煤矿机车运输监控系统探究和应用

1、煤矿机车运输监控系统探究和应用【摘要】kj539机车运输监控系统是将现代网络、 数据通信、gis地理信息、计算机、多媒体等技术相融合， 形成网络、数据通信、gis信息合一的综合信息平台和管理 平台，本文介绍了系统的基本架构、主要工作原理及主要功 能特点。【关键词】机车；运输监控；zigbee"安全监控”是预防安全隐患的重要措施。随着国家对 矿山安全重视程度和监控力度的不断加强，矿山企业在各种 安全措施、生产监控系统方面的投入逐年加大。有效改善了 矿井的安全生产状况，对保证矿山的安全和正常生产起到了 重要的作用。井下运输是矿山安全生产的重要组成部分。传统的煤矿 井下机车监控多采用以下两

2、种类型：1、基于轨道传感器的 机车监控系统，缺点是为了获取机车位置信息，在轨道上安 装大量的位置传感器，采用这种安装形式的传感器易损坏且 定位精度差；2、基于射频识别（rfid）技术的定位方法, 但rfid技术在通信过程中也容易因信息碰撞而丢失。针对 井下特殊环境和传统机车监控方法的不足，提出了基于嵌入 式和zigbee技术的井下机车监控系统的设计方案。该系统 具有功耗低、成本低、网络具有自组织性、网络容量大、响 应速度快、抗干扰性强、定位范围广且精确高以及漏检率和 误码率低等特点，能很好地满足矿井机车监控的需要，具有 一定的先进性和实用性。1. 系统概述“kj539机车运输监控系统”，是用于

3、恶劣环境的分布 式工业控制系统，系统以工控机为控制核心，在主控室对井 下的机车运输实现实时监控和自动调度。能实时显示井下机 车位置、车号及信号灯、区段占用情况，自动实现敌对进路 的闭锁，不允许敌对信号同时开放，保障机车运行的安全性。 司机按照信号灯显示的情况行驶，提高了机车运输效率及安 全性。系统能随时反映每段设备的工作状态；故障自动诊断、 报警，记录运行过程数据，具有报警、自动记录运行过程数 据以及打印报表等功能。监控系统能实现岔位信号上传并实 现道岔的集中监视和控制，同时实现机车车载按键遥控功 能。2. 系统结构系统按照位置分为井上和井下两部分（见图1）,井上部 分主要由交换机、显示设备、

4、监控主机和局域网各终端等组 成。它根据井下传输来的信息，直观、清晰地显示矿井机车、 信号灯和道岔的信息，并可根据显示的信息实时对井下机车 进行调度。井下部分主要由网关、基站、信号灯、道岔、车 载机和弯道报警器等组成，它主要负责对井下机车信息、信 号灯信息和道岔信息的采集和处理，并传输至井上。井下部分又分为两级网络：1、一级网络：网关通过光 缆相连至井下环网，上传至调度室，并通过无线方式与基站 互传数据；2、二级网络：基站以无线的方式收集井下其他 终端设备的信息，传输至网关，并将网关发下来的命令传输 给其他终端设备。3系统原理3. 1网关的基本工作原理及功能3. 1. 1工作原理监控网关通过网络

5、光缆，一方面接受工控机的访问，将 所收集的检测信息整理打包，上传给工控机，同时接受工控 机下发的控制指令；另一方面矿用本安型胶轮车运输监控网 关自己将不停地对所连接的检测设备进行检测，如接收器胶 轮车累计请求信息、显示器和弯道报警器的回测信息等，并 下达控制命令，控制显示器。具体处理过程如下：监控网关对显示器的处理过程：网关除按上位机命令以 编码方式发送显示器点灯模式外，还不停地检测显示器的显 示状态，并判断是否与命令模式一致，否则就向上位机告警。 如果和分站失去通讯时间超过10秒，则显示器将自动归为 显示器初始模式。监控网关对接收器信息的处理过程：接收器将从天线接 收到的信号转换成编码信号传

6、给系统网关，系统网关将这些 编码转换成固定代码，如：车类、行车方向等各种请求，然 后传送给上位机。3. 1.2功能网关直接挂接在光缆上与工控机通讯。采集监测设备发来的信息，整理后发送给工控机，同时 接收工控机发来的控制命令。井下系统网关能随时应答上级 站的定向查询，保持和上级站的联络，接收上级指令，经过 内部分析控制下级设备动作，并能将下级设备工作情况反馈 到上级站。网关检测传感设备、执行设备及线路的完好情况，在发 生故障时上报工控机，以维护设备安全。网关可对通过车辆的状态进行采集和分析，并可传输至 工控机进行显示。3.2基站的基本工作原理基站通过接收车载机、信号灯、道岔等设备的信号，传 输到

7、相应的网关，通过网关上报工控机，检测机车编号、位 置、方向、道岔和信号灯的状态等信息。系统运行时，车载机将车号编码及调度、管理所需的其 它编码信息键控调制后用无线电的方式发送出去，这些信息 被安装在巷道各监测点的基站接收后，传给网关，再由网关 通过网络传至上位机监控系统，从而使系统实时显示车号、 车类等信息。3.3信号灯的基本工作原理信号灯的设计是采用高亮发光二极管显示信号状态，采 用红绿亮色显示，能直接指示机车的运行方向，通过系统网 关的控制命令实现红、绿灯单面控制显示。红灯一禁止通行, 绿灯一可以通行。所有设计均参照安全规程要求。供电部分由本安电源提 供12v直流电源。信号灯的基本工作原理

8、是：系统根据路段占用情况和胶 轮车位置状况，决定对信号灯发出何种显示信号命令，信号 灯接收显示信号命令时，显示所需的信号，如红灯或绿灯。 同时信号灯也将自身当前显示模式，回送给系统网关，以告 知自身显示状态。若信号灯与系统失去通讯，10秒钟后自动 复位。3.4道岔装置的工作原理首先由调度员发出操作命令或计算机自动发出控制命 令后，通过网络传到司控道岔所在系统网关，由系统网关再 发控制命令，控制命令以编码的形式传送到司控道岔执行器 内，执行器执行命令。控制功能：工控机控制：在与kj539系统联通后，由工控机自动控 制，此时其它控制无效；本机控制：可以外接本机按钮，实现本地控制，此控制 方式仅当工

9、控机解锁后才有效；远距离遥控控制：1台或多台司控道岔装置集中在一起 时，用1台车载遥控器就可实现远距离集中控制；手动转换：在停电或控制电路出现故障时，可用手动按 钮直接操作电磁阀来转换岔尖方向；4. 系统主要功能4. 1定位功能(1) 实时定位跟踪：对井下移动车辆的实时位置、运 行轨迹、分布情况等进行定位跟踪，并记录他们在各区域及 各监测点的停留时间。(2) 定位显示：可在计算机终端或led显示器设备上, 以电子地图、汉子、表格等形式，实时显示井下车辆的定位 信息。4.2监控功能(1) 安全监测监控：对各巷段交通道口的信号灯标识, 进行自动切换及联动控制；对井下车辆移动对象安全监测。(2) 紧

10、急事件处理：当矿井发生紧急情况时，系统可 以提供车辆和驾驶远在各区域的分布信息，系统可以提供井 下各区域车辆和人员的最新历史分布信息，辅助指挥人员制 订救援方案。(3) 无线视频监控：通过在大型胶轮车上安装无线摄 像机，可实现对胶轮车经过的巷道进行监控，实时了解巷道 内的人员、车辆的情况。4.3调度功能调度员可通过监控主机，根据井下车辆位置、交通状况 等信息，编组分配车辆运输任务；也可根据紧急调度的需要, 控制信号指示灯。4.4报警功能（1）异常行驶报警：系统可以自动诊断车辆闯红灯、 车辆滞留巷道内等异常情况，并且通过地面调度中心的监控 终端，以声光等模式报警模式给予报警提示。（2）故障诊断报

11、警：当系统和设备出现故障后，地面 调度中心的监控终端可发出声响告警，并显示故障的种类和 地点，以便维护人员采取应急措施。（3）追尾报警功能：当胶轮车距离过近时，车载机发 出语音报警、提示驾驶员注意行车安全，避免事故的发生。4.5查询功能（1）综合信息查询：系统可对井下车辆、人员流动、 安全检测点、设备和系统运行等信息进行查询；还可以根据 管理需要、以部门、班次、人员等属性查询车辆信息。（2）实时信息查询：可在电子地图上按监控路径，查 询此范围内所有车辆实时信息。（3）历史信息查询：可以按时间段对车辆历史行程轨 迹（路径、故障、次数等）进行查询，并可以通过电子地图 可视化再现，或通过文本，报表等

12、形式显示。4.6管理功能(1) 系统管理功能：用户管理、设备管理、网络管理 等。(2) gis管理：电子地图管理、编辑等操作功能维护等。(3) 监控管理：监控规则管理、报警规则管理、联动 控制管理等。(4) 信息管理：统计、分析、显示、查询、报表、打 印等。4. 7联网功能(1) 通过综合信息管理平台的接口，可实现与矿山安 全信息管理系统和“感知矿山物联网系统”的信息集成、资 源共享，为矿山安全生产监督、管理、指挥、决策等提供重 要的信息依据。(2) 根据用户属性和权限，可实现多用户、多地点查 看以及远程访问。5. 系统主要优点5. 1无线参数优化组合无线通信技术在井下封闭环境中的应用与地面自

13、由空 间的应用差别很大，很多技术参数需要根据井下现场环境来 配置，没有可借鉴的成功案例。其关键在于：需要根据井下 运输巷道的物理环境、车辆类型和车速、道口特点等，确定 主要参数的最佳组合，确保无线通信的可靠性和适用性。5.2灵活的组网方式井下已巷道为主，其道路呈带状线性结构，长距离的无 线传输不仅路径损耗大、延时大，而且存在信号传输不稳定、 检测误差大、电池能耗不均匀、能量供应和维护困难等技术 难题。但是井下具有动态部署、流动作业的需要和有些场所 难以布线的特点，要求系统采用有线和无线相结合的组网方 式，即可接入矿山现有的工业环网，又可独立组网，形成灵 活可靠的组网模式，以适应井下特定环境，方便扩展，同时 保证井下通信的可靠性。5. 3可靠的信号控制系统需根据运输巷的道口特点，建立自适应控制模型和 算法定义，为多方向行驶车辆提供信号指示，同时还需避免 因多标签冲突、多基站冲撞以及车辆违章行驶等异常情况， 造成交通信号错报和系统紊