斜巷絞車數(shù)據(jù)無線傳輸及控制系統(tǒng)研究

袁彩杰

(河南能源化工集團 永煤公司新橋煤礦， 河南 永城 476621)

斜巷絞車作為煤礦井下輔助運輸系統(tǒng)的重要設備，主要運輸對象為礦石、機械設備以及井下人員。在斜巷運行時，由于斜巷路況復雜，常有坡度較大的上坡、下坡以及拐彎，行車困難。為避免事故的發(fā)生，斜巷絞車在運行過程中都配備信號工與絞車司機通訊，絞車司機聽信號開車，利用手動打點器和電鈴控制絞車的具體動作。絞車司機無法及時掌握前方路況，極易發(fā)生絞車撞壁、翻車甚至傷人等重大安全事故。

隨著計算機網絡技術、智能控制技術的不斷發(fā)展，在斜巷中加入視頻監(jiān)控系統(tǒng)，使得絞車司機能夠準確掌握絞車運行環(huán)境，在一定程度上降低了安全事故的發(fā)生。由于斜巷距離較長、環(huán)境復雜，在布線、設備安裝等方便面臨諸多困難，而且電纜電線極易被絞車、機械設備壓斷，使得礦用電話、視頻無法正常運行[1-2]. 針對上述問題，在斜巷原有通信系統(tǒng)的基礎上，設計一種無線組網方案，將斜巷絞車車房、斜巷上口、斜巷分道口以及斜巷下口發(fā)出的控制命令、閉鎖命令以無線方式進行傳送，并將斜巷沿線的視頻數(shù)據(jù)進行傳輸，使絞車司機實時掌握行車環(huán)境，確保在斜巷內不發(fā)生安全事故。

1 總體設計

斜巷絞車無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)布網示意圖見圖1，根據(jù)斜巷實際工況，可將斜巷絞車系統(tǒng)分為絞車車房、斜巷上口、斜巷分道口以及斜巷下口4個單元，絞車車房距斜巷上口約70 m，斜巷上口距斜巷下口約1 550 m. 斜巷分道口約在斜巷上口和斜巷下口的中間位置。

在每一個單元中都獨立設置以PLC控制器為核心的電氣控制箱，將該單元的所有數(shù)據(jù)以TCP/IP的模式傳送給網關。網關接收到數(shù)據(jù)后，以無線的形式進行發(fā)送。在絞車的前后位置，安裝無線攝像儀，并將視頻信號傳輸至絞車車房，實時監(jiān)測絞車的運行環(huán)境[3-4]. 根據(jù)斜巷無線傳輸?shù)男盘査ヂ湫?、多徑效應等特點，經過無線組網分析后，將無線基站、無線AP以及無線攝像儀安裝在指定位置，保證無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?、連續(xù)性和穩(wěn)定性。

斜巷各位置的無線基站、網關，安裝在斜巷指定位置的無線AP以及無線攝像儀組成一個無線局域網，實現(xiàn)斜巷絞車數(shù)據(jù)、控制信號的無線傳送和共享。

圖1 斜巷絞車提升無線布網示意圖

2 無線傳輸設備選型

在所設計的斜巷絞車無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，使用的無線設備主要有無線基站、無線AP、無線攝像儀。選用KT09-A型礦用CDMA通信模式的無線基站[5]，可實現(xiàn)井下各移動點或臨時固定點數(shù)據(jù)監(jiān)測和圖像傳輸，可提供語音、短消息、分組無線上網、視頻等服務，該基站基于IP架構，可實現(xiàn)與有線網絡的無縫連接。該無線基站系統(tǒng)容量大，單載頻單扇區(qū)即可支持50名以上用戶同時通話，支持10路無線視頻傳輸，提供多樣的無線覆蓋方式，滿足斜巷復雜巷道的覆蓋需求，實現(xiàn)全斜巷無線信號的無縫覆蓋。KT09-A型礦用無線基站的主要技術參數(shù)見表1.

表1 KT09-A型礦用無線基站的主要技術參數(shù)表

3 控制系統(tǒng)

斜巷絞車車房中設置有絞車控制系統(tǒng)，控制操作臺見圖2. 該操作臺中的斜巷內各無線視頻監(jiān)控點的視頻信息、絞車行進過程中的前方/后方視頻信息都以無線通信的方式傳送至絞車車房，如點擊圖2中的“斜巷上口畫面”、“斜巷下口畫面”等按鈕可進行視頻畫面的切換。另外，斜巷上口/下口以及分道口的控制指令、聯(lián)鎖信號、數(shù)據(jù)信息都以無線通信的方式傳送給絞車車房，并顯示在操作臺主畫面中。除有電源電壓、運行速度、運行頻率、電機電流、溫度指示、深度指示燈系統(tǒng)監(jiān)測參數(shù)外，還有控制指令，如“急?！?、“復位”、“合閘”、“分閘”、“啟動”、“停止”等。當絞車司機控制絞車時，必須保證操作臺與斜巷上口、斜巷分道口以及斜巷下口的聯(lián)鎖信號打開，同時必須觀察斜巷上口、斜巷下口、斜巷分道口視頻監(jiān)控畫面，保證運行環(huán)境的安全。絞車司機確認上述信息后，可進行絞車下放、提升的操作。當斜巷絞車出現(xiàn)緊急情況時，可按下急停，切斷變頻器和油泵電源，實現(xiàn)緊急制動。當變頻器出現(xiàn)故障后，可按下復位，對油泵電機進行軟啟動。

圖2 斜巷絞車控制系統(tǒng)操作臺示意圖

4 應用情況

該設計方案在新橋煤礦19采區(qū)斜巷段進行了為期6個月的工業(yè)試驗，該斜巷段全長907 m，坡度5°～12.3°，以無線控制模式，基于斜巷絞車操作臺，對斜巷內絞車進行控制。實際使用情況：

1) 操作臺中的電源電壓、運行速度、運行頻率等可以正常、穩(wěn)定顯示。

2) 操作臺中的控制按鈕指令，如急停、復位、啟動等可以正確發(fā)送，時延小于200 ms.

3) 斜巷上口/下口等畫面有些許雪花，原因為照明條件較差。

5 結 語

斜巷是煤礦井下的事故多發(fā)區(qū)，完善斜巷安全監(jiān)控系統(tǒng)，對增強煤礦安全性、提高煤礦生產效率具有重要的意義。設計的斜巷絞車無線傳輸以及控制系統(tǒng)，保證了斜巷各重要位置點控制指令、數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)目煽啃?，實現(xiàn)斜巷無死角監(jiān)控，從根本上杜絕斜巷安全隱患，避免傷亡事故發(fā)生，具有重要的社會效益和經濟效益。