矿井无人驾驶电机车系统应用

矿井无人驾驶电机车系统应用

陈雄伟

陕西长武亭南煤业有限责任公司陕西省咸阳市713602

摘要：随着国民经济的高速发展，各类矿产能源需求量与日俱增。当前，煤矿井下运输方式发展以带式输送机运输方式为主，原有轨道机车运输成为矿井生产的辅助运输。辅助运输系统的移动目标分散，机车行车规律性差，多为物料车、载车、空车、空机头作业任务，通常无明显的时间限制，行车路线不固定，每列车司机单点作业，经常会随意停放物料空车，造成运输轨道区段被长时间占用，其他车辆经过时需人工判断，临时避让，现有技术手段又无法实现规则化、程序化的可统筹调度有机整体。自动化减人是煤矿发展的必然趋势，从经济效益和环境效益看，无人驾驶的电机车运输技术是一种好的解决方案。

关键词：矿井；无人驾驶电机车系统；应用

引言

现阶段，矿山常用的井下运输方式包括三种，即皮带运输方式、无轨运输方式以及有轨道运输方式，以电机车提供地下运输牵引力。但是，轨道运输方面存在许多问题，例如无人运输主要采用的信、集、闭调度系统仅能对电机车运行发挥指挥作用，无法起到控制效能。并且信、集、闭硬件无法精确获取电机车位置，导致其调度效率较低。某些电机车仍然需要人工操作，致使矿石运输过程仍然受制于人为因素，人员疲惫、操作失误现象时有发生，严重者酿成安全事故。伴随着矿产资源需求的不断扩大，有些矿山处于超深度、高海拔区域，涌水量大，危险度高，这样便对电机车运输能力有着较高的要求。而无人驾驶电机车运输技术的出现就为矿山开采提供了新的极具可行性与安全性的运输方案，不仅可以满足当前与日俱增的开采需求，同时节约人工成本，提高生产安全程度。本文对陕西长武亭南煤业有限责任公司无人驾驶电机车进行研究。

1无人驾驶电机车系统功能概述

1、实现电机车运输作业的可视化监控与自动调度，通过信号机、道岔的自动或远程闭锁控制，确保运输安全。

2、实现车皮物料的自动跟踪与管理，促进矿井物流运输信息化水平的提升。

3、建立一套开放式的WIFI无线网络,为系统数据、移动视频的实时传输提供无线通道。

4、系统的所有过程数据存储在配备的数据服务器中，后期根据后续集成需求，设相应标准的数据接口和数据格式，便于数据共享，为智慧化矿山建设提供相关数据基础。

以电机车自动驾驶系统为主体，轨道监控、调度指挥和视频监控为辅助，将井下机车的运行状态、监测参数、机车位置、动态视频、信号灯状态、道岔状态、重要地点视频、装矿机状态、调度信息等直观的在控制室内上位机显示器集中监视。机车操作人员可根据上位机画面的反馈，通过上位机或操作台实现井下电机车的自动或遥控运行、自动或远程遥控装矿等功能。所有机车操作者可安排在同一个房间内进行操作机车，方便调度人员下达生产运输指令，并迅速得到机车操作者的回应信息。从而更能保障运输安全、提高运输效率，推动实现矿山的自动化。系统自动运行或遥控运行时，应禁止人员进入，从根本上杜绝安全事故的发生。在控制室系统停电时，UPS稳压电源可提供两个小时以上的后备供电。

2矿井无人驾驶电机车系统的应用

2.1机车跟踪定位系统

系统根据读卡设备感应接收车辆标识卡的信息，能识别出机车的车号、车类及位置信息。其中对运输大巷内电机车的跟踪定位采用UWB技术进行高精度定位，行进中的定位精度不大于5米，关键道岔口、车场的定位精度不大于50厘米。对于车皮物料的跟踪定位采用RFID定位方式,实现区域定位。

2.2自动驾驶功能系统

系统监控范围内实现4台电机车的自动驾驶功能（4台智能化电机车由矿方另购），具有手动驾驶、遥控驾驶（远程或就近）、自动驾驶等三种工作模式。

（1）手动模式：该模式由司机在电机车驾驶室内驾驶电机车，电机车驾驶模式为本地控制模式，此时远地控制中心处于对电机车的监测状态。由电机车驾驶室司机按照指令起止点轨道线路，观察巷道信号机红绿灯，驾驶电机车运行，红灯停绿灯行。

（2）遥控驾驶模式：该模式运行于列车装卸摘挂钩作业区，在必须由人工参与的运输作业环节，设置在遥控驾驶模式，将指定编号的手持式遥控器与电机车编组授权关联，电机车处于视距遥控控制状态，此时手持式遥控器与电机车车载通信控制器传输测控指令，遥控电机车实现前进、后退、停车等驾驶操作，装卸摘挂钩作业完成后，通过手持式遥控器将确认结果发送至控制中心，并将控制权限转移到控制中心，控制台按照轨道线路起止点指令，并结合调度信号系统传来信号指示状态，遥控控制电机车运行至指定位置，实现对电机车驾驶的远程拟人化操作。

（3）自动驾驶模式：对于确定了起点和终点的已编组完成且运输沿途不需要人工参与的列车，电机车在“确认可以发车点”到“到达目的地”之间的运输区域可以设置在自动驾驶模式，控制中心计算机监控软件与电机车编组授权关联，电机车处于远程自动控制模式，此时控制中心与电机车车载通信控制器传输测控指令，结合调度信号系统传来信号指示状态，红灯停绿灯行，自动控制电机车实现前进、后退、停车等驾驶操作，计算机按照指令起止点轨道线路，控制电机车运行到指定位置，实现对电机车的自动驾驶。在该作业模式下，仅需在装卸点设置摘挂钩转运岗位，即可实现对井下所有处于该模式下的多台电机车在主运输巷道内的自动驾驶。

2.3网络通讯系统

整个通讯网络包含工业光纤环网和无线WiFi网络，核心部分采用光缆传输，通过百兆、千兆、万兆交换机构建一个工业光纤环网。通过在巷道顶或巷道壁安装轨旁基站，实现井下无线WiFi信号的全覆盖。机车车头安装有车载基站，采用双模块设计，实现车载基站在漫游过程中稳定过渡，不断线不丢包。保证无线通信的稳定可靠。

2.4信集闭系统

(1)运输调度指挥系统软件。智能车载控制器将位置信息和车号传回调度中心，系统主机软件以电子地图形式直观显示机车位置和车号，实现机车实时动态跟踪。系统主机软件还具有实时监控信号机、道岔、区段以及整流变、分区开关功能。监控室生产调度人员能实时、准确地掌握各台机车的运行状况及各运输子系统的状态，通过WiFi通信系统对机车进行控制。系统主机软件同时还能以柱状图形式显示各仓位高度，根据录入的矿石品位数据，自动生成机车运输任务计划，调度人员只需设置机车运行目的地，通过WiFi通信系统下达运输指令给机车智能车载控制器，即可让机车自动驾驶。

(2)道岔联锁控制和敌对进路联锁。由于机车具有实时动态跟踪和前视障碍物自动识别,可以实现大部分轨道所有机车运输的移动闭塞功能。运行过程道岔和信号的申请控制由机车车载控制器和系统主机软件自动完成，实现信号机和转辙机联锁控制和敌对进路联锁功能。当有多辆机车需要通过同一个道岔口时，由系统主机软件以机车申请的先后顺序判断哪辆机车优先通过，然后其它机车依次通过，实现敌对进路联锁功能。

结语

电机车无人驾驶系统安全可靠完全可以满足矿井生产需求，实现井下铁路运输自动化，即电机车远程遥控或无人驾驶和装矿、卸矿远程控制，保障生产的安全高效，降低了职工的劳动强度，电机车无人驾驶系统技术成熟可在其它矿山进行推广使用。

参考文献

[1]随淼.地下矿无人驾驶电机车运输关键技术探究[J].中国设备工程,2017.08.

[2]陈海军,甘敏浩,吴大川等.某铁矿井下电机车自动控制系统设计[J].现代矿业,2018,04.

[3]赵树新.矿井电机车控制系统设计分析[J].自动化技术与设计,2018,11．

[4]李竹年.矿井无人驾驶系统升级改造[J].煤矿机电,2017,06.