吳 波

(臨汾市煤炭設(shè)計(jì)院有限公司，山西 臨汾 041000)

0 引 言

當(dāng)前國內(nèi)絕大部分煤礦開采得到的煤礦物料需要通過運(yùn)輸裝備將其輸送到指定的地點(diǎn)，其中軌道運(yùn)輸是礦井中使用頻率較高的運(yùn)輸設(shè)施[1]。隨著我國對能源需求的不斷提升，每年開采的煤炭資源數(shù)量越來越多，這對煤礦開采效率及輸送效率提出了更高的要求[2]。在日益繁重的運(yùn)輸任務(wù)條件下，軌道運(yùn)輸更加容易出現(xiàn)追尾、撞車等安全事故，輕則影響煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，重則會(huì)威脅到設(shè)備及人員人身安全[4]。所以，工作人員充分掌握礦井軌道運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，應(yīng)用先進(jìn)的礦井軌道運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)監(jiān)控和調(diào)度智能化控制系統(tǒng)，對井下各軌道運(yùn)輸車輛進(jìn)行科學(xué)合理的調(diào)度，是確保軌道運(yùn)輸安全的重要措施[5-6]。

1 軌道運(yùn)輸智能化控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)

1.1 方案設(shè)計(jì)

通過前期調(diào)研發(fā)現(xiàn)很多礦井中建設(shè)的軌道運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)普遍存在調(diào)度效率低，甚至調(diào)度不準(zhǔn)確等問題。為解決這方面的問題，利用當(dāng)前先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)及自動(dòng)化技術(shù)等，提出了礦井軌道運(yùn)輸監(jiān)控和調(diào)度智能化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，具體見圖1。

圖1 軌道運(yùn)輸監(jiān)控和調(diào)度智能化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

整個(gè)控制系統(tǒng)可以劃分成為兩個(gè)部分，分別為井上和井下部分。其中，井下主要是個(gè)控制分站和控制主站，作用是利用網(wǎng)絡(luò)攝像頭和各種傳感器等對井下軌道運(yùn)輸裝備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。井上部分的作用是對井下軌道運(yùn)輸?shù)臓顟B(tài)進(jìn)行監(jiān)測、顯示，并對井下軌道運(yùn)輸車輛進(jìn)行調(diào)度，包含的設(shè)備主要有數(shù)據(jù)服務(wù)器、監(jiān)控計(jì)算機(jī)及對應(yīng)的監(jiān)控大屏等。井上和井下部分通過環(huán)網(wǎng)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的交互。

1.2 控制系統(tǒng)工作過程

利用安裝在軌道上的計(jì)軸傳感器可以對車輛的運(yùn)行狀態(tài)及具體位置等信息進(jìn)行收集，采集得到的信息傳輸?shù)骄驴刂品终局小Ａ硗?，現(xiàn)場采集得到的轉(zhuǎn)轍機(jī)、信號機(jī)狀態(tài)信息也需要傳輸?shù)娇刂品终局小＞险{(diào)度中心下達(dá)的控制指令需要通過控制分站實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場車輛、轉(zhuǎn)轍機(jī)、信號機(jī)的控制。各控制分站通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與控制主站的連接?？刂浦髡就ㄟ^環(huán)網(wǎng)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)與井上控制和調(diào)度中心的連接。

當(dāng)井上調(diào)度中心根據(jù)生產(chǎn)需要下達(dá)軌道運(yùn)輸調(diào)度指令時(shí)，控制系統(tǒng)立即智能化完成道岔和信號機(jī)狀態(tài)檢測工作。若各方面條件均能達(dá)到要求，則井下控制分站可以下達(dá)指令對需要調(diào)度的軌道路線轉(zhuǎn)轍機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對應(yīng)路段的閉鎖，同時(shí)將信號燈開放。轉(zhuǎn)轍機(jī)完成控制指令后會(huì)給控制分站返回一個(gè)信號。PLC控制器根據(jù)該信號分析道岔是否到位。如果判斷道岔正常則機(jī)車可以正常通行，如果判斷道岔沒有動(dòng)作到位，那么需要對其進(jìn)行檢測，確認(rèn)故障問題排除后機(jī)車才可通行。

整個(gè)過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息全部通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸?shù)秸{(diào)度監(jiān)控中心顯示大屏上，并且存儲到數(shù)據(jù)服務(wù)器中以便查詢。井上調(diào)度人員需要對井下設(shè)備進(jìn)行控制時(shí)，只需在調(diào)度大屏上進(jìn)行操作即可。在一些關(guān)鍵路段安裝高清網(wǎng)絡(luò)攝像頭對現(xiàn)場情況進(jìn)行錄像，并將采集到的視頻信息傳輸?shù)秸{(diào)度中心，可以協(xié)助完成調(diào)度工作，提升調(diào)度過程的可靠性。

2 控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

設(shè)計(jì)的軌道運(yùn)輸監(jiān)控和調(diào)度智能化控制系統(tǒng)，涉及到很多的硬件設(shè)施，其整體的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。從圖中可以看出，PLC控制器是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分，所有的硬件設(shè)施都需要與PLC控制器進(jìn)行連接，并接受去控制。以下結(jié)合實(shí)際情況對本系統(tǒng)中比較重要的PLC控制器和計(jì)軸傳感器進(jìn)行介紹。

圖2 軌道運(yùn)輸智能化控制系統(tǒng)硬件設(shè)施框圖

2.1 PLC控制器

PLC控制器是整個(gè)智能化控制系統(tǒng)的核心，在分析智能控制系統(tǒng)的接口數(shù)量和性能要求的基礎(chǔ)上，最終選用的是西門子公司研制生產(chǎn)的S7-1200型PLC控制器。該控制器具有體積小、性能優(yōu)越等優(yōu)勢，在很多工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。CPU選用的是1214CDC/DC/DC模塊，具有豐富的接口，可以和很多硬件設(shè)施進(jìn)行連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的交互。

2.2 計(jì)軸傳感器

計(jì)軸傳感器的作用是對軌道上運(yùn)行的機(jī)車位置及其信息進(jìn)行檢測，并傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中進(jìn)行分析和處理。因此對整個(gè)智能化控系統(tǒng)而言是非常重要的硬件模塊，如果計(jì)軸器無法對機(jī)車信息進(jìn)行準(zhǔn)確檢測，必然會(huì)擾亂整個(gè)調(diào)度系統(tǒng)的正常運(yùn)行，甚至?xí){到軌道運(yùn)輸系統(tǒng)的安全。此系統(tǒng)中選用的是KG8007(A)型計(jì)軸傳感器，該型號傳感器專為煤礦環(huán)境設(shè)計(jì)，具有很好的防爆性能。計(jì)軸傳感器的基本工作原理如圖3所示，主要是利用機(jī)車在軌道上運(yùn)行經(jīng)過傳感器部位時(shí)，傳感器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號，對該脈沖信號進(jìn)行放大分析后，即可判斷機(jī)車的狀態(tài)信息。

圖3 計(jì)軸傳感器的基本工作原理框圖

3 系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì)

此系統(tǒng)的控制程序在STEP7V13軟件中編寫完成，圖4所示為智能化控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖。由圖中可以看出，整個(gè)控制系統(tǒng)可以劃分的功能可以劃分為三大模塊，分別為監(jiān)控和調(diào)度模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、系統(tǒng)管理模塊。其中系統(tǒng)管理又由系統(tǒng)登錄和用戶管理兩部分構(gòu)成，目的在于確?？刂葡到y(tǒng)的安全性。利用用戶管理部分可以對所有用戶進(jìn)行綜合管理，并明確不同人員的權(quán)限，且所有人員必須通過賬號和密碼登錄后才可以使用系統(tǒng)。數(shù)據(jù)管理模塊的作用主要是對所有的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲并管理。監(jiān)控和調(diào)度模塊又可以分為數(shù)據(jù)查詢部分、操作界面部分和監(jiān)控部分。井上調(diào)度人員通過監(jiān)控模塊可以對軌道運(yùn)輸車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并根據(jù)需要對井下車輛進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)軌道運(yùn)輸系統(tǒng)的智能化調(diào)度控制。

圖4 智能化控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖

4 實(shí)踐應(yīng)用效果分析

將設(shè)計(jì)的礦井軌道運(yùn)輸監(jiān)控和調(diào)度智能化控制系統(tǒng)應(yīng)用到煤礦工程實(shí)踐中，對其運(yùn)行情況進(jìn)行了持續(xù)一年時(shí)間的測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)控制系統(tǒng)運(yùn)行情況良好，整個(gè)過程中沒有出現(xiàn)特別大的故障問題。其實(shí)踐應(yīng)用效果如下。

(1) 智能化控制系統(tǒng)的應(yīng)用有效地解決了礦井軌道運(yùn)輸中機(jī)車追尾、交通堵塞等影響安全生產(chǎn)和生產(chǎn)效率提升的問題。目前軌道運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行的秩序非常良好，軌道運(yùn)輸效率得到了明顯提升，安全性也得到了很好的保障。

(2) 智能化控制系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用，礦井軌道運(yùn)輸系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)智能化調(diào)度與控制。且所有的結(jié)果全部可在監(jiān)控大屏上動(dòng)態(tài)顯示。可對井下的設(shè)備和車輛進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。顯著提升了礦井的智能化水平。在很大程度上提升了煤礦企業(yè)的市場競爭力。

5 結(jié) 語

主要以礦井軌道運(yùn)輸系統(tǒng)為研究對象，對其監(jiān)控和調(diào)度智能化控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)，將礦井軌道運(yùn)輸智能化控制系統(tǒng)應(yīng)用到煤礦工程實(shí)踐中，顯著提升了煤礦企業(yè)的智能化水平，使得軌道運(yùn)輸效率得到了顯著提升，安全性也得到了很好的保障，為煤礦企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和安全效益。