礦用無軌膠輪車集中管理控制系統設計

閆凱

(1.中國煤炭科工集團 太原研究院有限公司， 山西 太原 030006；2.山西天地煤機裝備有限公司， 山西 太原 030006)

0 引言

近年來，隨著煤炭行業的發展，礦井生產條件不斷得到改善，機械化水平不斷提高，輔助運輸機械也得到了普遍應用。其中無軌膠輪車以其機動靈活、速度快、生產效率高和成本低等優點得到了推廣，已應用于井下人員運輸、物料運輸、鏟運作業及支架搬運等工況。

目前礦用無軌膠輪車多采用防爆柴油發動機作為驅動，少數采用蓄電池作為動力。以防爆柴油車為例，多采用機電液聯合作業，工作過程中不但需要檢測發動機溫度、冷卻水溫、氣壓和液壓等多個參數，而且車輛使用過程中司機還需要經常檢查水位、油位、濾芯和潤滑情況。同時，車隊的組織形式多為提前安排，現場指揮，司機獨立操作車輛，對司機的依賴較大，人員的失誤會影響到車輛的運行狀況，甚至造成安全事故。通過分析研究,設計了一種礦用無軌膠輪車集中管理控制系統，即采用先進的無線數據采集和通信技術，將人員、礦用車輛、巷道、車場設備與調度控制中心形成一個網絡,并將采集的數據無線傳輸給控制中心進行分析處理，反饋給調度人員和駕駛員，最后對車輛問題進行及時準確的處理[1]。

1 系統組成

1) 控制中心設備包括綜合服務器、生命周期管理設備、采購需求分析設備、車輛識別設備、計算機設備、綜合顯示設備、故障分析專家系統設備、同步通訊設備、運行數據監測設備、緊急情況控制設備，人員安全分析設備，調度路徑自動規劃導航設備等。

2) 車場設備包括車輛識別設備、車輛油料自適應添加設備、數據傳輸設備、車輛故障檢測分析維修設備、危險報警箱等。

3) 巷道設備包括數據傳輸線路、無線通信設備、控制器、視頻檢測設備、報警箱、車輛識別設備、車輛定位設備、車速檢測設備、人員識別設備，瓦斯檢測設備等。

4) 車載設備包括各類信息采集設備、無線傳輸控制設備、通信設備、報警箱、駕駛員識別設備、人員接近設備、行車記錄儀等。

無軌膠輪車集中管理控制系統拓撲圖如圖1所示。巷道和車場布置的控制器通過CAN總線與車輛進行通信聯系，將車輛、巷道和車場采集到的信息通過控制器傳輸給控制中心。控制中心通過分析處理，將信息結果反饋給車輛，緊急情況下可直接控制車輛實施緊急制動操作。

圖1 無軌膠輪車集中管理控制系統拓撲圖

2 系統工作原理

礦用無軌膠輪車集中管理控制系統工作原理如圖2所示。在正常情況下，由規劃調度中心進行車輛的日常調度使用，合理分配車輛和人員，合理規劃行車路徑，提高了車輛的使用效率和行車安全。運行維護中心實時檢測車輛相關數據，根據每輛車所收集的數據，提示引導車輛進行個性化日常維護，對定期更換零部件，同時對車輛的一些關鍵零部件及易損易壞零部件進行定期檢查。故障維修中心根據車輛采集的數據通過專家系統，對車輛進行故障分析預測。

圖2 系統工作原理

一旦車輛發生運行數據異?；蚬收蠑祿惓?，數據立即傳輸至控制中心。控制中心發出聲光報警，并將信息傳輸給規劃調度中心。規劃調度中心發出指令，同時與駕駛員取得聯系。指令傳送至巷道或車場的控制器，巷道(車場)發出聲光報警和顯示異常，提醒人員車輛避讓?？刂破魍ㄟ^無線通信，將指令傳送至異常車輛的控制系統，發出聲光報警，強制接通通信器，提醒駕駛員注意處理或對車輛實施緊急制動。隨后由運行維護中心(故障維修中心)制定相應的處理方案，由規劃調度中心引導車輛回歸處理或人員現場處理，解除異常報警狀態[2-5]。

3 系統功能

1) 車輛生命周期管理功能?？梢詫囕v采購情況、運行情況、故障情況、使用情況、原件更換情況，維修情況、服役情況等做到全面的記錄待查，直到車輛報廢，為后續車輛的使用提供歷史參考。

2) 運行車輛監測維護功能?？梢詫囕v的液壓油位、水位、傳動油位、柴油位進行檢測，并提示駕駛員和車場及時添加；對發動機轉速、車速、發動機溫度、冷卻液溫度、尾氣溫度、傳動溫度及時進行檢測，確保行車安全；同時，還具有行車記錄等功能。

3) 運行車輛調度規劃功能。該系統可以把所有的無軌膠輪車連接為一個整體，及時掌握所有車輛信息。通過控制中心進行有效的調度，對井下復雜多變的路況進行路徑規劃，引導行駛，以及緊急處理等功能。同時，還可以實現駕駛員和控制中心的實時通信聯系。

4) 車輛人員安全保護功能?？梢詫崿F對人員接近進行保護、駕駛員身份識別、駕駛時間監測、駕駛員疲勞情況分析、用車許可檢測等功能。

5) 車輛故障預測維修功能。在車輛運行過程中，不僅能夠實時檢測車輛的數據，還可以記錄的數據。通過對數據的分析，及時預測車輛發生故障的可能，及時排除安全隱患。在車輛發生故障時，能及時有效地判斷故障，制定相應的解決方案，調度維修人員快速解決。

車輛采集信號位置如圖3所示。

圖3 車輛采集信號位置示意

4 裝置主要特點

1) 采用無線通信技術，對所有車輛的運行進行集中管理，便于車輛的維護管理。

2) 車輛增加了用車許可、人員識別、疲勞檢測、人員接近檢測等安全裝置，提高了車輛的安全性。

3) 具有車輛識別定位功能，可以實時檢測車輛位置，通過遠程觀察車輛狀態，便于車輛的調度與路徑優化。

4) 通過傳感器檢測的歷史數據，對車輛故障進行預測和分析，及時制定故障車輛處理方案。

5) 對采購車輛進行需求分析，對已購車輛進行建檔，對后期車輛的使用情況和維護記錄進行歸檔，實現對車輛生命周期的監測。

本集中管理控制系統可應用于煤礦、金屬礦山、非金屬礦山等所有無軌膠輪車井下輔助運輸過程中，可提高車輛的使用效率、安全性和可靠性。

5 實際應用情況

1) 該無軌膠輪車集中管理控制系統采用科學合理的無線通信技術，對車輛信息進行了集中管理，使車輛實現了聯網操作；同時，對信息進行了合理有效的利用，降低了駕駛員的勞動強度，避免了人員失誤帶來的損失，增加了車輛的使用效率和安全系數。

2) 對車輛進行了生命周期的管理，科學采購、建檔、維護，便于后續查閱,實現了對車輛情況的實時監測、及時維護，延長了設備的使用壽命。

3) 對車輛的故障預測和處理，降低了車輛的故障率，縮短了故障處理時間，提高了生產效率,且人員識別系統增加了對車輛的管控及對駕駛員的監督，提高了人員車輛的安全性。

6 結論

本礦用無軌膠輪車集中管理控制系統包括了車載檢測控制設備、巷道設備、車場設備和調控中心設備。實際運行表明，該系統對車輛、人員和礦井生產都有很大的益處，可以實現車輛、巷道、控制中心和車場之間的互聯互通，從而延長了設備的使用壽命提高了生產效率。