斜巷絞車數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸及控制系統(tǒng)研究

袁彩杰

(河南能源化工集團(tuán) 永煤公司新橋煤礦， 河南 永城 476621)

斜巷絞車作為煤礦井下輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的重要設(shè)備，主要運(yùn)輸對(duì)象為礦石、機(jī)械設(shè)備以及井下人員。在斜巷運(yùn)行時(shí)，由于斜巷路況復(fù)雜，常有坡度較大的上坡、下坡以及拐彎，行車?yán)щy。為避免事故的發(fā)生，斜巷絞車在運(yùn)行過(guò)程中都配備信號(hào)工與絞車司機(jī)通訊，絞車司機(jī)聽(tīng)信號(hào)開(kāi)車，利用手動(dòng)打點(diǎn)器和電鈴控制絞車的具體動(dòng)作。絞車司機(jī)無(wú)法及時(shí)掌握前方路況，極易發(fā)生絞車撞壁、翻車甚至傷人等重大安全事故。

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能控制技術(shù)的不斷發(fā)展，在斜巷中加入視頻監(jiān)控系統(tǒng)，使得絞車司機(jī)能夠準(zhǔn)確掌握絞車運(yùn)行環(huán)境，在一定程度上降低了安全事故的發(fā)生。由于斜巷距離較長(zhǎng)、環(huán)境復(fù)雜，在布線、設(shè)備安裝等方便面臨諸多困難，而且電纜電線極易被絞車、機(jī)械設(shè)備壓斷，使得礦用電話、視頻無(wú)法正常運(yùn)行[1-2]. 針對(duì)上述問(wèn)題，在斜巷原有通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種無(wú)線組網(wǎng)方案，將斜巷絞車車房、斜巷上口、斜巷分道口以及斜巷下口發(fā)出的控制命令、閉鎖命令以無(wú)線方式進(jìn)行傳送，并將斜巷沿線的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，使絞車司機(jī)實(shí)時(shí)掌握行車環(huán)境，確保在斜巷內(nèi)不發(fā)生安全事故。

1 總體設(shè)計(jì)

斜巷絞車無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)布網(wǎng)示意圖見(jiàn)圖1，根據(jù)斜巷實(shí)際工況，可將斜巷絞車系統(tǒng)分為絞車車房、斜巷上口、斜巷分道口以及斜巷下口4個(gè)單元，絞車車房距斜巷上口約70 m，斜巷上口距斜巷下口約1 550 m. 斜巷分道口約在斜巷上口和斜巷下口的中間位置。

在每一個(gè)單元中都獨(dú)立設(shè)置以PLC控制器為核心的電氣控制箱，將該單元的所有數(shù)據(jù)以TCP/IP的模式傳送給網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)接收到數(shù)據(jù)后，以無(wú)線的形式進(jìn)行發(fā)送。在絞車的前后位置，安裝無(wú)線攝像儀，并將視頻信號(hào)傳輸至絞車車房，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)絞車的運(yùn)行環(huán)境[3-4]. 根據(jù)斜巷無(wú)線傳輸?shù)男盘?hào)衰落性、多徑效應(yīng)等特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)無(wú)線組網(wǎng)分析后，將無(wú)線基站、無(wú)線AP以及無(wú)線攝像儀安裝在指定位置，保證無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?、連續(xù)性和穩(wěn)定性。

斜巷各位置的無(wú)線基站、網(wǎng)關(guān)，安裝在斜巷指定位置的無(wú)線AP以及無(wú)線攝像儀組成一個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)斜巷絞車數(shù)據(jù)、控制信號(hào)的無(wú)線傳送和共享。

圖1 斜巷絞車提升無(wú)線布網(wǎng)示意圖

2 無(wú)線傳輸設(shè)備選型

在所設(shè)計(jì)的斜巷絞車無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，使用的無(wú)線設(shè)備主要有無(wú)線基站、無(wú)線AP、無(wú)線攝像儀。選用KT09-A型礦用CDMA通信模式的無(wú)線基站[5]，可實(shí)現(xiàn)井下各移動(dòng)點(diǎn)或臨時(shí)固定點(diǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和圖像傳輸，可提供語(yǔ)音、短消息、分組無(wú)線上網(wǎng)、視頻等服務(wù)，該基站基于IP架構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)與有線網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫連接。該無(wú)線基站系統(tǒng)容量大，單載頻單扇區(qū)即可支持50名以上用戶同時(shí)通話，支持10路無(wú)線視頻傳輸，提供多樣的無(wú)線覆蓋方式，滿足斜巷復(fù)雜巷道的覆蓋需求，實(shí)現(xiàn)全斜巷無(wú)線信號(hào)的無(wú)縫覆蓋。KT09-A型礦用無(wú)線基站的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1.

表1 KT09-A型礦用無(wú)線基站的主要技術(shù)參數(shù)表

3 控制系統(tǒng)

斜巷絞車車房中設(shè)置有絞車控制系統(tǒng)，控制操作臺(tái)見(jiàn)圖2. 該操作臺(tái)中的斜巷內(nèi)各無(wú)線視頻監(jiān)控點(diǎn)的視頻信息、絞車行進(jìn)過(guò)程中的前方/后方視頻信息都以無(wú)線通信的方式傳送至絞車車房，如點(diǎn)擊圖2中的“斜巷上口畫面”、“斜巷下口畫面”等按鈕可進(jìn)行視頻畫面的切換。另外，斜巷上口/下口以及分道口的控制指令、聯(lián)鎖信號(hào)、數(shù)據(jù)信息都以無(wú)線通信的方式傳送給絞車車房，并顯示在操作臺(tái)主畫面中。除有電源電壓、運(yùn)行速度、運(yùn)行頻率、電機(jī)電流、溫度指示、深度指示燈系統(tǒng)監(jiān)測(cè)參數(shù)外，還有控制指令，如“急?！薄ⅰ皬?fù)位”、“合閘”、“分閘”、“啟動(dòng)”、“停止”等。當(dāng)絞車司機(jī)控制絞車時(shí)，必須保證操作臺(tái)與斜巷上口、斜巷分道口以及斜巷下口的聯(lián)鎖信號(hào)打開(kāi)，同時(shí)必須觀察斜巷上口、斜巷下口、斜巷分道口視頻監(jiān)控畫面，保證運(yùn)行環(huán)境的安全。絞車司機(jī)確認(rèn)上述信息后，可進(jìn)行絞車下放、提升的操作。當(dāng)斜巷絞車出現(xiàn)緊急情況時(shí)，可按下急停，切斷變頻器和油泵電源，實(shí)現(xiàn)緊急制動(dòng)。當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障后，可按下復(fù)位，對(duì)油泵電機(jī)進(jìn)行軟啟動(dòng)。

圖2 斜巷絞車控制系統(tǒng)操作臺(tái)示意圖

4 應(yīng)用情況

該設(shè)計(jì)方案在新橋煤礦19采區(qū)斜巷段進(jìn)行了為期6個(gè)月的工業(yè)試驗(yàn)，該斜巷段全長(zhǎng)907 m，坡度5°～12.3°，以無(wú)線控制模式，基于斜巷絞車操作臺(tái)，對(duì)斜巷內(nèi)絞車進(jìn)行控制。實(shí)際使用情況：

1) 操作臺(tái)中的電源電壓、運(yùn)行速度、運(yùn)行頻率等可以正常、穩(wěn)定顯示。

2) 操作臺(tái)中的控制按鈕指令，如急停、復(fù)位、啟動(dòng)等可以正確發(fā)送，時(shí)延小于200 ms.

3) 斜巷上口/下口等畫面有些許雪花，原因?yàn)檎彰鳁l件較差。

5 結(jié) 語(yǔ)

斜巷是煤礦井下的事故多發(fā)區(qū)，完善斜巷安全監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)增強(qiáng)煤礦安全性、提高煤礦生產(chǎn)效率具有重要的意義。設(shè)計(jì)的斜巷絞車無(wú)線傳輸以及控制系統(tǒng)，保證了斜巷各重要位置點(diǎn)控制指令、數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)目煽啃裕瑢?shí)現(xiàn)斜巷無(wú)死角監(jiān)控，從根本上杜絕斜巷安全隱患，避免傷亡事故發(fā)生，具有重要的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。