备了黄色警示灯，当前后车辆距离过近时，车上的黄色警示灯就会亮起，提示司机保持安全距离，小心行驶。

图3 井下控制分站结构示意图

2 主要设备设计选型

无轨胶轮车调度系统主要设备设计选型应考虑的因素包括以下几方面：由于井下环境复杂，干扰因素较多，故设备设计选型因具有强抗干扰、强稳定性的性能，防止因信号中断造成事故发生；由于煤炭开采过程中存在瓦斯，故设备应具有防爆性能；在满足设计要求的前提下尽量节约成本与维修费用。

2.1 井下分站处理器设计选型

井下控制分站处理器需对车辆进行定位，同时还需与主站进行信息交互。现阶段的控制器主要有PLC与单片机两种。相较于单片机，PLC 更加稳定，故本文选择PLC 控制器。综合井下实际生产状况，本文选S7-200SMART PLC 作为井下分站处理器。

2.2 车辆定位模块设计选型

车辆的定位模块主要有检测节点与未知节点两个部分。其中，未知节点安装于井下车辆上，对车辆位置、速度、温度、ID 等信息进行实时采集并不断向周围发送；检测节点安装于巷道煤壁上，其位置为固定的，也叫作参考节点。检测节点的作用为接收未知节点发送的实时信息，并对信息的信号强度进行计算，然后将车辆实时信息与信号强度计算值发送至井下分站。未知节点与检测节点之间采用无线通信技术进行信息传输，选用CC2530 芯片为定位模块。其车辆定位模块通信示意图，如图4 所示。检测节点与未知节点的ID 号设置通过拨码开关进行设置，未知节点的一个ID 只代表一辆车，检测节点ID 匹配的为该节点所处未知，通过节点之间的通信使检测信息传输至井下分站。

图4 车辆定位模块通信示意图

2.3 车辆信息检测模块设计选型

车辆信息检测模块的主要功能为对车辆油温、油压、车速以及车辆所处环境信息的检测，一旦检测信息出现异常，车辆信息检测模块就会发出警报，提醒司机与调度及时处理。YE0.3/24 型矿用保护监控仪具有存盘功能，信息检测较为准确，符合车辆信息检测模块设计选型要求。

2.4 井上主站设计选型

井上主站主要是依据分站的信息结合原有指定的控制策略对分站进行指令下达，实现自动控制目的。研华公司的610-H/L 控制器I/O 丰富，支持以太网等通信模式，处理速度快，设备功能可扩展，较为符合井上主站设计要求[10-11]。

3 系统测试

按上述方案进行无轨胶轮车调度系统设计并对其进行模拟实验，无轨胶轮车驶入模拟巷道后信号等变为红色，驶出后变为绿色；井上监控系统显示无轨胶轮车位置与历史无轨胶轮车运行时间、位置显示准确，符合要求；模拟无轨胶轮车电压低或温度高时，报警信息准确正常；人工干预系统运行正常，警示功能与指令下达可靠，符合要求。经综合分析，井下无轨胶轮车调配合理，运行井然有序，运输效率较原系统优化提升50%；无轨胶轮车调度系统试运行一年内未发生无轨胶轮车追尾、碰撞等事故，井下运输安全系数大大提升，符合无轨胶轮车调度系统的设计要求。