新型運輸大巷車輛監控系統的研究與應用

李惠平

（煤炭工業太原設計研究院，山西省太原市，030001）

新型運輸大巷車輛監控系統的研究與應用

李惠平

（煤炭工業太原設計研究院，山西省太原市，030001）

所研制的運輸大巷車輛監控系統采用先進的RFID自動識別系統，可實時監測運輸大巷中車輛的位置；由智能化的信號機執行指令，控制、驅動路口及關鍵路段紅綠指示燈；而傳感器、讀卡器、信號機、分站之間的數據通信采用CAN現場總線技術。整個巷道的車輛行駛情況及巷道紅綠燈狀態通過工業環網與全礦自動化系統相連。介紹了該系統的組成、功能及主要技術指標等。

煤礦運輸 運輸大巷 車輛監控系統 RFID射頻技術

近年來隨著煤礦先進技術的發展，煤礦井下輔助運輸機械化程度越來越高，輔助運輸的裝備水平正在朝著安全、可靠、高效的模式發展，因此煤礦井下車輛運輸是否通暢便成了煤礦生產過程中的一個“突破點”。針對這一問題，研制開發的運輸大巷車輛監控系統采用先進的RFID自動識別系統實時監測運輸大巷中車輛的位置；由智能化的信號機執行指令，控制、驅動路口及關鍵路段紅綠指示燈；而傳感器、讀卡器、信號機、分站之間的數據通信采用CAN現場總線技術。整個巷道的車輛行駛情況及巷道紅綠燈狀態通過工業環網與全礦自動化系統相連。

1 RFID技術概述

RFID射頻識別技術是20世紀90年代開始興起的一種自動識別技術，是采取無線電信號識別特定目標，并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸，所以是一種非接觸式的自動識別技術。

將射頻識別技術應用于煤礦管理系統，提高煤礦開采生產管理和作業安全的水平，這是射頻識別技術在煤礦輔助運輸領域應用的創新嘗試。

2 系統的組成

監控系統設備包括車輛識別卡、讀卡器、智能信號機、防爆PLC分站、監控PC機、CAN接口卡、通信電纜等。其組成框圖如圖1所示。各主要設備功能如下：

（1）車輛識別卡。識別卡采用有源射頻卡，該卡由電瓶供電，可自定義編碼。識別卡外形小，防潮防塵，耐沖擊振動。每個車輛識別卡相當于每輛車的“身份證”。

圖1 車輛監控系統組成

（2）讀卡器。讀卡器包含一個射頻讀卡器及一個CAN總線接口，由外部電源供電，其組成框圖見圖2。讀卡器不斷向外發送射頻觸發信號，使范圍內的車輛識別卡收信后回其唯一的識別碼。讀卡器接收后判斷是否有效，再將該信息發送到防爆PLC分站。

圖2 讀卡器及其接口結構圖

（3）智能信號機。智能信號機包含CAN總線接口、控制CPU、紅綠信號燈及故障自檢電路。其組成框圖見圖3。智能信號機是系統通過對紅綠燈的控制進而對車輛運行時間進行管理的中介。它接收來自控制中心，且由CAN總線傳輸的指令而工作。控制CPU定時對信號燈進行巡檢，發現故障立即上報至控制中心，請求控制中心干預，從而驅動報警程序。與此同時檢測CAN總線，如發現通信中斷，立即控制紅燈閃爍，表示系統故障。

圖3 智能信號機結構圖

（4）防爆PLC分站。通過CAN現場總線采集各讀卡器發送的數據信息，確定巷道內全部車輛的實時行駛位置，經邏輯關系計算，通過總線控制信號機紅綠燈，指揮車輛高效、暢通無阻地運行。

（5）監控PC。由工控機、大屏幕顯示器、打印機、通信模塊及軟件構成。可以通過防爆PLC分站對信息采集，一方面在后臺建立數據庫，記錄每輛車的運行軌跡，以及每個讀卡器讀到的信息；另一方面制作煤礦巷道的畫面，實時顯示車輛的具體信息以及車輛運行方向、運行位置，以及各紅綠信號燈的信息。同時進行故障診斷，發現信號機或讀卡器故障發出聲光報警，提示及時處理。

（6）CAN總線。CAN總線部分主要由接口電路（包括信號機及讀卡器內的CAN接口電路）、插在監控機內的CAN接口卡、雙絞線通信介質和相應的通信軟件組成。

3 系統功能

（1）實時監視功能。顯示運輸巷道圖、巷道內的車輛分布情況、大巷內各車輛具體信息，以及區段內車輛行駛狀況。

（2）查詢功能。查詢某車輛車型、車號等檔案及最近運行軌跡的數據表格；還可查詢最近經過某讀卡器的車輛及經過時刻的數據表格。

（3）報警功能。本系統能顯示全部報警或分類報警，所有報警均按時間順序保存在硬盤上，每個報警項內容包括發生報警的時間、日期，報警位置和類型等。

（4）車輛自動控制功能。系統根據運輸大巷內車輛的當前位置，通過信號機控制紅綠指示燈，提示車輛有序地進入某一區段或停留在錯車道等候，從而大大提高巷道的車輛通行能力。

（5）信號機人工干預功能。當巷道內出現某種非正常運行狀態，系統可進入人工控制狀態，調度員可進行人工干預。當調度員點擊任意一個信號機圖標，即可彈出是否確認切換此信號機狀態的對話框。如確認，則此信號機的狀態被人工切換。

（6）系統具有可靠性和實時性。CAN總線直接通信距離可達10km／5KBPS，可靠性高。系統各節點往上位機傳送數據可不用輪詢方式而直接采用即時傳送方式，這使信號機的響應時間大大縮短，保證了系統具有良好的實時性。

（7）系統具有安全性。系統含有故障診斷系統，能隨時反映系統內設備和傳感器的工作狀態，自動進行故障診斷并報警、處理或報警后由值班人員處理。系統的每個讀卡器及智能信號機均具有自檢功能，一旦出現故障將立即報告主機，啟動報警程序。系統設有備份監控機，當系統主控機萬一出現故障，備用機將立即啟動，使系統繼續正常運行。

4 主要技術指標

（1）讀卡器。讀卡器為礦用本安型，其防爆標志為ExdibI（150℃）。工作電壓為24V，最大耗電電流100mA。本安端工作電流18mA，短路電流30mA。有效識別距離從2m到50m可調。極高的防沖突性，采用多種防沖突方案，可同時識別30個以上標識。RFID的移動時速可達60km以上。可實現有方向性和無方向性的識別。

（2）車輛識別卡。識別距離2～50m可調，接收靈敏度－90dBm，工作環境溫度－40～60℃；工作電流小于5μA，ID號全球唯一，使用壽命3年以上。

（3）智能信號機。智能信號機為礦用本安型，其防爆標志為ExdibI（150℃）。工作電壓為24V，最大耗電電流150mA。最大傳輸距離為20km。工作條件要求為：環境溫度－40～60℃；相對濕度75%；環境壓力80～106kPa。

（4）防爆PLC分站。防爆PLC分站適用于含煤塵和瓦斯等爆炸型氣體的環境，防爆形式為礦用隔爆兼本質安全型，防爆標志為ExdibI（150℃）。使用環境溫度－40～60℃，相對濕度小于等于96%，環境壓力80～106kPa。

5 總結

該新型運輸大巷車輛監測系統已應用于晉城藍焰集團寺河煤礦，實踐證明其性能穩定，可靠性強。將信息技術運行于煤礦等惡劣環境，勢必會越來越廣泛，該產品的廣泛應用，將有助于煤礦井下運輸的安全性和可靠性，產生明顯的經濟效益和社會效益。

［1］ 許蘇，許東兵.淺談射頻識別技術在煤礦的應用和發展趨勢［J］.中國煤炭，2008（2）

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［3］ 史久根.CAN現場總線系統設計技術［M］.北京：國防工業出版社，2004

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［5］ 崔杰.射頻識別技術在煤礦井下安全考勤系統中的應用［J］.山東煤炭科技，2004（2）

［6］ 王躍東等.CAN總線技術在煤礦監測系統中的應用研究［J］.煤炭工程，2006（5）

Research and application of new main haulage roadway vehicle monitoring system

Li Huiping
（Taiyuan Design Research Institute for Coal Industry，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

The vehicle monitoring system of mine haulage roadway uses advanced RFID automatic identification system to realize real－time vehicle position.The intelligent signal equipment has the functions of executing instructions，controls and drives and traffic lights.The digital communication between Sensors，card readers，signal machines and sub－stations is based on CAN bus.The situation of travelling vehicles and the state of traffic lights in the whole roadway are controlled by industry net control and coal mine automation system.The components，functions and main technical chrematistics of the system are introduced.

coal mine，main haulage roadway，vehicle monitoring system，RFID

TD676

B

李惠平（1964－），女，高級工程師、國家注冊咨詢工程師、注冊機械工程師，在煤炭工業太原設計研究院長期從事煤礦機電設計和管理工作。

（責任編輯 張毅玲）