無(wú)人駕駛技術(shù)在紫金山金銅礦大規(guī)模軌道運(yùn)輸實(shí)踐

夏 林 曹志剛 谷彥博 黃新彥3

（1．紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司紫金山金銅礦；2．北京速力科技有限公司）

面對(duì)礦業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)地下開(kāi)采軌道運(yùn)輸逐漸向自動(dòng)化、無(wú)人化方向探索，目前國(guó)內(nèi)大部分電機(jī)車(chē)無(wú)人駕駛技術(shù)仍處于小規(guī)模試驗(yàn)性應(yīng)用階段。紫金山金銅礦330 m水平運(yùn)輸巷道電機(jī)車(chē)無(wú)人駕駛系統(tǒng)于2019年9月實(shí)現(xiàn)了11臺(tái)串電阻調(diào)速電機(jī)車(chē)同時(shí)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了基于串電阻機(jī)車(chē)在地下金屬礦復(fù)雜軌道及大規(guī)模運(yùn)輸環(huán)境下的無(wú)人駕駛運(yùn)輸系統(tǒng)［1］。

1 工程概況

紫金山金銅礦330 m礦石運(yùn)輸水平采用有軌運(yùn)輸方式，運(yùn)行11～12臺(tái)ZK20-9/550-2c型架線(xiàn)式井下礦用雙機(jī)牽引電機(jī)車(chē)，底側(cè)卸式礦車(chē)，每節(jié)車(chē)廂容積為12 m3，載重約為16 t/節(jié)。機(jī)車(chē)依次在溜井裝礦后出硐，通過(guò)2萬(wàn)t和8 000 t卸礦站自動(dòng)卸礦。其中，電機(jī)車(chē)為配有2臺(tái)直流85 kW電機(jī)的20 t機(jī)車(chē)，調(diào)試采用串電阻方式，司控器通過(guò)中間繼電器，控制直流接觸器改變直流主回路的相應(yīng)觸點(diǎn)閉合，通過(guò)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)向和所串接電阻大小來(lái)調(diào)速。電機(jī)車(chē)采用給風(fēng)制動(dòng)方式，司機(jī)室有小型的通風(fēng)機(jī)，主電機(jī)的接線(xiàn)盤(pán)和空壓機(jī)改裝到車(chē)蓋板上部，空間大便于維修，司機(jī)室配置了電臺(tái)便于調(diào)度和通訊指揮［2］。

井下運(yùn)輸作業(yè)全部為人工駕駛，人工參與程度和操作要求高，存在以下問(wèn)題。

（1）安全風(fēng)險(xiǎn)大。有軌電機(jī)車(chē)人工駕駛時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)由于人員操作失誤，跟車(chē)距離近，人員疲憊等問(wèn)題導(dǎo)致的機(jī)車(chē)跳軌、追尾等問(wèn)題，同時(shí)井下屬于硐室片幫、冒頂多發(fā)區(qū)，人工駕駛電機(jī)車(chē)發(fā)生安全事故、井下人員傷害、工亡等概率大。

（2）工作環(huán)境差、職業(yè)健康水平低。由于井下陰暗潮濕、粉塵大及電機(jī)車(chē)運(yùn)輸過(guò)程噪音大，造成電機(jī)車(chē)司機(jī)、井下放礦人員等職業(yè)健康水平程度很低。

（3）手動(dòng)操作、人員勞動(dòng)強(qiáng)度大。由于井下條件限制，電機(jī)車(chē)駕駛室尺寸狹小、自動(dòng)化程度低，再加上井下工作環(huán)境惡劣，長(zhǎng)時(shí)間駕駛?cè)菀自斐删码姍C(jī)車(chē)司機(jī)疲勞，且勞動(dòng)強(qiáng)度大。

有軌運(yùn)輸無(wú)人駕駛電機(jī)車(chē)的改造實(shí)施，可加速數(shù)字化礦山的發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)不需要操作工人的駐守，按計(jì)劃自主運(yùn)行可有效縮短生產(chǎn)安排時(shí)間，地表遠(yuǎn)程操控實(shí)現(xiàn)了電機(jī)車(chē)司機(jī)的本質(zhì)上安全生產(chǎn)。基于以上背景，2018年紫金山金銅礦開(kāi)始進(jìn)行井下電機(jī)車(chē)無(wú)人駕駛關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用研究項(xiàng)目，對(duì)無(wú)人駕駛系統(tǒng)相關(guān)配套硬件及軟件進(jìn)行了系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了有軌電機(jī)車(chē)在無(wú)人駕駛模式下自動(dòng)運(yùn)行、精確定位、自動(dòng)道岔、一控多、與控制中心數(shù)據(jù)交換等功能。

2 無(wú)人駕駛系統(tǒng)研究與實(shí)施

根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工藝、流程，經(jīng)技術(shù)討論后確定了具備遠(yuǎn)程遙控、自動(dòng)駕駛的電機(jī)車(chē)無(wú)人駕駛的解決方案。電機(jī)車(chē)能夠全自動(dòng)無(wú)人駕駛運(yùn)行，按照目前現(xiàn)狀，設(shè)置遙控操作臺(tái)6個(gè)，實(shí)現(xiàn)控制室內(nèi)一人操控井下多臺(tái)電機(jī)車(chē)，取消放礦崗位工，減少電機(jī)車(chē)駕駛員，提高作業(yè)效率。

為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)配套設(shè)施進(jìn)行改造和建設(shè)。有軌運(yùn)輸無(wú)人駕駛系統(tǒng)建設(shè)主要包含電機(jī)車(chē)本體改造、車(chē)輛速度監(jiān)測(cè)與固定點(diǎn)定位單元、無(wú)線(xiàn)和光纖網(wǎng)絡(luò)通訊網(wǎng)絡(luò)、信集閉控制系統(tǒng)、井下人員定位單元、溜井遠(yuǎn)程裝礦控制單元以及調(diào)度控制中心系統(tǒng)單元。有軌運(yùn)輸無(wú)人駕駛系統(tǒng)的構(gòu)成框架中包含地表智能控制和井下控制2部分：地表智能控制系統(tǒng)主要包含工業(yè)交換機(jī)、服務(wù)器、遠(yuǎn)程操作臺(tái)、調(diào)度臺(tái)等設(shè)備；井下部分主要包含無(wú)線(xiàn)WIFI通訊、裝礦控制、轉(zhuǎn)轍機(jī)控制、定位系統(tǒng)、機(jī)車(chē)ATO控制、重要點(diǎn)位視頻監(jiān)視等。機(jī)車(chē)上的控制數(shù)據(jù)和視頻畫(huà)面通過(guò)客戶(hù)端和巷道里的基站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，再通過(guò)有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸至地表控制室，使得操作員能夠清晰了解機(jī)車(chē)和現(xiàn)場(chǎng)情況。

為實(shí)現(xiàn)有軌運(yùn)輸無(wú)人駕駛系統(tǒng)，需要改造電機(jī)車(chē)、安裝精準(zhǔn)定位設(shè)備、搭建無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、改造信集閉系統(tǒng)、建設(shè)人員定位系統(tǒng)、改造放礦系統(tǒng)、建設(shè)控制中心等。

2.1 電機(jī)車(chē)改造

為了實(shí)現(xiàn)電機(jī)車(chē)的遠(yuǎn)程控制，需要對(duì)電機(jī)車(chē)進(jìn)行全方面的改造工作，其中包含制動(dòng)缸改造、受電弓改造、自動(dòng)控制改造等。

改造應(yīng)按設(shè)備使用情況綜合考慮，特別老舊接近報(bào)廢年限的車(chē)輛需通過(guò)購(gòu)買(mǎi)全新變頻控制帶遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的電機(jī)車(chē)；一般狀態(tài)良好的電機(jī)車(chē)?yán)迷{(diào)速控制電路，只改造受電弓、手剎車(chē)、中間控制繼電器，增加遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的方式。此種方式對(duì)保存的電機(jī)車(chē)備件可以繼續(xù)發(fā)揮作用，不僅降低投資和維修費(fèi)用，還對(duì)運(yùn)行維護(hù)有利。在此針對(duì)現(xiàn)有的16臺(tái)20 t電機(jī)車(chē)進(jìn)行斷氣剎、受電弓、自動(dòng)控制改造［3］。

2.1.1 制動(dòng)缸改造

原電機(jī)車(chē)機(jī)械剎車(chē)部分為給氣剎，如機(jī)車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)氣缸泄露、空壓機(jī)損壞、制動(dòng)電磁閥不動(dòng)作等任何一個(gè)故障時(shí)，將會(huì)引起電機(jī)車(chē)無(wú)法制動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致事故發(fā)生。為保證電機(jī)車(chē)能夠在斷電、氣罐沒(méi)氣、電制動(dòng)失效等特殊情況下能夠自動(dòng)停車(chē)，特此將機(jī)車(chē)機(jī)械剎車(chē)方式改為斷氣剎，從而可以有效避免這些危險(xiǎn)發(fā)生。斷氣剎氣缸體有2個(gè)進(jìn)出氣孔，一個(gè)為常用制動(dòng)，一個(gè)為停放制動(dòng)，其原理為當(dāng)常用制動(dòng)氣孔無(wú)氣壓時(shí)，停放制動(dòng)進(jìn)出氣孔充氣，將缸體內(nèi)制動(dòng)彈簧壓縮，推桿縮回，停放制動(dòng)處于未施加狀態(tài)；當(dāng)氣缸均無(wú)氣壓時(shí)，缸內(nèi)彈簧自動(dòng)彈出，推桿伸出，制動(dòng)施加，實(shí)現(xiàn)了氣壓故障時(shí)停車(chē)的連鎖控制。

2.1.2 受電弓改造

原受電弓為拉升式，需要司機(jī)在駕駛室內(nèi)通過(guò)手拉繩索完成升降弓操作。為滿(mǎn)足機(jī)車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)升降弓操作，將原受電弓更換為氣動(dòng)受電弓，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。因?yàn)檎麄€(gè)無(wú)人駕駛系統(tǒng)設(shè)計(jì)為自動(dòng)運(yùn)行方式，在機(jī)車(chē)經(jīng)過(guò)溜井、岔尖劃線(xiàn)交匯處、卸礦站、道口等位置需要能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)升降弓操作，故廢除原手繩拉弓方式，更改為氣缸升降弓方式，從而實(shí)現(xiàn)了受電弓的遠(yuǎn)程控制，為無(wú)人駕駛的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了條件。

2.1.3 自動(dòng)控制改造

要在串電阻電機(jī)車(chē)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛目的，首先要對(duì)機(jī)車(chē)本體的電氣回路進(jìn)行改造，使機(jī)車(chē)能發(fā)送和接收信集閉信號(hào)，接受自動(dòng)化系統(tǒng)控制指令；還需要對(duì)機(jī)車(chē)機(jī)械部總建進(jìn)行改造以執(zhí)行指令，在機(jī)車(chē)本體增加無(wú)線(xiàn)通訊設(shè)備、協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備、轉(zhuǎn)速測(cè)速裝置，在前端增加雷達(dá)障礙物檢測(cè)裝置和精確定位信息掃描設(shè)備，以及在各位置增加機(jī)車(chē)視頻等，最終將牽引系統(tǒng)與機(jī)車(chē)本體控制融合調(diào)試，實(shí)現(xiàn)電機(jī)車(chē)的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。

2.2 精準(zhǔn)定位設(shè)計(jì)

電機(jī)車(chē)在井下運(yùn)輸路段遠(yuǎn)程遙控以及智能行駛過(guò)程中，精準(zhǔn)定位是最基本的前提條件，是實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，只有時(shí)刻掌握機(jī)車(chē)在巷道內(nèi)的實(shí)時(shí)位置信息，才能對(duì)下一時(shí)刻的控制進(jìn)行決策分析控制。由于電機(jī)車(chē)在井下運(yùn)行，暫不能使用GPS衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行定位，因此針對(duì)有軌運(yùn)輸電機(jī)車(chē)的運(yùn)行特性，采用獨(dú)立定位技術(shù)。

精準(zhǔn)定位具體實(shí)現(xiàn)方法：根據(jù)軌道情況、關(guān)鍵設(shè)備點(diǎn)以及精度要求，對(duì)全程路徑做出系統(tǒng)精度規(guī)劃，配合車(chē)速計(jì)數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)定位。電機(jī)車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中，中央控制單元對(duì)礦車(chē)上安裝的從動(dòng)測(cè)速編碼器數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，然后再對(duì)其進(jìn)行積分運(yùn)算，計(jì)算出位移累加值，進(jìn)而能夠?qū)崟r(shí)確定電機(jī)車(chē)在路段上的具體位置，采用礦車(chē)從動(dòng)測(cè)速的方式消除了因機(jī)車(chē)頭打滑產(chǎn)生的位置累計(jì)錯(cuò)誤。同時(shí)運(yùn)用射頻識(shí)別RFID技術(shù)，巷道內(nèi)放置多處RFID標(biāo)簽，每一個(gè)標(biāo)簽都具有唯一的ID號(hào)，電機(jī)車(chē)上安裝標(biāo)簽掃描設(shè)備，該設(shè)備將掃描到的標(biāo)簽ID號(hào)實(shí)時(shí)傳遞給電機(jī)車(chē)無(wú)人駕駛控制系統(tǒng)，系統(tǒng)將所有布置在巷道內(nèi)的標(biāo)簽與標(biāo)簽所在的位置信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以便電機(jī)車(chē)經(jīng)過(guò)標(biāo)簽時(shí)進(jìn)行位置修正，確保累積誤差在合理范圍內(nèi)，進(jìn)一步增強(qiáng)了機(jī)車(chē)定位的準(zhǔn)確性。

2.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主干網(wǎng)絡(luò)整體由光纖網(wǎng)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)組成，分為視頻、控制、定位3個(gè)網(wǎng)絡(luò)單位，肩負(fù)著井下視頻傳輸、設(shè)備信號(hào)采集與控制、人車(chē)定位的重任。三網(wǎng)分離的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)能夠保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠，避免單點(diǎn)故障。本系統(tǒng)采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及當(dāng)前國(guó)際流行的有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)相結(jié)合的技術(shù)方案，有線(xiàn)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基于1 000 Mb/s光纖以太網(wǎng)而構(gòu)建，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀架構(gòu)則基于標(biāo)準(zhǔn)WIFI技術(shù)，為井下設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸提供了可靠的通訊平臺(tái)。井下和井上通訊通過(guò)工業(yè)級(jí)千兆交換機(jī)組成一個(gè)有線(xiàn)環(huán)網(wǎng)，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。井下的無(wú)線(xiàn)基站通過(guò)有線(xiàn)接入到礦用千兆交換機(jī)，從而保證了數(shù)據(jù)交換的速率。巷道內(nèi)的電機(jī)車(chē)、手機(jī)、電子定位卡等無(wú)線(xiàn)設(shè)備和附近的WIFI基站進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，將數(shù)據(jù)傳送到地表控制中心。

2.4 通訊系統(tǒng)

本次的通訊系統(tǒng)建設(shè)是以光纖有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)為骨干，根據(jù)信息內(nèi)容劃分為視頻、控制、定位3個(gè)子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)單元。按空間分布情況將網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分為三級(jí)網(wǎng)絡(luò)，單模光纖接入網(wǎng)、巷道無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)及電機(jī)車(chē)本體網(wǎng)絡(luò)。

330 m礦石運(yùn)輸水平的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)是井下電機(jī)車(chē)與無(wú)人駕駛自動(dòng)化系統(tǒng)傳輸?shù)募~帶。在井下根據(jù)巷道情況，設(shè)立若干經(jīng)過(guò)信道規(guī)劃好的無(wú)線(xiàn)AP（基站），使用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)完美覆蓋井下電機(jī)車(chē)運(yùn)輸巷道，盡可能壓縮信號(hào)在基站間切換時(shí)間。保留現(xiàn)有對(duì)講機(jī)系統(tǒng)，利用WIFI客戶(hù)端實(shí)現(xiàn)電機(jī)車(chē)與控制中心的通訊功能，并將電機(jī)車(chē)的視頻信號(hào)傳輸給地面主控室，以便遠(yuǎn)程操作員能及時(shí)確認(rèn)機(jī)車(chē)周邊情況，從而實(shí)現(xiàn)地表操作室與地下機(jī)車(chē)調(diào)度通訊一體化，設(shè)備信息監(jiān)測(cè)綜合數(shù)據(jù)同步傳輸。無(wú)線(xiàn)AP架構(gòu)設(shè)計(jì)：根據(jù)330 m水平平巷中裝礦點(diǎn)、道岔、架空線(xiàn)間斷等重要位置情況，布置一定數(shù)量的礦用基站，保證網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)無(wú)線(xiàn)信號(hào)質(zhì)量。在條件較好的巷道內(nèi)，可通過(guò)測(cè)定信息強(qiáng)度來(lái)確定2個(gè)基站的合適距離，特別要測(cè)試轉(zhuǎn)彎處的信號(hào)強(qiáng)度情況，降低信號(hào)間相互影響，使兩基站的通信距離調(diào)整到最佳狀態(tài)。基站配置定向天線(xiàn)用以覆蓋巷道內(nèi)來(lái)車(chē)方向，天線(xiàn)和基站之間通過(guò)射頻線(xiàn)連接，可以插拔。井下基站就近接入千兆骨干交換機(jī)，由此實(shí)現(xiàn)地面調(diào)度中心與井下基站之間建立通信連接，與此同時(shí)所有基站之間通過(guò)光纖連接，并在條件允許的區(qū)域組成子環(huán)網(wǎng)。無(wú)線(xiàn)基站的布置應(yīng)避免通信盲區(qū)，同時(shí)結(jié)合軌道信集閉系統(tǒng)和電機(jī)車(chē)無(wú)線(xiàn)控制進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，做到節(jié)省投資的目的。電機(jī)車(chē)的控制數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)通過(guò)機(jī)車(chē)上的交換機(jī)進(jìn)行匯聚，再由車(chē)載VIP客戶(hù)端和巷道里安裝的井下WIFI基站進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，最終由無(wú)線(xiàn)基站的千兆有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸至地表控制中心。

2.5 信集閉系統(tǒng)改造

項(xiàng)目建設(shè)前對(duì)原有的遠(yuǎn)程放礦控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備進(jìn)行了梳理，保留了原有的交換機(jī)和供電系統(tǒng)，新增加PLC工作站和8個(gè)控制分站，將21臺(tái)轉(zhuǎn)轍機(jī)和信號(hào)燈與放礦控制的信號(hào)在工作站層面集成，實(shí)現(xiàn)根據(jù)運(yùn)輸計(jì)劃監(jiān)測(cè)機(jī)車(chē)位置信息，自動(dòng)進(jìn)行轍機(jī)和信號(hào)燈的控制，達(dá)到自動(dòng)調(diào)度的目標(biāo)，控制系統(tǒng)根據(jù)故障、指令、現(xiàn)場(chǎng)車(chē)輛信息等設(shè)定優(yōu)先級(jí)，確定了嚴(yán)格的技術(shù)措施：

（1）電機(jī)車(chē)進(jìn)入信號(hào)開(kāi)放，必須滿(mǎn)足進(jìn)路中所有區(qū)段空閑（存車(chē)線(xiàn)除外）、道岔位置符合預(yù)期等條件。

（2）機(jī)車(chē)進(jìn)入信號(hào)機(jī)內(nèi)方應(yīng)及時(shí)關(guān)閉，結(jié)合車(chē)載控制器的車(chē)距防護(hù)技術(shù)措施，使同向2列電機(jī)車(chē)不產(chǎn)生追尾。

（3）當(dāng)?shù)啦淼汝P(guān)鍵設(shè)備發(fā)生故障或無(wú)法確定相關(guān)信息時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)為關(guān)閉或約定警告信號(hào)并發(fā)送聲光報(bào)警信息。

（4）在中心主控室控制計(jì)算機(jī)的顯示屏上能實(shí)時(shí)顯示列車(chē)在運(yùn)輸軌道位置、相應(yīng)區(qū)間的道岔狀態(tài)、危險(xiǎn)區(qū)段報(bào)警燈功能。

電機(jī)車(chē)控制單元采用集散式PLC計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，由上位機(jī)和下位機(jī)構(gòu)成，上位機(jī)設(shè)在濕法運(yùn)輸車(chē)間地面控制室，下位機(jī)設(shè)在井下被控對(duì)象附近，兩者之間的控制命令及被控對(duì)象的狀態(tài)信息均由光纖完成數(shù)字信號(hào)傳輸。根據(jù)裝運(yùn)礦作業(yè)計(jì)劃指令，信集閉系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)指揮電機(jī)車(chē)運(yùn)行，系統(tǒng)根據(jù)信號(hào)聯(lián)鎖規(guī)則，自動(dòng)控制井下轉(zhuǎn)轍機(jī)的動(dòng)作，自動(dòng)控制電機(jī)車(chē)運(yùn)行到指定裝礦或卸礦溜井。

2.6 人員定位系統(tǒng)

為了電機(jī)車(chē)平穩(wěn)安全的運(yùn)行，需要對(duì)井下人員的位置和電機(jī)車(chē)的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，確保人員和設(shè)備的安全。為此，建立了人員定位系統(tǒng)，進(jìn)入運(yùn)輸平巷前，需要配備專(zhuān)用定位卡，通定信集閉系統(tǒng)傳送位置信息，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡監(jiān)測(cè)，根據(jù)人車(chē)相關(guān)位置信息進(jìn)行震動(dòng)和聲音人車(chē)雙向預(yù)警警示功能，保障安全生產(chǎn)。

2.7 遠(yuǎn)程放礦系統(tǒng)

濕法廠(chǎng)運(yùn)輸車(chē)間地表控制室操作臺(tái)可以同時(shí)顯示各條溜井的實(shí)時(shí)畫(huà)面，也可以根據(jù)需要切換某一條溜井放礦機(jī)的畫(huà)面。地表裝礦操作工根據(jù)視頻畫(huà)面操控控制手柄，對(duì)放礦機(jī)的振動(dòng)放礦和電機(jī)車(chē)的遠(yuǎn)程對(duì)位進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)操作，完成遠(yuǎn)程裝礦過(guò)程。電機(jī)車(chē)無(wú)人駕駛系統(tǒng)的實(shí)施后，放礦工地點(diǎn)遷移到地面中控室，實(shí)行遠(yuǎn)程放礦操作，杜絕了因粉塵導(dǎo)致的職業(yè)危害。為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程放礦功能，需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)放礦點(diǎn)位的電氣柜進(jìn)行遠(yuǎn)程控制改造，從而實(shí)現(xiàn)地面遠(yuǎn)程控制放礦機(jī)進(jìn)行放礦作業(yè)。考慮到正常、臨時(shí)、故障3種情況，放礦系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)程自動(dòng)、遠(yuǎn)程遙控、現(xiàn)場(chǎng)控制3種模式。正常為自動(dòng)模式，轉(zhuǎn)轍機(jī)根據(jù)計(jì)劃自動(dòng)控制輸出，車(chē)輛自動(dòng)停靠裝礦。遠(yuǎn)程遙控模式下需要遠(yuǎn)程遙控轉(zhuǎn)轍機(jī)，供臨時(shí)調(diào)整作業(yè)計(jì)劃使用。

2.8 控制中心建設(shè)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)建筑情況，經(jīng)討論決定將地表控制室建立在濕法廠(chǎng)運(yùn)輸車(chē)間辦公樓，利用原有視頻監(jiān)控大屏，隔離出一個(gè)設(shè)備機(jī)房，安裝了監(jiān)車(chē)、放礦、調(diào)度的控制臺(tái)，開(kāi)發(fā)了運(yùn)輸計(jì)劃調(diào)度、溜井放礦控制、電機(jī)車(chē)控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)、人車(chē)定位、視頻監(jiān)控等系統(tǒng)，并在不同的控制臺(tái)上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行融合通信控制。使用成熟、先進(jìn)的工業(yè)控制硬件，取消了司機(jī)崗位，增加了監(jiān)車(chē)崗位，創(chuàng)新了地下采礦有軌運(yùn)輸操控方式，機(jī)車(chē)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和生產(chǎn)產(chǎn)量情況進(jìn)行優(yōu)化和自動(dòng)調(diào)度，顯著提高了井下電機(jī)車(chē)線(xiàn)路的利用率、容量及本質(zhì)安全水平［4-6］。控制中心自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)界面如圖1所示。

3 使用效益

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了11臺(tái)電機(jī)車(chē)在8.3 km復(fù)雜系統(tǒng)實(shí)時(shí)精準(zhǔn)定位設(shè)計(jì)、全自動(dòng)無(wú)人駕駛運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)根據(jù)礦石品位、溜井位置不同自動(dòng)配礦，具備防碰撞預(yù)警系統(tǒng)，提升安全性能，具有多種控制方式，實(shí)現(xiàn)一人多機(jī)值守，最大程度提升效率。電機(jī)車(chē)自動(dòng)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)2層控制，主控制PLC與機(jī)車(chē)核心控制器均具備獨(dú)立控制功能，最大程度地保證自動(dòng)運(yùn)行的安全；定位誤差精度小于0.5 m，運(yùn)行速度精度控制在0.05 m/s內(nèi)，位置更新頻率為1 s/次；完全滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，實(shí)現(xiàn)減員增效、提升本質(zhì)安全水平、人均運(yùn)輸效率提升。

4 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)將井下電機(jī)車(chē)司機(jī)、放礦、道岔等崗位人員的工作位置由井下電機(jī)車(chē)、溜井等地點(diǎn)合并轉(zhuǎn)移到地表控制室，多工種合并有效減少崗位人員，提高生產(chǎn)組織效率、本質(zhì)安全水平、職業(yè)健康水平，避免職業(yè)病的發(fā)生。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同地段軌道情況，安全控制電機(jī)車(chē)運(yùn)行速度；最大限度地減少操作員的工作量，通過(guò)一人操控監(jiān)視多臺(tái)電機(jī)車(chē)，提高電機(jī)車(chē)臺(tái)時(shí)效率和作業(yè)率，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃派發(fā)自動(dòng)化，保證安全高效完成生產(chǎn)任務(wù)。

紫金山井下電機(jī)車(chē)無(wú)人駕駛系統(tǒng)11臺(tái)電機(jī)車(chē)同時(shí)運(yùn)行，突破了井下運(yùn)輸系統(tǒng)調(diào)度復(fù)雜和軌道打滑時(shí)電機(jī)車(chē)精準(zhǔn)定位、電機(jī)車(chē)自動(dòng)控制、通訊等多項(xiàng)難題，形成多項(xiàng)集成技術(shù)創(chuàng)新成果。