遥控型电液控制系统操作人员精确定位技术.pdf

第 4 l卷 第 4期 2 o l 5 q - 4月 工矿 自 动化 I ndu s t r y a nd M i n e Aut o ma t i on Vo 1 ． 41 NO ． 4 ADr ． 2 0 1 5 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 5 0 4 0 0 3 0 0 3 DOI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 5 ． 0 4 ． 0 0 8 赵文 生． 遥 控型 电液控 制系统 操作 人员 精确定 位技 术 [ J ] ． 工 矿 自动化 ， 2 0 1 5 ， 4 1 4 3 0 3 2 ． 遥控型电液控制系统操作人员精确定位技术 赵 文 生 北 京天地 玛珂 电液控 制 系统有 限公 司 ，北京 1 0 0 0 1 3 摘 要 针 对遥控 型 电液控 制 系统操作 人 员在控 制 支架动作 时易产 生误 动作 的 问题 ， 结合煤 矿综 采 工作 面 实 际情况 ， 研 究 了遥控 型 电液控制 系统 操作人 员精 确定 位技 术 ， 通 过 R S S I 信 息 归一化 、 场 强 区域 划 分 、 传 感 器优化 分布 等措施 将 定位精 度提 高到 1 ． 5 m， 满足 了遥控 型 电液控 制 系统的要 求 。 关键 词 电液控 制 系统 ；精确 定位 ； 遥 控 ；综 采工作 面 ；R S S I 中图分类 号 TD 3 5 5 ． 4 文献标 志码 A 网络 出版时 间 2 0 1 5 0 3 3 1 0 8 3 1 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 O l 5 0 3 3 1 ． 0 8 3 1 ． 0 0 8 ． h t ml Pr e c i s e p o s i t i o ni n g t e c h no l o g y o f o pe r a t o r o f r e m o t e c on t r o l l e d e l e c t r o hy d r a u l i c c o n t r o 1 s y s t e m ZH AO W e n s h e ng Be i j i n g Ti a n d i Ma r c o El e c t r o n i c - Hy d r a u l i c Co n t r o l S y s t e m Co ． ，Lt d ． ，B e i j i n g 1 0 0 0 1 3，Ch i n a Abs t r a c t I n v i e w of pr o bl e m t h a t op e r a t or o f r e mot e c o nt r o l l e d e l e c t r o h yd r a ul i c c on t r o l s y s t e m i s e a s y t o m a l f u nc t i on whi l e c o nt r o l l i n g t he s u pp o r t a c t i o n，p r e c i s e po s i t i o ni ng t e c hn ol o g y of o pe r a t or of r e mo t e c o n t r ol l e d e l e c t r o hy d r au l i c c o nt r o l s ys t e m wa s s t u di e d c ombi n e d wi t h a c t ua l s i t ua t i o n o f f u l l y me c ha n i z e d c oa l m i ni n g f a c e，a nd t h e po s i t i o ni ng a c c u r a c y wa s i mpr o ve d t o 1． 5 m b y RSSI i n f o r ma t i o n n or ma l i z a t i o n， f i e l d s t r e ng t h z o ni n g a nd op t i ma l s e ns o r po s i t i oni ng t o m e e t r e qu i r e me nt s o f r e mo t e c o nt r ol l e d e l e c t r o hy d r a ul i c c on t r o l s ys t e m ． Ke y wo r d s e l e c t r o h yd r a u l i c c o nt r o l s y s t e m ；pr e c i s e po s i t i o ni ng； r e m o t e c o nt r ol ； f u l l y me c ha n i z e d c oa l m i ni n g f a c eRSS 1 0 引 言 电液控 制系统 与传 统机 械液压 控制 系统相 比具 有 管 路 简单 、 操 作 灵 活 、 效 率 高 等特 点 。 目前 ， 支架 电液控 制系 统 已成 为煤 矿综 采工作 面生 产技术 水平 的重要标 志 。但 目前 的电液 控制 系统大 多针对 高产 矿 井设 计 ， 不适 用 于大 量 中低 产矿 井 。遥 控 型 电液 控 制 系统不 同于现有 电液 控 制 系 统 ， 其在 简 化 系 统 组 成 、 提高 可 靠 性 的 同时 ， 大 大 改 善 了操 作 的 灵 活 性 ， 降 低 了系统 成本 。手持遥 控 器可移 动操 作 ， 方 便 观察 支架状 态 ， 但 同 时也 带 来 了新 的安 全 风 险 。如 何对操作人员进行精确定位 ， 保证人员安全 ， 并及时 闭锁 所在 支架成 为研 究重 点 。笔 者通 过研究 综 采工 作 面电磁 场分 布规律 ， 并根 据规 律优 化定位 方法 ， 实 现 了对遥控 型 电液控 制系 统操作 人员 的精确 定位 。 1遥控 型 电液 控 制系统 支架 电液控 制是 计算 机技术 、 控 制技术 、 通信 技 术 、 传 感 器 技 术 和液 压 技 术 综 合 一 体 化 的新 技 术口 ] 。利用该技术可加快支架动作速度， 提高 自动 化程 度 ， 减少操 作 劳动量 ， 提 高效率 ， 加强 安全保 障 ， 增加 对 支架工 况和 控制 过程 的监视 功能 。 遥 控 型 电液控 制 系统 由支 架 控制 器 、 人 机 操作 界 面 、 传 感 器 、 隔 离耦 合 器 、 电源箱 、 连 接 器 、 电磁 先 收稿 日期 2 0 1 4 0 9 2 3 ； 修 回日期 2 0 1 5 0 1 l 2 ； 责任编辑 胡娴 。 基金项 目 国家高技术研究发展计划 8 6 3计划 资助项 目 2 0 1 3 AA0 6 A4 1 o 。 作者简介 赵文生 1 9 8 0 ， 男， 河北鹿泉人 ， ] 程师 ， 硕士， 现 主要从事液压支架电液控制系统研究 作 ， E ma i l z h a o ws t d ma r c o ． c o m。 2 0 1 5年 第 4期 赵 文生 遥控 型 电液控 制 系统操 作人 员精 确 定位技 术 3 1 导 阀 、 主 阀、 主机 、 网 络 变 压 器 等 组 成 图 1 。现 有 支架 电液控 制 系统 由于 在每 台液压支 架 上都 配有 人 机 交互 装置 ， 增 加 了支 架 电液控 制 系统成 本 ， 在薄 煤 层应 用 时操 作 维修 不方 便 。 网络变压器 闽 1遥 控 型 电 液 控 制 系 统 不 葸 遥控型电液控制系统采用无线通 信技术 ， 将人 机 界 面从 电控 系统 中分 离 出 来 ， 用 支 架 遥 控 器替 代 人 机 界 面功 能 ， 减 少 了设 备 数量 ， 降 低 了 系 统成 本 ， 提 高 了可靠 性 。然 而遥 控操作 相 对 于 固定 位 置人 机 界 面操作 存 在一 定 风 险 ， 操 作 人 员 在 控 制 支 架 动 作 时若 发 生移 动 容 易产 生 误 动作 ， 甚 至 发 生事 故 。因 此 ， 需对 遥控 型 电液控 制 系统 操 作 人 员 进 行 精 确 定 位 ， 并 自动 闭锁 操作 人 员所 在支 架 。 工作 面安全定位 不同于传统煤 矿人 员定位技 术 ， 由于支架 宽 度一 般 为 l _ 5 0 m 或 1 ． 7 5 m， 所 以定 位 系统 的定 位 精 度 需 达 到 1 ． 5 O m。传 统 的 区域 定 位 技术 无法 满 足该 要求 ， 因此 ， 需 研 究适 用 于遥 控型 电 液控 制 系统 的工 作 面精 确定位 技 术 。 2 RS S I 定 位 技术 目前 常用 的 煤 矿 人 员 定 位 算 法 有 TOA Ti me o f Ar r i v a 1 、 TDoA Ti me Di f f e r e n c e o f Ar r i v a 1 、 AoA An g l e o f Ar r i v a 1 、 超 宽 带 、 RS S I Re c e i v e d S i g n a l S t r e n g t h I n d i c a t o r 及 中质心 、 凸 规划 等 。 T OA、 TD OA、 AOA 等算 法 的定 位 精 度受 设 备 复 杂程 度 的影 响 ， 普通 设 备 如 基 于 J N5 1 6 8芯 片 的 设 备 T OA 精 度 能达 到 5 m， 超 宽 带 可 达 到厘 米 级 精 度 ， 但价 格 昂贵 _ 6 ] 。R S S I 定 位技 术 无需 任 何 定位 测 量专 用设 备 ， 可 通过 寄 存 器 读 取信 号 RS S I 值 ， 采 量 ， 其 标 准 差 取 值 为 2 ～ 8 ； G 为 发 射 天 线 增 益 ； G 为接 收天线 增 益 ； c 为 光速 ； f为载 频 。 在不 同芯 片 中 ， 受 硬件 和调制 方式 的影 响 ， 经验 公 式 会 有 相 应 变 化 。C C 2 5 3 0支 持 I E E E 8 0 2 ． 1 5 ． 4 协 议 ， 在 物 理 层 采 用 DS S S 直接 序 列 扩 展频 谱 和 O QP S K 正 交相 移 键 控 调 制 方 式 ， I E E E 8 0 2 ． 1 5 ． 4 给 出 了简 化 的信道 模型 Ⅲ 8 ] 1 R S S I d 一P 一4 0 ． 2 1 0 2 l g d ≤ 8 m n 1R s s c 一 P 一 s 8 ． s 一 。 3 ． s g 鲁d 8 m 式 中 P 为发射 功 率 。 RS S I 值 与传 输 距离 的关系 如 图 2所 示 。由 图 2可知 ， 当传输距离小 于 1 m 时， RS S I 值与传输 距离近似呈线性 关系 ； 随着传输距 离的增大 ， RS S I 值 逐 步减 小 ， 当距 离 超 过 1 m 时 ， 由于 反 射 、 阻挡 、 吸收等 因素 的影 响 ， R S S I 值呈 波 浪式 下降 。 图 2 R S S I 值与传输距 离的关 系 3精确 定位 技术 遥控型电液控制系统操作人员精确定位技术原 理 将 工 作面 区域 分割 为一 系列地 理 围栏 ， 当遥控 器 进入 特定 地 理 围栏 时进 行 区域 定 位 ， 并 根 据 归一 化 R S S I 统计信息进行精确定位运算。位置信息 固化 于定 位标 签 中 ， 定 位 标 签 定 时发 送 含 有 其 位 置信 息 的广 播 帧 ， 遥 控器 进入标 签 所在 区域 时收 到广播 帧 ， 完成 区域 定 位 。精 确定 位 系统结 构如 图 3所示 。 ⋯⋯ - 口⋯⋯ 过道 l- - 1 辅助定位 节点 ⋯⋯口_ ⋯ ⋯ 口 接 收器 用 距 离 与 位 置 。 无线 离 的 增大 G 3 ． 精 确 定 位 系 统 结 构 式中 L 为经过距离 d后 的信道 损耗 ； 叩为信道衰 减 系数 2 ～6 ； 为 考 虑 阴影 效 应 时 的 高 斯 随 机 变 由于信 号强 度 与天线 极化 、 电路板 一致 性 、 阻容 件 误差 等 存 在 一 定 关 系 ， 所 以 需 对 不 同定 位 标 签