CN103707779A - 煤矿巷道单行轨自适应分段供电系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的煤矿巷道单行轨自适应分段供电系统,包括供电及信号控制箱、供电线路和声光报警器,电机车上设置有车载信号机;特征在于:供电及信号控制箱包括微控制器、高压直流接触器,高压直流接触器用于控制相应供电线路的通断状态;车载信号机由包括无线信号收发模块和指示是否有电机车存在的信号指示灯。本发明的控制方法,包括:a)设定通讯距离;b)判断是否有电机车驶入;c)对供电线路进行供电;d)发出报警信号;e)切断其余供电线路的供电;f)判断电机车是否已运行至终点。本发明的系统和方法,实现对电机车的分段式供电,避免了触电事故的发生。通过声光报警器,可警告其它电机车进入单向轨道,避免了碰撞事故的发生。

Description

煤矿巷道单行轨自适应分段供电系统及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种煤矿巷道单行轨供电系统及方法,更具体的说,尤其涉及一种根据电机车的位置进行分段式供电的煤矿巷道单行轨供电系统及方法。
背景技术
[0002]目前煤矿电机车供电大都使用高压大电流供电,巷道顶板层高度限制了架线高度,煤矿工作人员在巷道内行进的时候存在一定的安全隐患,工作人员携带的劳动工具极易与裸露的供电线缆碰触而发生触电,如果触电很容易造成人员伤亡。且巷道内运输轨道大部分都是单轨运输,由于没有联动信号系统,对向行驶的机车很容易在单轨道线路上相遇,造成不必要的麻烦,浪费大量人力物力,也给造成撞车事故留下了隐患。
发明内容
[0003] 本发明为了克服上述技术问题的缺点,提供了 一种根据电机车的位置进行分段式供电的煤矿巷道单行轨供电系统及方法。
[0004] 本发明的煤矿巷道单行轨自适应分段供电系统,包括间隔地设置于煤矿巷道内的多个供电及信号控制箱,煤矿巷道内设置有电机车运行使用的单向轨道,电机车上设置有车载信号机;其特别之处在于:单向轨道的上方设置有数目与供电及信号控制箱数目相等的供电线路,单向轨道的两端设置有声光报警器;
所述供电及信号控制箱由壳体和位于壳体内的电路部分组成,电路部分包括微控制器、时钟电路、电源模块和高压直流接触器,微控制器具有采集、运算和控制的作用,微控制器通过继电器对高压直流接触器进行控制,高压直流接触器用于控制相应供电线路的通断状态;微控制器连接有RS485通讯模块和用于检测周围是否有电机车存在的无线信号收发模块,相邻的供电及信号控制箱通过RS485通讯模块相通信;微控制器对声光报警器进行控制;
所述车载信号机由壳体和设置于壳体内的电路部分组成,电路部分包括微控制器、时钟电路、电源模块、用于与供电及信号控制箱相通讯的无线信号收发模块以及用于指示单向轨道上是否有电机车存在的信号指示灯。
[0005] 供电及信号控制箱用于检测其周围一定范围内是否有电机车存在,如果有电机车存在则控制相应的供电线路获取高压直流电,以驱使电机车运行,而通过与其它供电及信号控制箱的通讯,将其余的供电线路切断,最大限度地保证了巷道内有工人通过时的安全性,并控制声光报警器发出报警信号,避免其他的电机车进入单向轨道。供电及信号控制箱中的微控制器具有信号采集、数据运算和控制输出的作用,微控制器通过判断无线信号接收模块是否接收到电机车发出的信号,来确定其周围是否有电机车进入单向轨道;微控制器通过继电器对高压直流接触器的状态进行控制,以便控制是否向相应的供电线路中通入直流电压;不同的供电及信号控制箱通过RS485通讯模块进行通讯,以实现对供电线路、声光报警器的控制。车载信号机设置于电机车上,车载信号机通过无线信号收发模块与供电及信号控制箱相通讯,以便使供电及信号控制箱检测出电机车的存在,对相应的供电线路进行供电,保证电机车在单向轨道上的正常运行;同时,车载信号机还可根据接收到的供电及信号控制箱发出的信号,控制声光报警器发出报警信号,以免同一时刻单向轨道上出现两个电机车,避免了碰撞事故的发生。
[0006] 本发明的煤矿巷道单行轨自适应分段供电系统,包括位于井上的监控机,监控机通过通讯转换器与供电及信号控制箱相通信。煤矿巷道位于井下,监控机位于井上,监控机通过通讯转换器与供电及信号控制箱通讯,可实时监测和记录煤矿巷道内电机车的运行状态,便于事后查询。
[0007] 本发明的煤矿巷道单行轨自适应分段供电系统,所述供电及信号控制箱还包括液晶显示屏,液晶显示屏与微控制器相连接;所述壳体上开设有声光报警器接口、通讯接口、高压大电流输入接口、高压大电流输出接口、安装孔以及透视窗,壳体上还设置有无线天线。 [0008] 本发明的煤矿巷道单行轨自适应分段供电系统,所述车载信号机的壳体上设置有电池仓、信号指示灯和无线天线。
[0009] 本发明的煤矿巷道单行轨自适应分段供电系统,所述相邻两供电及信号控制箱之间的距离为200m,供电及信号控制箱、车载信号机上的无线信号收发模块的通讯距离均为150mo
[0010] 本发明的煤矿巷道单行轨自适应分段供电系统的控制方法,设相邻两供电及信号控制箱之间的距离为D,位于供电及信号控制箱下方的供电线路的长度也为D,其特征在于,所述控制方法包括以下步骤:a).设定通讯距离,通过设定供电及信号控制箱和车载信号机的无线信号收发模块,使其通讯距离S满足:D/2<S<D ;b).判断是否有电机车驶入,供电及信号控制箱通过无线信号收发模块检测是否有电机车从单向轨道的一端驶入,如果没有,则继续检测;如果检测出有电机车驶入,则执行步骤c) ;c).对供电线路进行供电,设由电机车驶入端到另一端供电及信号控制箱的编号依次为1#、2#、…、n#,相应的供电线路依次为供电线路1、供电线路2、…、供电线路n,设N#供电及信号控制箱检测到其周围有电机车,I n,N为正整数;N#供电及信号控制箱控制供电线路N获取高压直流电,以驱使电机车在供电线路N所对应的单向轨道上运行,并控制与其相连接的声光报警器处于关闭状态;d).发出报警信号,N#供电及信号控制箱通过与其余的供电及信号控制箱的通讯,告知其单向轨道上已有电机车存在,以控制所有的声光报警器发出声光报警信号,以警告单向轨道上已有电机车运行,避免其它电机车进入单向轨道;e).切断其余供电线路的供电,N#供电及信号控制箱通过与其余的供电及信号控制箱的通讯,切断除供电线路N外的所有供电线路的供电,以最大限度地保证工作人员在煤矿巷道内的通行安全;f).判断电机车是否已运行至终点,n#供电及信号控制箱检测电机车是否已运行至单向轨道的终点,如果没有运行至终点,则重复步骤c)、d);如果电机车已运行至终点,则所有供电及信号控制箱切断对所有供电线路的供电,并解除所有声光报警器的报警,以便其它的车辆进入单向轨道。
[0011] 本发明的有益效果是:本发明的煤矿巷道单行轨自适应分段供电系统及控制方法,通过在煤矿巷道内间隔设置多个供电及信号控制箱和供电线路,一个供电及信号控制箱控制对一个供电线路的供电状态进行控制,且电机车上设置有车载信号机,供电及信号控制箱通过与车载信号机的通讯可检测出其周围是否有电机车存在,实现了只有电机车存在的供电线路才接入高压直流电,其余的供电线路上均没有电压存在,实现了对电机车的分段式供电,不仅保证了电机车在单向轨道上的正常运行,还避免了以往由于全线路均带电容易造成工人触电事故的发生。通过在单向轨道的两端设置受供电及信号控制箱控制的声光报警器,当单向轨道上有电机车存在时,通过声光报警器发出的报警信号,可警告其它电机车进入单向轨道,避免了碰撞事故的发生。通过在井上设置与供电及信号控制箱相通讯的监控机,可对煤矿巷道内电机车的运行状态进行实时的监控和记录,便于掌握电机车的运行状态,还可通过查询记录信息进行事故追责。
附图说明
[0012]图1为本发明的煤矿巷道单行轨自适应分段供电系统的原理图;
图2为本发明中供电及信号控制箱的立体图;
图3为本发明中供电及信号控制箱的结构爆炸图;
图4为本发明中供电及信号控制箱中电路部分的原理图;
图5为本发明中供电及信号控制箱中微控制器的电路图;
图6为本发明中供电及信号控制箱中无线信号收发模块的电路图;
图7为本发明中供电及信号控制箱中RS485通讯模块的电路图;
图8为本发明中供电及信号控制箱中继电器控制高压直流接触器的电路图;
图9为本发明中供电及信号控制箱控制声光报警器的原理图;
图10为本发明中车载信号机的结构图;
图11为本发明中车载信号机的电路部分的原理图;
图12为本发明中车载信号机中微控制器的电路图;
图13为本发明中车载信号机中的无线信号收发模块的电路图;
图14为本发明中车载信号机中的电源模块的电路图。
[0013] 图中:1供电及信号控制箱,2声光报警器,3供电线路,4单向轨道,5 B电机车,6A电机车,7车载信号机,8监控机,9通讯转换器,10壳体,11声光报警器接口,12通讯接口,13高压大电流输入接口,14高压大电流输出接口,15透视窗,16无线天线,17安装孔,18前面板,19控制电路板,20高压直流接触器,21微控制器,22时钟电路,23电源模块,24 RS485通讯模块,25无线信号收发模块,26液晶显示屏,27继电器,28壳体,29电池仓,30信号指示灯,31无线天线,32微控制器,33时钟电路,34电源模块,35无线信号收发模块。
具体实施方式
[0014] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0015] 如图1所示,给出了本发明的煤矿巷道单行轨自适应分段供电系统的原理图,其包括多个供电及信号控制箱1、声光报警器2、多个供电线路3、单向轨道4、电机车(A电机车6、B电机车5)、车载信号机7、通讯转换器9、监控机8 ;所不的多个供电及信号控制箱I等间距地设置于煤矿巷道的顶部,供电线路3的数量与供电及信号控制箱I的数量相等,一个供电及信号控制箱I对一个供电线路3的通断电状态进行控制。不同的供电及信号控制箱I经通讯线相连接,车载信号机7固定于电机车上,供电及信号控制箱I通过检测其周围是否有车载信号机7存在,来判断是否有电机车进入其检测范围之内,因此,为了保证供电及信号控制箱I对车载信号机7的正常、无误检测,如果相邻两供电及信号控制箱I之间的距离为D,则供电及信号控制想I与车载信号机7之间的通讯距离S应满足:D/2 < S < D。当某一供电及信号控制箱I检查到其周围有电机车存在时,会控制相应的供电线路3接入高压直流电压,而其余的供电线路3不接入电压,实现对电机车的分段式供电,既保证了电机车在单向轨道4上的正常运行,也避免了全线路均带电易导致工人触点事故的发生。
[0016] 声光报警器2设置于单向轨道4的两端,声光报警器2的状态受供电及信号控制箱I的控制;当单向轨道4上有车辆存在时,供电及信号控制箱I会控制声光报警器2发出声光报警信号,以告知其余的电机车驾驶人员此单向轨道4上已有电机车在运行,不能进入,避免了电机车碰撞事故的发生。在单向轨道4上已有电机车运行的情况下,由于供电线路3的分阶段式供电,即使其它车辆进入,由于其进入处的供电线路3不带电,电机车也无法运行。位于井上的监控机8经通讯转换器9与供电及信号控制箱I相通讯,监控机8可对煤矿巷道内电机车的运行状态进行实时的监控和记录,便于掌握电机车的运行状态,还可通过查询记录信息进行事故追责。
[0017] 如图2、图3所示,给出了本发明中供电及信号控制箱I的立体图和结构爆炸图,其包括壳体10、声光报警器接口 11、通讯接口 12、高压大电流输入接口 13、高压大电流输出接口 19、透视窗15、无线天线16、安装孔17、前面板18、控制电路板19、高压直流接触器20 ;如图4所示给出了供电及信号控制箱中电路部分的原理图,其包括微控制器21、时钟电路22、电源模块23、RS485通讯模块24、无线信号收发模块25、液晶显示屏26、继电器27 ;壳体10起固定和支撑作用,壳体10包括前面板18,前面板18上设置有便于观察液晶显示屏26的透视窗15。壳体10上设置有与无线信号收发模块25相配合的无线天线16,以实现无线信号的收发。壳体I上还设置有安装孔17,以便对整个供电及信号控制箱进行固定安装。
[0018] 微控制器21通过声光报警器接口 11对声光报警器2进行控制。供电及信号控制箱I通过通讯接口 12与相邻的供电及信号控制箱I进行通讯,供电线路3通过高压大电流输入接口 13进入壳体10内部,与高压直流接触器20的一端相连接,并从高压大电流输出接口 14引出。这样,高压大电流输出接口 14可对供电线路3的通断电状态进行控制。供电及信号控制箱I的电路部分设置于控制电路板19上。所示的微控制器21具有信号采集、数据运算和控制输出的作用,时钟电路22用于产生微控制器21工作所述的脉冲信号,如图5所示,给出了微控制器21和时钟电路22的电路布,所示的微控制器21采用PIC单片机。电源模块23给整个电路部分提供工作所需的直流电压,无线信号收发模块25与微控制器21相连接,用于实现供电及信号控制箱I与车载信号机7之间的通讯,如图6所示,给出了无线信号收发模块25的电路图,为了保证供电及信号控制箱I的防爆、本安特性,在信号的接收和发送端通过光电耦合器相隔离。
[0019] RS485通讯模块24与微控制器21相连接,用于实现相邻供电及控制箱I之间的通讯。如图7所示,给出了 RS485通讯模块24的电路图,所示的通讯线路也通过光电耦合器隔离开来,以保证供电及信号控制箱I的防爆和本质安全特性。液晶显示屏26与微控制器21相连接,图5中采用的单片机可直接驱使液晶显示屏进行工作,所示的标号为IXD DO〜IXD D7的引脚为驱使液晶显示屏26的数据线。所示的微控制器21通过继电器27控制高压直流接触器20进行工作,如图8所示,给出了继电器控制高压直流接触器的电路图,通过采用继电器27,实现了高压与低压的隔离。如图9所示,微控制器21的输出端口经光电耦合器的隔离后,形成对声光报警器2控制的端口。
[0020]如图10和图11所示,给出了本发明中车载信号机的结构图和电路部分的原理图,所示的车载信号机包括壳体28、电池仓29、信号指示灯30、无线天线31 ;所示的壳体28起固定和支撑作用,电池仓29用于存放电池,信号指示灯30用于表示电机车6是否准许运行。无线天线31与无线收发模块35相配合,实现无线信号的接收和发送。所示的电路部分包括微控制器32、时钟电路33、电源模块34、无线信号收发模块35 ;车载信号机7通过无线信号收发模块35与供电及信号控制箱I相通讯。如图12所示,给出了微控制器32和时钟电路33的电路图,图13和图14分别给出了无线信号收发模块35和电源模块34的电路图。
[0021] 设相邻两供电及信号控制箱I之间的距离为D,位于供电及信号控制箱下方的供电线路3的长度也为D,本发明的煤矿巷道单行轨自适应分段供电系统的控制方法,可通过以下步骤来实现:
a).设定通讯距离,通过设定供电及信号控制箱I和车载信号机7的无线信号收发模块,使其通讯距离S满足:D/2 < S < D ;
b).判断是否有电机车驶入,供电及信号控制箱I通过无线信号收发模块检测是否有电机车从单向轨道4的一端驶入,如果没有,则继续检测;如果检测出有电机车驶入,则执行步骤c);
c).对供电线路进行供电,设由电机车驶入端到另一端供电及信号控制箱的编号依次为1#、2#、…、n#,相应的供电线路依次为供电线路1、供电线路2、…、供电线路n,设N#供电及信号控制箱检测到其周围有电机车,I n,N为正整数;N#供电及信号控制箱控制供电线路N获取高压直流电,以驱使电机车在供电线路N所对应的单向轨道上运行,并控制与其相连接的声光报警器2处于关闭状态;
d).发出报警信号,N#供电及信号控制箱通过与其余的供电及信号控制箱的通讯,告知其单向轨道上已有电机车存在,以控制所有的声光报警器发出声光报警信号,以警告单向轨道上已有电机车运行,避免其它电机车进入单向轨道;
e).切断其余供电线路的供电,N#供电及信号控制箱通过与其余的供电及信号控制箱的通讯,切断除供电线路N外的所有供电线路的供电,以最大限度地保证工作人员在煤矿巷道内的通行安全;
f).判断电机车是否已运行至终点,n#供电及信号控制箱检测电机车是否已运行至单向轨道的终点,如果没有运行至终点,则重复步骤c)、d);如果电机车已运行至终点,则所有供电及信号控制箱切断对所有供电线路的供电,并解除所有声光报警器的报警,以便其它的车辆进入单向轨道。
[0022] 如图1所示,系统运行后,1#、2#、3#供电及信号控制箱分别实时检测相关区域内电机车情况,在图1中,A电机车6最先进入1#供电及信号控制箱I的检测区域,1#供电及信号控制箱I开启本安型声光报警器报警信号并向总线发出闭锁信号,3#供电及信号控制箱接收到闭锁信号后,开启本安型声光报警器发出报警信号,1#供电及信号控制箱I开启高压直流接触器给供电线路I供电,A电机车I上车载信号机7接收到1#供电及信号控制箱I发来的允许行使信号,车载信号机7上的信号指示灯显示绿色允许行使信号,可以继续行使;当A电机车6进入2#供电及信号控制箱I检测区域内时,#供电及信号控制箱I控制供电线路2供电,而其它供电线路不供电,采用同样的分段式供电电视,直至通过单向轨道区域。
[0023] 同时,B电机车5上车载信号机7接收到3#供电及信号控制箱发来的禁止行使信号,车载信号机7信号灯显示红色禁止行使信号,待A电机车6通过单向轨道4后,3#供电及信号控制箱向B电机车5上的车载信号机7发出允许行使信号,车载信号机7信号灯变为绿色允许行使信号,B电机车5方可进入单向轨道行使。

Claims (6)

1.一种煤矿巷道单行轨自适应分段供电系统,包括间隔地设置于煤矿巷道内的多个供电及信号控制箱(1),煤矿巷道内设置有电机车运行使用的单向轨道(4),电机车上设置有车载信号机(7);其特征在于:单向轨道的上方设置有数目与供电及信号控制箱数目相等的供电线路(3),单向轨道的两端设置有声光报警器(2); 所述供电及信号控制箱由壳体(10)和位于壳体内的电路部分组成,电路部分包括微控制器(21)、时钟电路(22 )、电源模块(23 )和高压直流接触器(20 ),微控制器具有采集、运算和控制的作用,微控制器通过继电器(27)对高压直流接触器进行控制,高压直流接触器用于控制相应供电线路的通断状态;微控制器连接有RS485通讯模块(24)和用于检测周围是否有电机车存在的无线信号收发模块(25),相邻的供电及信号控制箱通过RS485通讯模块相通信;微控制器对声光报警器进行控制; 所述车载信号机由壳体(28)和设置于壳体内的电路部分组成,电路部分包括微控制器(32)、时钟电路(33)、电源模块(34)、用于与供电及信号控制箱相通讯的无线信号收发模块(35 )以及用于指示单向轨道上是否有电机车存在的信号指示灯(30 )。
2.根据权利要求1所述的煤矿巷道单行轨自适应分段供电系统,其特征在于:包括位于井上的监控机(8 ),监控机通过通讯转换器(9 )与供电及信号控制箱(1)相通信。
3.根据权利要求1或2所述的煤矿巷道单行轨自适应分段供电系统,其特征在于:所述供电及信号控制箱(1)还包括液晶显示屏(26),液晶显示屏与微控制器(21)相连接;所述壳体(10)上开设有声光报警器接口(11)、通讯接口(12)、高压大电流输入接口(13)、高压大电流输出接口(14)、安装孔(17)以及透视窗(15),壳体(10)上还设置有无线天线。
4.根据权利要求1或2所述的煤矿巷道单行轨自适应分段供电系统,其特征在于:所述车载信号机(7 )的壳体(28 )上设置有电池仓(29 )、信号指示灯(30 )和无线天线(31)。
5.根据权利要求1或2所述的煤矿巷道单行轨自适应分段供电系统,其特征在于:所述相邻两供电及信号控制箱(1)之间的距离为200m,供电及信号控制箱、车载信号机上的无线信号收发模块的通讯距离均为150m。
6.一种基于权利要求1所述的煤矿巷道单行轨自适应分段供电系统的控制方法,设相邻两供电及信号控制箱(1)之间的距离为D,位于供电及信号控制箱下方的供电线路(3)的长度也为D,其特征在于,所述控制方法包括以下步骤: a).设定通讯距离,通过设定供电及信号控制箱(1)和车载信号机(7 )的无线信号收发模块,使其通讯距离S满足:D/2 < S < D ; b).判断是否有电机车驶入,供电及信号控制箱(1)通过无线信号收发模块检测是否有电机车从单向轨道(4)的一端驶入,如果没有,则继续检测;如果检测出有电机车驶入,则执行步骤c); c).对供电线路进行供电,设由电机车驶入端到另一端供电及信号控制箱的编号依次为1#、2#、…、n#,相应的供电线路依次为供电线路1、供电线路2、…、供电线路n,设N#供电及信号控制箱检测到其周围有电机车,I n,N为正整数;N#供电及信号控制箱控制供电线路N获取高压直流电,以驱使电机车在供电线路N所对应的单向轨道上运行,并控制与其相连接的声光报警器(2)处于关闭状态; d).发出报警信号,N#供电及信号控制箱通过与其余的供电及信号控制箱的通讯,告知其单向轨道上已有电机车存在,以控制所有的声光报警器发出声光报警信号,以警告单向轨道上已有电机车运行,避免其它电机车进入单向轨道; e).切断其余供电线路的供电,N#供电及信号控制箱通过与其余的供电及信号控制箱的通讯,切断除供电线路N外的所有供电线路的供电,以最大限度地保证工作人员在煤矿巷道内的通行安全; f).判断电机车是否已运行至终点,n#供电及信号控制箱检测电机车是否已运行至单向轨道的终点,如果没有运行至终点,则重复步骤c)、d);如果电机车已运行至终点,则所有供电及信号控制箱切断对所有供电线路的供电,并解除所有声光报警器的报警,以便其它的车辆 进入单向轨道。
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