CN114281078A - 一种矿山井下运矿电机车无人驾驶控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种矿山井下运矿电机车无人驾驶控制系统，属于采矿自动化技术领域。该系统包括牵引电机车车头控制系统，还包括远程遥控操作系统、智能调度信息系统、道岔控制系统、溜井放矿及挡板控制系统、卸载站料位监测系统、弯道喷淋系统、门禁系统、通信网络系统；牵引电机车车头控制系统通过通信网络系统分别与远程遥控操作系统、智能调度信息系统、道岔控制系统、溜井放矿及挡板控制系统、卸载站料位监测系统、弯道喷淋系统、门禁系统相连。通过本发明系统能够井下电机车无人驾驶和远程遥控作业，从而实现无人驾驶及远程自动装矿功能，易于推广应用。

Description

一种矿山井下运矿电机车无人驾驶控制系统

技术领域

本发明属于采矿自动化技术领域，具体涉及一种矿山井下运矿电机车无人驾驶控制系统。

背景技术

矿山井下有轨运输大多采用信、集、闭系统，对运输线上的列车进行实时监控，存在车辆人工调度、溜井人工调节匹配、电机车运行指挥、人工放矿多溜井穿插调整等多个环节，受人为和通讯因素影响大，因工种间配合问题存在生产效率低下、不安全因素多等现象，安全管理难度大。

电机车采用人工现场驾驶，人为因素较多，存在注意力不集中、超速行驶、手动拉绳控制弓架、随意加减速等因素，导致电机车掉道、损坏弓架、机车变频器等设备易损问题。由于作业现场存在噪声、粉尘、高温等安全因素，导致安全风险增加。

由于缺乏对电机车运行参数及状态参数的有效监控，无法为设备预检修提供数字支撑，增加了设备维护次数和维护成本。因此如何克服现有技术的不足是目前采矿自动化技术领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种矿山井下运矿电机车无人驾驶控制系统。本发明利用微电子控制技术、嵌入式低功耗无线通信技术、自动控制技术、无线网络通讯技术、图像处理技术，结合生产作业优化调度模型实现井下电机车无人驾驶和远程遥控作业，最终实现无人驾驶及远程自动装矿功能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种矿山井下运矿电机车无人驾驶控制系统，包括牵引电机车车头控制系统，还包括远程遥控操作系统、智能调度信息系统、道岔控制系统、溜井放矿及挡板控制系统、卸载站料位监测系统、弯道喷淋系统、门禁系统、通信网络系统；

牵引电机车车头控制系统通过通信网络系统分别与远程遥控操作系统、智能调度信息系统、道岔控制系统、溜井放矿及挡板控制系统、卸载站料位监测系统、弯道喷淋系统、门禁系统相连；

远程遥控操作系统包括远程操作控制台和远程操作核心控制器，远程操作核心控制器通过采集，远程操作控制台操作信号的模拟量或开关量进行滤波处理，并将处理后的数据打包后，通过以太网通讯将数据发送至牵引电机车车头控制系统实现远程电机车远程操作；

智能调度信息系统将生产计划及机车行驶路径通过以太网下发至牵引电机车车头控制系统中，从而控制电机车的生产作业及行驶路径；

道岔控制系统包括道岔核心控制器、密贴接近开关和道岔驱动单元，道岔核心控制器通过LORA无线通讯接收牵引电机车车头核心控制器的道岔正反位信号，输出道岔信号至道岔驱动单元，并通过密贴接近开关实时反馈至牵引电机车车头核心控制器，实现道岔自动控制；

溜井放矿及挡板控制系统用于放矿及挡板的控制；

卸载站料位监测系统用于监测卸载站料位；

弯道喷淋系统用于对经过弯道的电机车进行喷淋；

门禁系统用于控制及监测有轨运输区域的人员和车辆的进出。

进一步，优选的是，远程操作控制台包含启动旋钮开关、急停按钮、模式选择旋钮开关、操作摇杆、升降弓按钮、左右放矿按钮、停止放矿按钮、挡板开关旋钮。

进一步，优选的是，溜井放矿及挡板控制系统包括溜井核心控制器、左放矿振机驱动单元、右放矿振机驱动单元、挡板升降驱动单元、放矿振机驱动单元、激光料位信号采集单元和摄像头监控单元、第三LORA无线通讯单元、第二以太网通讯单元，溜井核心控制器通过第三LORA无线通讯单元接收牵引电机车车头控制系统的放矿控制数据及挡板控制数据，对数据进行解析后将信号对应输出至挡板升降驱动单元、左放矿振机驱动单元、右放矿振机驱动单元进行相应的挡板升降驱动、左放矿振机驱动、右放矿振机驱动，同时通过激光料位信号采集单元实时监测激光料位计的矿厢料位高度，当料位高度超过预设值时，停止放矿，并通过第三LORA无线通讯单元发送装矿完成信号至牵引电机车车头控制系统；摄像头监控单元用于通过第二以太网通讯单元及以太网总线将视频信号采集至智能调度信息系统中。

进一步，优选的是，所述卸载站料位监测系统包括卸载站核心控制器单元和激光料位计，当电机车进入卸载站时，卸载站核心控制器通过实时采集激光料位计的测量模拟量数据，经滤波后处理打包，通过第四LORA无线通信单元将数据发送至牵引电机车车头控制系统，从而实现电机车自动运行与卸载站料位连锁保护。

进一步，优选的是，所述弯道喷淋系统包括安装在轨道下方的检测地磁和喷淋单元，当电机车经过弯道时，检测地磁检测到有电机车驶入，触发喷淋信号，喷淋单元驱动喷淋电磁阀通过水管及喷头实现喷淋动作。

进一步，优选的是，所述门禁系统包括门禁核心控制器、红外光栅、第三以太网通讯单元、语音报警器、LED指示灯、进出刷卡器、监控摄像头；其中红外光栅安装于道路两侧，用于检测行人及车辆进出信号；进入有轨运输区域的人员和车辆通过授权的ID卡在进出刷卡器上刷卡后，通过以第三太网通讯单元将ID信息上传至智能调度信息系统，通过比对确认后将允许进入信号发送至门禁核心控制器，门禁核心控制器驱动语音报警器和LED指示灯，提示允许进入；当红外光栅检测到有人或车辆未刷卡闯入运输区域时，门禁核心控制器触发保护机制，将连锁保护信息通过第三以太网通讯单元发送至牵引电机车车头控制系统，牵引电机车车头控制系统执行紧急刹车，同时门禁核心控制器将闯入信息发送至智能调度信息系统，智能调度信息系统通过监控摄像头对现场实时视频进行抓拍取证。

进一步，优选的是，牵引电机车车头控制系统通过通信网络系统中的WIFI无线网络接入有轨运输区域光纤环网，通过TCP/IP协议与远程遥控操作系统、智能调度信息系统、溜井放矿及挡板控制系统、门禁系统进行数据交互和共享；牵引电机车车头控制系统还通过通信网络系统中的LORA通信单元与道岔控制系统溜井放矿及挡板控制系统、卸载站的卸载站料位监测系统、弯道喷淋系统进行现场自动控制类信号数据的传输与共享。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

1、能够有效优化人员配置、改善作业环境、提升安全水平、优化资源利用，提升生产过程管理信息的可视化、决策科学化。

2、通过自动运行系统实现运行、卸载全自动，降低操作难度，减少操作时间，提高运输生产效率。

3、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。指令通过系统直接下达，准确及时避免人为操作不当产生的掉道、追尾等安全运行隐患。

4、生产过程中现场无岗位人员，岗位操作人员和管理人员在地面控制中心操作系统，将人员的工作位置由井下移动到地面，远离粉尘和不安全隐患，不仅改善了工作环境，更彻底杜绝本系统的人员安全问题。

5、系统能够生成设备状态的相关报表，便于设备部门对设备故障进行有效分析，为设备预检修提供数字支撑；能够实现区间定速行驶，避免重复刹车对设备的损坏，能保证设备和系统的长周期稳定运行，降低设备维护频次和费用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明矿山井下运矿电机车无人驾驶控制系统的结构示意图；

图2为本发明系统中牵引电机车车头控制系统的结构示意图；

图3为本发明系统中远程遥控操作系统的结构示意图；

图4为本发明系统中道岔控制系统的结构示意图；

图5为本发明系统中的溜井放矿及挡板控制系统结构示意图；

图6为本发明系统中的卸载站料位监测系统结构示意图；

图7为本发明系统中的弯道喷淋系统结构示意图；

图8为本发明系统中的门禁系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”到另一元件时，它可以直接连接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”可以包括无线连接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“内”、“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“设有”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

如图1~图8所示，一种矿山井下运矿电机车无人驾驶控制系统，包括牵引电机车车头控制系统1，还包括远程遥控操作系统2、智能调度信息系统3、道岔控制系统4、溜井放矿及挡板控制系统5、卸载站料位监测系统6、弯道喷淋系统7、门禁系统8、通信网络系统9。牵引电机车车头控制系统1通过通信网络系统9分别与远程遥控操作系统2、智能调度信息系统3、道岔控制系统4、溜井放矿及挡板控制系统5、卸载站料位监测系统6、弯道喷淋系统7、门禁系统8连接。

所述牵引电机车车头控制系统1中，24V UPS不间断电源1.3通过将电机车滑触线母线直流550V电压转化为24V直流电压供车载设备及各传感器使用，安装在牵引电机车驾驶室内的无人驾驶电机车车头核心控制器1.1通过安装在正前方的超高频射频读写器1.4和高速二维码扫描仪1.5读取巷道中的射频标签卡和二维码标牌信息实现电机车的区域定位，通过辅助传感器1.11中的安装在电机盖板处的速度编码器实现电机车的精确定位，通过控制电机车变频器单元1.8速度模拟量输入和档位输入实现电机车的前进后退，通过控制电控气路单元1.13中的刹车电磁阀和缓解电磁阀实现刹车和松开刹车动作，通过控制电控气路单元1.13中的升弓、降弓电磁阀实现气动升降弓，通过控制电控气路单元1.13中的鸣笛电磁阀实现汽笛鸣笛，通过辅助传感器1.11中的气压传感器、电压电流传感器、接近开关实时监测电机车运行的各状态参数，并进行连锁控制保护，通过安装在电机车驾驶室内的WIFI无线网络通讯单元1.9实现与其他各系统信息交互，通过安装在电机车驾驶室内的第一LORA无线通信单元1.10实现道岔控制和道岔正反位信号的采集及远程溜井放矿控制，通过安装在电机车车头正前方的激光雷达1.6实现电机车防碰撞功能，通过安装在电机车前后的两个摄像头——前后摄像头1.7实现现场视频实时监控及巷道人员、轨道障碍物的识别，通过急停控制器1.12实现电机车远程紧急刹车制动。

所述远程遥控操作系统包括远程操作控制台、远程监控PC、远程操作核心控制器2.1，远程操作控制台包含启动旋钮开关、急停按钮、模式选择旋钮开关、操作摇杆、升降弓按钮、左右放矿按钮、停止放矿按钮、挡板开关旋钮，远程操作核心控制器2.1通过采集上述信号的模拟量或开关量，滤波处理，将数据打包后通过以太网通讯将数据发送至牵引电机车车头控制系统1实现远程电机车远程操作，远程监控PC通过第一以太网通讯单元2.9采集电机车运行各状态参数、摄像头数据流实现电机车的远程监控。

所述智能调度信息3系统包括机车信息存储、电机车运行线路智能调度和人工调度、计划配矿、机车运行情况监视（实时数据与位置信息）、历史曲线显示、采集数据的存储列表、异常情况监测、称重数据查询、操作窗口界面。智能调度信息系统将设定好或通过智能调度算法自动生成的生产计划及机车行驶路径通过以太网下发至牵引电机车车头无人驾驶电机车车头核心控制器1.1中并存储，牵引电机车车头控制系统1通过存储的计划路径自动运行。同时，通过以太网每秒采集电机车运行参数实时显示，为远程驾驶提供数据支撑。

所述道岔控制系统4包括道岔核心控制器4.1、第二220V转24V电源4.2、密贴接近开关4.3、第二LORA无线通讯单元4.4、道岔驱动单元4.5，第二220V转24V电源4.2通过将220V交流电转化为24V直流电供道岔核心控制器4.1、密贴接近开关4.3、第二LORA无线通讯单元4.4、道岔驱动单元4.5使用，密贴接近开关4.3通过一组接近开关检测轨道正反位的密贴情况，防止由于不密贴导致的电机车脱轨事故，道岔驱动单元4.5通过输出一组继电器信号驱动转辙机的正转和反转实现道岔的正反位驱动，道岔核心控制器4.1通过第二LORA无线通讯单元4.4与电机车车头控制系统1中的第一LORA无线通讯单元1.10实现数据交互，通过接受电机车车头控制系统1发送的道岔正反位控制信号，输出道岔信号至道岔驱动单元4.5，并通过密贴接近开关4.3实时反馈至牵引电机车车头控制系统1，当电机车自动行驶至道岔轨道时，电机车车头控制系统1将发送道岔控制信息至道岔控制系统4，道岔核心控制器4.1通过读取密贴接近开关4.3返回的采集数据，判断当前道岔状态与控制状态是否匹配，若不匹配则输出道岔信号至道岔驱动单元4.5驱动转辙机，并通过第二LORA无线通讯单元4.4将控制成功或失败数据发送至电机车车头控制系统1，若匹配则直接返回控制成功数据至电机车车头控制系统1，最终实现道岔准确、稳定的自动控制。

所述溜井放矿及挡板控制系统5包括溜井核心控制器5.1、第三220V转24V电源5.2、左放矿振机驱动单元5.6、右放矿振机驱动单元5.7、挡板升降驱动单元5.8、放矿振机驱动单元、激光料位信号采集单元5.3和摄像头监控单元5.4、第三LORA无线通讯单元5.5、第二以太网通讯单元5.9，第三220V转24V电源通过将220V交流电转化为直流电供各设备及模块使用，溜井核心控制器5.1通过第三LORA无线通讯单元5.5接收牵引电机车车头核心控制器1.1的放矿控制信号及挡板控制数据，对数据进行解析后将信号输出至挡板升降驱动单元5.8或左放矿振机驱动单元5.6、右放矿振机驱动单元5.7，同时通过激光料位信号采集单元5.3实时监测激光料位计的矿厢料位高度，当料位高度超过预设值时，停止放矿，并通过第三LORA无线通讯单元5.5发送装矿完成信号至牵引电机车车头控制系统1；摄像头监控单元5.4通过第二以太网通讯单元5.9将视频信号采集至智能调度信息系统3中的操作窗口界面，实现远程遥控控制挡板及放矿。

所述卸载站料位监测系统6包括卸载站核心控制器单元6.1、第四220V转24V电源6.2、激光料位计6.3，第四220V转24V电源6.2通过将220V交流电转化为直流电供各设备及模块使用，当电机车进入卸载站时，卸载站核心控制器6.1通过实时采集激光料位计6.3的测量模拟量数据，经滤波打包处理后，通过第四LORA无线通信单元6.4将数据发送至牵引电机车车头核心控制器1.1，电机车车头核心控制器1.1实时判断卸载站料位信息，若料位值超过设定最高料位，电机车行驶至卸载站轨道时停车制动，并将报警信息通过以太网总线将数据发送至智能调度系统3，通过智能调度系统的操作界面窗口，实现电机车自动运行与卸载站料位连锁保护。

所述弯道喷淋系统7包括第五220V转24V电源7.1、安装在轨道下方的检测地磁7.2、喷淋单元7.3，第五220V转24V电源7.1通过将220V交流电转化为直流电供各设备及模块使用，当电机车经过弯道时，检测地磁7.2检测到有电机车驶入，触发喷淋信号，喷淋单元7.3驱动喷淋电磁阀通过水管及喷头实现喷淋动作。

所述门禁系统8包括门禁核心控制器8.1、第六220V转24V电源8.2、红外光栅8.3、第三以太网通讯单元8.4、语音报警器8.5、LED指示灯8.6、进出刷卡器8.7、监控摄像头8.8，其中第六220V转24V电源8.2通过将220V交流电转化为直流电供各设备及模块使用，红外光栅8.3安装于道路两侧，用于检测行人及车辆进出信号；进入有轨运输区域的人员和车辆通过授权的ID卡在进出刷卡器8.7上刷卡后，通过第三以太网通讯单元8.4将ID信息上传至智能调度信息系统3，通过比对确认后将允许进入信号发送至门禁核心控制器8.1，门禁核心控制器8.1驱动语音报警器8.5和LED指示灯8.6，提示允许进入，当未刷卡闯入运输区域时，门禁核心控制器8.1触发保护机制，将连锁保护信息通过第三以太网通讯单元8.4发送至牵引电机车车头核心控制器1.1，牵引电机车车头控制器1.1执行紧急刹车，同时门禁核心控制器8.1将闯入信息发送至智能调度信息系统3，智能调度信息系统3通过监控摄像头8.8对现场实时视频进行抓拍取证。

所述通讯网络系统9包括遵循IEEE 802.11标准的wifi无线网络单元和LORA通讯单元，wifi无线网络单元包括安装在有轨运输区域各穿脉、沿脉、放矿溜井、卸载站、门禁及牵引电机车车头的无线网络设备，无线网络设备包含无线AP、网络交换机、光模块、车载漫游终端。wifi无线网络单元通过对穿沿脉布设网络设备，实现无线网络环网，将矿山井下运矿电机车无人驾驶控制系统中的各个分系统连接起来，实现视频信号、牵引电机车计划下发数据、状态类数据的数据交互。LORA通讯单元包含牵引电机车车头控制系统中的LORA无线模块、各放矿溜井、卸载站、道岔中的LORA无线模块，通过各分系统中的LORA无线模块实现控制类信号的数据交互。

本实例应用于玉溪大红山矿业有限公司井下180m有轨运输区域。180m有轨运输水平共5列电机车，4用1备，每列车由1辆20t架线式电机车牵引8辆10m³底侧卸式矿车。180m有轨运输水平为环形运输穿（沿）脉装矿布置型式，共设置40条溜井，穿脉东西向布置，共布置有6条装矿穿脉，间距80m，由南向北分别编号1～6号；沿脉南北向布置，共3条，其中两条为行车用沿脉，分别连接各条穿脉的东西两端，分别称为东沿脉和西沿脉，另一条为装矿沿脉，布置在西沿脉西侧，称为副西沿脉；空车由东侧空车线进入各装矿穿脉，由振动放矿机向矿车装矿，重车由西侧进入重车线，向南行驶到卸载车场。

如图1所示，一种矿山井下运矿电机车无人驾驶控制系统，包括5台电机车的牵引电机车车头控制系统1，还包括5台电机车的远程遥控操作系统2、智能调度信息系统3、24个道岔的道岔控制系统4、31个溜井的溜井放矿及挡板控制系统5、3个卸载站的卸载站料位监测系统6、27个弯道的弯道喷淋系统7、门禁系统8和通信网络系统9。其中牵引电机车车头控制器1实现电机车本体控制及连锁保护功能，远程遥控操作系统2实现电机车的远程遥控操作，智能调度信息系统3实现电机车的计划下、智能调度，道岔控制系统4实现电机车运行路线上的道岔控制，溜井放矿及挡板控制系统5实现溜井放矿及挡板控制，卸载站料位监测系统6实现卸载站料位的数据采集，弯道喷淋系统7实现电机车通过时的降温及润滑，门禁系统8实现人员及车辆的管控，通信网络系统9实现各设备之间的数据交互；牵引电机车车头控制系统1通过通信网络系统9中的WIFI无线网络接入有轨运输区域光纤环网，通过TCP/IP协议与远程遥控操作系统2、智能调度信息系统3、溜井放矿及挡板控制系统5、门禁系统8进行数据交互和共享。牵引电机车车头控制系统1还通过通信网络系统9中的LORA无线通信与道岔控制系统4、溜井放矿及挡板控制系统5、卸载站的卸载站料位监测系统6、弯道喷淋系统7进行现场自动控制类信号数据的传输与共享。

如图2所示，所述牵引电机车车头控制系统1包括电机车车头核心控制器1.1、550V直流变压器1.2、24V UPS直流不间断电源1.3、超高频射频读写器1.4、高速二维码扫描仪1.5、激光雷达1.6、前后摄像头1.7、电机车变频器单元1.8、WIFI无线网络通讯单元1.9、第一LORA无线通信单元1.10、辅助传感器单元1.11、急停控制器1.12、电控气路单元1.13。

其中，辅助传感器1.11单元包含前后电机速度编码器、母线电压传感器、电机电流传感器、前后电机温度传感器、制动气压传感器、缓解气压传感器、总气压传感器、刹车到位接近开关传感器、降弓到位接近开关传感器；

电控气路单元1.13包含刹车电磁阀、缓解电磁阀、降弓电磁阀、升弓电磁阀、鸣笛电磁阀；

550V直流变压器1.2将550V直流电压电转化为24V直流电，供24V UPS直流不间断电源1.3输入使用；

24V UPS直流不间断电源1.3输出24V电源供超高频射频读写器1.4、高速二维码扫描仪1.5、激光雷达1.6、前后摄像头1.7、电机车变频器单元1.8、WIFI无线网络通讯单元1.9、第一LORA无线通信单元1.10、辅助传感器单元1.11、急停控制器1.12、电控气路单元1.13使用。

电机车车头核心控制器1.1分别通过RS485接口与超高频射频读写器1.4相连，通过以太网总线分别与高速二维码扫描仪1.5、激光雷达1.6和WIFI无线网络通信单元1.9相连，通过模拟信号屏蔽线缆与电机车电机变频器单元1.8相连，通过RS232接口与第一LORA无线通信单元1.10相连，通过模拟信号、开关信号屏蔽线缆与辅助传感器1.11相连，通过开关信号屏蔽线缆与电控气路单元1.13相连；急停控制器1.12通过以太网总线与WIFI无线网络单元1.9相连，通过开关信号屏蔽线缆与电控气路部分1.13相连，实现电机车紧急情况下的制动停车。前后摄像头1.7与WIFI无线网络通讯单元1.9相连。

如图3所示，所述远程遥控操作系统2包括远程遥控核心控制器2.1、第一220V转24V电源2.2、摇杆信号输入模块2.3、启动、停止信号输入模块2.4、放矿信号输入模块2.5、升降弓信号输入模块2.6、挡板控制信号输入模块2.7、急停信号输入模块2.8、第一以太网通信单元2.9，远程遥控核心控制器2.1每50ms采集1次摇杆信号输入模块2.3、启动、停止信号输入模块2.4、放矿信号输入模块2.5、升降弓信号输入模块2.6、挡板控制信号输入模块2.7、急停信号输入模块2.8的输入内容，通过判断是否有按钮按下或旋钮变化，对信号数据进行打包，并通过以太网总线发送数据到牵引电机车车头控制系统1，实现相关功能的远程操作。

摇杆信号输入模块2.3用于采集操作摇杆信号；

启动、停止信号输入模块2.4用于采集启动旋钮开关信号；

放矿信号输入模块2.5用于采集操作左右放矿按钮、停止放矿按钮信号；

升降弓信号输入模块2.6用于采集升降弓按钮信号；

挡板控制信号输入模块2.7用于采集操作挡板开关旋钮信号；

急停信号输入模块2.8用于采集急停按钮信号；

遥控/自动信号输入模块2.10用于采集模式选择旋钮信号。

第一220V转24V电源2.2分别与远程遥控核心控制器2.1、摇杆信号输入模块2.3、启动、停止信号输入模块2.4、放矿信号输入模块2.5、升降弓信号输入模块2.6、挡板控制信号输入模块2.7、急停信号输入模块2.8、第一以太网通信单元2.9相连，为远程遥控核心控制器2.1、摇杆信号输入模块2.3、启动、停止信号输入模块2.4、放矿信号输入模块2.5、升降弓信号输入模块2.6、挡板控制信号输入模块2.7、急停信号输入模块2.8、第一以太网通信单元2.9供电；

如图4所示，所述道岔控制系统4包括道岔核心控制器4.1、第二220V转24V电源4.2、密贴接近开关4.3、第二LORA无线通讯单元4.4、道岔驱动单元4.5。其中第二220V转24V电源4.2通过将220V交流电转换为24V直流电，供道岔核心控制器4.1、密贴接近开关4.3、第二LORA无线通讯单元4.4、道岔驱动单元4.5使用。道岔核心控制器4.1通过RS232接口与第二LORA无线通讯单元4.4相连，通过开关输入信号与密贴接近开关4.3相连，通过开关输出信号与道岔驱动单元4.5相连。实现电机车车头控制器发送的道岔控制及检测功能。

如图5所示，所述溜井放矿及挡板控制系统5包括溜井核心控制器5.1、第三220V转24V电源5.2、激光料位信号采集单元5.3、摄像头监控单元5.4、第三LORA无线通讯单元5.5、左放矿振机驱动单元5.6、右放矿振机驱动单元5.7、挡板升降驱动单元5.8、第二以太网通讯单元5.9。

其中，第三220V转24V电源5.2通过将220V交流电转换为24V直流电，为溜井核心控制器5.1、激光料位信号采集单元5.3、摄像头监控单元5.4、第三LORA无线通讯单元5.5、左放矿振机驱动单元5.6、右放矿振机驱动单元5.7、挡板升降驱动单元5.8、第二以太网通讯单元5.9供电；

激光料位信号5.3通过模拟信号屏蔽线缆与溜井核心控制器5.1相连；

第三LORA无线通讯单元5.5通过RS232接口与溜井核心控制器5.1相连；

左放矿振机驱动单元5.6、右放矿振机驱动单元5.7、挡板升降驱动单元5.8通过开关信号屏蔽电缆与溜井核心控制器5.1相连；通过接收牵引电机车车头控制系统1发出的挡板控制信号、振机控制信号执行相关动作并采集激光料位数据实现料位到位停止、自动放矿连锁功能。

摄像头监控单元5.4与溜井核心控制器5.1相连；

同时摄像头监控单元5.4通过以太网总线与光纤环网第二以太网通讯单元5.9相连，实现智能调度信息系统的远程画面监控展示。

如图6所示，所述卸载站料位监测系统6包括卸载站核心控制器6.1、第四220V转24V电源6.2、激光料位计6.3、第四LORA无线通信单元6.4。

其中，第四220V转24V电源6.2通过将220V交流电转换为24V直流电，供卸载站核心控制器6.1、激光料位计6.3、第四LORA无线通信单元6.4使用；

激光料位计6.3通过模拟量屏蔽线缆与卸载站核心控制器6.1相连；

第四LORA无线通信单元6.4通过RS232接口与卸载站核心控制器6.1相连；当料位超过预设值时，将料位报警信息发送至即将经过卸载站的牵引电机车车头控制系统1，牵引电机车车头控制系统1自动降弓刹车。

如图7所示，所述弯道喷淋系统7包括第五220V转24V电源7.1、检测地磁7.2、喷淋单元7.3；

其中，第五220V转24V电源7.1通过将220V交流电转换为24V直流电，供检测地磁7.2、喷淋单元7.3使用；

检测地磁7.2通过开关量信号与喷淋单元7.3相连；当电机车经过弯道区域时，安装在轨道两侧的检测地磁7.2检测到电机车经过，输出开关量信号控制喷淋单元7.3的喷淋中间继电器，喷淋中间继电器驱动喷淋电磁阀触发喷淋。当电机车全部通过弯道时，检测地磁7.2检测不到电机车信号，控制控制喷淋单元7.3的喷淋中间继电器关闭喷淋电磁阀实现有车经过时喷淋，无车经过时关闭喷淋。

如图8所示，所述门禁系统8包括门禁核心控制器8.1、第六220V转24V电源8.2、红外光栅8.3、第三以太网通讯单元8.4、语音报警器8.5、LED指示灯8.6、进出刷卡器8.7、监控摄像头8.8。

其中，第六220V转24V电源8.2通过将220V交流电转换为24V直流电，供门禁核心控制器8.1、红外光栅8.3、第三以太网通讯单元8.4、语音报警器8.5、LED指示灯8.6、进出刷卡器8.7、监控摄像头8.8使用；

红外光珊8.3通过开关量信号与门禁核心控制器8.1相连；

语音报警器8.5通过RS485信号与门禁核心控制器8.1相连；

LED指示灯8.6通过开关量信号与门禁核心控制器8.1相连；

第三太网通讯单元8.4与门禁核心控制器8.1相连；

监控摄像头8.8通过以太网总线与第三以太网通讯单元8.4相连；

进出刷卡器8.7通过以太网总线与第三以太网通讯单元8.4相连，并通过光纤与智能调度信息系统相连。进入有轨运输区域的人员和车辆通过授权的ID卡刷卡后，通过以太网将ID信息上传至智能调度信息系统3，通过比对确认后将允许进入信号发送至门禁核心控制器8.1，门禁核心控制器驱动语音报警器8.5和LED指示灯8.6，提示允许进入，当未刷卡闯入运输区域时，门禁核心控制器8.1触发保护机制，将连锁保护信息通过以太网发送至牵引电机车车头核心控制器1.1，牵引电机车车头控制器1执行紧急刹车，同时门禁核心控制器8.1将闯入信息发送至智能调度信息系统3，智能调度信息系统3通过监控摄像头8.8对现场实时视频进行抓拍取证。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种矿山井下运矿电机车无人驾驶控制系统，包括牵引电机车车头控制系统，其特征在于，还包括远程遥控操作系统、智能调度信息系统、道岔控制系统、溜井放矿及挡板控制系统、卸载站料位监测系统、弯道喷淋系统、门禁系统、通信网络系统；

牵引电机车车头控制系统通过通信网络系统分别与远程遥控操作系统、智能调度信息系统、道岔控制系统、溜井放矿及挡板控制系统、卸载站料位监测系统、弯道喷淋系统、门禁系统相连；

远程遥控操作系统包括远程操作控制台和远程操作核心控制器，远程操作核心控制器通过采集，远程操作控制台操作信号的模拟量或开关量进行滤波处理，并将处理后的数据打包后，通过以太网通讯将数据发送至牵引电机车车头控制系统实现远程电机车远程操作；

智能调度信息系统将生产计划及机车行驶路径通过以太网下发至牵引电机车车头控制系统中，从而控制电机车的生产作业及行驶路径；

道岔控制系统包括道岔核心控制器、密贴接近开关和道岔驱动单元，道岔核心控制器通过LORA无线通讯接收牵引电机车车头核心控制器的道岔正反位信号，输出道岔信号至道岔驱动单元，并通过密贴接近开关实时反馈至牵引电机车车头核心控制器，实现道岔自动控制；

溜井放矿及挡板控制系统用于放矿及挡板的控制；

卸载站料位监测系统用于监测卸载站料位；

弯道喷淋系统用于对经过弯道的电机车进行喷淋；

门禁系统用于控制及监测有轨运输区域的人员和车辆的进出。

2.根据权利要求1所述的矿山井下运矿电机车无人驾驶控制系统，其特征在于：远程操作控制台包含启动旋钮开关、急停按钮、模式选择旋钮开关、操作摇杆、升降弓按钮、左右放矿按钮、停止放矿按钮、挡板开关旋钮。

3.根据权利要求1所述的矿山井下运矿电机车无人驾驶控制系统，其特征在于：溜井放矿及挡板控制系统包括溜井核心控制器、左放矿振机驱动单元、右放矿振机驱动单元、挡板升降驱动单元、放矿振机驱动单元、激光料位信号采集单元和摄像头监控单元、第三LORA无线通讯单元、第二以太网通讯单元，溜井核心控制器通过第三LORA无线通讯单元接收牵引电机车车头控制系统的放矿控制数据及挡板控制数据，对数据进行解析后将信号对应输出至挡板升降驱动单元、左放矿振机驱动单元、右放矿振机驱动单元进行相应的挡板升降驱动、左放矿振机驱动、右放矿振机驱动，同时通过激光料位信号采集单元实时监测激光料位计的矿厢料位高度，当料位高度超过预设值时，停止放矿，并通过第三LORA无线通讯单元发送装矿完成信号至牵引电机车车头控制系统；摄像头监控单元用于通过第二以太网通讯单元及以太网总线将视频信号采集至智能调度信息系统中。

4.根据权利要求1所述的矿山井下运矿电机车无人驾驶控制系统，其特征在于：所述卸载站料位监测系统包括卸载站核心控制器单元和激光料位计，当电机车进入卸载站时，卸载站核心控制器通过实时采集激光料位计的测量模拟量数据，经滤波后处理打包，通过第四LORA无线通信单元将数据发送至牵引电机车车头控制系统，从而实现电机车自动运行与卸载站料位连锁保护。

5.根据权利要求1所述的矿山井下运矿电机车无人驾驶控制系统，其特征在于：所述弯道喷淋系统包括安装在轨道下方的检测地磁和喷淋单元，当电机车经过弯道时，检测地磁检测到有电机车驶入，触发喷淋信号，喷淋单元驱动喷淋电磁阀通过水管及喷头实现喷淋动作。

6.根据权利要求1所述的矿山井下运矿电机车无人驾驶控制系统，其特征在于：所述门禁系统包括门禁核心控制器、红外光栅、第三以太网通讯单元、语音报警器、LED指示灯、进出刷卡器、监控摄像头；其中红外光栅安装于道路两侧，用于检测行人及车辆进出信号；进入有轨运输区域的人员和车辆通过授权的ID卡在进出刷卡器上刷卡后，通过以第三太网通讯单元将ID信息上传至智能调度信息系统，通过比对确认后将允许进入信号发送至门禁核心控制器，门禁核心控制器驱动语音报警器和LED指示灯，提示允许进入；当红外光栅检测到有人或车辆未刷卡闯入运输区域时，门禁核心控制器触发保护机制，将连锁保护信息通过第三以太网通讯单元发送至牵引电机车车头控制系统，牵引电机车车头控制系统执行紧急刹车，同时门禁核心控制器将闯入信息发送至智能调度信息系统，智能调度信息系统通过监控摄像头对现场实时视频进行抓拍取证。

7.根据权利要求1所述的矿山井下运矿电机车无人驾驶控制系统，其特征在于：牵引电机车车头控制系统通过通信网络系统中的WIFI无线网络接入有轨运输区域光纤环网，通过TCP/IP协议与远程遥控操作系统、智能调度信息系统、溜井放矿及挡板控制系统、门禁系统进行数据交互和共享；牵引电机车车头控制系统还通过通信网络系统中的LORA通信单元与道岔控制系统溜井放矿及挡板控制系统、卸载站的卸载站料位监测系统、弯道喷淋系统进行现场自动控制类信号数据的传输与共享。

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