孫 俊

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)四老溝礦大型設(shè)備管理隊(duì)，山西 大同 037000）

引言

隨著煤礦領(lǐng)域的不斷發(fā)展，采煤效率越來越高，對(duì)煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)要求也越來越高，煤礦中使用的有軌運(yùn)輸系統(tǒng)，其劣勢逐漸顯露[1]。無軌膠輪車作為煤礦領(lǐng)域非常重要的輔助運(yùn)輸設(shè)備，不需要受到軌道的限制，使用時(shí)具有很大的靈活性，在煤礦領(lǐng)域得到了很廣泛的應(yīng)用，在提升運(yùn)輸效率方面發(fā)揮著非常重要的作用[2-3]。但是煤礦井下工作環(huán)境較為復(fù)雜，巷道通常比較狹窄，如果調(diào)度不當(dāng)可能導(dǎo)致無軌膠輪車在礦井內(nèi)發(fā)生堵塞等問題，嚴(yán)重時(shí)可能引發(fā)安全生產(chǎn)事故[4]。基于此應(yīng)充分結(jié)合煤礦巷道實(shí)際情況，設(shè)計(jì)研究無軌膠輪車調(diào)度系統(tǒng)，以便實(shí)時(shí)掌握礦井內(nèi)無軌膠輪車的運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)其運(yùn)行軌跡進(jìn)行調(diào)度，保障礦井運(yùn)輸安全[5-6]。

1 調(diào)度系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1為設(shè)計(jì)研究的礦用無軌膠輪車調(diào)度系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖。從圖中可以看出，調(diào)度系統(tǒng)整體上可以劃分成為兩大部分，分別為井上和井下部分。井下部分的作用主要是完成井下無軌膠輪車的定位以及信息的檢測、上傳等功能，主要由檢測節(jié)點(diǎn)、移動(dòng)節(jié)點(diǎn)、信號(hào)燈、傳感器等部分構(gòu)成。通過傳感器檢測車輛的位置信息，并充分結(jié)合礦井內(nèi)部其他區(qū)域的車輛信息情況，判斷車輛能否安全通過下一個(gè)區(qū)間，并通過信號(hào)燈來控制無軌膠輪車的停止與運(yùn)行。井上部分的作用主要是對(duì)井下所有無軌膠輪車的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行記錄并顯示，同時(shí)還需要對(duì)井下各分站以及信號(hào)燈進(jìn)行控制。

圖1 無軌膠輪車調(diào)度系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖

無軌膠輪車的調(diào)度全部由系統(tǒng)自動(dòng)控制，正常情況下無需人為干預(yù)，特殊情況下可以通過人為方式進(jìn)行控制。通過井上部分和井下部分之間的相互協(xié)調(diào)工作，使得工作人員能對(duì)井下所有車輛的運(yùn)行軌跡進(jìn)行充分掌握。調(diào)度系統(tǒng)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)礦井無軌膠輪車的自動(dòng)化控制和可視化。

2 調(diào)度系統(tǒng)主要硬件設(shè)施選型

2.1 井上控制主站選型

井上控制主站的作用是接受井下部分的車輛信息，并對(duì)所有車輛信息進(jìn)行綜合判斷分析，結(jié)合控制策略下達(dá)控制指令，對(duì)井下分站以及所有信號(hào)燈進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)無軌膠輪車的調(diào)度。結(jié)合實(shí)際情況選用的井上控制主站型號(hào)為610-H/L，該型號(hào)設(shè)備具有非常豐富的I/O接口，可以很好地與其他硬件設(shè)施進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)功能的拓展，對(duì)數(shù)據(jù)處理的能力也能夠滿足實(shí)際使用需要。

2.2 井下控制分站處理器選型

井下控制分站處理器的作用是根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)信息分析判斷車輛的具體位置，并根據(jù)井上控制主站下達(dá)的控制指令對(duì)無軌膠輪車進(jìn)行控制。選用的處理器型號(hào)為西門子公司研制生產(chǎn)的S7-200型PLC控制器，該型號(hào)控制器具有穩(wěn)定的功能，且有豐富的I/O拓展接口，能夠通過多種網(wǎng)絡(luò)模式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的交互，在工業(yè)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，已經(jīng)得到了實(shí)踐的檢驗(yàn)。

2.3 無軌膠輪車定位模塊選型

定位模塊主要由兩部分構(gòu)成，分別為檢測節(jié)點(diǎn)和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，檢測節(jié)點(diǎn)安裝在煤礦巷道固定位置上，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)車放置在無軌膠輪車上，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置即為無軌膠輪車的位置。工作過程中，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)將車輛相關(guān)數(shù)據(jù)信息，包括運(yùn)行速度、油溫、ID編號(hào)等向外發(fā)射，檢測節(jié)點(diǎn)接受移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)射的數(shù)據(jù)信號(hào)。由于兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間需要實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸，因此選用的是CC2530型芯片作為定位模塊的處理器，該型號(hào)處理器內(nèi)置有ZigBee協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸。圖2所示為無軌膠輪車定位模塊的工作示意圖。

圖2 無軌膠輪車定位模塊工作示意圖

2.4 車輛信息檢測模塊選型

為了保障無軌膠輪車在井下的運(yùn)行安全，有必要對(duì)車輛的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行檢測，主要檢測的信息包括運(yùn)行速度、油溫、油壓以及環(huán)境瓦斯?jié)舛?。結(jié)合實(shí)際情況選用柴油機(jī)車保護(hù)監(jiān)測儀對(duì)上述信息進(jìn)行檢測，具體型號(hào)為YE0.3/24。該型號(hào)監(jiān)測儀工作時(shí)的電流和電壓分別為300 mA和DC 15~30V。

3 調(diào)度系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

調(diào)度系統(tǒng)軟件部分是整個(gè)系統(tǒng)的靈魂所在，是實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，本系統(tǒng)中井下軟件程序最為關(guān)鍵，以下主要對(duì)該部分軟件程序進(jìn)行介紹。井下部分的主要作用是獲取無軌膠輪車的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并判斷車輛的具體位置及其運(yùn)動(dòng)方向。同時(shí)根據(jù)井上部分下達(dá)的控制指令對(duì)信號(hào)燈進(jìn)行控制。井下所有硬件模塊都要配套使用軟件程序才能實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。圖3為井下部分軟件整體構(gòu)成框圖。

圖3 井下部分軟件整體構(gòu)成

圖中，最重要的是對(duì)無軌膠輪車的定位及其運(yùn)動(dòng)方向的判斷，圖4所示為無軌膠輪車的定位方法基本流程圖。調(diào)度系統(tǒng)工作時(shí)檢測節(jié)點(diǎn)會(huì)不斷地接收移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)射的信號(hào)數(shù)據(jù)。當(dāng)接受到同一移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)射的三個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)，可以從中篩選出信號(hào)強(qiáng)度最大的三組數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)都對(duì)應(yīng)有一個(gè)確定的RSSI值，該數(shù)值大小決定了移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和檢測節(jié)點(diǎn)之間的距離。系統(tǒng)可以根據(jù)RSSI值計(jì)算得到兩者之間的距離，在此基礎(chǔ)上根據(jù)三角質(zhì)心算法來確定移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，即車輛的具體位置。

圖4 無軌膠輪車定位方法流程圖

在判斷無軌膠輪車移動(dòng)方向時(shí)，主要是根據(jù)固定檢測節(jié)點(diǎn)和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的RSSI值大小進(jìn)行判斷。如果隨著時(shí)間推移RSSI值越來越小，意味著兩者的距離越來越遠(yuǎn)，相反的，若RSSI值越來越大，則表示兩者之間的距離越來越小。在此基礎(chǔ)上可以判斷車輛的移動(dòng)方向。

4 調(diào)度系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用分析

將設(shè)計(jì)的無軌膠輪車調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)用到煤礦工程實(shí)踐中，并對(duì)其各項(xiàng)功能進(jìn)行了連續(xù)三個(gè)月時(shí)間的測試和驗(yàn)證。結(jié)果發(fā)現(xiàn)調(diào)度系統(tǒng)取得了很好的實(shí)踐應(yīng)用效果，可以對(duì)礦井內(nèi)的無軌膠輪車進(jìn)行準(zhǔn)確定位，在此基礎(chǔ)上對(duì)信號(hào)燈進(jìn)行準(zhǔn)確控制，實(shí)現(xiàn)車輛的高效調(diào)度。同時(shí)，位于井上部分的服務(wù)器可以對(duì)所有車輛信息進(jìn)行存儲(chǔ)，在監(jiān)控顯示屏中顯示車輛的運(yùn)行軌跡。在系統(tǒng)管理層面，所有用戶都需要通過賬號(hào)和密碼才能進(jìn)入系統(tǒng)，操作日志自動(dòng)保存，系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)可以調(diào)取查看。利用調(diào)度系統(tǒng)可以對(duì)礦井中使用的無軌膠輪車進(jìn)行高效管理，比如可以對(duì)車輛進(jìn)行登記、查詢等。無軌膠輪車運(yùn)行過程中如果存在違章情況，比如占道、不按信號(hào)燈指示運(yùn)行等情況時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出聲光警報(bào)以提示相關(guān)人員，從而保障無軌膠輪車的運(yùn)行安全。無軌膠輪車調(diào)度系統(tǒng)的成功實(shí)踐應(yīng)用，不僅顯著提升了車輛的運(yùn)行效率，同時(shí)還在很大程度上保障了礦井安全，為煤礦企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和安全效益，得到了礦井人員的一致認(rèn)可。