礦用膠輪車自動(dòng)調(diào)度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張 輝

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉圣億欣煤業(yè)有限公司， 山西 晉城 048006）

引言

煤礦運(yùn)輸包括有主運(yùn)輸和輔助運(yùn)輸，其中，主運(yùn)輸主要是指帶式輸送機(jī)、刮板輸送機(jī)；輔助運(yùn)輸主要分為軌道輔助運(yùn)輸和無軌輔助運(yùn)輸。本文所研究的膠輪車為無軌輔助運(yùn)輸?shù)囊环N，也是煤礦常見的運(yùn)輸模式之一。但是，在實(shí)際應(yīng)用中由于巷道內(nèi)空間狹窄，僅能夠保證一輛膠輪車通過，極易導(dǎo)致車輛堵塞，需要頻繁倒車解決上述問題，甚至發(fā)生較為嚴(yán)重的安全事故[1]。因此設(shè)計(jì)了一款自動(dòng)調(diào)度控制系統(tǒng)，以保證膠輪車在巷道安全、高效通過。

1 礦用膠輪車自動(dòng)調(diào)度控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

結(jié)合膠輪車在實(shí)際生產(chǎn)的運(yùn)輸需求，要求其自動(dòng)調(diào)度控制系統(tǒng)需滿足如下要求：

1）礦井膠輪車的調(diào)度任務(wù)是基于控制算法而實(shí)現(xiàn)的，從而保證控制的精度和實(shí)效性；

2）礦井膠輪車自動(dòng)調(diào)度控制系統(tǒng)具備上位機(jī)顯示功能，方便用戶實(shí)時(shí)通過界面直觀掌握工作面膠輪車的運(yùn)輸狀況；

3）需采用可靠、高速的信號(hào)傳遞軟件實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的實(shí)時(shí)通信。

1.1 礦用膠輪車自動(dòng)調(diào)度控制系統(tǒng)概述

自動(dòng)調(diào)度控制系統(tǒng)包括有自動(dòng)控制和調(diào)度系統(tǒng)兩部分，具體劃分為膠輪車輛的監(jiān)測(cè)定位、自動(dòng)調(diào)度與控制以及上位機(jī)顯示功能。

膠輪車輛監(jiān)測(cè)定位功能：對(duì)現(xiàn)場(chǎng)膠輪車輛的位置和運(yùn)行方向進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制；

自動(dòng)調(diào)度與控制功能：在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)路況進(jìn)行監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，對(duì)所有車輛的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制；同時(shí)，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)車輛運(yùn)行的優(yōu)先級(jí)根據(jù)運(yùn)輸任務(wù)進(jìn)行調(diào)整[2]。

上位機(jī)顯示功能：用戶可通過上位機(jī)顯示軟件對(duì)膠輪車輛的行駛位置、行駛路線以及交通燈的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

礦用膠輪車自動(dòng)調(diào)度控制系統(tǒng)需結(jié)合礦井巷道的實(shí)際情況進(jìn)行制定，巷道可分為直線型巷道和三岔口巷道等。針對(duì)膠輪車輛數(shù)量及其他信息的采集，需在區(qū)段的出入口位置安裝對(duì)膠輪車輛進(jìn)行檢測(cè)的裝置，主要對(duì)膠輪車輛是否進(jìn)入錯(cuò)車點(diǎn)或是否離開錯(cuò)車點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)應(yīng)的，在膠輪車輛的車身位置安裝無線發(fā)射裝置，并在工作面巷道沿途內(nèi)安裝“接收機(jī)”。接收機(jī)的布置如圖1 所示：

圖1 接收機(jī)布置位置

1.2 膠輪車輛監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案

結(jié)合礦井膠輪車輛的運(yùn)輸任務(wù)，膠輪車監(jiān)控系統(tǒng)須實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)段內(nèi)所有車輛行駛方向進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并通過無線傳輸功能實(shí)現(xiàn)相關(guān)采集信息的傳輸[3]?？偟膩碇v，膠輪車輛監(jiān)控系統(tǒng)包括有發(fā)射節(jié)點(diǎn)、檢測(cè)點(diǎn)、檢測(cè)基站和發(fā)放控制信息的交通信號(hào)燈等。膠輪車輛監(jiān)控系統(tǒng)總體框圖如下頁圖2 所示。

圖2 膠輪車輛監(jiān)控系統(tǒng)總體框圖

上述系統(tǒng)中，除了常規(guī)的車輛檢測(cè)定位單元、通信單元、車輛運(yùn)行狀態(tài)顯示單元以及人工干預(yù)控制單元外，更為核心的是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得出可行、實(shí)時(shí)的控制策略實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井膠輪車輛的自動(dòng)調(diào)度功能[4]。

2 膠輪車輛自動(dòng)調(diào)度控制策略的設(shè)計(jì)

膠輪車輛自動(dòng)調(diào)度控制策略設(shè)計(jì)的主要依據(jù)為與其相關(guān)的運(yùn)行和調(diào)度的規(guī)則。因此，本節(jié)首先對(duì)膠輪車輛運(yùn)行相關(guān)的規(guī)則進(jìn)行研究，而后設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制策略。

2.1 膠輪車輛安全行駛原則

為避免現(xiàn)場(chǎng)膠輪車輛的追尾、沖撞頂牛事故的發(fā)生要求控制策略能夠避免多輛車輛進(jìn)入同一個(gè)區(qū)段；要求系統(tǒng)能夠?qū)ν粋€(gè)區(qū)段或躲避點(diǎn)處的車輛信息進(jìn)行檢測(cè)。

2.2 膠輪車輛是否能夠進(jìn)入?yún)^(qū)段的判定規(guī)則

結(jié)合膠輪車輛在現(xiàn)場(chǎng)的工作任務(wù)，并總結(jié)為如下四種情況：

1）當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)一臺(tái)基站檢測(cè)到一輛膠輪車時(shí)，默認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)僅有的一輛膠輪車輛位于該基站；

2）當(dāng)相鄰基站也檢測(cè)到膠輪車輛，說明膠輪車輛正在向該基站方向運(yùn)行；

3）當(dāng)膠輪車再次被1）中的基站檢測(cè)到，說明在檢測(cè)間隔的時(shí)間段內(nèi)膠輪車輛并未運(yùn)行；

4）在連續(xù)運(yùn)行工況下，膠輪車輛未被其他基站識(shí)別，說明膠輪車輛一直在該區(qū)段且運(yùn)行方向不變[5]。

2.3 膠輪車輛控制規(guī)則

在上述監(jiān)測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)上，控制策略的設(shè)計(jì)必須按照車輛控制規(guī)則實(shí)現(xiàn)，具體如下：

1）只有在當(dāng)前區(qū)段信號(hào)綠燈的情況下才可以保證通行；

2）在正常行駛情況下，不允許膠輪車輛在區(qū)段內(nèi)隨意掉頭、倒車等操作；只能夠在錯(cuò)車點(diǎn)完成掉頭和錯(cuò)車等操作；

3）除非有特殊情況，否則不運(yùn)行膠輪車輛在區(qū)段內(nèi)隨意停車；同時(shí)，區(qū)段內(nèi)相鄰車輛的間距不得小于10 m。

當(dāng)膠輪車進(jìn)入錯(cuò)車點(diǎn)時(shí)，其對(duì)應(yīng)的控制規(guī)則如圖3 所示：

如圖3 所示，當(dāng)膠輪車輛駛?cè)脲e(cuò)車點(diǎn)時(shí)，X1為綠燈意味著可繼續(xù)前行；而C 方向的X3為紅燈。因此，膠輪車只能左轉(zhuǎn)進(jìn)入B 向。同時(shí)，B 向和C 向的車輛不允許進(jìn)入A 向，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)區(qū)段的逆向封鎖，保證其安全。

圖3 錯(cuò)車點(diǎn)控制規(guī)則

2.4 控制策略流程設(shè)計(jì)

基于上述控制規(guī)則，并充分結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸狀態(tài)，充分考慮如下要求完成控制策略的設(shè)計(jì)：

1）要求膠輪車自動(dòng)調(diào)度控制系統(tǒng)首先對(duì)有車和無車情況進(jìn)行檢測(cè)，有車包括雙車或單車情況；

2）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過上行通道傳至上位機(jī)和數(shù)據(jù)處理器；控制策略信號(hào)通過下行通道傳至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備；

3）當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)應(yīng)能夠及時(shí)識(shí)別，并實(shí)時(shí)作出動(dòng)作保證整體的安全性。

設(shè)計(jì)如圖4 所示的控制策略流程：

圖4 膠輪車控制流程

3 結(jié)語

膠輪車為煤礦的輔助運(yùn)輸設(shè)備之一，其擔(dān)負(fù)著礦井的運(yùn)輸任務(wù)，進(jìn)而影響煤礦整體運(yùn)輸效率和生產(chǎn)效率。為解決傳統(tǒng)礦井膠輪車在實(shí)際控制中出現(xiàn)延時(shí)、安全性低以及事故頻發(fā)的問題，本文設(shè)計(jì)膠輪車自動(dòng)調(diào)度控制系統(tǒng)并對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試并總結(jié)如下：

1）結(jié)合礦井巷道實(shí)際情況對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的走向、紅綠燈以及無線接收裝置進(jìn)行合理布置；

2）當(dāng)整個(gè)自動(dòng)調(diào)度控制系統(tǒng)通電后，系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控軟件、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)軟件等均可正常運(yùn)行；

3）將無線發(fā)射裝置安裝于膠輪車上，隨著膠輪車的運(yùn)行上位機(jī)所接收的信號(hào)可實(shí)時(shí)反映其運(yùn)行狀態(tài)；

4）分別在直線巷道和三岔口巷道工況下驗(yàn)證控制策略的控制效果，得出整個(gè)控制策略是正確的、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?/p>