無軌膠輪車調度系統設計研究

王 剛

（晉能控股煤業集團四臺礦輔運科， 山西 大同 037000）

引言

無軌膠輪車作為礦井的輔助運輸設備，已越來越廣泛應用于煤礦生產之中。無軌膠輪車具有節省人力、物力，提高企業效果等優點，但由于井下巷道結構復雜且巷道內十分狹窄，無軌膠輪車的擁堵現象越來越頻繁，在特殊情況下還會發生交通事故，嚴重影響企業生產秩序[1-5]。傳統的無軌膠輪車監控系統功能單一、技術落后，已無法滿足井下生產的實際需求。針對這一現象，本文提出無軌膠輪車調度系統的設計研究，通過設置檢測節點、基站以及信號燈等裝置，完成無軌膠輪車的合理調度，規范無軌膠輪車行駛規則，提高井下運輸效率。

1 無軌膠輪車調度系統結構設計

1.1 整體結構設計

依據無軌膠輪車調度系統設計要求與井下的實際應用條件，將無軌膠輪車調度系統分為井上主站和井下分站兩部分[6]。井上控制主站主要由四部分組成，分別為主服務器、數據處理器、打印設備以及終端顯示。井上主站的主要功能為對車輛運行狀態進行顯示與記錄，依據控制策略對井下信號燈與各個分站進行控制，實現調度系統各控制功能；井下分站主要由五部分組成，分別為檢測節點、監測基站、信號燈、移動節點以及傳感器。井下分站的主要功能為對井下車輛進行信息檢測、定位以及信息上傳，通過監控井下車輛狀態，分析區間控制策略，判斷車輛運行狀態是否正常，是否可以順利運行，通過信號燈對車輛運行進行合理調配。井上主站與井下分站的合理配合可使井上的調度人員實時掌握無軌膠輪車的運行軌跡，精確掌控車輛運行狀態，使無軌膠輪車運輸系統更加科學、高效、現代，提高煤炭企業運輸效率。無軌膠輪車調度系統的整體設計方案如圖1 所示。

圖1 無軌膠輪車調度系統整體設計方案示意圖

1.2 井上主站功能與結構設計

井上控制主站設置在調度室內，可以分為存儲、傳輸數據以及顯示等模塊。井上控制主站應具備可視化監控功能、數據存儲功能、信號燈控制功能以及人工干預功能。其中，可視化監控功能為井下監測數據的可視化顯現；數據存儲功能為車輛運行狀態數據的記錄儲存；信號燈控制功能為依據控制策略與車輛實際運行信息控制信號燈狀態，合理調配車輛；人工干預功能為當發生特殊情況時可對井下信號燈、語音、電子屏、分站等進行人為控制，合理處理事故[7-9]。

由功能分析可知，井上控制主站可分為存儲模塊、顯示模塊、人工干預模塊以及控制模塊四部分。其結構示意圖如下頁圖2 所示。

圖2 井上主站結構示意圖

1.3 井下分站功能與結構設計

井下分站主要是對區段內的車輛進行信息控制與監測，是調度系統的重要組成部分。依據實際生產需求以及井下環境，井下分站應具備的功能主要有車輛信息檢測功能、車輛定位功能以及自動控制功能。其中，車輛信息檢測功能是對車輛的油溫、車速等車輛狀態進行檢測，超過設定值就會報警，提醒維修人員維修；車輛定位功能是對車輛位置與行駛方向的確定；自動控制功能為依據控制策略與車輛實時運行狀態對車輛進行自動控制，指令車輛是等待還是前行。

對井下控制分站進行設計，其結構示意圖如圖3所示。井下車輛定位的采集主要通過無線通信進行，車輛上會安裝發射裝置，接收裝置安裝于井下巷道墻壁上，通過定位算法即可得到車輛定位信息。在車輛上安裝有油溫與車速檢測裝置，車輛有油溫過高或者超速等故障現象，報警信號會通過無線信號傳遞至接收裝置，從而使調度人員可以及時知曉。自動控制的實現需在巷道內進行信號燈安裝。司機應依據信號燈指示進行車輛控制，提高車輛運行效率，減少事故發生概率。同時，車輛上還配備了黃色警示燈，當前后車輛距離過近時，車上的黃色警示燈就會亮起，提示司機保持安全距離，小心行駛。

圖3 井下控制分站結構示意圖

2 主要設備設計選型

無軌膠輪車調度系統主要設備設計選型應考慮的因素包括以下幾方面：由于井下環境復雜，干擾因素較多，故設備設計選型因具有強抗干擾、強穩定性的性能，防止因信號中斷造成事故發生；由于煤炭開采過程中存在瓦斯，故設備應具有防爆性能；在滿足設計要求的前提下盡量節約成本與維修費用。

2.1 井下分站處理器設計選型

井下控制分站處理器需對車輛進行定位，同時還需與主站進行信息交互。現階段的控制器主要有PLC與單片機兩種。相較于單片機，PLC 更加穩定，故本文選擇PLC 控制器。綜合井下實際生產狀況，本文選S7-200SMART PLC 作為井下分站處理器。

2.2 車輛定位模塊設計選型

車輛的定位模塊主要有檢測節點與未知節點兩個部分。其中，未知節點安裝于井下車輛上，對車輛位置、速度、溫度、ID 等信息進行實時采集并不斷向周圍發送；檢測節點安裝于巷道煤壁上，其位置為固定的，也叫作參考節點。檢測節點的作用為接收未知節點發送的實時信息，并對信息的信號強度進行計算，然后將車輛實時信息與信號強度計算值發送至井下分站。未知節點與檢測節點之間采用無線通信技術進行信息傳輸，選用CC2530 芯片為定位模塊。其車輛定位模塊通信示意圖，如圖4 所示。檢測節點與未知節點的ID 號設置通過撥碼開關進行設置，未知節點的一個ID 只代表一輛車，檢測節點ID 匹配的為該節點所處未知，通過節點之間的通信使檢測信息傳輸至井下分站。

圖4 車輛定位模塊通信示意圖

2.3 車輛信息檢測模塊設計選型

車輛信息檢測模塊的主要功能為對車輛油溫、油壓、車速以及車輛所處環境信息的檢測，一旦檢測信息出現異常，車輛信息檢測模塊就會發出警報，提醒司機與調度及時處理。YE0.3/24 型礦用保護監控儀具有存盤功能，信息檢測較為準確，符合車輛信息檢測模塊設計選型要求。

2.4 井上主站設計選型

井上主站主要是依據分站的信息結合原有指定的控制策略對分站進行指令下達，實現自動控制目的。研華公司的610-H/L 控制器I/O 豐富，支持以太網等通信模式，處理速度快，設備功能可擴展，較為符合井上主站設計要求[10-11]。

3 系統測試

按上述方案進行無軌膠輪車調度系統設計并對其進行模擬實驗，無軌膠輪車駛入模擬巷道后信號等變為紅色，駛出后變為綠色；井上監控系統顯示無軌膠輪車位置與歷史無軌膠輪車運行時間、位置顯示準確，符合要求；模擬無軌膠輪車電壓低或溫度高時，報警信息準確正常；人工干預系統運行正常，警示功能與指令下達可靠，符合要求。經綜合分析，井下無軌膠輪車調配合理，運行井然有序，運輸效率較原系統優化提升50%；無軌膠輪車調度系統試運行一年內未發生無軌膠輪車追尾、碰撞等事故，井下運輸安全系數大大提升，符合無軌膠輪車調度系統的設計要求。

4 結論

1）無軌膠輪車調度系統主要分為井上主站和井下分站兩部分，井上主站的功能是對車輛信息顯示以及車輛調度控制，井下分站的主要功能為車輛信息的檢測與判斷。

2）按上述方案進行無軌膠輪車調度系統優化后，無軌膠輪車運行順暢，運輸效率提升50%，且無軌膠輪車在一年內未發生相關事故。