基于5G技術的礦山臺車遠程遙控系統分析

謝春華

（中煤科工集團沈陽研究院有限公司 遼寧省撫順市 113122）

伴隨著我國5G 技術的迅速進步，我國礦業也朝著更加安全、綠色、高效的方向發展，依托礦山臺車遠程遙控系統，在礦產挖掘的過程中，大幅度降低了人力資源消耗，并有效提升了企業工作效率，幫助企業提供了更加豐厚的經濟利潤。因此，對于國內礦業企業來講，依托先進5G 技術，建設礦山臺車遠程遙控系統，并總價相關的技術操作要點，便成為了該行業從業人員在新時代背景下，必須要關注的重要課題，針對這一問題的解決，也會對我國的5G技術發展以及礦山作業模式產生深刻的影響，這是我國實現各類產業升級，提升產能效率的重要前提。

1 礦山臺車遠程遙控系統的建設方案

對我國的礦山開采工作進行分析，目前礦山開采深度在1000米左右，集中作業區域在-735m 到-960m 之間，已經探明的資源多存在于1000 米以下，伴隨著開采深度的增加，將會面臨有地溫提高，地應力提升、溶水壓增加、開掘擾動增加等復雜工作環境，對礦山安全生產工作效率造成比較大的影響，同時也給實地工作的工作人員造成嚴重的安全隱患。而依托5G 技術的礦山臺車遠程遙控系統建設，能夠對上述問題進行有效規避，而通過自身經驗，現總結出以下礦山太差遠程遙控系統建設方案。

1.1 5G網絡建設

以筆者所在的礦業企業為例，在礦山中心機房，安裝了5G 核心設備BBU5900；地面控制室建設5G 室分設備與5GCPE，由此達到澆灌式覆蓋效果，此覆蓋系統分別由pRRU、PHUB、BBU 構成，實現5G 信號在控制室范圍內的全面覆蓋；5G CPE 用于對5G 信號進行收集，依托工業路由器連接電動鑿巖臺車遠程操作臺；井下采礦廠所建設的5G 基站，設計RRU、AAU 以及OPM 三個部分，由此實現5G 信號的全面覆蓋；地面遠程操作臺與礦山臺車中都安裝有5G CPE 設備與工業路由器，用來傳輸和接受5G 網絡信號，工業路由器分別和電動鑿巖車遠程控制系統與地面遠程控制臺的控制單元相連；礦山中心機房到井下采礦場均鋪設有光纖電纜，從而達到5G 核心設施與礦場5G 基站設備的有效連接，5G 核心網結構如圖1 所示。

1.2 DD311型礦山臺車遠程遙控系統的建設

1.2.1 系統簡介

DD311 性礦山臺車遠程控制系統是依托視頻傳輸技術、無線通信技術、自動化控制技術等，并且將原有的大臂多路閥與鑿巖、快退液控系統升級改造成電液驅動系統，工作人員在集控室，依靠專業化的遙控操作裝置，使用5G 專網聯通礦山現場的車載控制系統和云臺高清攝像頭，對礦山臺車開展遠程無線鑿巖作業的實時遠程操作。集中控制室的遠程控制操作平臺依靠5G 專線網絡和電動礦山臺車上的車載控制系統互相通訊。

圖1：5G 核心網結構圖

圖2：遠距離遙控操作平臺

工作區域，礦山臺車依靠車載CPE 把視頻、車輛信息狀態發射出去，依靠5G 基站接收傳輸到的地表集控室；與之相同的，集控室的控制信號依靠光線傳送至工作區域中的5G 基站，同時通過車載無線CPE 接收送達車載控制系統。工作人員依靠集中控制室實現對操作平臺中相關設備的遠程控制。礦山臺車前端位置安裝有可變焦攝像頭，把現場作業環境有效反饋至集中式當中，輔助其遠程開展礦山開采作業。

1.2.2 系統構成

在DD311 型號礦山臺車遠程控制系統中，主要包含有遠距離遙控操作平臺、車載控制系統、車載監測系統、遠程視頻系統、遠程液壓系統以及遠程點控制系統留個板塊。

在遠距離遙控操作平臺當中，涉及有操作平臺、嵌入型核心控制裝置、數據匯總器、液晶顯示屏、圖像顯示軟件、狀態信息處理顯示軟件等若干部分，依靠通信模塊將指定操作指令傳送至網絡中，并且針對車載系統傳輸至網絡中的車輛信息情況開展接收處理，整體結構如圖2 所示。

在車載控制系統中，包含有車載信息接收單元、車載狀態數據收集軟件、電源、車輛狀態監測單元、車載信息匯聚器、車載接口控制單元等構成。車載控制系統的控制箱安裝于DD311 礦山臺車上部，依靠接收遠距離控制平臺中發出的信號來達到對DD311 礦山臺車的有效控制。

在車輛監控系統中，其主要功能是對礦山臺車工作狀態進行實時監測，并顯示諸如旋轉壓力、風壓、水壓、空壓機工作時間、鑿巖機工作時間、推進壓強、旋轉壓強、推進梁延伸壓強的各種數據。

在實時視頻系統當中，包含有云臺變焦攝像頭、視頻處理顯示軟件以及高性能無線網橋等設備，在DD311 電動鑿巖臺車頂部前方區域將會安裝兩個以上的可變焦的高清云臺攝像頭，把視頻數據有效傳輸到遠距離控制平臺之上，依靠視頻顯示軟件對其進行處理，最后傳輸到顯示屏上進行直觀顯示。

在遠程液壓系統當中，把DD311 礦山臺車大臂液控多路閥調整為電液控多路閥，強化閥組電控能力，同時保存閥組的手動控制功能；在DD311 礦山臺車沖擊、推進、旋轉和快退液控系統并裝為一套電液控系統，裝配電磁閥，完成手動與遙控的雙控制。

在遠程電控系統中，包含有車載控制箱接線、DD311 礦山臺車MP 主控箱接線、BOX81 分線以及DD311 礦山臺車操作臺接線。

以上，便是基于華為5G 技術的DD311 型礦山臺車的系統構成元素。依托上述構成要素，能夠實現對礦山臺車的遠距離控制，開展常規的礦山信息收集、遠程鑿巖施工等工作。

2 礦山臺車遠程遙控系統的相關技術要點

經過長期的實踐和不斷的技術改良，先總結出DD311 型礦山臺車遠程遙控系統在使用過程中需要遵循的相關技術要點。

（1）所建立的5G 網絡可以顯著減低空口的延遲、網絡轉發延遲、重轉可能性以及丟包可能性。使用支持免調度的新一代多地址接入與D2D 等先進技術能夠降低信號和數據在傳輸過程中的中轉情況，同時使用更為科學的調制編碼與HARQ 重轉模式，能夠有效強化DD311 性礦山臺車遠程遙控系統在信號傳輸過程中的穩定性和可靠性，在網絡架設工作當中，可以通過控制云通來對現有的信號傳輸路徑進行優化，有效控制業務數據信息靠近轉發云與接入云邊緣的情況，對5G 網絡信號傳輸過程中出現的延遲情況進行有效控制。

（2）在DD311 型礦山臺車遠程遙控系統當中，5G CPE 充當DMZ 映射到工業路由器當中，兩個工業路由器間建立GRE 隧道，由此實現兩端多個設備在相同的虛擬網絡中互訪的效果。

（3）在DD311 型礦山臺車遠程遙控系統當中，可以實現遠距離控制系統和就地操作模式之間的無縫切換，工作人員不僅可以在相對較為危險的區域進行鑿巖施工，還可以在相對安全的區域進行更加高精度的鑿巖施工作業。

（4）在DD311 型礦山臺車遠程遙控系統當中，使用了開放型結構、標準化接口與協議，具備良好的可開發性和延展性，后期能夠功能拓展與軟件升級；設置了開關量與比例量控制信號，依靠核心控制器強化安全性與可操作性；系統建立在加拿大BTI 無線遠程控制系統安全控制策略與理念開展相關元素的設計工作。

（5）在DD311 型礦山臺車遠程遙控系統當中，遠距離控制操作平臺與車載控制系統包含有故障記錄與自我診斷能力，在后期的維護和修理工作中是比較簡單的。

（6）在DD311 型礦山臺車遠程遙控系統當中，各類控制程序均采用模塊化設計方式，各模塊在使用過程中高度獨立，能夠獨自完成各類功能。

整體來說，按照以上要點，基于華為5G 技術DD311 性礦山臺車不僅能夠開展本地的鑿巖施工作業，還能夠進行遠距離鑿巖施工作業，本地與外地之間能夠進行無縫切換。遠距離操作平臺的操作界面和礦山臺車本體操作界面相同，操作簡單易學。需要認識到的是，礦上臺車上的各類儀表指示燈以及傳感數據在地面遠距離操作平臺上是可以進行同步顯示的，工作人員能夠隨時就礦山臺車的工作狀態進行了解，并同步根據指示燈與傳感數據信息作出正確的判斷，由此來實現對設備的正確操作。工作人員從之前井下現場作業到現在地表遠程作業，工作環境將會發生巨大的變化，現在，地面控制室環境可以達到冬暖夏涼，工作人員能夠隨時呼吸到新鮮的空氣，不再出現之前現場作業可能引發的塵肺病等職業病，有效增強了工作的安全性，增加了礦山企業的整體經濟效益，迎合了我國礦業生產作業中安全第一、以人為本的重要理念。所在單位把改造后的DD311 型礦山臺車遠程遙控系統在某礦山工程進行應用，經過多次測試后，證明該礦山臺車完全符合現場使用需要，顯著提升了工作效率并有效保障了工作人員的安全，優化的操作者的工作環境，另外，依托5G 技術方式來對礦山臺車進行遠程控制之后，讓每年由于電纜使用、電纜拖拽等造成的損耗從原來的每年三十余萬元人民幣降低為0。

3 結束語

整體來說，依托5G 技術的礦山臺車遠程遙控系統建設，是我國礦業企業今后發展的必由之路，同時也是提升我國礦業企業在國際市場中競爭力的有效措施，因此，國內相關礦業企業，應當深入分析當前一些較為成功的，基于5G 技術的礦山臺車遠程遙控系統建設方案，由此來加速我國礦業企業對5G 等先進技術的布局應用，讓我國相關產業具有更強大的國際市場競爭力。