煤礦機(jī)車監(jiān)控系統(tǒng)的功能分析及應(yīng)用①

劉婷+司匡書

摘 要：煤礦機(jī)車是煤礦礦井平巷運(yùn)輸?shù)闹饕獎(jiǎng)恿Γ谖覈?guó)煤礦業(yè)發(fā)展中應(yīng)用廣泛，但存在監(jiān)控水平低、調(diào)度效率低和安全性不高等問題。該文分析了煤礦機(jī)車系統(tǒng)的工況特點(diǎn)，對(duì)煤礦機(jī)車系統(tǒng)所需要的功能進(jìn)行了分析，主要包括監(jiān)控要求和通信要求，以及與之對(duì)應(yīng)的控制設(shè)備。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出一款煤礦機(jī)車的監(jiān)控及調(diào)度系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、RFID標(biāo)簽和車載裝置等，其中車載裝置是整個(gè)系統(tǒng)的核心。煤礦機(jī)車監(jiān)控及調(diào)度系統(tǒng)在某煤礦礦井中得到了應(yīng)用，能夠滿足煤礦機(jī)車運(yùn)行要求。

關(guān)鍵詞：煤礦機(jī)車 功能分析 車載裝置 監(jiān)控

中圖分類號(hào)：TDS24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）03（b）-0022-01

煤礦生產(chǎn)安全及其自動(dòng)化是我國(guó)煤礦業(yè)發(fā)展中的一項(xiàng)重要政策。煤礦機(jī)車在我國(guó)煤礦生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛，是煤礦礦井平巷運(yùn)輸?shù)闹饕獎(jiǎng)恿Γ诿旱V生產(chǎn)中起著極為重要的作用[1]。但是煤礦機(jī)車所運(yùn)行礦井巷道環(huán)境差、基礎(chǔ)設(shè)施差、調(diào)度水平低、司機(jī)容易疲勞，因而安全事故頻發(fā)[2-3]。該文在煤礦機(jī)車系統(tǒng)的功能分析基礎(chǔ)上，提出煤礦機(jī)車監(jiān)控及調(diào)度系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路，以為煤礦機(jī)車系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析提供參考。

1 煤礦機(jī)車功能分析

1.1 煤礦機(jī)車工況特點(diǎn)

煤礦機(jī)車工作時(shí)，具有以下特點(diǎn)：

（1）煤礦對(duì)設(shè)備安全要求很高。煤礦中充滿可燃性氣體及粉塵，所有使用在煤礦中的電氣設(shè)備必須符合相關(guān)國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)。

（2）機(jī)車運(yùn)行路況較差。煤礦巷道空間有限，錯(cuò)車時(shí)擁堵情況嚴(yán)重；分支多，路況變差，巷道光線差；施工設(shè)備或原料會(huì)占道，影響機(jī)車通行。

（3）巷道同時(shí)作為機(jī)車巷道和行人通道，機(jī)車司機(jī)容易誤判造成撞車或者撞人等故。

1.2 煤礦機(jī)車的監(jiān)控要求

煤礦機(jī)車監(jiān)控時(shí)，需滿足以下要求。

（1）符合煤礦安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

（2）具有人員安全警告功能。

（3）具有司機(jī)防睡警惕功能。

（4）具有不間斷監(jiān)控功能。

（5）具有機(jī)車定位功能。

（6）具有機(jī)車速度限制警告功能。

（7）具有監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳功能。

（8）具有語音通信功能。

（9）具有視頻通信接口功能。

（10）具有數(shù)字地圖功能。

1.3 煤礦機(jī)車通信要求

1.3.1 主流礦井語音通信技術(shù)

目前，煤礦使用的語音通信技術(shù)普遍落后。使用較多的有線通信系統(tǒng)不具可移動(dòng)性，靈活性較差。無線語音通信技術(shù)，總體還處于較落后的水平。部分煤礦使用了礦用小靈通系統(tǒng)、礦用CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)和WiFi礦井移動(dòng)通信系統(tǒng)等。采用ZigBee這種新興無線網(wǎng)絡(luò)做語音通信也有一定應(yīng)用。

1.3.2 語音通信需求分析

考慮礦井工作環(huán)境的特殊性及實(shí)際需要，對(duì)煤礦機(jī)車語音通信技術(shù)的選擇提出了如下要求。

（1）具有能清晰、穩(wěn)定的通話效果，支持各種通話操作。

（2）通信網(wǎng)絡(luò)具有較高帶寬及實(shí)時(shí)性。

（3）通信方式為無線通信。

通過比較，WiFi語音通信技術(shù)適于煤礦機(jī)車系統(tǒng)的語音通信需求[3]。

1.3.3 網(wǎng)絡(luò)需求分析

鑒于煤礦機(jī)車系統(tǒng)功能分析，要求其網(wǎng)絡(luò)既能夠滿足語音通信實(shí)時(shí)性要求，又能滿足數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確、快捷要求。由于煤礦工況條件較差，系統(tǒng)維護(hù)困難，應(yīng)優(yōu)先選擇故障率低并具有一定的自愈能力的網(wǎng)絡(luò)。

煤礦機(jī)車監(jiān)控傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包括數(shù)據(jù)信號(hào)、語音信號(hào)和視頻監(jiān)控信號(hào)3大類。其中數(shù)據(jù)信號(hào)包括機(jī)車的ID、行駛速度、所運(yùn)載的貨物信息、司機(jī)ID以及各種報(bào)警參數(shù)等；語音信號(hào)為32、16或8kbit/s的不同質(zhì)量的語音信息；視頻監(jiān)控信號(hào)的速率為1.5Mbit/s或者n×64kbit/s[4]。

2 應(yīng)用

根據(jù)煤礦機(jī)車功能分析，設(shè)計(jì)出一款煤礦機(jī)車監(jiān)控及調(diào)度系統(tǒng)，總體框圖如圖1所示。包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、RFID標(biāo)簽和車載裝置等部分。其中，車載裝置是安裝在機(jī)車上的所有模塊的統(tǒng)稱，是整個(gè)系統(tǒng)的核心；服務(wù)器包含調(diào)度服務(wù)器和語音服務(wù)器，調(diào)度服務(wù)器運(yùn)行綜合調(diào)度平臺(tái)軟件，語音服務(wù)器為各單元間的語音通信提供信息處理功能；RFID標(biāo)簽用于實(shí)現(xiàn)機(jī)車定位功能。

3 結(jié)語

該文分析了煤礦機(jī)車系統(tǒng)的工況特點(diǎn)，對(duì)煤礦機(jī)車系統(tǒng)所需要的功能進(jìn)行了分析，主要包括監(jiān)控要求和通信要求，以及與之對(duì)應(yīng)的控制設(shè)備。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出一款煤礦機(jī)車的監(jiān)控及調(diào)度系統(tǒng)，并在某煤礦礦井中應(yīng)用，能夠滿足煤礦機(jī)車系統(tǒng)的運(yùn)行要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 司匡書.礦井機(jī)車監(jiān)控及定位系統(tǒng)研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2012.

[2] 繆賢浩.基于工業(yè)以太網(wǎng)的煤礦軌道運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].煤炭技術(shù)，2014，33（3）：232-234.

[3] 吉增超.KJ221型礦井機(jī)車運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用[J].河南科技，2013（4）：16-17.

[4] 張申，丁恩杰，武增.煤礦井下綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，2002，27（2）：206-210.