煤矿无轨胶轮车监控调度系统设计.pdf

第 3 9卷 第 4期 2 0 1 3年 4月 工矿 自 动 化 I ndu s t r y a nd M i ne Aut o ma t i o n Vo 1 ． 3 9 No ． 4 AD r ． 2 O 1 3 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 3 0 4 0 0 0 9 0 4 D OI 1 0 ． 7 5 2 6 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 X ． 2 0 1 3 ． 0 4 ． 0 0 3 郭海军， 续芳． 煤矿无轨胶轮车监控调度系统设计[ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 3 ， 3 9 4 9 - 1 2 ． 煤矿无轨胶轮车监控调度系统设计 郭 海 军 ， 续芳 中煤科 工集 团重庆研 究 院 ，重 庆4 0 0 0 3 7 摘 要 针对 煤矿 井下巷道 狭 窄 、 视 线 差 、 会 车 困难和 调度 信 息不 畅等 问题 ， 设 计 了一种 无轨 胶轮 车监控 调 度 系统 。该 系统采 用 R F I D技 术 实 时采集 井 下无轨胶 轮 车辆 的运 行数 据信 息 ， 实现 了井下车 辆 定位跟 踪 、 车 辆 调度 管 理功 能 ； 采 用分布 式 自动控 制调 度方 式对 车辆 行进 方 向进行 判 断 ， 通 过信 号灯 对行进 车辆 进行 交通 指 挥 。现 场应 用表 明 ， 该 系统 能够充 分利 用人 员定位 系统 中的 井下设 备 ， 满足 煤矿现 场 应 用需 求。 关键 词 矿 井；辅 助运 输 ；无轨 胶轮 车 ；车辆调 度 ；定位跟 踪 中图 分类 号 TD 5 2 4 文献 标志 码 A 网络 出版 时间 2 0 1 3 0 4 0 1 1 3 2 1 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ ww w． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 3 0 4 0 1 ． 1 3 2 1 ． 0 0 3 ． h t ml De s i gn o f mo n i t or i ng a nd di s p a t c hi n g s ys t e m o f t r a c k l e s s r ub be r t y r e d l o c o mo t i v e i n c o a l mi n e GUO Ha i j u n， XU F a n g Ch o n g q i n g Re s e a r c h I n s t i t u t e o f CCTEG． ，Ch o n g q i n g 4 0 0 0 3 7 ，Ch i n a Ab s t r a c t I n v i e w of pr o bl e m s o f na r r o w r o a dwa y a nd b a d s i ght l i ne ， di f f i c ul t me e t i ng a nd bl o c k e d s c he dul i n g i nf o r ma t i on i n c o a l m i n e un de r g r ou nd，a m o ni t or i n g a n d d i s pa t c hi n g s ys t e m o f t r a c k l e s s r ub be r t y r e d l o c o mot i ve i n c oa l m i n e wa s de s i g ne d． Th e s ys t e m a d o pt s RFI D t e c h no l o gy t o r e a l t i m e l y c o l l e c t o pe r a t i on d a t a o f u nd e r gr o un d t r a c kl e s s r ub be r t yr e d l oc omo t i v e， S O a s t o r e a l i z e f u nc t i o ns o f l o c a t i on， t r a c ki n g a n d s c he du l i ng m a n a ge me nt of ve hi c l e；a nd u s e s d i s t r i but e d a ut oma t i c c on t r ol a nd s c he d ul i ng mo d e t o j u d g e v e h i c l e t r a v e l d i r e c t i o n s ，a n d u s e s s i g n a l l i g h t t o c o mma n d l o c o mo t i v e s ．Th e p r a c t i c a l a p pl i c a t i o n s ho ws t h a t t he s y s t e m c a n ma ke f ul l us e o f e q u i pme n t s o f p e r s o nn e l p os i t i o n i ng s y s t e m ，a n d m e e t wi t h r e q ui r e m e n t s o f m i n e f i e l d a ppl i c a t i on． Ke y wo r d smi ne； a ux i l i a r y t r a n s p or t a t i o n； t r a c kl e s s r u bbe r t y r e d l o c o mo t i v e； v e h i c l e s c he d ul i ng； l oc a t i o n a n d t r a c k i ng 0 引言 无 轨 胶 轮 车具 有 高 效 的运输 能 力 ， 广 泛 应 用 于 煤 矿 井下 辅 助 运 输 。但 由 于 煤 矿 井 下 巷 道 宽 度 有 限 ， 巷道 内弯道 和岔路 口较 多 ， 车辆 驾驶 人员 在无 可 靠信 息指 引 情况 下 驾 驶 车辆 ， 违 章 驾驶 现 象 时 有 发 生 ， 极易 造成 井下 交通 阻 塞 ， 严 重影 响煤 矿 的安全 生 产 ， 降低了运输效率[ 1 ] 。另外 ， 由于煤矿井下地质条 件 复杂 ， 作 业 人 员 及 车 辆 流 动 性 较 大 ， 一 旦 发 生 异 常 ， 不 能准 确掌握 井 下作业 车辆 所处 的位 置 ， 将 给救 援 工作 带来 极 大 的 困难 。为解 决 上 述 问 题 ， 笔 者设 计 了一 种 无 轨 胶 轮 车 监 控 调 度 系 统 。该 系 统 基 于 RF I D定 位技 术 ， 能实 时 了解 井 下 机 车 的流 动 情 况 、 当前 井下 机 车的准 确 数 量 及 分 布情 况 ， 可准 确 掌 握 井下机车 的运行工 况 ， 及 时有 效地 指挥 调度井 下 交通 。 收稿 E t 期 2 0 1 3 - 0 1 2 2 。 基金项 目 中煤科 工集 团重庆研究 院 2 0 1 0年重点研究项 目 C Q1 0 0 1 。 作者简 介 郭海军 1 9 7 9 一 ， 男 ， 山东济 宁人 ， 工程师 ， 主要研究方 向为煤矿井 下人员定 位管理 、 有线／ 无线通信 、 物联 网等 ， E ma i l 6 5 2 3 9 3 3 0 1 6 3 ． c o m 。 1 O 工矿 自动化 2 0 1 3年 第 3 9卷 1 系统结 构及 运行 原理 1 ． 1 系 统 结 构 无 轨胶 轮 车监 控调度 系统针 对井 下无 轨胶 轮 车 辅 助运 输 系统设 计 ， 具有 车辆 监 测 、 交 通 调 度 管 制 、 人 员定 位信 息融 合 等功 能 ， 主要 由监控 主机 、 监 控备 机 、 I E D显示 屏 、 矿 用 交 换 机 、 车 辆 管 理 分 站 、 读 卡 器 、 车载识别卡 、 信 号灯及其他必要设备 组成。其 中 ， 由监控 主机 、 监 控 备 机 、 打 印 机 及 地 面 交换 机 等 设备组成的地面监控 中心作为第一级 网络 ， 该级网 络负责数据 的汇集 、 分析处理 、 存储 、 显示 、 发布、 调 度 任务 编制 及执 行 ； 第 二 级 网络 由井 下 以 太 网通 信 平 台 、 车辆 管理 分站 组成 ， 该 级设 备在 井下 采用 分 布 式 布局 ， 增 强其 信息 传输 的可 靠性 和稳 定性 ， 负责把 采 集 的信息 及 时上传 ， 快 速转 发地 面命 令 ； 第 三 级 网 络 由读 卡器 、 信 号灯 及车 载标 识卡 组成 ， 该 级 网络负 责实时采集井下车辆位置信息并上传至车辆 管理分 站 ， 控 制 井 下 红 绿 灯 显 示 状 态 。 系 统 网 络 结 构 如 图 1所 示 。 监控主机 监控各机 。晶 嘲 ． 黼 一 读卡器； 黼 一车载识别卡； 一信号灯 冈 1 无轨胶轮 车监 控调度系统网络结构 1 ． 2 系统运 行 原理 将车载标识卡 固定在无轨胶轮车上， 在系统 中 心站 软 件建 立识 别 卡 I D号 与 车 辆 信 息一 一对 应 并 存储 ， 确 保 车辆 卡 号 的 唯 一性 。车 载识 别 卡 和读 卡 器 组成 的无线识 别 系统 工作 在 2 ． 4 GHz 微 波 频段 ， 车载识 别 卡周 期性 地按 约定 格式 发 射加 密 的 I D号 。 在读卡器的接收区域 ， 读卡器接收到微波信号， 经过 低噪声放大、 解调及校验 ， 确定接收数据有效后 ， 进 行声 、 光提示 ， 存储标识 卡信息及接收时间 ， 进行信 息上 传 。 车 辆管 理分 站 收到读 卡 器采集 到 的车辆 位 置数 据 后立 即对 该位 置 的交 通信 号 灯 进 行 控 制 调 度 ， 如 果 2个 避车 巷道 之 间 没 有 车辆 ， 路段 两 端 的信 号 灯 通 过 固定 时间来 切 换 指 示状 态 以分 配 路 段 权 限 ， 避 免信 号 灯全 红导 致 效 率 降低 ， 信 号灯 全 绿 存 在 安 全 隐患 ， 如 罔 2 a 中所示 ， 1 号 车看 到红 灯会 在避 车 硐 室处等待， 2号车可 以进入路段 。如果 闭锁路段 内 没有 车辆 ， 路 段处 于 空 闲调 度 状 态 ， l号 车将 得 到 调 度 ， 如 图 2 b 中所示 。1 号 车 进入路 段 之后 ， 该路 段 被 占用 ， 如 图 2 C 中所示 ， 这 时 2号 车 将 禁 止 进 入 路段 ， 信 号灯 不再 切 换 ， 必 须 等 待 1号 车 走 出 路 段 ， 路段 资 源被 释放 ， 2号 车才 能进 入 路 段 。同时 ， 系统 在地 面 中心 站可 对 信 号灯 状 态 进 行 强 制 控 制 ， 实 现 井下 车 辆 的人工 调度 。 避车硐室 避车硐室 t c J 图 2车辆行进方 向调度管理 2车辆 管理 分站 设计 2 ． 1 车辆 管理 分站 主 电路 设 计 车 辆管 理 分 站 主 电路 主 控 芯 片选 用 3 2位 微 控 制器 ， 满 足 系统 对分 站 的快 速 控 制 实 时性 要 求 。陔 处理 器 集成 了 AR M7 TD MI S内核 ， 具 有 大容 量 的 内部 F l a s h和 S RAM ， 提 供 UART、 l o ／ 1 0 0 Mb i t ／ s 快速 以 太 网 口、 C AN 接 口、 S D ／ MMC卡 存储 接 口等 外 围接 口。由地 面监 控主 机或 就地 遥控 设置 分 站初 始化 参 数 ， 分 站根 据 初 始 化 信 息 采集 相 应 传 感 器 信 息 ， 执行 对应 的逻 辑算 法 ， 生成 新 的显示 状 态并 控制 输 出 。分站 与地 面 中心 站保 持 通 信 ， 将 采 集 到 的信 息及执 行 的 控 制 逻 辑 传 送 到 地 面 数 据 库 服 务 器 保 存 ， 其 电路 原理 如 图 3所示 。 2 ． 2控 制调 度算 法设 计 为 了满 足 系 统 的 实 时性 ， 在 车 辆 管理 分 站 上 设 汁和实现 系统 的控 制 调度算 法 ， 完成 对 车辆轨 迹 、 查 2 0 1 3年 第 4期 郭 海 军等 煤 矿 无轨胶 轮 车监控 调 度 系统设 计 l l 本安电源 l I 显示电路 I广 红外摇控电路 豳豳魁 图 3 车辆管理分站 电路 原理 询 等管 理功 能 。 系统设 计 基于 平 台型并 发机 制 的分布 式调 度控 制 模 式 ， 实 现 可 脱 网工 作 。 调 度 算 法 中涉 及 的 重要 数据结 构 如下 Ui n t l 6 c a r ma p E S ] E 8 ]／ ／ 保存每个读卡器读到的调度 车卡， R 1 ≤ ≤8 表示车辆管理分站中的第 i 号读卡器 ， 分站 为每个读卡器分 配 5 辆 车的调度信息 。 Ui n t 8 c a r n u m[ 8 ]／ ／ 统计 每个 读 卡 器 下 经 过 的 调 度 车辆 的 数 目。 Ui n t 8 i d l e t i me 4 ]／ ／ 统计路段 空闲的时间 。 Ui n t 8 s t a t e l i g h t [ 8 ]／ ／ i g录灯下发状态 。 Ui n t 8 l i g h t b a c k [- 8 ]／ ／ 记录灯回发状态。 Ui n t 8 l i g h t c md E 8 ]／ ／ 中心站手动下发的等状态。 车 辆管 理分 站 的 c a r ma p结构 如表 1 所 示 。 表 1 车辆 管理分站 c a r ma p调度表 车辆 管理 分 站上 电初 始化 完成 之后 ， 通过 C AN 等总线与读卡器通信， 将读卡器上传 的车辆信息保 存至上传队列 ， 并分析车辆信息 ， 通过判断和计算生 成 分站 的调 度结 果 。车辆 管理 分 站调度 算 法 的流程 如 图 4所示 。 保存至上传队列 岁 ● Y 比较标识卡到达时间 I 生成新的调度机制， 并保存到 上传调度信息队列 图 4 车 辆 管 理 分 站 调 度 算 法 流 程 车辆 管 理 分站 调 度 实 验 室 测 试 记 录 如 表 2所 示 ， 当巷 道无 车辆 时 ， 车辆 调度 采用 地 面的交 通调 度 机制 ， 通 过 中心站 配置 好 的时 间来进 行 自动 调度 ； 当 巷 道 有车 辆 时 ， 车 辆 管 理 分 站根 据 调 度 算 法 发 出 信 号 灯 新 状 态 ， 优 化 巷 道 资 源 分 配 。通 过 设 计 新 型 通 信 协 议 ， 保 障 了 调 度 的实 时 性 ， 满 足 现 场 的 调 度 要 求 。 3系统 软件 设计 无 轨胶 轮 车 监 控 调 度 系 统 软 件 运 用 ． NE T 技 术 ， 采用 面 向对 象 的可 视 化 编 程 工 具 VC 2 0 0 3开 发 平 台设 计 开 发 ， 数 据 库 为 S QL S e r v e r 2 0 0 5 、 服 务 器 操 作 系 统 为 Wi n d o ws 2 0 0 0 ／ 2 0 0 3 ， 网 络 通 信 采 用 S o k e t 2 ． 0 ， 动态 网页 利用 AS P、 Ac t i v e X、 J AVA 等 开 发 工具 ， We b S e r v i c e 采 用 3层 架构 。系统 中心站 软 件 功 能模块 如 图 5 所 示 。 系统管 理模 块 主要 完成 用户 管理 ， 包括 用户 的 新建 、 修改 、 删除等 ； 用户权限管理 ； 系统参数设置功 能， 如报警参数 、 数据库配置参数等。 设 备 定 义 模块 主要 负 责 对 系统 中接 人设 备 的 逻辑定义 ， 如定义车辆管理分站、 通信链路 、 读卡器 、 信号灯等设备的逻辑地址、 设备类型、 安装位置等 。 系统通信模块 主要完成主机和车辆管理分站、 数据接 口或网络交换机之间的数据收发及通信协议 解 析 的功 能 。 数 据分 析模 块 主要 完成井 下 车辆定 位 、 轨迹 跟 踪 、 当前位置查询 、 行进方 向准确判断、 交通指挥的 I 2 ． 工矿 自动化 2 0 l 3年 第 3 9卷 系统中心站软件功能模块 l 图 5 无轨胶轮车监控调度系统 中心站 软件 功能模块 功 能 。 系 统 日志模 块 主 要 提 供 系 统 运行 过程 中用 户 操 作 E l 志 ， 车辆 管 理分 站 、 读 卡 器 、 信 号 灯 等设 备 运 行 状态 日志 ， 系 统通 信 日志等 ， 以供 系统维 护 和故 障 分 析 。 系统帮助模块 主要包括系统软件 的操作说明。 4系统技 术创 新点 1 系统 对井 下车 辆进 行 分 布式 自动 控制 调 度 ， 对 车辆 的行 进方 向进 行准 确判 断 ， 并 通 过信 号灯 对行 进 车辆 进行 交通 指挥 。 2 系统 能对井 下 的车 辆 进行 定 位 、 轨 迹跟 踪 、 当前位 置查 询 ， 为井 下 的车 辆 管 理 提 供 有 效 的 管理 手 段 。 3 系统采用总线技术实现了区域之间车辆信 息的快速交互 ， 保证 了车辆调度的可靠性和实时性 。 4 系统 采 用 高 效 的控 制 调 度 算 法 ， 保 证 了 井 下 车 辆 的快 速 控制 调度 能力 。 5 系统采用可靠的无线信息交互技术 ， 可 以 将井 下 车辆运 行 参数信 息 传输 到地 面控 制 中心 。 6 系统 具 备 很 强 的兼 容 性 ， 井 下 车 辆 读 卡 器 与井 下 人员定 位 读 卡 器可 以共 用 ， 使 人 员定 位 考 勤 管理 系 统和胶 轮 车运输 监 控调 度系 统合 二 为一 。 5 结语 无轨 胶 轮车 监控调 度 系统 已在 陕西 隆德 煤矿 安 装运 行 ， 现场 实 际应用 情况 表 明 ， 该 系统 可对 井下 无 轨胶 轮 车辆 的运 行 数 据 信 息进 行 实 时 采 集 和 分 析 ， 实 现井 下车 辆定 位跟 踪 、 交通 调度 指挥 、 车辆 调 度管 理 。该 系统 还能 够 充分利 用人 员定 位 系统 中 的井下 设备 ， 兼 容人 员 定位 管 理 功 能 ， 运 行 稳 定 可 靠 ， 满 足 煤 矿现 场应 用需 求 ， 为 煤 矿 井 下 无轨 车辆 的调 度 管 理 提供 科学 的管 理 手段 ， 极 大 地 提 升 了煤 矿 的智 能 化管 理 水平 ， 提 高 了煤 矿 安全 生产 运输效 率 。 参 考 文 献 [ 1 ] 田华． 胶轮车运输 监控 系统 在煤矿 的应 用[ J ] ． 工矿 [ j 动 化 ， 2 0 1 2 ， 3 8 9 1 1 9 - 1 2 O ． [ 2 ] 张 良库 ， 姚少武． 我 国煤矿无轨胶轮 车的现状 及发展 方 向[ J ] ． 科技情报开发与经济 ， 2 0 1 1 2 7 l 5 9 1 6 1 ． [ 3 ] 魏臻 ， 徐 自军 ， 陆 阳， 等． 采用分 布式控 制技术的斜巷 轨 道运输车辆定位 与跑 车 自动防护[ J ] ． 煤炭学报 ， 2 o 1 o ， 3 6 5 8 55 86 0． [ 4 ]赵立厂． 矿 用 胶 轮车 运 输 信 号 系统 的分 布 式 架 构 设 计[ J ] ． T矿 自动 化 ， 2 0 1 2 ， 3 8 9 l 0 1 l O 3 ．