孫 俊

（晉能控股煤業(yè)集團四老溝礦大型設備管理隊，山西 大同 037000）

引言

隨著煤礦領域的不斷發(fā)展，采煤效率越來越高，對煤礦運輸系統(tǒng)要求也越來越高，煤礦中使用的有軌運輸系統(tǒng)，其劣勢逐漸顯露[1]。無軌膠輪車作為煤礦領域非常重要的輔助運輸設備，不需要受到軌道的限制，使用時具有很大的靈活性，在煤礦領域得到了很廣泛的應用，在提升運輸效率方面發(fā)揮著非常重要的作用[2-3]。但是煤礦井下工作環(huán)境較為復雜，巷道通常比較狹窄，如果調度不當可能導致無軌膠輪車在礦井內發(fā)生堵塞等問題，嚴重時可能引發(fā)安全生產事故[4]?；诖藨浞纸Y合煤礦巷道實際情況，設計研究無軌膠輪車調度系統(tǒng)，以便實時掌握礦井內無軌膠輪車的運行狀態(tài)，并對其運行軌跡進行調度，保障礦井運輸安全[5-6]。

1 調度系統(tǒng)整體結構設計

圖1為設計研究的礦用無軌膠輪車調度系統(tǒng)整體結構框圖。從圖中可以看出，調度系統(tǒng)整體上可以劃分成為兩大部分，分別為井上和井下部分。井下部分的作用主要是完成井下無軌膠輪車的定位以及信息的檢測、上傳等功能，主要由檢測節(jié)點、移動節(jié)點、信號燈、傳感器等部分構成。通過傳感器檢測車輛的位置信息，并充分結合礦井內部其他區(qū)域的車輛信息情況，判斷車輛能否安全通過下一個區(qū)間，并通過信號燈來控制無軌膠輪車的停止與運行。井上部分的作用主要是對井下所有無軌膠輪車的運行狀態(tài)進行記錄并顯示，同時還需要對井下各分站以及信號燈進行控制。

圖1 無軌膠輪車調度系統(tǒng)整體結構框圖

無軌膠輪車的調度全部由系統(tǒng)自動控制，正常情況下無需人為干預，特殊情況下可以通過人為方式進行控制。通過井上部分和井下部分之間的相互協(xié)調工作，使得工作人員能對井下所有車輛的運行軌跡進行充分掌握。調度系統(tǒng)的應用能夠實現礦井無軌膠輪車的自動化控制和可視化。

2 調度系統(tǒng)主要硬件設施選型

2.1 井上控制主站選型

井上控制主站的作用是接受井下部分的車輛信息，并對所有車輛信息進行綜合判斷分析，結合控制策略下達控制指令，對井下分站以及所有信號燈進行控制，實現無軌膠輪車的調度。結合實際情況選用的井上控制主站型號為610-H/L，該型號設備具有非常豐富的I/O接口，可以很好地與其他硬件設施進行連接，實現功能的拓展，對數據處理的能力也能夠滿足實際使用需要。

2.2 井下控制分站處理器選型

井下控制分站處理器的作用是根據采集到的數據信息分析判斷車輛的具體位置，并根據井上控制主站下達的控制指令對無軌膠輪車進行控制。選用的處理器型號為西門子公司研制生產的S7-200型PLC控制器，該型號控制器具有穩(wěn)定的功能，且有豐富的I/O拓展接口，能夠通過多種網絡模式實現數據信息的交互，在工業(yè)領域有廣泛應用，已經得到了實踐的檢驗。

2.3 無軌膠輪車定位模塊選型

定位模塊主要由兩部分構成，分別為檢測節(jié)點和移動節(jié)點，檢測節(jié)點安裝在煤礦巷道固定位置上，移動節(jié)點車放置在無軌膠輪車上，移動節(jié)點的位置即為無軌膠輪車的位置。工作過程中，移動節(jié)點將車輛相關數據信息，包括運行速度、油溫、ID編號等向外發(fā)射，檢測節(jié)點接受移動節(jié)點發(fā)射的數據信號。由于兩個節(jié)點之間需要實現無線數據傳輸，因此選用的是CC2530型芯片作為定位模塊的處理器，該型號處理器內置有ZigBee協(xié)議，可以實現無線數據傳輸。圖2所示為無軌膠輪車定位模塊的工作示意圖。

圖2 無軌膠輪車定位模塊工作示意圖

2.4 車輛信息檢測模塊選型

為了保障無軌膠輪車在井下的運行安全，有必要對車輛的運行狀態(tài)數據信息進行檢測，主要檢測的信息包括運行速度、油溫、油壓以及環(huán)境瓦斯?jié)舛?。結合實際情況選用柴油機車保護監(jiān)測儀對上述信息進行檢測，具體型號為YE0.3/24。該型號監(jiān)測儀工作時的電流和電壓分別為300 mA和DC 15~30V。

3 調度系統(tǒng)的軟件設計

調度系統(tǒng)軟件部分是整個系統(tǒng)的靈魂所在，是實現各項功能最為關鍵的環(huán)節(jié)，本系統(tǒng)中井下軟件程序最為關鍵，以下主要對該部分軟件程序進行介紹。井下部分的主要作用是獲取無軌膠輪車的相關數據信息，并對數據進行分析并判斷車輛的具體位置及其運動方向。同時根據井上部分下達的控制指令對信號燈進行控制。井下所有硬件模塊都要配套使用軟件程序才能實現各項功能。圖3為井下部分軟件整體構成框圖。

圖3 井下部分軟件整體構成

圖中，最重要的是對無軌膠輪車的定位及其運動方向的判斷，圖4所示為無軌膠輪車的定位方法基本流程圖。調度系統(tǒng)工作時檢測節(jié)點會不斷地接收移動節(jié)點發(fā)射的信號數據。當接受到同一移動節(jié)點發(fā)射的三個數據信號時，可以從中篩選出信號強度最大的三組數據，每組數據都對應有一個確定的RSSI值，該數值大小決定了移動節(jié)點和檢測節(jié)點之間的距離。系統(tǒng)可以根據RSSI值計算得到兩者之間的距離，在此基礎上根據三角質心算法來確定移動節(jié)點的三維坐標，即車輛的具體位置。

圖4 無軌膠輪車定位方法流程圖

在判斷無軌膠輪車移動方向時，主要是根據固定檢測節(jié)點和移動節(jié)點之間數據傳輸時的RSSI值大小進行判斷。如果隨著時間推移RSSI值越來越小，意味著兩者的距離越來越遠，相反的，若RSSI值越來越大，則表示兩者之間的距離越來越小。在此基礎上可以判斷車輛的移動方向。

4 調度系統(tǒng)的實踐應用分析

將設計的無軌膠輪車調度系統(tǒng)應用到煤礦工程實踐中，并對其各項功能進行了連續(xù)三個月時間的測試和驗證。結果發(fā)現調度系統(tǒng)取得了很好的實踐應用效果，可以對礦井內的無軌膠輪車進行準確定位，在此基礎上對信號燈進行準確控制，實現車輛的高效調度。同時，位于井上部分的服務器可以對所有車輛信息進行存儲，在監(jiān)控顯示屏中顯示車輛的運行軌跡。在系統(tǒng)管理層面，所有用戶都需要通過賬號和密碼才能進入系統(tǒng)，操作日志自動保存，系統(tǒng)出現問題時可以調取查看。利用調度系統(tǒng)可以對礦井中使用的無軌膠輪車進行高效管理，比如可以對車輛進行登記、查詢等。無軌膠輪車運行過程中如果存在違章情況，比如占道、不按信號燈指示運行等情況時，系統(tǒng)會發(fā)出聲光警報以提示相關人員，從而保障無軌膠輪車的運行安全。無軌膠輪車調度系統(tǒng)的成功實踐應用，不僅顯著提升了車輛的運行效率，同時還在很大程度上保障了礦井安全，為煤礦企業(yè)創(chuàng)造了良好的經濟效益和安全效益，得到了礦井人員的一致認可。