CN103901862A - 井下电机车地面远程遥控系统 - Google Patents

Abstract

一种井下电机车地面远程遥控系统，属于井下采矿技术领域。包括派配矿单元、机车单元、运行单元、装矿单元、卸矿单元；派配矿单元包括数字化配矿系统、派车系统；机车单元包括井下电机车运输系统、电机车自动保护系统；运行单元包括井下窄轨“信集闭”控制系统、操作台系统、无线通讯系统、100M网络通讯系统、不间断电源系统；装矿单元包括溜井远程装矿系统、溜井远程装矿视频监控系统；卸矿单元包括自动卸矿系统和卸矿自动清扫系统。优点在于：将井下电机车司机、放矿工两个人的工作合二为一，工作位置由井下移动到地面，提高本质安全水平、避免了职业病的发生、保证了电机车的安全高效运行、精简了操作、提高电机车作业率、提高电机车台时效率、提高生产组织效率、提高了输出品位的稳定性。

Description

井下电机车地面远程遥控系统

技术领域

本发明属于井下采矿控制技术领域，特别是提供了一种井下电机车地面远程遥控系统，是为井下电机车运输提供数字化派配矿、遥控装矿、自动调度、自动行驶、自动卸矿的井下电机车地面远程遥控系统，实现了井下电机车运输现场无人、地面远程遥控的新型生产作业方式。

背景技术

地下矿山井下电机车运输系统是矿井运输的大动脉，电机车安全高效运行是地采生产的关键环节。随着地下开采规模的不断扩大，与生产紧密相关的井下电机车运输任务也越来越繁重，通常采取增加运输车辆和车次、或者提高车速等措施来适应。目前所使用的运输设备都需要人工驾驶，工作环境、安全保障及运输效率均受到较大制约，由此也带来了许多不利因素和安全隐患，因此，对井下电机车地面远程遥控的研究已经成为国内地下采矿业的迫切任务。

到目前为止，国内还没有成型的井下电机车地面远程遥控系统，井下电机车均为现场人工驾驶、操作，运行模式为：装矿时每台电机车需跟随一名放矿工进行现场放矿，放矿过程中对车、行车、放矿等动作需要放矿工和电机车司机不断进行信息沟通、配合，并进行二次对车，易造成人为效率降低、装载异常，以及安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种井下电机车地面远程遥控系统，实现基础信息数字化、生产过程可视化、管理控制一体化、决策支持集成化的总建设目标，电机车运输系统从卸载站开始，遵循主提升井（一个时间段内）输出品位稳定的原则，按照采区各溜井的储矿量、地质品位进行数字化派配矿；到采区溜井后，以额定装载量为标准，限制装载高度，进行远程遥控装矿；通过计算机自动调度列车，实现受电弓自动升降，区间内定速自动行驶；电机车到卸载站完成自动卸载及自动清扫等循环工作流程。

将井下电机车司机、放矿工两个人的工作合二为一，工作位置由井下移动到地面，精简操作，提高生产组织效率、提高电机车作业率、提高电机车台时效率、提高本质安全水平。

本发明包括派配矿单元、机车单元、运行单元、装矿单元、卸矿单元；派配矿单元包括数字化配矿系统、派车系统；机车单元包括井下电机车运输系统、电机车自动保护系统；运行单元包括井下窄轨“信集闭”控制系统、操作台系统、无线通讯系统、100M网络通讯系统、不间断电源系统；装矿单元包括溜井远程装矿系统、溜井远程装矿视频监控系统；卸矿单元包括自动卸矿系统和卸矿自动清扫系统。

安装位置：

数字化配矿系统、派车系统安装在地面中心机房服务器内；井下电机车运输系统安装在井下运输水平；电机车自动保护系统安装在井下电机车上；井下窄轨“信集闭”控制系统主站和分站安装在井下运输系统水平，井下窄轨“信集闭”控制系统操控计算机安装在地面主控室；操作台系统安装在地面主控室；无线通讯系统安装在井下运输水平，形成井下无线通讯全覆盖；100M网络通讯系统由安装在地面中心机房的网络主交换机和井下运输水平的网络分交换机组成；不间断电源系统安装在地面中心机房、井下电机车和井下运输水平网络分交换机各一套；溜井远程装矿系统安装在井下运输水平溜井处；溜井远程装矿视频监控系统安装在井下运输水平溜井装矿点位；自动卸矿系统和卸矿自动清扫系统安装在井下运输水平卸矿站。

各部分之间连接关系：

用于数字化配矿、派车系统的服务器、地面操作台系统直接与地面中心机房网络主交换机物理连接；井下窄轨“信集闭”控制系统、溜井远程装矿系统通过100M网络与地面中心机房网络主交换机物理连接；电机车自动保护系统提供电机车保护并与井下电机车运输系统进行通讯，通过井下无线通讯系统和100M网络连接到地面中心机房网络主交换机，形成总体通讯网络进行数据交换，进行各种数据的实时采集、判断、分析、控制、执行、显示和存储等各种相关服务。溜井远程装矿视频监控系统通过专用光纤网络将现场实时视频画面传输到地面操作台上的视频显示器，用于监控装矿生产环节。

1、数字化配矿系统、派车系统

电机车运输系统从卸载站开始，遵循主提升井（一个时间段内）输出品位稳定的原则，按照采区各溜井的储矿量、地质品位进行数字化派配矿；目的是实现主井提升矿石品位均衡稳定，从而确保选厂持续均衡稳定生产。包括两级配矿：一级是采场配矿，即铲运机从采场进路出矿再翻卸到采场溜井的配矿过程。按照地质模型，根据放矿椭球体理论，建立数学模型，计算每一铲的参数，铲运机由目标进路向采场溜井卸矿，进行综合配矿；二级是主溜井配矿，即电机车从各溜井装矿再卸往主溜井的配矿过程。根据一级配矿的结果，依据产量参数、质量参数、安全参数、状态参数、时间参数，按照数学模型直接安排生产计划，确定各溜井的放矿顺序与放矿量，保证入选矿石的均衡稳定。

2、井下电机车运输系统

为实现电机车远程遥控，对电机车进行了机械和自动化的改造。

（1）机械改造

为保证电机车可靠、稳定运行，需要将目前的供气系统进行改造，实现远程的刹车、松闸、升弓、降弓。对现有“光电给定器”进行改造，满足自动控制调速的需求。电机车加装速度检测、供电电压检测、电机电流检测等装置。

（2）自动化改造

在电机车上安装小型自动化PLC控制系统，通过无线WIFI网络与主控室操作台控制系统通讯，接受主控室操作台的各种指令，电机车上自动化控制系统实时采集电机车各种信息，主要包括运行速度、运行方向、各种状态等，这些信息通过无线网络反馈给主控室操作台集中控制系统；二要接收主控室操作台发出的各种指令，并根据指令控制电机车运行；自动化系统实时对电机车运行状态进行监测、判断、分析，对出现的预警、故障等信息进行报警和自动保护。

在电机车上加装控制电机车电机正反装控制的接触器箱，为远程控制提供电气接口；在电机车上加装自动化控制箱，自动化控制箱是由西门子200系列CPU、模块、交换机、继电器、端子，通过软线连接构成的，与电机车接触器箱相连接构成控制回路。电机车上加装wifi无线VIP客户端和天线，用于电机车与巷道wifi信号相连接，最终与地面操作台相接，实现地面操作台的远程控制。在电机车车头安装网络摄像头，通过自动化控制箱里的交换机经wifi无线VIP客户端与地面实现通信，进而实现远程开车监视路况。电机车上安装不间断电源，来防止由于滑线停电、电机车过溜井和防水闸门降弓时造成的停电，影响系统稳定。

3、电机车自动保护系统

为保证了系统的安全可靠性，使其具有实际使用效果，地面远程遥控系统设置了多种自动保护功能，操作台与被控电机车通讯故障的判断和处理，通讯出现故障，此时操作台失去控制功能，为保证安全电机车自动停止速度给定输出，并将受电弓降下且保持降弓状态；当通讯故障时间超过10S，电机车会自动紧急停车；电机车供气压力不足的判断和处理，系统自动实时检测汽包内供气压力，在压力小于0.35MPa时，电机车不能启动；运行时，停止速度给定，自动刹车；运行时电机车控制电源出现故障的紧急处理，远程遥控电机车使用的控制电源是系统动力核心，当控制电源出现故障，整车无控制电源时，通过控制风路，完成向刹车气缸充气，实现刹车，保证安全；放矿过程中紧急情况的处理，将放矿机主电源控制接入自动化控制系统，当放矿机系统出现故障，无法停止放矿机放矿时，通过操作台控制电源按钮切断放矿系统主电源，保证放矿的安全；在主控室操作台与井下自动化控制系统出现通讯故障时，放矿机主电源立即断开，保证安全，为防止非操作人员的误动作，使用具有上锁功能的钥匙开关。

4、井下窄轨”信集闭”控制系统

此系统井下由主站和分站构成，主站安装在井下变电所，分站根据控制的就近性，统一设计安装。主站通过光纤与地面主控室主交换机相连，分站在井下通过光纤或DP线与主站相连接，分站主要控制就近的转辙机、红绿灯。窄轨铁路信号的控制，采用集散式计算机控制系统，在地面主控制室对地下运输列车运行全程跟踪，根据编程内容，检测火车的实际位置，开放信号，转动道岔，检测进路。实现主控制控制道岔，指挥列车安全运行，故障自动诊断，报警。

（1）主站

主站配有西门子400cpu和模块，用软线与继电器和端子相连接。还配有西门子以太网交换机，经光电转换器与主控制主交换机相连接。

（2）分站

分站配有西门子ET200和模块，根据控制原理自主研制具有现场控制手动和远程控制转辙机正转和反转控制分站箱，实现铁轨的主线与辅线的切换，实现火车的转向。

5、操作台系统

操作台安装在主控室，操控台前部安装视频监视显示器，其画面通过切换可以显示任意1台溜井放矿的监视画面（共13台溜井画面）。安装计算机监控系统，对控制的放矿机和电机车进行选择及监视放矿机和电机车的运行状态及故障等信息；显示““信集闭”控制系统”实现对电机车的自动运行控制及监控。控制台上安装二个控制手柄，左手为电机车前后运行控制；右手为振动放矿机装矿控制；台面上安装急停、转换等主要控制按钮。整个操作台供电统一由控制室30KVA UPS统一供电，保证供电的连续性。整个控制台通过PLC自动化控制系统与井下的放矿PLC控制系统和电机车自动控制系统进行有线和无线的以太网连接，形成统一的自动化控制网络，在此网络上互相进行数据交互和执行控制指令。

6、无线通讯系统

无线通讯系统采用的wifi无线通讯技术，系统稳定、带宽宽、速度快、误码率低。从地面生产指挥中心至井下主运输水平建立由光纤为通讯介质的工业控制网络，固定点位无线基站通过光纤连接到工控网络中。为保证远程操控的稳定可靠，对无线基站进行统一规划，使其组成环网，消除信号盲区和信号弱的区域，增加无线通讯稳定性。将与电机车运行有关的通讯设备通过光纤路由直接从进行主运输水平引到地面生产指挥中心，进一步增加网络的可靠性。

7、100M网络通信系统

由超五类双绞线、光纤、西门子交换机组成的100M通讯网络，既能进行大量数据传输，还能实现有线、无线和办公网络的无缝连接。

8、不间断电源系统

所有自动化控制系统控制站都安装有工业控制级不间断电源系统，分别对通讯机房和总控服务器机房进行不间断供电，防止由于停电或电路异常造成的系统停用，以确保调度系统稳定、顺畅的运行。

9、井下溜井装矿系统

此系统由两部分组成，一部分为主控室远程控制井下溜井放矿、一部分为远程监视放矿情况。

（1）溜井放矿控制

井下由主站和分站构成，主站安装在井下变电所，分站根据控制的溜井放矿机位置统一设计部署安装。分站在井下通过光纤或DP线与主站相连接，分站主要控制就近的溜井振动装矿机。主站通过光纤与地面主控室主交换机相连，最终与操作台相连接，进而由操作台控制13台溜井装矿机。

（2）溜井装矿监视

在13台振动装矿机点位安装有线视频监控系统，并通过光纤连接到主控室装矿控制台上，主控室远程装矿操作工通过对视频的观察，保证装矿过程中能装满、不出现外冒等现象，为远程装矿提供必不可少的监视手段。

10、自动卸矿系统

电机车进入卸载站，通过控制速度保证电机车匀速经过卸载站的曲轨卸矿装置，完成自动卸矿流程。在卸矿过程中同步实现风、气、水相结合的自动清扫工序环节。

本发明的创新包括以下六方面：

1、将井下工作人员的工作位置由井下移动到地面，提高本质安全水平，避免了人身伤害，减少了职业病的发生，体现了以人为本的理念。

2、将放矿工、电机车司机等多人工作合并为一人操控，精简操作，提高了生产效率，实现了减员增效。

3、通过计算机自动调度列车和“信集闭”系统的闭锁运行，提高生产组织效率，避免机车运行事故。

4、按照采区各溜井的储矿量、地质品位进行数字化派配矿，提高了输出品位的稳定性。

5、自动化系统实时对电机车运行状态进行监测、判断、分析，对出现的预警、故障等信息进行报警和自动保护，保证了电机车的安全高效运行。

6、提出并实施了地面远程遥控系统的各种保护功能，保证了系统的安全可靠性，使其具有实际使用效果。

本发明的优点在于将井下电机车司机、放矿工两个人的工作合二为一，工作位置由井下移动到地面，提高本质安全水平、避免了职业病的发生、保证了电机车的安全高效运行、精简了操作、提高电机车作业率、提高电机车台时效率、提高生产组织效率、提高了输出品位的稳定性。

附图说明

图1为本发明的系统构架图。

图2为本发明的系统网络图。

图3为本发明的控制流程图。

图4为本发明的电机车控制系统图。

具体实施方式

1.首钢矿业公司杏山铁矿简介

杏山铁矿是首钢建设的第一座地采矿山，杏山地采一期开采范围确定为-330m水平以上。一期工程矿山规模为320万t/a矿石，岩石25万t/a（其中，采准掘进岩石15万t/a，开拓岩石10万t/a。）。

采区按矿体分布情况共建有13条矿岩溜井，-180m以上采区矿岩通过溜井到达-180m水平，-180m阶段运输水平采用环行布置，建有4条川脉，采用有轨运输方式，将13条矿岩溜井的矿岩运输到主溜井内，为下部的破碎及提升系统做好原料准备。

采场矿岩运输由20t电机车牵引10m3底侧卸式矿车由主井车场出发，经车场石门、上盘运输巷、穿脉，进入穿脉装矿点，装车后沿穿脉、下盘运输巷、车场石门进入主井车场卸矿，完成一个运输循环。受现场环境和设备的制约，整个运输水平有16个电机车滑线断开点，在断开点电机车运行时需要进行手动降落受电弓才能通过。

采区溜井下部采用振动放矿机的放矿方式，将溜井内矿石放入10m3底卸矿车中，溜放矿石最大块度均为800mm。采用XLZ系列溜井振动放矿机，双台板并联，向矿车内侧装矿，每节矿车采用2次对位放矿的方式。

-180m阶段运输系统窄轨采用轨距900mm，轨型43kg/m。列车为3列工作，每列机车牵引8辆10m3底侧卸式矿车。4台20t电机车，3台工作，1台备用。10m3底侧卸式矿车为24台工作，8台备用。

4台电机车均为采用ZKT-2*200/550型IGBT斩波调速器控制，斩波调速器控制采用人工手动操作给定。此脉冲调速器将550V直流电压平滑地变换成直流可调电压,加到2台牵引电动机上,使牵引电动机端电压平滑地改变来调节机车的速度,它是一种无级调速。电机车刹车采用脚踏式气动刹车方式，受电弓采用人工手拉式升降操作。

2.本系统设计

总体设计方案及功能：

建立井下以主溜井为中心的“配矿方案及电机车派车原则”，即电机车从各溜井装矿再卸往主溜井的配矿过程。按照最优配矿方案直接安排生产计划，确定各溜井的放矿顺序与放矿量，确定电机车的运行区间及运行线路。

在井下运输大巷，建设针对铁路运输的“信集闭”自动化控制系统。实现一键自动式对信号灯、电动道岔进行集中控制。电机车实现全程闭锁运行，避免电机车追尾事故的发生，不需要人员在现场手动扳动道岔，保证主运输系统的安全运行和现场无人操作的需求。

电机车远程遥控操作工通过计算机信息传输，向“信集闭”系统提出装矿和卸矿申请，避免了以前电话联系，可能出现的信息不畅和错误。利用“信集闭”系统的控制和调度功能，按配矿计划指挥调度电机车的运行路线和区间。

通过在地面主控室操控台远程遥控操作，向电机车发出各种运行指令，实时对运行状态进行监测、判断，对出现的预警信息进行声、光电报警，完善各种自动运行保护。实现按区间额定速度遥控电机车从卸载点到装载点及从装载点到卸载点的全程运行控制。

放矿点位安装自动化和监测设备，实现对放矿机的远程遥控，以额定装载量为基准，完成远程遥控装矿过程。

将井下电机车司机、放矿工两人的工作合二为一，工作位置由井下移动到地面，最大限度的减少井下作业人员；精简操作，通过巡航定速功能，按标准控制电机车运行速度；通过一人操控电机车并同时装矿，提高装矿速度。提高生产组织效率、提高电机车作业率、提高电机车台时效率、提高本质安全水平保证安全、提升职工的职业健康水平避免职业病的发生。

系统自动统计电机车小时通过能力、作业率、产量等。

2.1配矿方案及电机车派车系统

电机车运行区间和装矿点位需要根据配矿计划的编制来执行。

目的是实现主井提升矿石品位均衡稳定，从而确保选厂持续均衡稳定生产。包括两级配矿：

一级：采场配矿，即铲运机从采场进路出矿再翻卸到采场溜井的配矿过程。按照地质模型，根据放矿椭球体理论，建立数学模型，计算每一铲的参数，铲运机由目标进路向采场溜井卸矿，进行综合配矿。

二级：主溜井配矿，即电机车从各溜井装矿再卸往主溜井的配矿过程。根据一级配矿的结果，依据产量参数、质量参数、安全参数、状态参数、时间参数，按照数学模型直接安排生产计划，确定各溜井的放矿顺序与放矿量，保证入选矿石的均衡稳定。

按照二级配矿计划编制的生产计划安排，破碎作业区调度操控“信集闭”控制系统，指挥电机车的运行区间和装矿点位。远程遥控电机车按“信集闭”系统的行车路线和指令完成主运输水平的生产任务。

2.2机车单元

杏山铁矿电机车运输系统共有4台20t电机车，3台工作，1台备用。主控室操作人员通过对计算机的操作，选择确认需要控制的电机车（此选择有唯一性，即一台电机车只能被一个操控台所选择），此时控制台台面上的手柄和按钮等通过系统与实际控制的设备建立连接关系，其发出的指令只控制选择确认的被控对象。

在此单元中，统计电机车运行的各种信息和生产报表。显示查询电机车运行时的参数、故障信息等。

2.3运行单元

地面遥控操作工通过计算机系统向碎运调度请示装载指令，调度根据配矿作业计划，操控“信集闭”自动控制系统统一协调指挥电机车运行路线和可开动时间，自动控制井下转辙机和信号灯的动作，地面操作工根据自己电机车所在位置和“信集闭”系统的信号指令，远程遥控电机车运行到指定装矿溜井，在整个运行过程中，根据机车精确定位信息，实现电机车在不同运行区间按不同额定运行速度行驶。

在电机车上安装小型自动化PLC控制系统，通过现有无线WIFI网络与主控室操作台控制系统通讯，接受主控室操作台的各种指令，电机车上自动化控制系统要采集电机车各种信息，主要包括运行速度、运行方向、各种状态等，这些信息通过无线网络反馈给主控室操作台集中控制系统。二要接收主控室操作台发出的各种指令，并根据指令控制电机车运行。

在电机车上安装语音拾音器，通过无线方式将电机车的各种声音传输到主控室操作台，有利于操作人员通过声音对电机车的运行进行判断。

电机车的遥控操作：

控制手柄：电机车控制手柄为四轴向可运动，控制电机车运行方向和速度。向前、后推动的位移越大速度给定越大，电机车速度越快，具有反向运行保护功能。控制手柄同时对电机车的闸控系统、电笛等进行远程控制。为实现在一定运行区间内按额定速度匀速运行，系统设置了“巡航定速”功能。同时也具有按区间额定速度全自动运行的功能。

为适应在不同区间和不同生产工序（如装矿和正常运行）对电机车运行速度的控制需求，控制系统可选择设置不同的控制额定速度。

电机车受电弓的自动升降功能：在电机车安装位置检测装置，自动化系统根据位置信号，实现自动升、降弓控制。

电机车受电弓的手动操控：操控受电弓转换开关实现手动控制升降。

电机车供气压力是电机车运行的重要条件，电机车刹车和受电弓降落均由压缩气实现，供气压力实现在设定区间内自动启停风泵的功能。为保证安全，系统自动实时检测汽包内供气压力，在压力小于0.35MPa时，电机车不能启动；运行时，停止速度给定，自动刹车。

电机车与主控室通讯故障：当主控室操作台与电机车出现通讯故障，系统会根据通讯故障持续时间，自动实现自动降落受电弓和自动紧急停车等保护功能。

电机车运行时操控失灵的紧急处理：当主控室远程遥控操作台发现电机车无法操控时，具有地面远程停掉滑线供电功能。

2.4装矿单元

电机车按指令运行到指定装矿溜井处，主控室操作人员通过对计算机的操作，选择确认需要控制的溜井装矿设备（此选择有唯一性，即一条溜井的2台振动放矿机只能被一个操控台所选择），此时控制台台面上的手柄和按钮等通过系统与实际控制的设备建立连接关系，其发出的指令只控制选择确认的被控对象。

利用-180m水平1#变电所已经建立的PLC自动化控制系统，在各个川脉设置自动化控制分站，就近连接和控制各溜井振动放矿机，实现自动化控制系统对13台振动放矿机的远程遥控。通过对电气的改造将13台振动放矿机共26台电机，由原只能现场手动操作改为具有远程自动化遥控功能。将放矿机的各种信息接入PLC自动化控制系统，通过现有自动化光纤有线网络与主控室自动化控制系统进行双向通讯。

通过地面操作台对溜井放矿机的选择确认，地面操作台的放矿手柄就与选择的放矿机建立了控制关系，实现主控室操作台对选中放矿机的远程遥控放矿功能。

溜井放矿机选择确认后，需要按选择的溜井号，切换控制台前部振动放矿机视频监视画面，在13条溜井振动放矿机点位安装有线视频监控系统，并通过光纤连接到主控室装矿控制台前，主控室操作台上视频监视器可以同时显示13条溜井的画面，也可以通过控制器任意选择某一条溜井放矿机的画面。主控室远程装矿操作工通过对视频画面的监视，操作控制台上安装的控制手柄对放矿机的振动放矿和电机车的远程对位进行统一协调操作，完成远程装矿过程。在溜井现场安装便于地面视频观察的参照物标示，防止装矿超高溢矿。保证装矿过程中能装满、不出现外冒等现象。

每个溜井的振动放矿机都有A、B两个电机，通过控制选择可以实现双电机或单电机分别运行的控制模式。为防止误动作配置放矿停止控制按钮。

放矿过程中紧急情况的处理：为了满足紧急情况下的应急处理，将放矿机主电源控制接入自动化控制系统。当放矿机系统出现故障，无法停止放矿机放矿时，可以通过操作台控制电源按钮切断主电源，保证放矿的安全。在主控室操作台与井下自动化控制系统出现通讯故障时，放矿机主电源立即断开，保证安全。为防止非操作人员的误动作，使用具有上锁功能的钥匙开关。

2.5卸矿单元

地面遥控操作工在完成远程装矿过程后，通过计算机系统向碎运调度请示卸载指令，由调度根据配矿作业计划，有选择性的放行去卸载站卸矿的车辆顺序，碎运调度通过“信集闭”控制系统的统一协调指挥功能，控制电机车运行路线和开动时间，向电机车发出从装载站驶向卸载站的指令。电机车遥控操作工根据系统指令，远程遥控驾驶电机车进入卸站。

电机车进入卸载站，通过控制速度保证电机车匀速经过卸载站的曲轨卸矿装置，完成自动卸矿流程。在卸矿过程中也同步实现了自动清扫工序环节。

2.6控制网络系统

从地面生产指挥中心至-180m建立由光纤为通讯介质的工业控制网络，固定点位无线基站通过光纤连接到工控网络中。为保证远程操控的稳定可靠，在现有基础上对无线网络信号覆盖进一步完善，消除信号盲区和信号弱的区域。将无线基站进行统一规划，增加稳定性，加大信号覆盖面。保证电机车运行区域的无断点信号通讯。

2.7控制系统的保护功能

1、操作台与被控电机车通讯故障：主控室操作台与被控电机车通讯出现故障，此时操作台失去控制功能，为保证安全电机车自动停止速度给定输出，并将受电弓降下且保持降弓状态。当通讯故障时间超过10S，电机车会自动紧急停车。

2、供气压力不足：电机车供气压力是电机车运行的重要条件，电机车刹车和受电弓降落均由压缩气实现，为保证安全，系统自动实时检测汽包内供气压力，在压力小于0.35MPa时，电机车不能启动；运行时，停止速度给定，自动刹车。

3、运行时电机车控制电源出现故障的紧急处理：远程遥控电机车使用的控制电源是系统动力核心。当控制电源出现故障，整车无控制电源时，通过控制风路，完成向刹车气缸充气，实现刹车，保证安全。

4、电机车运行时操控失灵的紧急处理：当主控室远程遥控操作台发现电机车无法操控时，停掉相应滑线主供电系统。

5、放矿过程中紧急情况的处理：将放矿机主电源控制接入自动化控制系统。当放矿机系统出现故障，无法停止放矿机放矿时，通过操作台控制电源按钮切断主电源，保证放矿的安全。在主控室操作台与井下自动化控制系统出现通讯故障时，放矿机主电源立即断开，保证安全。为防止非操作人员的误动作，使用具有上锁功能的钥匙开关。

Claims (10)

1.一种井下电机车地面远程遥控系统，其特征在于，包括派配矿单元、机车单元、运行单元、装矿单元、卸矿单元；派配矿单元包括数字化配矿系统、派车系统；机车单元包括井下电机车运输系统、电机车自动保护系统；运行单元包括井下窄轨“信集闭”控制系统、操作台系统、无线通讯系统、100M网络通讯系统、不间断电源系统；装矿单元包括溜井远程装矿系统、溜井远程装矿视频监控系统；卸矿单元包括自动卸矿系统和卸矿自动清扫系统。

数字化配矿、派车系统安装在地面中心机房服务器内；井下电机车运输系统安装在井下运输水平；电机车自动保护系统安装在井下电机车上；井下窄轨“信集闭”控制系统主站和分站安装在井下运输系统水平，井下窄轨“信集闭”控制系统操控计算机安装在地面主控室；操作台系统安装在地面主控室；无线通讯系统安装在井下运输水平，形成井下无线通讯全覆盖；100M网络通讯系统由安装在地面中心机房的网络主交换机和井下运输水平的网络分交换机组成；不间断电源系统安装在地面中心机房、井下电机车和井下运输水平网络分交换机各一套；溜井远程装矿系统安装在井下运输水平溜井处；溜井远程装矿视频监控系统安装在井下运输水平溜井装矿点位；自动卸矿系统和卸矿自动清扫系统安装在井下运输水平卸矿站；

数字化配矿、派车系统的服务器、地面操作台系统直接与地面中心机房网络主交换机物理连接；井下窄轨“信集闭”控制系统、溜井远程装矿系统通过100M网络与地面中心机房网络主交换机物理连接；电机车自动保护系统提供电机车保护并与井下电机车运输系统进行通讯，通过井下无线通讯系统和100M网络连接到地面中心机房网络主交换机，形成总体通讯网络进行数据交换，进行各种数据的实时采集、判断、分析、控制、执行、显示和存储服务；溜井远程装矿视频监控系统通过专用光纤网络将现场实时视频画面传输到地面操作台上的视频显示器，用于监控装矿生产环节。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的数字化配矿系统、派车系统：包括两级配矿：一级是采场配矿，即铲运机从采场进路出矿再翻卸到采场溜井的配矿过程；按照地质模型，建立数学模型，计算每一铲的参数，铲运机由目标进路向采场溜井卸矿，进行综合配矿；二级是主溜井配矿，即电机车从各溜井装矿再卸往主溜井的配矿过程；根据一级配矿的结果，依据产量参数、质量参数、安全参数、状态参数、时间参数，按照数学模型直接安排生产计划，确定各溜井的放矿顺序与放矿量，保证入选矿石的均衡稳定。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的井下电机车运输系统:

在电机车上安装小型自动化PLC控制系统，通过无线WIFI网络与主控室操作台控制系统通讯，接受主控室操作台的各种指令，电机车上自动化控制系统实时采集电机车各种信息，包括运行速度、运行方向、各种状态，这些信息通过无线网络反馈给主控室操作台集中控制系统；还要接收主控室操作台发出的各种指令，并根据指令控制电机车运行；自动化系统实时对电机车运行状态进行监测、判断、分析，对出现的预警、故障信息进行报警和自动保护；

在电机车上加装控制电机车电机正反装控制的接触器箱，为远程控制提供电气接口；在电机车上加装自动化控制箱，自动化控制箱是由西门子200系列CPU、模块、交换机、继电器、端子，通过软线连接构成的，与电机车接触器箱相连接构成控制回路；电机车上加装wifi无线VIP客户端和天线，用于电机车与巷道wifi信号相连接，最终与地面操作台相接，实现地面操作台的远程控制；在电机车车头安装网络摄像头，通过自动化控制箱里的交换机经wifi无线VIP客户端与地面实现通信，进而实现远程开车监视路况；电机车上安装不间断电源，来防止由于滑线停电、电机车过溜井和防水闸门降弓时造成的停电。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的电机车自动保护系统：

地面远程遥控系统设置了多种自动保护功能，操作台与被控电机车通讯故障的判断和处理，通讯出现故障，此时操作台失去控制功能，为保证安全电机车自动停止速度给定输出，并将受电弓降下且保持降弓状态；当通讯故障时间超过10S，电机车会自动紧急停车；电机车供气压力不足的判断和处理，系统自动实时检测汽包内供气压力，在压力小于0.35MPa时，电机车不能启动；运行时，停止速度给定，自动刹车；运行时电机车控制电源出现故障的紧急处理，远程遥控电机车使用的控制电源是系统动力核心，当控制电源出现故障，整车无控制电源时，通过控制风路，完成向刹车气缸充气，实现刹车，保证安全；放矿过程中紧急情况的处理，将放矿机主电源控制接入自动化控制系统，当放矿机系统出现故障，无法停止放矿机放矿时，通过操作台控制电源按钮切断放矿系统主电源，保证放矿的安全；在主控室操作台与井下自动化控制系统出现通讯故障时，放矿机主电源立即断开，保证安全，为防止非操作人员的误动作，使用具有上锁功能的钥匙开关。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的井下窄轨“信集闭”控制系统:

此系统井下由主站和分站构成，主站安装在井下变电所，分站根据控制的就近性，统一设计安装；主站通过光纤与地面主控室主交换机相连，分站在井下通过光纤或DP线与主站相连接，分站主要控制就近的转辙机、红绿灯；窄轨铁路信号的控制，采用集散式计算机控制系统，在地面主控制室对地下运输列车运行全程跟踪，根据编程内容，检测火车的实际位置，开放信号，转动道岔，检测进路；实现主控制控制道岔，指挥列车安全运行，故障自动诊断，报警。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的操作台系统：

操作台安装在主控室，操控台前部安装视频监视显示器，其画面通过切换可以显示任意1台溜井放矿的监视画面；安装计算机监控系统，对控制的放矿机和电机车进行选择及监视放矿机和电机车的运行状态及故障等信息；显示“信集闭控制系统”实现对电机车的自动运行控制及监控；控制台上安装二个控制手柄，左手为电机车前后运行控制；右手为振动放矿机装矿控制；台面上安装急停、转换主要控制按钮；整个操作台供电统一由控制室30KVA UPS统一供电，保证供电的连续性。整个控制台通过PLC自动化控制系统与井下的放矿PLC控制系统和电机车自动控制系统进行有线和无线的以太网连接，形成统一的自动化控制网络，在此网络上互相进行数据交互和执行控制指令。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的无线通讯系统：

无线通讯系统采用的wifi无线通讯，从地面生产指挥中心至井下主运输水平建立由光纤为通讯介质的工业控制网络，固定点位无线基站通过光纤连接到工控网络中；对无线基站进行统一规划，使其组成环网，消除信号盲区和信号弱的区域，增加无线通讯稳定性；将与电机车运行有关的通讯设备通过光纤路由直接从进行主运输水平引到地面生产指挥中心，进一步增加网络的可靠性。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的100M网络通信系统：

由超五类双绞线、光纤、西门子交换机组成的100M通讯网络，既能进行大量数据传输，还能实现有线、无线和办公网络的无缝连接。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的不间断电源系统：

所有自动化控制系统控制站都安装有工业控制级不间断电源系统，分别对通讯机房和总控服务器机房进行不间断供电，防止由于停电或电路异常造成的系统停用，以确保调度系统稳定、顺畅的运行。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的井下溜井装矿系统：

此系统由两部分组成，一部分为主控室远程控制井下溜井放矿、一部分为远程监视放矿情况。

溜井放矿控制

井下由主站和分站构成，主站安装在井下变电所，分站根据控制的溜井放矿机位置统一设计部署安装；分站在井下通过光纤或DP线与主站相连接，分站主要控制就近的溜井振动装矿机；主站通过光纤与地面主控室主交换机相连，最终与操作台相连接，进而由操作台控制13台溜井装矿机；

溜井装矿监视

在13台振动装矿机点位安装有线视频监控系统，并通过光纤连接到主控室装矿控制台上，主控室远程装矿操作工通过对视频的观察，保证装矿过程中能装满、不出现外冒现象，为远程装矿提供监视手段。

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