礦用膠輪車自動調(diào)度控制系統(tǒng)的設(shè)計

張 輝

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉圣億欣煤業(yè)有限公司， 山西 晉城 048006）

引言

煤礦運輸包括有主運輸和輔助運輸，其中，主運輸主要是指帶式輸送機(jī)、刮板輸送機(jī)；輔助運輸主要分為軌道輔助運輸和無軌輔助運輸。本文所研究的膠輪車為無軌輔助運輸?shù)囊环N，也是煤礦常見的運輸模式之一。但是，在實際應(yīng)用中由于巷道內(nèi)空間狹窄，僅能夠保證一輛膠輪車通過，極易導(dǎo)致車輛堵塞，需要頻繁倒車解決上述問題，甚至發(fā)生較為嚴(yán)重的安全事故[1]。因此設(shè)計了一款自動調(diào)度控制系統(tǒng)，以保證膠輪車在巷道安全、高效通過。

1 礦用膠輪車自動調(diào)度控制系統(tǒng)的總體設(shè)計

結(jié)合膠輪車在實際生產(chǎn)的運輸需求，要求其自動調(diào)度控制系統(tǒng)需滿足如下要求：

1）礦井膠輪車的調(diào)度任務(wù)是基于控制算法而實現(xiàn)的，從而保證控制的精度和實效性；

2）礦井膠輪車自動調(diào)度控制系統(tǒng)具備上位機(jī)顯示功能，方便用戶實時通過界面直觀掌握工作面膠輪車的運輸狀況；

3）需采用可靠、高速的信號傳遞軟件實現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的實時通信。

1.1 礦用膠輪車自動調(diào)度控制系統(tǒng)概述

自動調(diào)度控制系統(tǒng)包括有自動控制和調(diào)度系統(tǒng)兩部分，具體劃分為膠輪車輛的監(jiān)測定位、自動調(diào)度與控制以及上位機(jī)顯示功能。

膠輪車輛監(jiān)測定位功能：對現(xiàn)場膠輪車輛的位置和運行方向進(jìn)行實時監(jiān)測和控制；

自動調(diào)度與控制功能：在對現(xiàn)場路況進(jìn)行監(jiān)測的基礎(chǔ)上，對所有車輛的運行狀態(tài)進(jìn)行控制；同時，可對現(xiàn)場車輛運行的優(yōu)先級根據(jù)運輸任務(wù)進(jìn)行調(diào)整[2]。

上位機(jī)顯示功能：用戶可通過上位機(jī)顯示軟件對膠輪車輛的行駛位置、行駛路線以及交通燈的狀態(tài)進(jìn)行實時顯示。

礦用膠輪車自動調(diào)度控制系統(tǒng)需結(jié)合礦井巷道的實際情況進(jìn)行制定，巷道可分為直線型巷道和三岔口巷道等。針對膠輪車輛數(shù)量及其他信息的采集，需在區(qū)段的出入口位置安裝對膠輪車輛進(jìn)行檢測的裝置，主要對膠輪車輛是否進(jìn)入錯車點或是否離開錯車點進(jìn)行監(jiān)測。對應(yīng)的，在膠輪車輛的車身位置安裝無線發(fā)射裝置，并在工作面巷道沿途內(nèi)安裝“接收機(jī)”。接收機(jī)的布置如圖1 所示：

圖1 接收機(jī)布置位置

1.2 膠輪車輛監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計方案

結(jié)合礦井膠輪車輛的運輸任務(wù)，膠輪車監(jiān)控系統(tǒng)須實現(xiàn)對區(qū)段內(nèi)所有車輛行駛方向進(jìn)行監(jiān)測，并通過無線傳輸功能實現(xiàn)相關(guān)采集信息的傳輸[3]。總的來講，膠輪車輛監(jiān)控系統(tǒng)包括有發(fā)射節(jié)點、檢測點、檢測基站和發(fā)放控制信息的交通信號燈等。膠輪車輛監(jiān)控系統(tǒng)總體框圖如下頁圖2 所示。

圖2 膠輪車輛監(jiān)控系統(tǒng)總體框圖

上述系統(tǒng)中，除了常規(guī)的車輛檢測定位單元、通信單元、車輛運行狀態(tài)顯示單元以及人工干預(yù)控制單元外，更為核心的是根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)得出可行、實時的控制策略實現(xiàn)對礦井膠輪車輛的自動調(diào)度功能[4]。

2 膠輪車輛自動調(diào)度控制策略的設(shè)計

膠輪車輛自動調(diào)度控制策略設(shè)計的主要依據(jù)為與其相關(guān)的運行和調(diào)度的規(guī)則。因此，本節(jié)首先對膠輪車輛運行相關(guān)的規(guī)則進(jìn)行研究，而后設(shè)計相應(yīng)的控制策略。

2.1 膠輪車輛安全行駛原則

為避免現(xiàn)場膠輪車輛的追尾、沖撞頂牛事故的發(fā)生要求控制策略能夠避免多輛車輛進(jìn)入同一個區(qū)段；要求系統(tǒng)能夠?qū)ν粋€區(qū)段或躲避點處的車輛信息進(jìn)行檢測。

2.2 膠輪車輛是否能夠進(jìn)入?yún)^(qū)段的判定規(guī)則

結(jié)合膠輪車輛在現(xiàn)場的工作任務(wù)，并總結(jié)為如下四種情況：

1）當(dāng)現(xiàn)場一臺基站檢測到一輛膠輪車時，默認(rèn)現(xiàn)場僅有的一輛膠輪車輛位于該基站；

2）當(dāng)相鄰基站也檢測到膠輪車輛，說明膠輪車輛正在向該基站方向運行；

3）當(dāng)膠輪車再次被1）中的基站檢測到，說明在檢測間隔的時間段內(nèi)膠輪車輛并未運行；

4）在連續(xù)運行工況下，膠輪車輛未被其他基站識別，說明膠輪車輛一直在該區(qū)段且運行方向不變[5]。

2.3 膠輪車輛控制規(guī)則

在上述監(jiān)測結(jié)果的基礎(chǔ)上，控制策略的設(shè)計必須按照車輛控制規(guī)則實現(xiàn)，具體如下：

1）只有在當(dāng)前區(qū)段信號綠燈的情況下才可以保證通行；

2）在正常行駛情況下，不允許膠輪車輛在區(qū)段內(nèi)隨意掉頭、倒車等操作；只能夠在錯車點完成掉頭和錯車等操作；

3）除非有特殊情況，否則不運行膠輪車輛在區(qū)段內(nèi)隨意停車；同時，區(qū)段內(nèi)相鄰車輛的間距不得小于10 m。

當(dāng)膠輪車進(jìn)入錯車點時，其對應(yīng)的控制規(guī)則如圖3 所示：

如圖3 所示，當(dāng)膠輪車輛駛?cè)脲e車點時，X1為綠燈意味著可繼續(xù)前行；而C 方向的X3為紅燈。因此，膠輪車只能左轉(zhuǎn)進(jìn)入B 向。同時，B 向和C 向的車輛不允許進(jìn)入A 向，實現(xiàn)兩個區(qū)段的逆向封鎖，保證其安全。

圖3 錯車點控制規(guī)則

2.4 控制策略流程設(shè)計

基于上述控制規(guī)則，并充分結(jié)合現(xiàn)場運輸狀態(tài)，充分考慮如下要求完成控制策略的設(shè)計：

1）要求膠輪車自動調(diào)度控制系統(tǒng)首先對有車和無車情況進(jìn)行檢測，有車包括雙車或單車情況；

2）監(jiān)測數(shù)據(jù)通過上行通道傳至上位機(jī)和數(shù)據(jù)處理器；控制策略信號通過下行通道傳至現(xiàn)場設(shè)備；

3）當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時應(yīng)能夠及時識別，并實時作出動作保證整體的安全性。

設(shè)計如圖4 所示的控制策略流程：

圖4 膠輪車控制流程

3 結(jié)語

膠輪車為煤礦的輔助運輸設(shè)備之一，其擔(dān)負(fù)著礦井的運輸任務(wù)，進(jìn)而影響煤礦整體運輸效率和生產(chǎn)效率。為解決傳統(tǒng)礦井膠輪車在實際控制中出現(xiàn)延時、安全性低以及事故頻發(fā)的問題，本文設(shè)計膠輪車自動調(diào)度控制系統(tǒng)并對整個控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試并總結(jié)如下：

1）結(jié)合礦井巷道實際情況對現(xiàn)場的走向、紅綠燈以及無線接收裝置進(jìn)行合理布置；

2）當(dāng)整個自動調(diào)度控制系統(tǒng)通電后，系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控軟件、數(shù)據(jù)監(jiān)測軟件等均可正常運行；

3）將無線發(fā)射裝置安裝于膠輪車上，隨著膠輪車的運行上位機(jī)所接收的信號可實時反映其運行狀態(tài)；

4）分別在直線巷道和三岔口巷道工況下驗證控制策略的控制效果，得出整個控制策略是正確的、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?/p>