CN105629967B - 基于高精度定位导航终端的井下矿机车无人驾驶系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于井下矿山信息化建设和安全生产领域,文中提出的无人驾驶系统由遥控驾驶、无人驾驶和人工驾驶三种模式、监控中心调度指挥系统、高精度车载终端电控系统、轨道信息检测控制系统、无线宽带物联网系统、安全行驶判别系统和装/卸载控制系统构成,调度指挥系统通过无线宽带物联网下发指令到车载终端电控系统和轨道信息检测控制系统,车载终端电控系统的车载高精度导航终端结合轨道状况通过变频控制系统控制电机车的运行。当个别井下生产中段的通信或设备出现故障时,可临时改为人工模式,保证生产的不间断。本发明可促进井下生产无人化和大型装备智能化进程,提高矿井生产能力,为矿山企业带来可观的安全和经济效益。

Description

基于高精度定位导航终端的井下矿机车无人驾驶系统
技术领域
本发明属于井下矿山信息化建设和安全生产领域,主要利用无线电定位技术、无线通信技术、自动控制及计算机技术实现井下矿山生产运输环节电力机车的无人驾驶。
背景技术
近几年来,矿山安全生产监控系统得到迅速发展,井下人员考勤定位远程管理及安全生产管理信息化系统、矿井数字化瓦斯远程监控系统等初步实现安全、生产远程监测。井下人员定位系统在国内的应用已十分普遍,但是矿井移动设备的定位技术和装备还待开发。目前的井下人员与设备定位精度不高,多为区域性定位,而井下矿山人员及设备的安全,一直是矿山安全生产中最为关心的问题。
随着国家对智能大型装备制造的政策支持,结合井下矿山未来生产场景无人化的需求,因此,在开发高精度定位技术和装备基础上实现井下矿山设备无人驾驶,以保证井下矿安全生产和保障国家对井下矿产资源大量需求的供应,具有现实和战略意义。
发明内容
针对我国目前井下矿山地下巷道运输系统多采用电机车运输方式,且完全人工驾驶的现实,本发明提出一种实现井下电机车无人驾驶的方法。该方法基于井下高精度定位导航终端,结合矿用泛在物联网络和生产作业调度构建机车无人驾驶系统。该系统主要由三种模式和六大系统构成,三种模式分别为遥控驾驶、无人驾驶和人工驾驶模式,六大系统包括监控中心调度指挥系统、高精度车载终端电控系统、轨道信息检测控制系统、无线宽带物联网系统、安全行驶判别系统和装/卸载控制系统,结合六大系统的控制水平和监测状态进行三种模式的切换可以保证井下运输作业的不间断。在实现井下机车遥控驾驶的基础上,选择无人驾驶模式,则机车车载定位导航终端根据生产作业指令自行在其区段内运行,当个别井下生产中段的通信或设备出现故障时,可临时改为人工模式,保证生产的不间断。
有益效果 :
本发明可实现井下运输电机车的无人驾驶,促进井下生产无人化和大型装备智能化进程,降低人员伤亡率和实现减员增效,促进矿井生产能力的提高,将会给矿山企业带来可观的安全和经济效益。
附图说明
图1为系统结构图
图中:1为井下运输巷道,2为无线定位通信基站,3为双光纤环网,4为光纤环网交换机,5为上位机,6为电机车,7为高精度定位导航终端,8为变频控制系统,9为RFID读卡器,10为障碍物检测单元,11为占轨检测器,12为红绿灯及道岔控制器,13为轨道,14为供电接触器。
具体实施方式
在井下运输巷道(1)布置无线定位通信基站(2)和双光纤环网(3),构建井下泛在物联网,光纤环网(3)直连井上监控中心的光纤环网交换机(4),光纤环网交换机(4)与运行调度指挥系统的上位机(5)相连,无线定位通信基站(2)包含CSS定位通信基站和WIFI通信基站单元。
车载电控系统安装在电机车(6)上,由车载高精度定位导航终端(7)、变频控制系统(8)、RFID读卡器(9)及障碍物检测单元(10)组成,车载高精度定位导航终端(7)由车载处理器、CSS定位通信单元、无线WIFI单元及总线接口单元构成,其通过总线接口单元与变频控制系统(8)、RFID读卡器(9)及障碍物检测单元(10)相连。
安全行驶判别系统运行在车载高精度定位导航终端(7)和上位机(5)中,车载高精度定位导航终端(7)通过CSS通信定位单元结合无线定位通信基站(2)的实际物理位置可实现3米以内的高精度定位,初步满足无人驾驶的位置需求,再通过装卸点及道岔等关键部位RFID卡片的识别,可精确得到电机车(6)的位置。该位置信息通过无线定位通信基站(2)和双光纤环网(3)上传到上位机(5)的调度指挥系统,调度指挥系统根据电机车(6)的位置信息将作业指令再通过无线定位通信基站(2)和双光纤环网(3)下发到车载高精度定位导航终端(7)中,车载高精度定位导航终端(7)中安全行驶判别系统根据作业指令,结合自身位置信息、解算出的速度信息及障碍物检测单元(10)的信息通过变频控制系统(8)控制电机车(6)的供电接触器(14)升降、加速、匀速、减速、制动等动作实现无人驾驶。
轨道信息检测控制系统由占轨检测器(11)和红绿灯及道岔控制器(12)构成,占轨检测器(11)通过轨道(13)之间的电气联通性判断电机车(6)轨道占用情况,并通过物联网反馈给上位机(5)和车载高精度定位导航终端(7),上位机(5)根据轨道占用情况结合生产作业指令通过物联网通知红绿灯及道岔控制器(12)控制红绿灯及道岔置到相应状态,车载高精度定位导航终端(7)根据占道情况控制机车的速度和制动,保证安全运行。
矿山企业在实施井下物联网系统和安装车载电控系统后,可在上位机(5)遥控电机车(6)的运行,在鉴定了物联网健壮性和机车可控性的基础上,减掉大部分人员投入适应无人驾驶系统,当部分生产中段网络故障或终端故障情况出现,可临时采用人工驾驶方式保证生产不间断运行。

Claims (2)

1.基于高精度定位导航终端的井下矿机车无人驾驶系统,其特征在于:
由遥控驾驶、无人驾驶和人工驾驶三种模式、监控中心调度指挥系统、高精度车载终端电控系统、轨道信息检测控制系统、无线宽带物联网系统、安全行驶判别系统和装/卸载控制系统构成,调度指挥系统通过无线宽带物联网下发指令到车载终端电控系统和轨道信息检测控制系统,车载终端电控系统的车载高精度定位导航终端(7)结合轨道状况通过变频控制系统(8)控制电机车(6)的运行;当个别井下生产中段的通信或设备出现故障时,可临时改为人工模式,保证生产的不间断;
安全行驶判别系统运行在车载高精度定位导航终端(7)中,车载高精度定位导航终端(7)通过CSS通信定位单元结合无线定位通信基站(2)的实际物理位置、再通过RFID读卡器(9)对装卸点及道岔关键部位RFID卡片的识别,可精确得到电机车(6)的实时位置;调度指挥系统根据电机车位置信息将作业指令再通过无线定位通信基站(2)和双光纤环网(3)下发到车载高精度定位导航终端(7)中,车载高精度定位导航终端(7)中的安全行驶辨别系统根据作业指令,结合自身位置信息、解算出的速度信息及障碍物检测单元(10)的信息通过变频控制系统(8)控制电机车(6)的供电接触器(14)升降、加速、匀速、减速、制动动作实现无人驾驶。
2.根据权利要求1所述的基于高精度定位导航终端的井下矿机车无人驾驶系统,其特征在于:
高精度车载终端电控系统由车载高精度定位导航终端(7)、变频控制系统(8)、RFID读卡器(9)及障碍物检测单元(10)构成,车载高精度定位导航终端(7)采用CSS高精度定位,利用CSS单元和WIFI通信。
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