CN111619621A - 一种井下电机车精确定位系统 - Google Patents
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Abstract
一种井下电机车精确定位系统,属于机车精确定位技术领域。包括硬件及软件两部分。硬件包含：车载精确定位终端，车载位置检测码盘，车载位置校正器。电机车精确定位软件精包含：速度计算单元、电机车精确位置计算单元。车载精确定位终端安装在机车驾驶室内,车载位置检测码盘通过在电机车轮对上安装码盘，车载位置校正器：由标签扫描装置和标签构成，标签扫描装置安装在电机车车头，标签安装于运输巷道轨道上。精确定位软件安装在车载精确定位终端上，通过机车数据计算出电机车的速度、精确位置。优点在于，实现车辆位置基础信息数字化、运行过程可视化、调度指挥一体化的总建设目标，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。
Description
技术领域
本发明属于机车精确定位技术领域，特别是提供了一种井下电机车精确定位系统，是为地面调度人员掌握井下电机车实时位置的系统，此系统为井下电机车自动运行系统提供一种精确定位方式。
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。由于环形车场的局限性，井下电机车的位置信息由为关键。目前所使用的运输设备都是人工远程干预驾驶，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，对井下电机车地面实时掌握精确位置信息已经成为国内地下采矿业的迫切任务。
发明内容
本发明的目的在于提供一种井下电机车精确定位系统，实现车辆位置基础信息数字化、运行过程可视化、调度指挥一体化的总建设目标，派配矿系统可以根据井下“电机车精确位置”确定，按照采区各溜井的储矿量、地质品位进行数字化派配矿。同时电机车的精确位置确定，可以根据现场的实际行驶位置和区段，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。
本发明包括硬件及软件两部分。硬件包含：车载精确定位终端，车载位置检测码盘，车载位置校正器。电机车精确定位软件精包含：速度计算单元、电机车精确位置计算单元。
硬件安装位置：
车载精确定位终端：安装在机车驾驶室内，用于接收车载位置检测码盘、车载位置校正器基础数据。此终端为一套小型PLC，安装在电机车驾驶室内且不影响机车司机的正常驾驶。
车载位置检测码盘：通过在电机车轮对上安装自主研制的码盘，码盘外围上均匀开了16个孔，磁接近开关与码盘孔距离5mm，磁接近开关安装在机车变速箱上。
车载位置校正器：由标签扫描装置和标签构成，标签扫描装置安装在电机车车头，标签安装于运输巷道轨道上。
电机车精确定位软件：精确定位软件安装在车载精确定位终端上，通过机车数据计算出电机车的速度、精确位置。
系统介绍：车载精确定位终端通过安装在轮对上的自制码盘，齿轮箱上安装接近开关读取数据计算出电机车的速度。用速度测算出电机车的位移量。车载位置校正器检测模块通过在电机车安装标签扫描装置，固定点位安装带编号的标签，标签扫描装置将编号上传到电机车核心处理器，矫正电机车位置信息。电机车精确位置计算单元通过上述三个数据综合计算更新电机车的位置信息，实现电机车的精确定位，为后续自动运行提供数据基础。
1、车载精确定位终端
车载精确定位终端采用小型西门子200PLC为核心自控设备，该设备具有高防护性，安装于驾驶室内。软件安装在车载定位终端，用于分析计算电机车速度，精确定位位置。
2、车载位置检测码盘
设计测速专业码盘，码盘顾名思义，就是一个圆盘，在圆盘周边平均均分切割出16个的圆孔，且此码盘具备组装方便，可以拆分卡装到电机车前轴。在码盘圆孔的位置中心外5mm左右位置，安装一个磁接近开关，磁接近开关的感应距离为8mm。
确保磁接近开关在码盘圆孔处于未接通状态，非圆孔位置为接通状态，这样运行就产生了不间断脉冲，且20个脉冲为车轮运行一周，在测算出轮缘直径，就可以计算出相应的速度，这样计算出的电机车速度准确可靠。满足自动控制速度精确度的需求。
3、车载位置校正器：
位置校正器由标签扫描装置和标签构成，标签扫描装置安装在电机车车头，标签安装于运输巷道轨道上，电机车运行至轨道上标签位置，检测头会识别标签的识别码，通过通讯发给车载精确定位终端，车载精确定位终端自动识别电机车精确位置，记录电机车所在的实际定位米数与计算的定位米数做对比，两个位移不一致以此处实际米数为准，校正米数，根据现场实际环境确定校正点位。
4、精确定位软件
精确定位软件通过磁接近开关检测码盘产生的脉冲数进行相应的换算计算出速度和行驶位置米数，再结合精确位置检测模块精确位置校正，实现电机车的精确定位。精确定位逻辑算法：
(1)对运输巷道进行实际米数测量。
为保证井下轨道米数与上位画面的米数成比例，需要实际测量轨道的米数，以出主溜井为米数起点0米，外环4川环线为连续加的关系，1 川进入从0开始加1万开头，2川加2万，三川加3万，修理硐室从0 开始加5万，副井绕道为从0开始加6万，90米车场为加4万，这样就可以把井下的巷道位置变成数字，如车位置显现0米就知道在主溜井出口，显示1万多就知道机车在1川，位置和数字发生关系。
(2)对运输巷道进行实际米数的矫正。
在电机车机头安装标签扫描装置，可以识别标签，且不受车速的影响。
由于运行过程通过计算磁接近开关脉冲数计算出的米数，长距离还存在一定的误差，就要运行一段距离进行矫正。矫正的原理为在运输水平各个进出川口、重点点位安装不同号码的标签，且记录下标签位置处的米数，当机车行驶到标签且检测出标签号，根据标签号对应的米数，系统自动校正目前电机车的米数。这样就可以保证电机车模拟定位的精确性。由于机车有前进和后退，需要根据机车运行数据反馈，前进需要增加位移米数，后退需要减少位移米数，这样才可以保证机车位置的精确性。精确定位数据用于数字化配矿、派车系统的服务器，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为实现电机车模拟画面的精确定位。
本发明的创新包括以下3方面：
1、将井下电机车的工作位置显示到地面计算机的模拟画面，提高机车运行的本质安全水平，体现了机车模拟定位的理念。
2、精确定位为后续电机车分区段定速行驶提供了基础数据，精简了操作，提高了生产效率，实现了减轻工作人员的工作量。
3、精确定位实现了自动调度列车和“信集闭”系统、自动运行的闭锁运行，提高生产组织效率，避免机车运行事故。
本发明的优点在于将井下电机车的运行位置情况模拟的显示到了地面上位工控画面上，根据不同的井下位置，不同的位置自动发出不同运行指令，提高本质安全水平、避免了事故的发生、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。
附图说明
图1为本发明的码盘设计图。此设计图为电机车精确测速模块的核心设备，在圆盘周边平均均分切割出直径20mm的圆孔，且此码盘具备组装方便，可以拆分卡装到电机车前轴。其中，圆盘1、支撑板2、螺栓耳3。A:圆盘通孔直径尺寸40mm，B:原盘对接允许间隙5±0.5mm，C:支撑板之间夹角60°，D:码盘内径尺寸160+0.2/+0.3mm，E:对称螺孔中心距尺寸260mm，F:螺栓耳外边距尺寸290mm。
图2为本发明的支撑板示意图。支撑板用于在运行中起到加固码盘作用，保证监测的准确性，圆盘与支撑板采用角焊8mm。
G:支撑板一侧边长240mm，J:支撑板另一侧边长240mm，H:支撑板设计夹角90°
图3为码盘侧视图。电机车存在更换轮对的检修问题，设计成容易拆卸的卡接形式，在保证牢靠的同时具备灵活拆卸。其中，圆筒4、M16 螺栓5。
K:码盘外侧厚度尺寸12mm，L:码盘中部厚度尺寸16mm，M:码盘孔组装厚度尺寸16mm，N:圆筒外径尺寸200mm，P:螺孔距码盘外侧尺寸38mm， Q:码盘外侧厚度尺寸12mm，R:码盘横向尺寸76mm,S:码盘竖向外侧尺寸 460,T:码盘圆孔中心距离400,U:码盘加强部分外径尺寸340,V:码盘内径尺寸160+0.2/+0.3mm。
图4为本发明的精确定位系统构架图。
具体实施方式
1.此发明应用实例
此发明应用与杏山铁矿地下矿山电机车无人驾驶系统，此矿山采区按矿体分布情况共建有13条矿岩溜井，-330m以上采区矿岩通过溜井到达-3300m水平，-330m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。井下电机车的位置信息由为关键。有了具体的安全信息，才能有效的改变现状，由此规避了许多不利因素和安全隐患。
2.本系统设计方案及功能
建立井上数字显示井下电机车运行车速，根据速度算出运行距离。实际测量井下轨道与井上模拟轨道成比例的米数定位，车辆出主溜井后从0m开始，外环4川环线为数值连续增加的关系，进入1川米数从0开始计算，且加上1万，2川加2万，三川加3万，修理硐室从0开始加到5万，副井绕道为从0开始加到6万，90米车场为加4万，这样就可以把井下的巷道位置变成数字，如车位置显现0米就得知在主溜井出口，显示1万多就知道机车在1川。通过此方式就实现了车辆的精确米数定位，但由于计算的车辆运行米数存在一定的误差，需要对车辆米数校正，方法为，在环形车场上重点点位安装不同编号的标签，机车上安装检测装置，检测到标签号后，车辆米数自动跟新标签的实际位置米数，实现精确定位后就可以确定车辆的运行位置，也就可以设定车辆在不同运输线路不同速度，通过程序编制由操作工设定区间速度实现电机车自动运行。解决非连续划线自动升降弓，由于目前杏山铁矿的井下电机车划线不是全线贯通的，在各个溜井、主流井、防水闸门划线为间断，这就需要电机车在过间断划线时必须降弓，以往为人工手动升降弓，增加了操作工的工作量。为了解决此问题，在相应降弓位置安装精确定位标签，当检测到相应的溜井定位标签，电机车自动升降弓，另外为了确保机车的安全性，也做了定位米数强制降弓，此功能是在标签检测失败后的保障。保证了系统的安全可靠性，使其具有实际使用效果。
Claims (5)
1.一种井下电机车精确定位系统，其特征在于，包括硬件和电机车精确定位软件两部分，硬件包括车载精确定位终端、车载位置检测码盘、车载位置校正器，电机车精确定位软件包括速度计算单元、电机车精确位置计算单元；
硬件安装位置：
车载精确定位终端为一套小型PLC，安装在机车驾驶室内，用于接收车载位置检测码盘、车载位置校正器基础数据；
车载位置检测码盘安装在电机车轮上，车载位置检测码盘外围上均匀开了16个孔，磁接近开关与车载位置检测码盘孔距离5mm，磁接近开关安装在机车变速箱上；
车载位置校正器由标签扫描装置和标签构成，标签扫描装置安装在电机车车头，标签安装于运输巷道轨道上
电机车精确定位软件安装在车载精确定位终端上，通过机车数据计算出电机车的速度、精确位置；
车载精确定位终端通过安装在轮对上的车载位置检测码盘，齿轮箱上安装接近开关读取数据计算出电机车的速度；用速度测算出电机车的位移量，车载位置校正器的检测模块通过在电机车安装标签扫描装置，固定点位安装带编号的标签，标签扫描装置将编号上传到电机车核心处理器，矫正电机车位置信息；电机车精确位置计算单元通过上述三个数据综合计算更新电机车的位置信息，实现电机车的精确定位，为后续自动运行提供数据基础。
2.根据权利要求1所述的井下电机车精确定位系统，其特征在于，车载精确定位终端采用小型200PLC为核心自控设备，该设备具有高防护性，安装于驾驶室内；软件安装在车载定位终端，用于分析计算电机车速度，精确定位位置。
3.根据权利要求1所述的井下电机车精确定位系统，其特征在于，车载位置检测码盘是一个圆盘，在圆盘周边平均均分切割出16个的圆孔，且此码盘具备组装方便，拆分卡装到电机车前轴；在码盘圆孔的位置中心外5mm位置安装一个磁接近开关，磁接近开关的感应距离为8mm；
确保磁接近开关在码盘圆孔处于未接通状态，非圆孔位置为接通状态，这样运行就产生了不间断脉冲，且20个脉冲为车轮运行一周，在测算出轮缘直径，计算出相应的速度，这样计算出的电机车速度满足自动控制速度精确度的需求。
4.根据权利要求1所述的井下电机车精确定位系统，其特征在于，车载位置校正器由标签扫描装置和标签构成，标签扫描装置安装在电机车车头，标签安装于运输巷道轨道上，电机车运行至轨道上标签位置，检测头会识别标签的识别码，通过通讯发给车载精确定位终端，车载精确定位终端自动识别电机车精确位置，记录电机车所在的实际定位米数与计算的定位米数做对比，两个位移不一致以此处实际米数为准，校正米数，根据现场实际环境确定校正点位。
5.根据权利要求1所述的井下电机车精确定位系统，其特征在于，电机车精确定位软件通过磁接近开关检测码盘产生的脉冲数进行相应的换算计算出速度和行驶位置米数，再结合精确位置检测模块精确位置校正，实现电机车的精确定位；精确定位逻辑算法：
对运输巷道进行实际米数测量：
为保证井下轨道米数与上位画面的米数成比例，需要实际测量轨道的米数，以出主溜井为米数起点0米，外环4川环线为连续加的关系，1川进入从0开始加1万开头，2川加2万，三川加3万，修理硐室从0开始加5万，副井绕道为从0开始加6万，90米车场为加4万，这样就把井下的巷道位置变成数字，车位置显现0米就知道在主溜井出口，显示1万多就知道机车在1川，位置和数字发生关系；
对运输巷道进行实际米数的矫正：
在电机车机头安装标签扫描装置，识别标签，且不受车速的影响；
运行过程通过计算磁接近开关脉冲数计算出的米数，长距离还存在一定的误差，就要运行一段距离进行矫正，矫正的原理为在运输水平各个进出川口、重点点位安装不同号码的标签，且记录下标签位置处的米数，当电机车行驶到标签且检测出标签号，根据标签号对应的米数，系统自动校正目前电机车的米数；这样就能够保证电机车模拟定位的精确性；电机车有前进和后退，需要根据机车运行数据反馈，前进需要增加位移米数，后退需要减少位移米数，这样才能保证电机车位置的精确性；精确定位数据用于数字化配矿、派车系统的服务器，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为实现电机车模拟画面的精确定位。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20200904 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |