礦山斜坡道車輛監(jiān)測及信號燈綜合控制系統(tǒng)設(shè)計要點剖析

張朝輝

（安徽銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司安慶銅礦，安徽 銅陵 244000）

礦山進(jìn)行生產(chǎn)工作時，需要重視主斜坡道，其負(fù)責(zé)連接井下與地面，支持礦山內(nèi)部的物料運輸工作，同時也作為應(yīng)急出口發(fā)揮重大作用，受到礦山井下各方的環(huán)境條件的影響，車輛行駛過程中容易產(chǎn)生堵車及安全事故，正常的礦山生產(chǎn)工作也會因此而受到影響，為了能夠有效消除行車安全隱患，需要做好監(jiān)測車輛的相應(yīng)工作，本文以安慶銅礦項目為例，研究其斜坡道處信號燈與車輛監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計情況，提升該銅礦生產(chǎn)活動的安全效益。

1 項目概況

安慶銅礦的斜坡道口高程為+50m，其井下最深部位的標(biāo)高為-900m，斜坡道總長度在7.5km左右，斜坡道主要由斜坡道口和中段等18個出入口共同構(gòu)成，標(biāo)高分別為-900、-880、-820、-760、-700、-640、-618、-580、-560、-510、-460、-400、-385、-340、-280、-220、-180。主斜坡道中設(shè)置了方便會車的調(diào)車場，需要在一定范圍內(nèi)設(shè)置可監(jiān)控測量的控制系統(tǒng)，具體覆蓋范圍為斜坡道口處到-900m區(qū)域，監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與后續(xù)實施工作分兩期開展，本文主要針對其設(shè)計要點展開探討。

2 綜合控制系統(tǒng)組成分析

設(shè)計斜坡道信號燈以及車輛綜合監(jiān)控系統(tǒng)時，主要對巷道中的需要承擔(dān)運輸任務(wù)的眾多車輛進(jìn)行有效控制，主體指各型無軌車輛，這些車可幫助運輸采礦輔助設(shè)備、物料與采礦生產(chǎn)人員。在實施綜合控制系統(tǒng)設(shè)計工作時，需要合理調(diào)用以下幾種設(shè)備，形成科學(xué)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通過多級CAN控制網(wǎng)絡(luò)來滿足控制條件，監(jiān)控裝置可直接分布到透明網(wǎng)橋、控制器與讀卡器等處。

2.1 讀卡器

讀卡器包含一個微功率射頻收信機(jī)、控制單片機(jī)及一個CAN總線接口，2.4GHz收信機(jī)負(fù)責(zé)接收接近它的車輛識別卡發(fā)出的識別碼。單片機(jī)實現(xiàn)與射頻接收機(jī)及CAN總線的數(shù)據(jù)通訊，將接收到的車輛位置信息實時傳送給主控機(jī)。

2.2 識別卡

識別卡是一個射頻數(shù)據(jù)發(fā)射機(jī)，安裝在被監(jiān)測的移動目標(biāo)上，它不斷發(fā)送一個唯一的識別ID碼(車輛識別卡為一字節(jié))，這一ID碼隱含了該目標(biāo)的特征：當(dāng)其經(jīng)過巷道中某讀卡器時，讀卡器接收到此ID碼，并主動將此ID碼連同自己的節(jié)點地址一起向監(jiān)控機(jī)發(fā)送。監(jiān)控機(jī)在收到上述數(shù)據(jù)后.，經(jīng)過分析處理，便可確定該車輛(識別卡)在巷道中的當(dāng)前位置，并以圖像形式在顯示器上顯示。

2.3 信號燈控制器

讀卡器的情況與信號燈有一定的相似性，同屬于總線系統(tǒng)的節(jié)點之一，監(jiān)控裝置可將指令發(fā)出，控制器在接收指令之后可運行，提供綠燈與紅燈兩種控制信號，發(fā)送出控制信號的同時，監(jiān)控裝置也能夠有效接收應(yīng)答信號，控制器可定時對總線系統(tǒng)實施檢測，一旦出現(xiàn)信號中斷的情況，信號燈中的紅燈將呈現(xiàn)常亮狀態(tài)，并伴有閃爍，以此提示故障。單臺控制器可在同步條件下對4到8個信號燈進(jìn)行控制，信號燈與控制器均從外部電源處獲取運行需要的電源動力。

2.4 CAN接口卡

CAN接El電路包含CAN控制器及CAN收發(fā)器。后者使讀卡器成為CAN總線的一個節(jié)點，且節(jié)點數(shù)可達(dá)110個以上。CAN總線支持發(fā)射失敗自動重發(fā)及錯誤計數(shù)器超限節(jié)點自動離線的技術(shù)，極大地增加了系統(tǒng)的可靠性。

2.5 網(wǎng)橋系統(tǒng)

網(wǎng)橋內(nèi)部電路主要由一片單片機(jī)控制兩個CAN節(jié)點，用于變換通訊速率，延伸通信距離，增加節(jié)點數(shù)目，起濾波和隔離作用。

3 設(shè)計要點

3.1 遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)計

該綜合監(jiān)控系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程監(jiān)控的優(yōu)質(zhì)功能，主要通過遠(yuǎn)程計算機(jī)設(shè)備實現(xiàn)，將客戶端軟件安裝到計算機(jī)中，可直接運行車輛監(jiān)視系統(tǒng)，在授權(quán)的條件下，該系統(tǒng)還具備控制的功能，以此來遠(yuǎn)程控制車輛。

3.2 實時監(jiān)控設(shè)計

設(shè)計信號燈與車輛監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)控裝置的顯示器可通過實時顯示的方式展現(xiàn)出運輸量比較大的巷道之中監(jiān)控系統(tǒng)布局情況，及時做出必要的調(diào)整，同時處于巷道內(nèi)部的信號燈的實施分布情況也可被有效顯現(xiàn)。大巷道中的不同車輛對應(yīng)的車號與其具體位置可精準(zhǔn)顯示，車輛當(dāng)前的具體行駛方向也能夠呈現(xiàn)出來，系統(tǒng)還提供監(jiān)測區(qū)域范圍內(nèi)的車輛數(shù)量與運行狀態(tài)等信息。在該系統(tǒng)下，查閱車輛信息的工作也因此而變得更加便捷，可查詢的信息包括駕駛員姓名、車輛型號與具體車號等，當(dāng)出現(xiàn)車輛違章的情況后，除了可直接呈現(xiàn)出報警畫面之外，光報警與聲報警系統(tǒng)可同時啟動，系統(tǒng)可智能化地依照時間順序，一一保存報警信息，以備后續(xù)查看。

3.3 信號燈控制設(shè)計

該系統(tǒng)除了監(jiān)測車輛運行情況，還必須對信號燈進(jìn)行有效監(jiān)控，因此在設(shè)計過程中需要做好信號燈自動控制系統(tǒng)的設(shè)計工作，在掌握巷道中的車輛位置信息之后，系統(tǒng)可借助自動控制信號燈的功能，對車輛實施有序指揮，使車輛能夠停在錯車場中或者直接進(jìn)入到某一處指定區(qū)域中，在信號燈控制系統(tǒng)的科學(xué)指導(dǎo)下，巷道將形成更強(qiáng)的車輛通過能力。除了自動運行信號燈控制系統(tǒng)之外，還可通過人工干預(yù)的方法來直接干預(yù)信號燈，如果巷道中的車輛出現(xiàn)了非常規(guī)運行情況，包括車輛在礦區(qū)的巷道內(nèi)部出現(xiàn)突發(fā)性事故，斜坡道因此而出現(xiàn)堵車的問題，調(diào)度人員需要切換至人工控制系統(tǒng)，改變信號燈狀態(tài)，堵車事故處理完畢后，系統(tǒng)可恢復(fù)至正常狀態(tài)。

3.4 定時自檢設(shè)計

在設(shè)計系統(tǒng)時，還增設(shè)了定時自檢的功能，也可手動調(diào)節(jié)該功能，如果系統(tǒng)中的讀卡器與信號燈形成故障，系統(tǒng)可借助圖標(biāo)指示的方法來提示故障設(shè)備的信息，確保斜坡道監(jiān)控系統(tǒng)存有的故障問題能夠被快速處理，監(jiān)控系統(tǒng)也能夠迅速恢復(fù)其正常狀態(tài)。

3.5 重演設(shè)計

系統(tǒng)兼具重演與存儲的功能，主要存儲3天內(nèi)的車輛運行信息，調(diào)度員可在有需求時，回放3天時間內(nèi)，所有時段的車輛運行狀況，在出現(xiàn)事故后，持有可靠的依據(jù)，形成更加客觀可信的事故分析結(jié)果。

4 技術(shù)特性分析

把握該斜坡道監(jiān)控系統(tǒng)的綜合技術(shù)特性，改善設(shè)計效果，通過系統(tǒng)對目標(biāo)車輛進(jìn)行監(jiān)控時，需要使用非接觸型射頻技術(shù)，連接讀卡器與識別器時，主要發(fā)揮射數(shù)字化通訊技術(shù)的作用，精準(zhǔn)把控識別卡的發(fā)射功率，系統(tǒng)的實際通信距離也在控制范圍內(nèi)，CRC支持校檢數(shù)據(jù)的工作，確保射頻傳感器免受外部使用環(huán)境的影響，減少系統(tǒng)維護(hù)次數(shù)，延長系統(tǒng)的實際應(yīng)用時間。識別卡也使用了先進(jìn)程度比較高的猝發(fā)技術(shù)，可規(guī)避碰撞現(xiàn)象帶去的風(fēng)險問題，使電池也能夠具有更長的使用壽命。CAN總線技術(shù)也發(fā)揮了重大作用，其可對多主機(jī)系統(tǒng)給予可靠支持，同時也給非破壞性總線仲裁技術(shù)創(chuàng)造了良好的使用條件，在總線系統(tǒng)中，即使出現(xiàn)多處節(jié)點在同一時間輸送信息的情況，時間與信息資源都不會形成損失情況。CAN總線系統(tǒng)的實際通信距離也比較長。

5 結(jié)束語

本銅礦開采項目中使用的綜合監(jiān)測控制系統(tǒng)能夠快速傳遞斜坡道車輛的相應(yīng)位置信息，將其直接呈現(xiàn)到監(jiān)控裝置的屏幕上，工作人員能夠根據(jù)這些信息來掌握礦山中的車輛的運行情況，根據(jù)交通規(guī)則的具體要求進(jìn)行控制，使井下可保持良好的交通秩序。實際應(yīng)用該監(jiān)控系統(tǒng)后，車輛行駛合理化程度增強(qiáng)的同時，采礦生產(chǎn)效率也得以大幅提升，礦區(qū)內(nèi)交通事故的發(fā)生率也隨之降低。