CN202583840U

CN202583840U - 矿下无人驾驶机车无线控制系统

Info

Publication number: CN202583840U
Application number: CN2012201607037U
Authority: CN
Inventors: 王修颖
Original assignee: NANJING SHIZE TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: NANJING SHIZE TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-04-17
Filing date: 2012-04-17
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2022-04-17

Abstract

矿下无人驾驶机车的无线控制系统，涉及一种无人驾驶机车的无线控制系统，它是为了解决现有的路面无人驾驶机车的控制系统的控制稳定性低、无法控制多台无人驾驶机车且不能运用于矿下特殊环境的问题。它的M个车载单元分别安装在M个无人驾驶机车上；每个车载单元均包括从机、从PLC和无线信号收发模块，每个车载单元均包括从机、从PLC和无线信号收发模块，所述从机通过无线信号收发模块与无线基站进行无线通信；从机的485控制信号输出或输入端与从PLC的485控制信号输入或输出端连接；主PLC的485控制信号输出或输入端与总线控制器的485控制信号输入或输出端连接；总线控制器挂接在巷道内的485总线上；N个无线基站均挂接在巷道内的485总线上。本实用新型适用于矿井下无人驾驶机车的无线控制。

Description

矿下无人驾驶机车无线控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种无人驾驶机车的无线控制系统。

背景技术

在极窄空间内(如矿井下)，环境十分恶劣。粉尘浓厚，运输机车司机需要很厚重的防尘护具；巷道狭窄，转弯处无法预知，需要大量人力资金保证安全；巷道内通讯不便，需调度室人员配合各机车司机进行工作，浪费人力，整体工作效率偏低。

现有无线技术只能点对点控制(直接用无线模块连接，透明协议传输，一对一控制)，控制距离有限；即使加入无线中继器，延时和无线中继器的数量成正比，中继器的数量和距离成正比，距离越远，需要中继数量越多，通信延时越长，导致机车无法实时有效控制；中继过多，自激现象严重(中继在PLC不发送数据时也会转发通信滞留数据)；无法定位机车的位置；无法诊断各个无线模块的故障，通信稳定性不高；不适合复杂巷道；无法控制多台机车。

实用新型内容

本实用新型是为了解决现有的矿下无人驾驶机车的控制系统的控制稳定性低、无法控制多台无人驾驶机车的问题，从而提供一种矿下无人驾驶机车的无线控制系统。

矿下无人驾驶机车的无线控制系统，它包括控制单元和M个车载单元，所述控制单元包括主PLC、总线控制器、N个无线基站和485总线；

每个车载单元均包括从机、从PLC和无线信号收发模块，所述从机通过无线信号收发模块与无线基站进行无线通信；从机的485控制信号输出或输入端与从PLC的485控制信号输入或输出端连接；

主PLC的485控制信号输出或输入端与总线控制器的485控制信号输入或输出端连接；总线控制器挂接在巷道内的485总线上；N个无线基站均挂接在巷道内的485总线上；

N为大于或等于3的整数；M为正整数。

它还包括显示屏，所述显示屏的显示信号输入端与总线控制器的显示信号输出端连接。

它还包括状态指示模块，所述状态指示模块的状态指示信号输入端与总线控制器的状态指示信号输出端连接。

主PLC与总线控制器之间采用485总线进行通信。

从机与从PLC之间采用485总线进行通信。

本实用新型的矿下无人驾驶机车的控制系统的控制稳定性高，能够控制多台无人驾驶机车。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；图2是本实用新型包含多个车载单元的结构示意图；

图3是具体实施方式三的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1和图2说明本具体实施方式，矿下无人驾驶机车的无线控制系统，它包括控制单元和M个车载单元，所述控制单元包括主PLC 1、总线控制器2、N个无线基站3和485总线4；

每个车载单元均包括从机5、从PLC6和无线信号收发模块7，所述从机5通过无线信号收发模块7与无线基站2进行无线通信；从机5的485控制信号输出或输入端与从PLC 6的485控制信号输入或输出端连接；

主PLC 1的485控制信号输出或输入端与总线控制器2的485控制信号输入或输出端连接；总线控制器2挂接在巷道内的485总线4上；N个无线基站3均挂接在巷道内的485总线4上；

N为大于或等于3的整数；M为正整数。

原理：矿下巷道内设置多个无线基站3，组成一个无线数据传输网络，处于网络内的不同机车可被无线基站3识别并与调度室通讯，通讯数据通过485总线4及时传至调度室的总线控制器2内，总线控制器2与主PLC进行通讯，通过无线基站3的无线数据传输控制机车的有序运行，实现无人驾驶机车的无线控制。

本实用新型采用的总线控制技术：总线控制器接收主PLC发送的信息时，即时给主PLC信息反馈并将主PLC发送的信息传送到各个无线基站3，无线基站3与总线控制器2之间同样保持实时通讯反馈。总线控制器2与无线基站3间的通信协议，封装原有通信数据，使原有通信速率增加1倍，抗干扰能力增加；

本实用新型能够进行功率探测定位，其原理为：机车在巷道内运行过程中，机车上的从机会发射距离探测信号(不同功率、不同编码)，总线控制器根据无线基站反馈的无线信号判断机车的编码和所处位置，并决定与机车通讯的相应无线基站。

机车上的从机在运行时通过无线信号与相应无线基站相互通讯，无线基站将存储从机发送的数据，等到总线控制器发送数据时，立即反馈数据。

本实用新型应用了极窄空间无线通信技术：在矿井下巷道的极窄空间内，放置若干个小型无线基站，无线基站之间的间隔为100米(转弯处间隔稍短)，为机车在巷道内行驶提供了无线网络信号。RS485总线连接所有无线基站至调度室的总线控制器，保证了每个无线基站均能独立与总线控制器实时通讯，且无线基站之间不会产生自激，使总线控制器传输的数据实时有序的传给各个无线基站。

控制机车行驶需要依靠两台GE-PLC(包括主、从PLC)，主PLC与控制器相连，从PLC与机车相连，控制器固定放置调度室，可控制机车行驶。但是主从PLC之间的有线连接严重影响了机车的实际使用，因此本设计是在矿井下高干扰的极窄空间里实现主、从PLC长距离无线通讯的技术方法。

主、从PLC有线通信协议为标准ModBus，实现无线通信后，要求不改变原有通信协议，直接代替有线通信；

主、从PLC数据交换机制：主PLC每隔800ms发送一次命令(读或者写)，若从PLC有应答(读、写应答)，则主PLC发送命令周期自动调整为400ms。

无线通信平台的搭建：在矿井下巷道的极窄空间内，放置若干个小型无线基站，无线基站之间的间隔为100米，为机车在巷道内行驶提供了无线网络信号。

通讯规则：总线控制器接收主PLC发送的信息时，即时给主PLC信息反馈并将主PLC发送的信息传送到各个无线基站，无线基站与总线控制器之间同样保持实时通讯反馈。

机车上的从机在运行时通过无线信号与相应无线基站相互通讯，无线基站将存储从机发送的数据，等到总线控制器发送数据过来时，将数据反馈回去。从PLC与从机之间采用RS485总线通讯形式衔接，通讯协议标准的Modbus；

主PLC发送命令到从PLC所需要的时间150ms(包括无线通讯)，同一时刻只有一个无线基站与至多两个从机通信(井下并排两车通行的地方极少，大多只允许单辆车通行)；由总线控制器查询后决定与从机通信的无线基站，查询占用时间220ms；

各部分硬件组成：

总线控制器：MCU、485隔离通讯模块、综合状态显示模块(lcd和led)、电源模块；

无线基站：MCU、485隔离通讯模块、无线收发一体模块、编码模块、电源模块；

从机：MCU、485隔离通讯模块、电源模块；

通信平台详细架构：

总线控制器：功能：1、与主PLC交换数据(交换从机的数据)，采用原有ModBus协议，半双工通信，不同于传统的无线部分，主PLC访问，立即返回已存储的从PLC状态；2、查询各个从机和无线基站的相对位置；3、与所有无线基站更新主PLC发送的数据；4、选定某个无线基站，更新从机上传的数据；

无线基站：功能：1、接收总线控制器通过485总线传送的数据；2、接收从机发射的距离无线探测信号，并判断从机与该无线基站的距离；3、无线交换从机存储的从PLC数据和无线基站存储主PLC的数据；

从机：功能：1、通过无线收发模块向无线基站发射距离探测信号；2、通过485总线查询从PLC的状态；3、通过485总线与从PLC交换数据。

无线基站布置：1、根据巷道宽窄、高低、有无弯道、有无强干扰设备，按照无线基站编号从小到大合理安放，安放距离以从机发射最大功率信号时至少被3个无线基站能接收到为基准。

故障诊断：1、总线控制器可以显示每个无线基站的连接状态，当前通信状态；2、无线基站上可以显示从机的连接状态；

通信中断次数统计：1、总线控制器连接主PLC，从机连接从PLC后，总线控制器可以记录无线通信中断的次数；2、通信出现故障后，该计数每隔370ms加1，直到通信恢复为止；3、连续两次无线中断，会造成一次主、从PLC通信延迟740ms，连续60s无通信延迟，中断统计清零。

本实用新型的优点：

1、总线控制器可控制多台从机；2、无线基站可以探测从距离远近，判断从机所处位置；3、总线控制器可以显示每个连线无线基站的状态，出现问题快速判断；4、多个无线基站存在，一个总线控制器管理，不会存在自激干扰；通信稳定性高；5、总线控制器上有在线无线基站状态指示，各个无线基站探测到的从机定位信号：6、所有的无线基站程序一样，通过编码模块区分，若有损坏，可快速替换，可维护性好。

具体实施方式二、本具体实施方式与具体实施方式一所述的矿下无人驾驶机车的无线控制系统的区别在于，它还包括显示屏8，所述显示屏8的显示信号输入端与总线控制器2的显示信号输出端连接。

本实用新型的显示屏8采用液晶显示部分，显示无线基站在线状态、各个无线基站接收到从机的距离探测信号、当前与从机通信的无线基站个数及编号。

具体实施方式三、本具体实施方式与具体实施方式一或二所述的矿下无人驾驶机车的无线控制系统的区别在于，它还包括状态指示模块9，所述状态指示模块9的状态指示信号输入端与总线控制器2的状态指示信号输出端连接。

本实施方式的状态指示模块9为LED灯显示部分：显示主PLC的访问状态、从PLC返回数据状态。

具体实施方式四、本具体实施方式与具体实施方式三所述的矿下无人驾驶机车的无线控制系统的区别在于，主PLC 1与总线控制器2之间采用485总线进行通信。

具体实施方式五、本具体实施方式与具体实施方式一、二或四所述的矿下无人驾驶机车的无线控制系统的区别在于，从机5与从PLC 6之间采用485总线进行通信。

本实施方式中采用的总线控制技术：

1、应用位置：总线控制器；

2、硬件组成：两块CPU，LCD12864液晶显示；

3、功能：连接主PLC，和巷道内所有的无线基站，监控各个无线基站，判断从机在巷道中大概的位置；

4、优点：提高原ModBus通信的速率，自适用性强，通信延迟时间可计算；所有无线基站状态汇总到总线管理器，通信故障可迅速排除；

5、实现：

传统无线实现方案：主、从PLC的通信的协议是标准的ModBus，交换数据的具体实现是，主PLC发送读数据命令，从PLC返回读数据应答；主PLC发送写数据命令，从PLC返回写数据应答；只有写数据命令和读数据应答包含主、从PLC交换的数据，其他均只是应答，每次应答的几乎相同，在有线连接时主、从机PLC的通信模块重复传输造成通信时间增加；

无线通道上传输数据：

1)、主PLC的数据到从PLC

主PLC发送写命令(通过无线模块直接发出)

↓↑

从PLC回复写应答(无线模块收到后发送给从PLC，从PLC返回写应答，经无线发送出去，所有PLC的写应答都一样)；

2)从PLC的数据到主PLC

主PLC发送读命令(通过无线模块直接发出，所有的读命令都一样)

↓↑

从PLC回复读应答(无线模块收到后发送给从PLC，从PLC返回读应答，经无线发送出去)

本实用新型的无线信号传输：

1、总线控制器在接收到主PLC的写命令时，立即返回写应答，并将写数据送入所有无线基站，并选择在从机附近的无线基站发射写数据；从机定时向从PLC发送读数据命令，将读应答数据存储在内存中，直到从机收到主PLC的写命令，立即将读应答数据返回给无线基站；

无线通道上传输数据：

主PLC发送写命令(通过485总线发送给总线控制器，总线控制器将主PLC的数据发送给各个无线基站，通过选定的无线基站发送到从机，然后回复主PLC写应答命令；总线控制器收到无线基站返回的读应答命令，将数据存储在缓存中，等待主PLC读命令发送时，直接从缓存中读取从PLC读应答命令)

↓↑

从PLC回复读应答(从机收到无线基站发送的主PLC写命令，立即向无线基站发送读应答命令)：

2、查询各个无线基站的状态，汇总到液晶显示器上；

3、统计无线数据传输中的错误次数，并显示在液晶显示器上。

本实用新型中采用的功率探测技术：

1、应用位置：从机、无线基站；

2、硬件组成：功率可控的无线收发模块(核心)、MCU；

3、功能：定位从机所在无线基站的相对位置；

实现：探测信号发送：从机在未收到无线基站发送的信号时，每隔0.4s发送一次大功率探测信号和一次小功率探测信号，时间间隔30ms；大、小功率探测信号编码不一样，正常情况下能收到小功率探测信号的无线基站一定能收到大功率探测信号；无线基站收到探测信号后，置位功率探测标志位，小功率探测信号优先；无线基站与从机正常通信时，从机收到无线基站数据，返回数据使用大功率信号发送，并以此信号作为大功率探测信号，返回信号30ms后发送小功率探测信号；

探测信号的汇总：总线控制器定时查询所有无线基站的状态，包括是否收到探测信号，收到探测信号功率大小；收集所有状态后，参考上一次通信状态(上一次选定的通信无线基站，通信是否完成)，判断当前从机所在位置，所有无线基站是否在线。

本实用新型中采用的极窄空间无线通信技术：

现状：空旷平地上，普通的无线收发模块大功率发射距离是2000米，矿井下直向通道100-150米；弯道、窄道不足50米。

解决方案：巷道内每个100米放置一个无线基站，无线基站按递增序号排布，主PLC发送的数据通过总线控制器有线传送到巷道内各个无线基站，并根据信号探测筛选出的无线基站，发送到从PLC，从PLC的数据原路返回。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.矿下无人驾驶机车的无线控制系统，其特征是：它包括控制单元和M个车载单元，所述控制单元包括主PLC(1)、总线控制器(2)、N个无线基站(3)和485总线(4)；M个车载单元分别安装在M个无人驾驶机车上；

每个车载单元均包括从机(5)、从PLC(6)和无线信号收发模块(7)，所述从机(5)通过无线信号收发模块(7)与无线基站(2)进行无线通信；从机(5)的485控制信号输出或输入端与从PLC(6)的485控制信号输入或输出端连接；

主PLC(1)的485控制信号输出或输入端与总线控制器(2)的485控制信号输入或输出端连接；总线控制器(2)挂接在巷道内的485总线(4)上；N个无线基站(3)均挂接在巷道内的485总线(4)上；

N为大于或等于3的整数；M为正整数。

2.根据权利要求1所述的矿下无人驾驶机车的无线控制系统，其特征在于它还包括显示屏(8)，所述显示屏(8)的显示信号输入端与总线控制器(2)的显示信号输出端连接。

3.根据权利要求1或2所述的矿下无人驾驶机车的无线控制系统，其特征在于它还包括状态指示模块(9)，所述状态指示模块(9)的状态指示信号输入端与总线控制器(2)的状态指示信号输出端连接。

4.根据权利要求3所述的矿下无人驾驶机车的无线控制系统，其特征在于主PLC(1)与总线控制器(2)之间采用485总线进行通信。

5.根据权利要求1、2或4所述的矿下无人驾驶机车的无线控制系统，其特征在于从机(5)与从PLC(6)之间采用485总线进行通信。