牛 高

(中國冶金科工股份有限公司， 北京 100028)

1 需求

1.1 紅綠燈及智能控制

井下計(jì)劃安裝紅綠燈12處、共計(jì)24組(每組400×800 mm)，其中井口1組、井下有3處每處需安裝3組、有7處每處安裝2組。

該系統(tǒng)基于精確定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車輛紅綠燈的智能控制。當(dāng)車輛到達(dá)路口，系統(tǒng)通過軟件采集的車輛卡片與路口控制器的信息，來計(jì)算兩者之間的距離，從而判斷哪輛車先到達(dá)，實(shí)現(xiàn)先到先行，提高路口車輛通行效率。

1.2 聲光報(bào)警音箱需求

系統(tǒng)總共設(shè)置6處報(bào)警箱，實(shí)現(xiàn)副井上口500 m巷道內(nèi)只要有人，就開始播報(bào)“正在行人、不準(zhǔn)行車”，并閉鎖車輛閘門；當(dāng)有車輛進(jìn)入副井上口500 m巷道時(shí)，閉鎖行人閘門，并播報(bào)“正在行車、不準(zhǔn)行人”；當(dāng)人員與車輛位置一致時(shí)，說明人員在乘車。

行車時(shí)，各路口報(bào)警箱實(shí)現(xiàn)播報(bào)“正在行車、不準(zhǔn)行人”，如有人闖入，則播報(bào)“你已闖入禁止區(qū)域，請(qǐng)退回安全區(qū)”。

1.3 跑車裝置需求

斜井總共安裝4組跑車防護(hù)裝置，當(dāng)定位系統(tǒng)監(jiān)測到車輛失速時(shí)，發(fā)出跑車裝置動(dòng)作指令，對(duì)車輛進(jìn)行捕捉，降低井下車輛人員事故的發(fā)生。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 紅綠燈系統(tǒng)及智能控制

2.1.1 紅綠燈系統(tǒng)概述

系統(tǒng)通過井下LED顯示屏實(shí)現(xiàn)井下紅綠燈系統(tǒng)功能，同時(shí)結(jié)合語音聲光報(bào)警器等智能設(shè)備可實(shí)現(xiàn)信息資源的調(diào)度管理,具有逃生救援引導(dǎo)、常規(guī)信息發(fā)布、安全警示教育、環(huán)境安全信息實(shí)時(shí)顯示、預(yù)警預(yù)報(bào)、調(diào)度廣播等功能，可實(shí)現(xiàn)“指定時(shí)間，指定地點(diǎn)，指定模式發(fā)布指定內(nèi)容”的功能。

方案示意圖如圖1所示。

2.1.2 紅綠燈系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要由系統(tǒng)軟件，數(shù)據(jù)服務(wù)器，應(yīng)急信息發(fā)布設(shè)備(包括地面智能信息發(fā)布終端，井下應(yīng)急LED信息牌、井下應(yīng)急LED指示牌、井下應(yīng)急聲光報(bào)警器等)組成。

2.1.2.1 礦用LED顯示單元

該設(shè)備能接收總線命令，根據(jù)用戶選擇的顯示方式循環(huán)顯示用戶編輯好的文字字符，能作為信號(hào)指示器或信息發(fā)布使用，可以通過遙控器進(jìn)行有關(guān)設(shè)置，具有穩(wěn)定可靠、使用方便等特點(diǎn)。

圖1 方案示意圖

圖2 系統(tǒng)組成

圖3 礦用LED顯示單元實(shí)物

防爆型式：礦用本質(zhì)安全型，標(biāo)志為“Ex ib I Mb”

規(guī)格：點(diǎn)陣32×32

工作電壓：DC3.3 V

工作電流：≤500 mA

接口：1個(gè)輸入顯示接口，1個(gè)輸出顯示接口

外形尺寸：194 mm×194 mm×53 mm

重量：0.85 kg

2.1.2.2 礦用電源

電源安裝在巷道基站附近，獨(dú)立給基站供電。

礦用澆封兼本安型直流穩(wěn)壓電源采用高性能集成電路，輸出穩(wěn)定的直流電壓，電源輸出有過壓、過流、短路等保護(hù)，并采用指示燈實(shí)時(shí)指示出輸入、輸出、電池狀態(tài)等，備用電池采用體積小、容量大的磷酸鐵鋰電池，斷掉交流電后仍可持續(xù)輸出電壓時(shí)間大于2 h。

技術(shù)參數(shù)如下文所示：

(1)本安輸出性能

本安輸出性能見表1所示。

(2)工作電壓

額定工作電壓：220 VAC

電源箱額定供電電壓波動(dòng)范圍：90～260 VAC

電源箱額定輸入功率：≤50 W

電源頻率：48～52 Hz

表1 本安輸出性能表

電源電壓失真：總的諧波分量應(yīng)≤10%

(3)備用電源功能

備用電源為IFR32750- 5Ah型磷酸鐵鋰，電池采用3節(jié)串聯(lián)，容量為5 AH，采取浮充充電方式。

轉(zhuǎn)換時(shí)間：≤1 s

充電電流：≤500 mA

充電截止電壓：≤10.5 V

放電終止電壓：≤7.6 V

最高充電電壓：10.8 V

備用電池工作時(shí)間：≥2 h

2.1.3 紅綠燈智能控制

2.1.3.1 實(shí)現(xiàn)原理

基于精確定位的紅綠燈智能控制框圖如圖4所示。

圖4 紅綠燈智能控制原理圖

具體實(shí)現(xiàn)：定位將車輛的具體位置發(fā)送給控制程序，控制程序接收到車輛位置信息后，計(jì)算出與路口的距離，并與其它車輛進(jìn)行比對(duì)，對(duì)那一輛車先到達(dá)路口進(jìn)行預(yù)測，根據(jù)預(yù)測結(jié)果，提前向紅綠燈系統(tǒng)控制單元發(fā)送控制指令。

鑒于車輛的速度、定位誤差及反應(yīng)時(shí)間，建議再車輛距離路口100米左右時(shí)發(fā)出紅綠燈控制指令。

2.1.3.2 硬件介紹

數(shù)據(jù)傳輸模塊技術(shù)參數(shù)

工作電壓：DC18V

輸入接口：RS485，2路

輸出接口：RJ45，1路

輸出標(biāo)準(zhǔn)：10Base-T/100Base-T

距離：RS485端1 200 m

2.2 聲光報(bào)警器及智能控制

2.2.1 概述

聲光報(bào)警器用于井下聲光及語音播報(bào)，報(bào)警器不僅可以實(shí)現(xiàn)固定語音播報(bào)，如井下“行人不行車、行車不行人”語音播報(bào)；而且可以靈活設(shè)置播報(bào)內(nèi)容。

2.2.2 硬件介紹

聲光報(bào)警器用于井下聲光及語音播報(bào)，報(bào)警器不僅可以實(shí)現(xiàn)固定語音播報(bào)，如井下“行人不行車、行車不行人”語音。

礦用聲光報(bào)警器: 采用語音合成技術(shù)，報(bào)警語音內(nèi)容靈活可變，能接收上位機(jī)下發(fā)的指令，文稿廣播內(nèi)容自動(dòng)語音廣播，播報(bào)多樣化、個(gè)性化的大容量內(nèi)存，可存儲(chǔ)內(nèi)置語音信息；采用注塑成型工藝，外觀精致、結(jié)構(gòu)緊固，安裝方便，可適合于吊掛或吸附使用;具備紅、綠、黃三色光報(bào)警，有閃爍、旋轉(zhuǎn)、跳躍等多種光展示形式;具有2路開關(guān)量信號(hào)輸入和1路RS485通訊接口，可控制聲光報(bào)警。

圖5 礦用聲光報(bào)警器實(shí)物

防爆型式：礦用本質(zhì)安全型，標(biāo)志為“Ex ib I Mb”

工作電壓：DC18 V

工作電流：≤200 mA

供電電壓范圍：9 V～24 V

接口：2路開關(guān)量輸入信號(hào)，1路RS485通訊信號(hào)

光信號(hào)可見距離：不小于20 m(黑暗中)

聲信號(hào)音響響度：不小于85 dB

外形尺寸：150 mm×166 mm×248.5 mm

重量：0.5 kg

2.2.3 智能控制

基于精確定位的聲光報(bào)警箱智能控制框圖如圖6所示。

圖6 聲光報(bào)警箱智能控制框圖

具體實(shí)現(xiàn)：定位系統(tǒng)將人員及車輛的具體位置發(fā)送給控制程序，控制程序接收到人員、車輛位置信息后，分析出當(dāng)前巷道人員及車輛的分布情況，當(dāng)巷道內(nèi)有人時(shí)，向聲光報(bào)警音箱發(fā)出“正在行人、不準(zhǔn)行車”；反之在發(fā)出“正在行車、不準(zhǔn)行人”；同時(shí)對(duì)非常闖入情況進(jìn)行分析并發(fā)出聲光報(bào)警提示。

聲光報(bào)警箱采用485接口，通過綜合分站接入，分析控制程序可向聲光報(bào)警箱發(fā)出指令，并控制聲光報(bào)警箱播放哪種語音(或直接向聲光報(bào)警器發(fā)送文字信息進(jìn)行播報(bào))。

2.3 跑車裝置及智能控制

2.3.1 跑車裝置概述

礦山斜井運(yùn)輸巷道具有一定的坡度，無軌膠輪車下行如出現(xiàn)車輛失控、超速、剎車失靈等突發(fā)情況，極容易造成重大安全事故，本套系統(tǒng)防護(hù)裝置具有控制、實(shí)時(shí)顯示、測速、阻擋失控車輛等功能，保證運(yùn)輸安全。

礦用無軌膠輪車跑車防護(hù)裝置主要用于煤礦副斜井內(nèi)，具有監(jiān)控膠輪車上下運(yùn)行狀態(tài)及井口井底車場車輛等待情況，并通過圣光報(bào)警裝置提醒上下行車輛及副斜井施工或工作人員注意避讓行駛車輛。通過雷達(dá)測速監(jiān)控車輛行駛時(shí)速，如超過規(guī)定時(shí)速，自動(dòng)啟動(dòng)倒車硐室內(nèi)阻車裝置，實(shí)現(xiàn)被動(dòng)阻車，車輛失控時(shí)，駕駛?cè)藛T可通過按動(dòng)車載急停按鈕實(shí)現(xiàn)主動(dòng)阻擋超速失控車輛，有效的防止發(fā)生安全事故。

(1)聲光報(bào)警

當(dāng)膠輪車由井口下行中，車上的發(fā)射器發(fā)射無線“運(yùn)行信號(hào)”，井底接收控制器收到信號(hào)輸出開關(guān)，井底報(bào)警器發(fā)出聲光信號(hào)；當(dāng)膠輪車由井底上行中，同理井口報(bào)警器發(fā)出聲光信號(hào)。提醒上下行車輛相互避讓；

(2)圖像顯示

攝像儀攝取的圖像，處理后經(jīng)電光轉(zhuǎn)換，光纖傳輸，光電轉(zhuǎn)換輸入顯示器的液晶屏，實(shí)現(xiàn)井口、井底車場車輛實(shí)時(shí)監(jiān)控顯示。

(3)測速

采用某公司的車輛定位服務(wù)，給出超速信號(hào)，實(shí)現(xiàn)阻車器動(dòng)作阻車。

(4)阻車

①當(dāng)下行膠輪車失控或者超速(大于雷達(dá)測速器設(shè)定值)，雷達(dá)捕捉的信號(hào)輸入相關(guān)接收控制器，控制器輸出開關(guān)，啟動(dòng)電動(dòng)執(zhí)行器動(dòng)作，阻車器移動(dòng)至擋車位實(shí)現(xiàn)阻擋車輛行進(jìn)。

②膠輪車司機(jī)按下車上發(fā)射器控制按鈕，連續(xù)發(fā)射無線“阻車信號(hào)”，相關(guān)接收控制器收到信號(hào)，輸出開關(guān)，執(zhí)行器動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)阻擋車輛行進(jìn)。

2.3.2 跑車裝置實(shí)施方案

經(jīng)測量，從井口至井底平巷總長度為2 500 m，根據(jù)礦方場地環(huán)境，我方給出如下安裝施工方案；

(1)阻車器安裝在倒車硐室內(nèi)，倒車硐室分別在559、854、1 154、1 450、1 750 m處，選取其中4個(gè)。

副斜井傾斜角坡度6°，總長度為2 500 m，巷道寬度5 m，高度4.1 m。

(2)副斜井內(nèi)有風(fēng)壓管道，此次方案采取氣動(dòng)執(zhí)行器作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主電源為交流127 V。

(3)井口井底分別安裝聲光報(bào)警器，車輛上行時(shí)，井口報(bào)警器綠燈轉(zhuǎn)紅燈，語音提示：“正在上行，不準(zhǔn)下行”，反之同理，車輛離開井口或井底區(qū)域，報(bào)警自動(dòng)解除，顯示為綠色燈光。

(4)井口井底安裝攝像儀，實(shí)時(shí)傳輸視頻信號(hào)，便于主控室值班人員實(shí)時(shí)監(jiān)控車場。

(5)測速采用車輛定位系統(tǒng)。車輛定位系統(tǒng)基于ZigBee、WIFI技術(shù)，整個(gè)系統(tǒng)包括定位服務(wù)器、車輛定位卡、綜合基站，利用井下網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行組網(wǎng)，系統(tǒng)采用有線、無線等多種組網(wǎng)方式，即控制了成本，又提供安裝實(shí)施的靈活性。

跑車裝置連接原理如圖7所示：

圖7 裝置連接圖

2.3.3 智能控制

基于精確定位的跑車防護(hù)裝置智能控制框圖如圖8所示。

圖8 跑車防護(hù)裝置智能控制框圖

定位系統(tǒng)將車輛速度發(fā)送給控制程序，控制程序接收到速度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，當(dāng)車速超過設(shè)置的值時(shí)，分析程序向跑車裝置發(fā)送動(dòng)作指令。

跑車裝置動(dòng)作指令原由激光雷達(dá)輸出的模擬信號(hào)控制(高低電平信號(hào))，因此需綜合分站需通過一個(gè)信號(hào)輸出裝置(如斷電器)向跑車裝置輸出信號(hào)，使其動(dòng)作。

2.3.4 硬件介紹

2.3.4.1 綜合分站監(jiān)測模塊(接斷電器)技術(shù)參數(shù)

工作電壓：DC18V

傳輸方式：CAN

輸入接口：CAN，5路

輸出接口：RJ45，1路

輸出標(biāo)準(zhǔn)：10Base-T/100Base-T

2.3.4.2 信號(hào)輸出裝置技術(shù)參數(shù)

工作電壓：DC18V

傳輸方式：CAN

輸出接口：CAN，1路

輸出接口：高低電平信號(hào)(待定)

2.4 門禁道閘系統(tǒng)

2.4.1 系統(tǒng)概述

門禁道閘系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)車輛出入井的控制，井口考勤基站對(duì)車卡進(jìn)行識(shí)別，并實(shí)現(xiàn)向門禁控制器發(fā)送指令自動(dòng)開閘；如系統(tǒng)判斷井下巷道有人時(shí)，可控制不開閘，并向井口聲光報(bào)警器發(fā)送播報(bào)“井下有行人、禁止進(jìn)入”的指令；行人通過后系統(tǒng)向門禁控制器發(fā)送開閘指令，放行車輛。

2.4.2 硬件介紹

2.4.2.1 聲光報(bào)警器

介紹詳見2.2.2。

2.4.2.2 生物考勤基站

(1)設(shè)備描述

基站安裝在井口，用于自動(dòng)識(shí)別井口定位終端，并上報(bào)于定位系統(tǒng)的服務(wù)器上，其具有大規(guī)?？煽孔R(shí)別定位卡的特點(diǎn)，單站并發(fā)識(shí)別數(shù)量可達(dá)200張以上，可穩(wěn)定識(shí)別最大位移速度60 km/h的應(yīng)目標(biāo)。需配備板狀天線，提高識(shí)別率。

(2)設(shè)備特點(diǎn)：識(shí)別卡的狀態(tài)，包含未帶卡、故障卡、低電卡；識(shí)別多張卡；使用距離：500～2 000 mm(具體可通過軟件配置)。

(3)技術(shù)參數(shù)

生物考勤基站的技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 設(shè)備參數(shù)表

2.4.2.3 門禁控制器

(1)基本功能

采用高速32位400 MHz高速CPU，配合32 MBits RAM，256 MBits Flash；嵌入式linux操作系統(tǒng)；控制四門單向或雙門雙向進(jìn)出；支持最多30 000個(gè)持卡人及100 000條脫機(jī)事件記錄；可靈活設(shè)置多個(gè)時(shí)間組、門狀態(tài)、節(jié)假日和不同用戶的各種開門權(quán)限；支持多種Weigand卡格式，支持密碼鍵盤，兼容各種卡片。

圖9 門禁控制器實(shí)物

(2)技術(shù)參數(shù)

門禁控制器的技術(shù)參數(shù)如表3所示。

表3 門禁控制器技術(shù)參數(shù)表

2.4.2.4 道閘

(1)特點(diǎn)

支持手動(dòng)制動(dòng)起落桿；電機(jī)風(fēng)扇冷卻裝置；機(jī)械防砸功能，當(dāng)閘桿受阻，自動(dòng)起桿；兼容其他設(shè)備RS485通信模塊，可接收來自不同終端的開關(guān)信號(hào)。

(2)技術(shù)參數(shù)

道閘的技術(shù)參數(shù)如表4所示。

3 結(jié)語

本文闡述了為實(shí)現(xiàn)礦山井下工程的運(yùn)輸管理智能化，所采用的紅綠燈系統(tǒng)和跑車防護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)定位、紅綠燈、跑車防護(hù)三個(gè)系統(tǒng)的智能聯(lián)動(dòng)，進(jìn)一步保障井下交通安全，提高生產(chǎn)效率。

圖10 道閘實(shí)物

名稱參數(shù)工作電壓AC220V±10%;電機(jī)功率80W;起落桿速度1.5S、3S、6S(可調(diào)三種)工作溫度-20～75℃工作濕度≤90%閘桿形態(tài)八角桿配置接口車輛檢測器、遙控器、壓力電波、手動(dòng)開關(guān)通信方式RS485防護(hù)等級(jí)IP54遙控距離≤30m

本次研究成果具有技術(shù)先進(jìn)性，良好的經(jīng)濟(jì)性，而且系統(tǒng)模塊化的框架能很好適應(yīng)各類客戶的信息化礦山建設(shè)。具有很好的礦山行業(yè)推廣價(jià)值。