田少帥

（山西焦煤西山煤電東曲礦運(yùn)輸科， 山西 古交 030200）

0 引言

井下電機(jī)車運(yùn)輸具有方式靈活、運(yùn)載效率高等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)煤礦地面與井下的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)輸，極少的中間轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)可大大提高井下運(yùn)輸安全及可靠性。目前我國(guó)大力發(fā)展井下電機(jī)車運(yùn)輸技術(shù)，但在車輛調(diào)度指揮及實(shí)時(shí)監(jiān)控兩方面存在諸多問(wèn)題。電機(jī)車運(yùn)行多采用定時(shí)定點(diǎn)線性運(yùn)輸模式，地面調(diào)度人員通過(guò)停車點(diǎn)固定電話獲取車輛運(yùn)行情況，無(wú)法對(duì)車輛實(shí)施合理調(diào)度指揮，且駕駛員只能在停車點(diǎn)等待得到指令后發(fā)車，運(yùn)輸效率大大降低。同時(shí)調(diào)度員無(wú)法獲取機(jī)車在巷道中運(yùn)行的實(shí)時(shí)信息，駕駛員只能盲目駕駛，存在極大安全隱患。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文首先建立了無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)車載采集終端實(shí)現(xiàn)車輛的運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集上傳，并通過(guò)上位機(jī)交互界面對(duì)車輛運(yùn)行軌跡、模擬畫(huà)面進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。在此基礎(chǔ)上，對(duì)井下電機(jī)車運(yùn)行方式及調(diào)度方案進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)對(duì)側(cè)進(jìn)路閉鎖、岔路口信號(hào)燈互鎖等手段解決車輛混行安全問(wèn)題，系統(tǒng)經(jīng)自適應(yīng)控制策略可對(duì)司控道岔執(zhí)行器進(jìn)行遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，在緊急情況下也可以由調(diào)度員根據(jù)機(jī)車運(yùn)行情況隨時(shí)分區(qū)段、進(jìn)路以及車輛的形式進(jìn)行手動(dòng)調(diào)度，大大提高井下電機(jī)車運(yùn)輸效率及安全性[1]。

1 井下電機(jī)車交通運(yùn)輸調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

傳統(tǒng)井下電機(jī)車運(yùn)輸系統(tǒng)主要存在的問(wèn)題是無(wú)法實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸全流程的感知及智能合理調(diào)度，由于監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)多采用定點(diǎn)監(jiān)控基站區(qū)段檢測(cè)，在巷道轉(zhuǎn)彎處及障礙物較多、粉塵濃度較高的復(fù)雜路段監(jiān)控存在較大死區(qū)。采用有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信導(dǎo)致各類信號(hào)在轉(zhuǎn)換及傳輸上存在錯(cuò)誤及滯后，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)不具備實(shí)時(shí)性，實(shí)時(shí)監(jiān)控手段的缺失導(dǎo)致調(diào)度員無(wú)法掌握井下所有運(yùn)行車輛的分布及行駛狀態(tài)，只能盲目調(diào)度，事故發(fā)生率較高。車輛運(yùn)行方式及調(diào)度控制邏輯不合理，信號(hào)燈轉(zhuǎn)換、分區(qū)分段行車指令、道岔位置與車輛進(jìn)路開(kāi)放等調(diào)度動(dòng)作只能手動(dòng)操作完成，當(dāng)出現(xiàn)岔口會(huì)車、多車輛混行等情況時(shí)無(wú)法下達(dá)及時(shí)、合理的調(diào)度指令，運(yùn)輸安全性及效率無(wú)法得到保證。

本文從車輛運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及調(diào)度指揮方式優(yōu)化兩方面對(duì)井下電機(jī)車運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)改造。高效快速的通信網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控與智能調(diào)度的基礎(chǔ)，在系統(tǒng)原有有線以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上，采用Zigbee無(wú)線通信對(duì)井下通信網(wǎng)進(jìn)行架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)井下通信網(wǎng)關(guān)與現(xiàn)場(chǎng)各監(jiān)控基站的數(shù)據(jù)傳輸。實(shí)時(shí)監(jiān)控方面，系統(tǒng)具備車輛位置精確定位、車速檢測(cè)、道岔集中監(jiān)控、岔間方向遙控功能，還具備會(huì)車預(yù)警、超速報(bào)警、追尾報(bào)警等安全功能。按照上述功能劃分，采用模塊化思想對(duì)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通信網(wǎng)絡(luò)由地面以太環(huán)網(wǎng)及井下無(wú)線通信網(wǎng)構(gòu)成，無(wú)線通信網(wǎng)主要設(shè)備包括安裝于巷道的各網(wǎng)關(guān)及監(jiān)控基站，網(wǎng)關(guān)可接收來(lái)自監(jiān)控基站的現(xiàn)場(chǎng)采集參數(shù)，通過(guò)光纖上傳至地面調(diào)控中心上位機(jī)，并接收下達(dá)來(lái)自上位機(jī)的控制指令。

2 系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)核心硬件主要包括網(wǎng)關(guān)、監(jiān)控基站、車載機(jī)、司控道岔裝置等，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控與智能調(diào)度功能，需對(duì)上述硬件部分進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，各核心硬件選型設(shè)計(jì)如下：

2.1 KJ539-W 礦用本安型機(jī)車運(yùn)輸監(jiān)控網(wǎng)關(guān)

KJ539-W 監(jiān)控網(wǎng)關(guān)的主要功能是實(shí)現(xiàn)井上控制指令與現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)的上傳下達(dá)，其輸入電壓為DC 5 V，最大工作電流≤700 mA，傳輸速率可達(dá)100 Mbit/s。KJ539-W 通過(guò)光纜一方面接受工控機(jī)的訪問(wèn)，將所收集的檢測(cè)信息打包上傳至上位機(jī)，同時(shí)接受上位機(jī)下發(fā)的控制指令；另一方面監(jiān)控網(wǎng)關(guān)將對(duì)所連接的檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行循環(huán)檢測(cè)，如接收器機(jī)車?yán)塾?jì)請(qǐng)求信息、顯示器和彎道報(bào)警器的回測(cè)信息等，并下達(dá)控制命令，控制顯示器。

2.2 KJ539-F 礦用本安型軌道運(yùn)輸監(jiān)控基站

KJ539-F 監(jiān)控基站的主要功能是實(shí)現(xiàn)各機(jī)車運(yùn)行參數(shù)及調(diào)度管理所需數(shù)據(jù)的接收上傳。KJ539-F 的輸入電壓為DC12 V，接收頻率為2.4 GHz，天線增益可達(dá)2.5 dB，無(wú)線傳輸速率可達(dá)250 kbit/s。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，車載機(jī)將機(jī)車車號(hào)編碼及機(jī)車調(diào)度、管理所需的其它編碼信息經(jīng)調(diào)制后通過(guò)Zigbee 傳輸至安裝在巷道各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的基站，再經(jīng)網(wǎng)關(guān)通過(guò)以太網(wǎng)傳至上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，從而使系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示車號(hào)、車類等信息。

2.3 KJ539-CZ 礦用隔爆兼本安型軌道運(yùn)輸監(jiān)控車載機(jī)

KJ539-CZ 車載機(jī)是機(jī)車運(yùn)行參數(shù)及調(diào)度所需數(shù)據(jù)的采集與信號(hào)發(fā)射設(shè)備，其發(fā)射距離≥50 m，發(fā)射頻率為2.4 GHz，傳輸速率可達(dá)250 bit/s。車載機(jī)模包含速度傳感器、射頻天線、報(bào)警模塊等，通過(guò)射外置頻天線將采集的車速、位移、車輛標(biāo)識(shí)信息上傳至監(jiān)控基站，當(dāng)機(jī)車出現(xiàn)超速、追尾可能時(shí)，車載機(jī)報(bào)警模塊將發(fā)出相應(yīng)的聲光報(bào)警信號(hào)，提示車輛和駕駛員注意安全駕駛。

2.4 ZKC127Q 礦用氣動(dòng)司控道岔裝置

根據(jù)井下運(yùn)輸圖紙，本文設(shè)計(jì)配置地軌司控道岔裝置50 套，ZKC127Q 額定電源電壓為AC127 V，電壓波動(dòng)范圍為80%～110%，最大工作電流為400 mA，設(shè)備工作時(shí)能與機(jī)車運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)岔位信號(hào)上傳并實(shí)現(xiàn)道岔的集中監(jiān)視和控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)車車載按鍵遙控功能。

3 井下電機(jī)車智能調(diào)度功能設(shè)計(jì)

基于高速通信網(wǎng)絡(luò)的建立，本文針對(duì)事故頻發(fā)的岔道路段及會(huì)車路段進(jìn)行調(diào)度方案智能優(yōu)化設(shè)計(jì)，將巷道以岔道口為界將巷道分為若干巷段，信號(hào)燈控制器與監(jiān)控基站、網(wǎng)關(guān)可進(jìn)行無(wú)線通信，采用多信號(hào)燈聯(lián)動(dòng)方式為巷道不同方向行駛的電機(jī)車提供調(diào)度指示，并具備對(duì)側(cè)閉鎖、信號(hào)燈互鎖邏輯控制。

針對(duì)巷道岔路口，調(diào)度指揮采用對(duì)側(cè)閉鎖模式，在距岔口某一距離時(shí)，任意一條巷道上率先出現(xiàn)車量，則閉鎖對(duì)側(cè)線路；如同時(shí)到達(dá)這個(gè)距離點(diǎn)，則按設(shè)置好的優(yōu)先級(jí)由上位機(jī)自動(dòng)控制信號(hào)燈開(kāi)放或閉鎖。為防止岔口發(fā)生車輛碰撞事故，調(diào)控上位機(jī)具備岔口處信號(hào)燈互鎖功能，保證岔口處信號(hào)燈狀態(tài)不同時(shí)開(kāi)放。

針對(duì)巷道會(huì)車區(qū)域，系統(tǒng)調(diào)度指揮方案為：如會(huì)車區(qū)內(nèi)有車，則系統(tǒng)自動(dòng)控制單行道向信號(hào)燈閉鎖，單行道上如有車則會(huì)車區(qū)內(nèi)的車不允許出車。在緊急情況下調(diào)度員可手動(dòng)設(shè)置實(shí)現(xiàn)閉鎖，將指定區(qū)間的封鎖區(qū)間占用；為防止雙向單行道路會(huì)車情況出現(xiàn)，系統(tǒng)可自動(dòng)或手動(dòng)將同一復(fù)用區(qū)段鎖死區(qū)段兩端信號(hào)。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

為驗(yàn)證系統(tǒng)及方案的可行性，將系統(tǒng)部署于山西焦煤西山煤電東曲礦井下運(yùn)輸巷道中進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行測(cè)試，上位機(jī)模擬監(jiān)控調(diào)度畫(huà)面如圖2 所示。系統(tǒng)運(yùn)行后，根據(jù)可視化模擬畫(huà)面對(duì)機(jī)車運(yùn)行位置及車速進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)系統(tǒng)監(jiān)控操作界面可實(shí)時(shí)查看各機(jī)車設(shè)備信息狀態(tài)，如車輛編號(hào)、位置及距岔口、會(huì)車區(qū)信號(hào)燈距離等，同時(shí)調(diào)度員可通過(guò)上位機(jī)遠(yuǎn)程“改變位置”操作控制機(jī)車迅速移動(dòng)到該位置，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能調(diào)度；雙擊監(jiān)控界面信號(hào)燈，可彈出包含信號(hào)燈標(biāo)簽、卡號(hào)及操作窗口，并可對(duì)信號(hào)燈紅綠狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)置。經(jīng)實(shí)際測(cè)試，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)井下機(jī)車的運(yùn)行監(jiān)控、遠(yuǎn)程調(diào)度及車輛自動(dòng)化控制，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行效果良好。

圖2 上位機(jī)調(diào)度監(jiān)控模擬畫(huà)面

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)井下電機(jī)車運(yùn)輸系統(tǒng)在監(jiān)控及調(diào)度指揮方面的不足，設(shè)計(jì)了一套基于無(wú)線通信的井下電機(jī)車交通運(yùn)輸調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)可對(duì)電機(jī)車運(yùn)行車速、車號(hào)標(biāo)識(shí)、位移等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，針對(duì)事故高發(fā)的岔路口及會(huì)車區(qū)設(shè)計(jì)了具有信號(hào)燈互鎖、單向閉鎖的調(diào)度指揮方案，并通過(guò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，有效提高井下運(yùn)輸效率及安全水平。