井下電機車地面遠程遙控系統的製作方法
2023-05-31 00:05:56
井下電機車地面遠程遙控系統的製作方法
【專利摘要】一種井下電機車地面遠程遙控系統，屬於井下採礦【技術領域】。包括派配礦單元、機車單元、運行單元、裝礦單元、卸礦單元；派配礦單元包括數位化配礦系統、派車系統；機車單元包括井下電機車運輸系統、電機車自動保護系統；運行單元包括井下窄軌「信集閉」控制系統、操作臺系統、無線通訊系統、100M網絡通訊系統、不間斷電源系統；裝礦單元包括溜井遠程裝礦系統、溜井遠程裝礦視頻監控系統；卸礦單元包括自動卸礦系統和卸礦自動清掃系統。優點在於：將井下電機車司機、放礦工兩個人的工作合二為一，工作位置由井下移動到地面，提高本質安全水平、避免了職業病的發生、保證了電機車的安全高效運行、精簡了操作、提高電機車作業率、提高電機車臺時效率、提高生產組織效率、提高了輸出品位的穩定性。
【專利說明】井下電機車地面遠程遙控系統
【技術領域】
[0001]本發明屬於井下採礦控制【技術領域】，特別是提供了一種井下電機車地面遠程遙控系統，是為井下電機車運輸提供數位化派配礦、遙控裝礦、自動調度、自動行駛、自動卸礦的井下電機車地面遠程遙控系統，實現了井下電機車運輸現場無人、地面遠程遙控的新型生產作業方式。
【背景技術】
[0002]地下礦山井下電機車運輸系統是礦井運輸的大動脈，電機車安全高效運行是地採生產的關鍵環節。隨著地下開採規模的不斷擴大，與生產緊密相關的井下電機車運輸任務也越來越繁重，通常採取增加運輸車輛和車次、或者提高車速等措施來適應。目前所使用的運輸設備都需要人工駕駛，工作環境、安全保障及運輸效率均受到較大制約，由此也帶來了許多不利因素和安全隱患，因此，對井下電機車地面遠程遙控的研究已經成為國內地下採礦業的迫切任務。
[0003]到目前為止，國內還沒有成型的井下電機車地面遠程遙控系統，井下電機車均為現場人工駕駛、操作，運行模式為:裝礦時每臺電機車需跟隨一名放礦工進行現場放礦，放礦過程中對車、行車、放礦等動作需要放礦工和電機車司機不斷進行信息溝通、配合，並進行二次對車，易造成人為效率降低、裝載異常，以及安全隱患。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於提供一種井下電機車地面遠程遙控系統，實現基礎信息數位化、生產過程可視化、管理控制一體化、決策支持集成化的總建設目標，電機車運輸系統從卸載站開始，遵循主提升井(一個時間段內)輸出品位穩定的原則，按照採區各溜井的儲礦量、地質品位進行數位化派配礦；到採區溜井後，以額定裝載量為標準，限制裝載高度，進行遠程遙控裝礦；通過計算機自動調度列車，實現受電弓自動升降，區間內定速自動行駛；電機車到卸載站完成自動卸載及自動清掃等循環工作流程。
[0005]將井下電機車司機、放礦工兩個人的工作合二為一，工作位置由井下移動到地面，精簡操作，提高生產組織效率、提高電機車作業率、提高電機車臺時效率、提高本質安全水平。
[0006]本發明包括派配礦單元、機車單元、運行單元、裝礦單元、卸礦單元；派配礦單元包括數位化配礦系統、派車系統；機車單元包括井下電機車運輸系統、電機車自動保護系統；運行單元包括井下窄軌「信集閉」控制系統、操作臺系統、無線通訊系統、100M網絡通訊系統、不間斷電源系統；裝礦單元包括溜井遠程裝礦系統、溜井遠程裝礦視頻監控系統；卸礦單元包括自動卸礦系統和卸礦自動清掃系統。
[0007]安裝位置:
[0008]數位化配礦系統、派車系統安裝在地面中心機房伺服器內；井下電機車運輸系統安裝在井下運輸水平；電機車自動保護系統安裝在井下電機車上；井下窄軌「信集閉」控制系統主站和分站安裝在井下運輸系統水平，井下窄軌「信集閉」控制系統操控計算機安裝在地面主控室；操作臺系統安裝在地面主控室；無線通訊系統安裝在井下運輸水平，形成井下無線通訊全覆蓋；100M網絡通訊系統由安裝在地面中心機房的網絡主交換機和井下運輸水平的網絡分交換機組成；不間斷電源系統安裝在地面中心機房、井下電機車和井下運輸水平網絡分交換機各一套；溜井遠程裝礦系統安裝在井下運輸水平溜井處；溜井遠程裝礦視頻監控系統安裝在井下運輸水平溜井裝礦點位；自動卸礦系統和卸礦自動清掃系統安裝在井下運輸水平卸礦站。
[0009]各部分之間連接關係:
[0010]用於數位化配礦、派車系統的伺服器、地面操作臺系統直接與地面中心機房網絡主交換機物理連接；井下窄軌「信集閉」控制系統、溜井遠程裝礦系統通過100M網絡與地面中心機房網絡主交換機物理連接；電機車自動保護系統提供電機車保護並與井下電機車運輸系統進行通訊，通過井下無線通訊系統和100M網絡連接到地面中心機房網絡主交換機，形成總體通訊網絡進行數據交換，進行各種數據的實時採集、判斷、分析、控制、執行、顯示和存儲等各種相關服務。溜井遠程裝礦視頻監控系統通過專用光纖網絡將現場實時視頻畫面傳輸到地面操作臺上的視頻顯示器，用於監控裝礦生產環節。
[0011]1、數位化配礦系統、派車系統
[0012]電機車運輸系統從卸載站開始，遵循主提升井(一個時間段內)輸出品位穩定的原貝U，按照採區各溜井的儲礦量、地質品位進行數位化派配礦；目的是實現主井提升礦石品位均衡穩定，從而確保選廠持續均衡穩定生產。包括兩級配礦:一級是採場配礦，即鏟運機從採場進路出礦再翻卸到採場溜井的配礦過程。按照地質模型，根據放礦橢球體理論，建立數學模型，計算每一鏟的參數，鏟運機由目標進路向採場溜井卸礦，進行綜合配礦；二級是主溜井配礦，即電機車從各溜井裝礦再卸往主溜井的配礦過程。根據一級配礦的結果，依據產量參數、質量參數、安全參數、狀態參數、時間參數，按照數學模型直接安排生產計劃，確定各溜井的放礦順序與放礦量，保證入選礦石的均衡穩定。
[0013]2、井下電機車運輸系統
[0014]為實現電機車遠程遙控，對電機車進行了機械和自動化的改造。
[0015](I)機械改造
[0016]為保證電機車可靠、穩定運行，需要將目前的供氣系統進行改造，實現遠程的剎車、松閘、升弓、降弓。對現有「光電給定器」進行改造，滿足自動控制調速的需求。電機車加裝速度檢測、供電電壓檢測、電機電流檢測等裝置。
[0017](2)自動化改造
[0018]在電機車上安裝小型自動化PLC控制系統，通過無線WIFI網絡與主控室操作臺控制系統通訊，接受主控室操作臺的各種指令，電機車上自動化控制系統實時採集電機車各種信息，主要包括運行速度、運行方向、各種狀態等，這些信息通過無線網絡反饋給主控室操作臺集中控制系統；二要接收主控室操作臺發出的各種指令，並根據指令控制電機車運行；自動化系統實時對電機車運行狀態進行監測、判斷、分析，對出現的預警、故障等信息進行報警和自動保護。
[0019]在電機車上加裝控制電機車電機正反裝控制的接觸器箱，為遠程控制提供電氣接口 ；在電機車上加裝自動化控制箱，自動化控制箱是由西門子200系列CPU、模塊、交換機、繼電器、端子，通過軟線連接構成的，與電機車接觸器箱相連接構成控制迴路。電機車上加裝Wifi無線VIP客戶端和天線，用於電機車與巷道Wifi信號相連接，最終與地面操作臺相接，實現地面操作臺的遠程控制。在電機車車頭安裝網絡攝像頭，通過自動化控制箱裡的交換機經wifi無線VIP客戶端與地面實現通信，進而實現遠程開車監視路況。電機車上安裝不間斷電源，來防止由於滑線停電、電機車過溜井和防水閘門降弓時造成的停電，影響系統穩定。
[0020]3、電機車自動保護系統
[0021]為保證了系統的安全可靠性，使其具有實際使用效果，地面遠程遙控系統設置了多種自動保護功能，操作臺與被控電機車通訊故障的判斷和處理，通訊出現故障，此時操作臺失去控制功能，為保證安全電機車自動停止速度給定輸出，並將受電弓降下且保持降弓狀態；當通訊故障時間超過10S，電機車會自動緊急停車；電機車供氣壓力不足的判斷和處理，系統自動實時檢測汽包內供氣壓力，在壓力小於0.35MPa時，電機車不能啟動；運行時，停止速度給定，自動剎車；運行時電機車控制電源出現故障的緊急處理，遠程遙控電機車使用的控制電源是系統動力核心，當控制電源出現故障，整車無控制電源時，通過控制風路，完成向剎車氣缸充氣，實現剎車，保證安全；放礦過程中緊急情況的處理，將放礦機主電源控制接入自動化控制系統，當放礦機系統出現故障，無法停止放礦機放礦時，通過操作臺控制電源按鈕切斷放礦系統主電源，保證放礦的安全；在主控室操作臺與井下自動化控制系統出現通訊故障時，放礦機主電源立即斷開，保證安全，為防止非操作人員的誤動作，使用具有上鎖功能的鑰匙開關。
[0022]4、井下窄軌」信集閉」控制系統
[0023]此系統井下由主站和分站構成，主站安裝在井下變電所，分站根據控制的就近性，統一設計安裝。主站通過光纖與地面主控室主交換機相連，分站在井下通過光纖或DP線與主站相連接，分站主要控制就近的轉轍機、紅綠燈。窄軌鐵路信號的控制，採用集散式計算機控制系統，在地面主控制室對地下運輸列車運行全程跟蹤，根據編程內容，檢測火車的實際位置，開放信號，轉動道岔，檢測進路。實現主控制控制道岔，指揮列車安全運行，故障自動診斷，報警。
[0024]( I)主站
[0025]主站配有西門子400cpu和模塊，用軟線與繼電器和端子相連接。還配有西門子乙太網交換機，經光電轉換器與主控制主交換機相連接。
[0026](2)分站
[0027]分站配有西門子ET200和模塊，根據控制原理自主研製具有現場控制手動和遠程控制轉轍機正轉和反轉控制分站箱，實現鐵軌的主線與輔線的切換，實現火車的轉向。
[0028]5、操作臺系統
[0029]操作臺安裝在主控室，操控臺前部安裝視頻監視顯示器，其畫面通過切換可以顯示任意I臺溜井放礦的監視畫面(共13臺溜井畫面)。安裝計算機監控系統，對控制的放礦機和電機車進行選擇及監視放礦機和電機車的運行狀態及故障等信息；顯示「「信集閉」控制系統」實現對電機車的自動運行控制及監控。控制臺上安裝二個控制手柄，左手為電機車前後運行控制；右手為振動放礦機裝礦控制；檯面上安裝急停、轉換等主要控制按鈕。整個操作臺供電統一由控制室30KVA UPS統一供電，保證供電的連續性。整個控制臺通過PLC自動化控制系統與井下的放礦PLC控制系統和電機車自動控制系統進行有線和無線的乙太網連接，形成統一的自動化控制網絡，在此網絡上互相進行數據交互和執行控制指令。
[0030]6、無線通訊系統
[0031]無線通訊系統採用的wifi無線通訊技術，系統穩定、帶寬寬、速度快、誤碼率低。從地面生產指揮中心至井下主運輸水平建立由光纖為通訊介質的工業控制網絡，固定點位無線基站通過光纖連接到工控網絡中。為保證遠程操控的穩定可靠，對無線基站進行統一規劃，使其組成環網，消除信號盲區和信號弱的區域，增加無線通訊穩定性。將與電機車運行有關的通訊設備通過光纖路由直接從進行主運輸水平引到地面生產指揮中心，進一步增加網絡的可靠性。
[0032]7、100M網絡通信系統
[0033]由超五類雙絞線、光纖、西門子交換機組成的100M通訊網絡，既能進行大量數據傳輸，還能實現有線、無線和辦公網絡的無縫連接。
[0034]8、不間斷電源系統
[0035]所有自動化控制系統控制站都安裝有工業控制級不間斷電源系統，分別對通訊機房和總控伺服器機房進行不間斷供電，防止由於停電或電路異常造成的系統停用，以確保調度系統穩定、順暢的運行。
[0036]9、井下溜井裝礦系統
[0037]此系統由兩部分組成，一部分為主控室遠程控制井下溜井放礦、一部分為遠程監視放礦情況。
[0038]( I)溜井放礦控制
[0039]井下由主站和分站構成，主站安裝在井下變電所，分站根據控制的溜井放礦機位置統一設計部署安裝。分站在井下通過光纖或DP線與主站相連接，分站主要控制就近的溜井振動裝礦機。主站通過光纖與地面主控室主交換機相連，最終與操作臺相連接，進而由操作臺控制13臺溜井裝礦機。
[0040](2)溜井裝礦監視
[0041]在13臺振動裝礦機點位安裝有線視頻監控系統，並通過光纖連接到主控室裝礦控制臺上，主控室遠程裝礦操作工通過對視頻的觀察，保證裝礦過程中能裝滿、不出現外冒等現象，為遠程裝礦提供必不可少的監視手段。
[0042]10、自動卸礦系統
[0043]電機車進入卸載站，通過控制速度保證電機車勻速經過卸載站的曲軌卸礦裝置，完成自動卸礦流程。在卸礦過程中同步實現風、氣、水相結合的自動清掃工序環節。
[0044]本發明的創新包括以下六方面:
[0045]1、將井下工作人員的工作位置由井下移動到地面，提高本質安全水平，避免了人身傷害，減少了職業病的發生，體現了以人為本的理念。
[0046]2、將放礦工、電機車司機等多人工作合併為一人操控，精簡操作，提高了生產效率，實現了減員增效。
[0047]3、通過計算機自動調度列車和「信集閉」系統的閉鎖運行，提高生產組織效率，避免機車運行事故。
[0048]4、按照採區各溜井的儲礦量、地質品位進行數位化派配礦，提高了輸出品位的穩定性。
[0049]5、自動化系統實時對電機車運行狀態進行監測、判斷、分析，對出現的預警、故障等信息進行報警和自動保護，保證了電機車的安全高效運行。
[0050]6、提出並實施了地面遠程遙控系統的各種保護功能，保證了系統的安全可靠性，使其具有實際使用效果。
[0051]本發明的優點在於將井下電機車司機、放礦工兩個人的工作合二為一，工作位置由井下移動到地面，提高本質安全水平、避免了職業病的發生、保證了電機車的安全高效運行、精簡了操作、提高電機車作業率、提高電機車臺時效率、提高生產組織效率、提高了輸出品位的穩定性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0052]圖1為本發明的系統構架圖。
[0053]圖2為本發明的系統網絡圖。
[0054]圖3為本發明的控制流程圖。
[0055]圖4為本發明的電機車控制系統圖。
【具體實施方式】
[0056]1.首鋼礦業公司杏山鐵礦簡介
[0057]杏山鐵礦是首鋼建設的第一座地採礦山，杏山地採一期開採範圍確定為-330m水平以上。一期工程礦山規模為320萬t/a礦石，巖石25萬t/a (其中，採準掘進巖石15萬t/a,開拓巖石10萬t/a。)。
[0058]採區按礦體分布情況共建有13條礦巖溜井，-180m以上採區礦巖通過溜井到達-180m水平，-180m階段運輸水平採用環行布置，建有4條川脈，採用有軌運輸方式，將13條礦巖溜井的礦巖運輸到主溜井內，為下部的破碎及提升系統做好原料準備。
[0059]採場礦巖運輸由20t電機車牽引10m3底側卸式礦車由主井車場出發，經車場石門、上盤運輸巷、穿脈，進入穿脈裝礦點，裝車後沿穿脈、下盤運輸巷、車場石門進入主井車場卸礦，完成一個運輸循環。受現場環境和設備的制約，整個運輸水平有16個電機車滑線斷開點，在斷開點電機車運行時需要進行手動降落受電弓才能通過。
[0060]採區溜井下部採用振動放礦機的放礦方式，將溜井內礦石放入10m3底卸礦車中，溜放礦石最大塊度均為800_。採用XLZ系列溜井振動放礦機,雙臺板並聯，向礦車內側裝礦，每節礦車採用2次對位放礦的方式。
[0061]-180m階段運輸系統窄軌採用軌距900mm，軌型43kg/m。列車為3列工作，每列機車牽引8輛10m3底側卸式礦車。4臺20t電機車，3臺工作，I臺備用。10m3底側卸式礦車為24臺工作，8臺備用。
[0062]4臺電機車均為採用ZKT-2*200/550型IGBT斬波調速器控制，斬波調速器控制採用人工手動操作給定。此脈衝調速器將550V直流電壓平滑地變換成直流可調電壓，加到2臺牽引電動機上，使牽引電動機端電壓平滑地改變來調節機車的速度，它是一種無級調速。電機車剎車採用腳踏式氣動剎車方式，受電弓採用人工手拉式升降操作。
[0063]2.本系統設計[0064]總體設計方案及功能:
[0065]建立井下以主溜井為中心的「配礦方案及電機車派車原則」，即電機車從各溜井裝礦再卸往主溜井的配礦過程。按照最優配礦方案直接安排生產計劃，確定各溜井的放礦順序與放礦量，確定電機車的運行區間及運行線路。
[0066]在井下運輸大巷，建設針對鐵路運輸的「信集閉」自動化控制系統。實現一鍵自動式對信號燈、電動道岔進行集中控制。電機車實現全程閉鎖運行，避免電機車追尾事故的發生，不需要人員在現場手動扳動道岔，保證主運輸系統的安全運行和現場無人操作的需求。
[0067]電機車遠程遙控操作工通過計算機信息傳輸，向「信集閉」系統提出裝礦和卸礦申請，避免了以前電話聯繫，可能出現的信息不暢和錯誤。利用「信集閉」系統的控制和調度功能，按配礦計劃指揮調度電機車的運行路線和區間。
[0068]通過在地面主控室操控臺遠程遙控操作，向電機車發出各種運行指令，實時對運行狀態進行監測、判斷，對出現的預警信息進行聲、光電報警，完善各種自動運行保護。實現按區間額定速度遙控電機車從卸載點到裝載點及從裝載點到卸載點的全程運行控制。
[0069]放礦點位安裝自動化和監測設備，實現對放礦機的遠程遙控，以額定裝載量為基準，完成遠程遙控裝礦過程。
[0070]將井下電機車司機、放礦工兩人的工作合二為一，工作位置由井下移動到地面，最大限度的減少井下作業人員；精簡操作，通過巡航定速功能，按標準控制電機車運行速度；通過一人操控電機車並同時裝礦，提高裝礦速度。提高生產組織效率、提高電機車作業率、提高電機車臺時效率、提高本質安全水平保證安全、提升職工的職業健康水平避免職業病的發生。
[0071 ] 系統自動統計電機車小時通過能力、作業率、產量等。
[0072]2.1配礦方案及電機車派車系統
[0073]電機車運行區間和裝礦點位需要根據配礦計劃的編制來執行。
[0074]目的是實現主井提升礦石品位均衡穩定，從而確保選廠持續均衡穩定生產。包括兩級配礦:
[0075]一級:採場配礦，即鏟運機從採場進路出礦再翻卸到採場溜井的配礦過程。按照地質模型，根據放礦橢球體理論，建立數學模型，計算每一鏟的參數，鏟運機由目標進路向採場溜井卸礦，進行綜合配礦。
[0076]二級:主溜井配礦，即電機車從各溜井裝礦再卸往主溜井的配礦過程。根據一級配礦的結果，依據產量參數、質量參數、安全參數、狀態參數、時間參數，按照數學模型直接安排生產計劃，確定各溜井的放礦順序與放礦量，保證入選礦石的均衡穩定。
[0077]按照二級配礦計劃編制的生產計劃安排，破碎作業區調度操控「信集閉」控制系統，指揮電機車的運行區間和裝礦點位。遠程遙控電機車按「信集閉」系統的行車路線和指令完成主運輸水平的生產任務。
[0078]2.2機車單元
[0079]杏山鐵礦電機車運輸系統共有4臺20t電機車，3臺工作，I臺備用。主控室操作人員通過對計算機的操作，選擇確認需要控制的電機車(此選擇有唯一性，即一臺電機車只能被一個操控臺所選擇)，此時控制臺檯面上的手柄和按鈕等通過系統與實際控制的設備建立連接關係，其發出的指令只控制選擇確認的被控對象。[0080]在此單元中，統計電機車運行的各種信息和生產報表。顯示查詢電機車運行時的參數、故障信息等。
[0081]2.3運行單元
[0082]地面遙控操作工通過計算機系統向碎運調度請示裝載指令，調度根據配礦作業計劃，操控「信集閉」自動控制系統統一協調指揮電機車運行路線和可開動時間，自動控制井下轉轍機和信號燈的動作，地面操作工根據自己電機車所在位置和「信集閉」系統的信號指令，遠程遙控電機車運行到指定裝礦溜井，在整個運行過程中，根據機車精確定位信息，實現電機車在不同運行區間按不同額定運行速度行駛。
[0083]在電機車上安裝小型自動化PLC控制系統，通過現有無線WIFI網絡與主控室操作臺控制系統通訊，接受主控室操作臺的各種指令，電機車上自動化控制系統要採集電機車各種信息，主要包括運行速度、運行方向、各種狀態等，這些信息通過無線網絡反饋給主控室操作臺集中控制系統。二要接收主控室操作臺發出的各種指令，並根據指令控制電機車運行。
[0084]在電機車上安裝語音拾音器,通過無線方式將電機車的各種聲音傳輸到主控室操作臺，有利於操作人員通過聲音對電機車的運行進行判斷。
[0085]電機車的遙控操作:
[0086]控制手柄:電機車控制手柄為四軸向可運動，控制電機車運行方向和速度。向前、後推動的位移越大速度給定越大，電機車速度越快，具有反向運行保護功能。控制手柄同時對電機車的閘控系統、電笛等進行遠程控制。為實現在一定運行區間內按額定速度勻速運行，系統設置了 「巡航定速」功能。同時也具有按區間額定速度全自動運行的功能。
[0087]為適應在不同區間和不同生產工序(如裝礦和正常運行)對電機車運行速度的控制需求，控制系統可選擇設置不同的控制額定速度。
[0088]電機車受電弓的自動升降功能:在電機車安裝位置檢測裝置，自動化系統根據位置信號，實現自動升、降弓控制。
[0089]電機車受電弓的手動操控:操控受電弓轉換開關實現手動控制升降。
[0090]電機車供氣壓力是電機車運行的重要條件，電機車剎車和受電弓降落均由壓縮氣實現，供氣壓力實現在設定區間內自動啟停風泵的功能。為保證安全，系統自動實時檢測汽包內供氣壓力，在壓力小於0.35MPa時，電機車不能啟動；運行時，停止速度給定，自動剎車。
[0091]電機車與主控室通訊故障:當主控室操作臺與電機車出現通訊故障，系統會根據通訊故障持續時間，自動實現自動降落受電弓和自動緊急停車等保護功能。
[0092]電機車運行時操控失靈的緊急處理:當主控室遠程遙控操作臺發現電機車無法操控時，具有地面遠程停掉滑線供電功能。
[0093]2.4裝礦單元
[0094]電機車按指令運行到指定裝礦溜井處，主控室操作人員通過對計算機的操作，選擇確認需要控制的溜井裝礦設備(此選擇有唯一性，即一條溜井的2臺振動放礦機只能被一個操控臺所選擇)，此時控制臺檯面上的手柄和按鈕等通過系統與實際控制的設備建立連接關係，其發出的指令只控制選擇確認的被控對象。
[0095]利用-180m水平1#變電所已經建立的PLC自動化控制系統，在各個川脈設置自動化控制分站，就近連接和控制各溜井振動放礦機，實現自動化控制系統對13臺振動放礦機的遠程遙控。通過對電氣的改造將13臺振動放礦機共26臺電機，由原只能現場手動操作改為具有遠程自動化遙控功能。將放礦機的各種信息接入PLC自動化控制系統，通過現有自動化光纖有線網絡與主控室自動化控制系統進行雙向通訊。
[0096]通過地面操作臺對溜井放礦機的選擇確認，地面操作臺的放礦手柄就與選擇的放礦機建立了控制關係，實現主控室操作臺對選中放礦機的遠程遙控放礦功能。
[0097]溜井放礦機選擇確認後，需要按選擇的溜井號，切換控制臺前部振動放礦機視頻監視畫面，在13條溜井振動放礦機點位安裝有線視頻監控系統，並通過光纖連接到主控室裝礦控制臺前，主控室操作臺上視頻監視器可以同時顯示13條溜井的畫面，也可以通過控制器任意選擇某一條溜井放礦機的畫面。主控室遠程裝礦操作工通過對視頻畫面的監視，操作控制臺上安裝的控制手柄對放礦機的振動放礦和電機車的遠程對位進行統一協調操作，完成遠程裝礦過程。在溜井現場安裝便於地面視頻觀察的參照物標示，防止裝礦超高溢礦。保證裝礦過程中能裝滿、不出現外冒等現象。
[0098]每個溜井的振動放礦機都有A、B兩個電機，通過控制選擇可以實現雙電機或單電機分別運行的控制模式。為防止誤動作配置放礦停止控制按鈕。
[0099]放礦過程中緊急情況的處理:為了滿足緊急情況下的應急處理，將放礦機主電源控制接入自動化控制系統。當放礦機系統出現故障，無法停止放礦機放礦時，可以通過操作臺控制電源按鈕切斷主電源，保證放礦的安全。在主控室操作臺與井下自動化控制系統出現通訊故障時，放礦機主電源立即斷開，保證安全。為防止非操作人員的誤動作，使用具有上鎖功能的鑰匙開關。
[0100]2.5卸礦單元
[0101]地面遙控操作工在完成遠程裝礦過程後，通過計算機系統向碎運調度請示卸載指令，由調度根據配礦作業計劃，有選擇性的放行去卸載站卸礦的車輛順序，碎運調度通過「信集閉」控制系統的統一協調指揮功能，控制電機車運行路線和開動時間，向電機車發出從裝載站駛向卸載站的指令。電機車遙控操作工根據系統指令，遠程遙控駕駛電機車進入卸站。
[0102]電機車進入卸載站，通過控制速度保證電機車勻速經過卸載站的曲軌卸礦裝置，完成自動卸礦流程。在卸礦過程中也同步實現了自動清掃工序環節。
[0103]2.6控制網絡系統
[0104]從地面生產指揮中心至-180m建立由光纖為通訊介質的工業控制網絡，固定點位無線基站通過光纖連接到工控網絡中。為保證遠程操控的穩定可靠，在現有基礎上對無線網絡信號覆蓋進一步完善，消除信號盲區和信號弱的區域。將無線基站進行統一規劃，增加穩定性，加大信號覆蓋面。保證電機車運行區域的無斷點信號通訊。
[0105]2.7控制系統的保護功能
[0106]1、操作臺與被控電機車通訊故障:主控室操作臺與被控電機車通訊出現故障，此時操作臺失去控制功能，為保證安全電機車自動停止速度給定輸出，並將受電弓降下且保持降弓狀態。當通訊故障時間超過10S，電機車會自動緊急停車。
[0107]2、供氣壓力不足:電機車供氣壓力是電機車運行的重要條件，電機車剎車和受電弓降落均由壓縮氣實現，為保證安全，系統自動實時檢測汽包內供氣壓力，在壓力小於0.35MPa時，電機車不能啟動；運行時，停止速度給定，自動剎車。
[0108]3、運行時電機車控制電源出現故障的緊急處理:遠程遙控電機車使用的控制電源是系統動力核心。當控制電源出現故障，整車無控制電源時，通過控制風路，完成向剎車氣缸充氣，實現剎車，保證安全。
[0109]4、電機車運行時操控失靈的緊急處理:當主控室遠程遙控操作臺發現電機車無法操控時,停掉相應滑線主供電系統。
[0110]5、放礦過程中緊急情況的處理:將放礦機主電源控制接入自動化控制系統。當放礦機系統出現故障，無法停止放礦機放礦時，通過操作臺控制電源按鈕切斷主電源，保證放礦的安全。在主控室操作臺與井下自動化控制系統出現通訊故障時，放礦機主電源立即斷開，保證安全。為防止非操作人員的誤動作，使用具有上鎖功能的鑰匙開關。
【權利要求】
1.一種井下電機車地面遠程遙控系統，其特徵在於，包括派配礦單元、機車單元、運行單元、裝礦單元、卸礦單元；派配礦單元包括數位化配礦系統、派車系統；機車單元包括井下電機車運輸系統、電機車自動保護系統；運行單元包括井下窄軌「信集閉」控制系統、操作臺系統、無線通訊系統、IOOM網絡通訊系統、不間斷電源系統；裝礦單元包括溜井遠程裝礦系統、溜井遠程裝礦視頻監控系統；卸礦單元包括自動卸礦系統和卸礦自動清掃系統。 數位化配礦、派車系統安裝在地面中心機房伺服器內；井下電機車運輸系統安裝在井下運輸水平；電機車自動保護系統安裝在井下電機車上；井下窄軌「信集閉」控制系統主站和分站安裝在井下運輸系統水平，井下窄軌「信集閉」控制系統操控計算機安裝在地面主控室；操作臺系統安裝在地面主控室；無線通訊系統安裝在井下運輸水平，形成井下無線通訊全覆蓋；100M網絡通訊系統由安裝在地面中心機房的網絡主交換機和井下運輸水平的網絡分交換機組成；不間斷電源系統安裝在地面中心機房、井下電機車和井下運輸水平網絡分交換機各一套；溜井遠程裝礦系統安裝在井下運輸水平溜井處；溜井遠程裝礦視頻監控系統安裝在井下運輸水平溜井裝礦點位；自動卸礦系統和卸礦自動清掃系統安裝在井下運輸水平卸礦站； 數位化配礦、派車系統的伺服器、地面操作臺系統直接與地面中心機房網絡主交換機物理連接；井下窄軌「信集閉」控制系統、溜井遠程裝礦系統通過100M網絡與地面中心機房網絡主交換機物理連接；電機車自動保護系統提供電機車保護並與井下電機車運輸系統進行通訊，通過井下無線通訊系統和100M網絡連接到地面中心機房網絡主交換機，形成總體通訊網絡進行數據交換，進行各種數據的實時採集、判斷、分析、控制、執行、顯示和存儲服務；溜井遠程裝礦視頻監控系統通過專用光纖網絡將現場實時視頻畫面傳輸到地面操作臺上的視頻顯示器，用於監控裝礦生產環節。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述的數位化配礦系統、派車系統:包括兩級配礦:一級是採場配礦，即鏟運機從採場進路出礦再翻卸到採場溜井的配礦過程；按照地質模型，建立數學模型，計算每一鏟的參數，鏟運機由目標進路向採場溜井卸礦，進行綜合配礦；二級是主溜井配礦，即電機車從各溜井裝礦再卸往主溜井的配礦過程；根據一級配礦的結果，依據產量參數、質量參數、安全參數、狀態參數、時間參數，按照數學模型直接安排生產計劃，確定各溜井的放礦順序與放礦量，保證入選礦石的均衡穩定。
3.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述的井下電機車運輸系統: 在電機車上安裝小型自動化PLC控制系統，通過無線WIFI網絡與主控室操作臺控制系統通訊，接受主控室操作臺的各種指令，電機車上自動化控制系統實時採集電機車各種信息，包括運行速度、運行方向、各種狀態，這些信息通過無線網絡反饋給主控室操作臺集中控制系統；還要接收主控室操作臺發出的各種指令，並根據指令控制電機車運行；自動化系統實時對電機車運行狀態進行監測、判斷、分析，對出現的預警、故障信息進行報警和自動保護； 在電機車上加裝控制電機車電機正反裝控制的接觸器箱，為遠程控制提供電氣接口 ；在電機車上加裝自動化控制箱，自動化控制箱是由西門子200系列CPU、模塊、交換機、繼電器、端子，通過軟線連接構成的，與電機車接觸器箱相連接構成控制迴路；電機車上加裝wifi無線VIP客戶端和天線， 用於電機車與巷道wifi信號相連接，最終與地面操作臺相接，實現地面操作臺的遠程控制；在電機車車頭安裝網絡攝像頭，通過自動化控制箱裡的交換機經Wifi無線VIP客戶端與地面實現通信，進而實現遠程開車監視路況；電機車上安裝不間斷電源，來防止由於滑線停電、電機車過溜井和防水閘門降弓時造成的停電。
4.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述的電機車自動保護系統: 地面遠程遙控系統設置了多種自動保護功能，操作臺與被控電機車通訊故障的判斷和處理，通訊出現故障，此時操作臺失去控制功能，為保證安全電機車自動停止速度給定輸出，並將受電弓降下且保持降弓狀態；當通訊故障時間超過10S，電機車會自動緊急停車；電機車供氣壓力不足的判斷和處理，系統自動實時檢測汽包內供氣壓力，在壓力小於0.35MPa時，電機車不能啟動；運行時，停止速度給定，自動剎車；運行時電機車控制電源出現故障的緊急處理，遠程遙控電機車使用的控制電源是系統動力核心，當控制電源出現故障，整車無控制電源時，通過控制風路，完成向剎車氣缸充氣，實現剎車，保證安全；放礦過程中緊急情況的處理，將放礦機主電源控制接入自動化控制系統，當放礦機系統出現故障，無法停止放礦機放礦時，通過操作臺控制電源按鈕切斷放礦系統主電源，保證放礦的安全；在主控室操作臺與井下自動化控制系統出現通訊故障時，放礦機主電源立即斷開，保證安全，為防止非操作人員的誤動作，使用具有上鎖功能的鑰匙開關。
5.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述的井下窄軌「信集閉」控制系統: 此系統井下由主站和分站構成，主站安裝在井下變電所，分站根據控制的就近性，統一設計安裝；主站通過光纖與地面主控室主交換機相連，分站在井下通過光纖或DP線與主站相連接，分站主要控制就近的轉轍機、紅綠燈；窄軌鐵路信號的控制，採用集散式計算機控制系統，在地面主控制室對地下運輸列車運行全程跟蹤，根據編程內容，檢測火車的實際位置，開放信號，轉動道岔，檢測進路；實現主控制控制道岔，指揮列車安全運行，故障自動診斷，報警。
6.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述的操作臺系統: 操作臺安裝在主控室，操控臺前部安裝視頻監視顯示器，其畫面通過切換可以顯示任意I臺溜井放礦的監視畫面；安裝計算機監控系統，對控制的放礦機和電機車進行選擇及監視放礦機和電機車的運行狀態及故障等信息；顯示「信集閉控制系統」實現對電機車的自動運行控制及監控；控制臺上安裝二個控制手柄，左手為電機車前後運行控制；右手為振動放礦機裝礦控制；檯面上安裝急停、轉換主要控制按鈕；整個操作臺供電統一由控制室30KVA UPS統一供電，保證供電的連續性。整個控制臺通過PLC自動化控制系統與井下的放礦PLC控制系統和電機車自動控制系統進行有線和無線的乙太網連接，形成統一的自動化控制網絡，在此網絡上互相進行數據交互和執行控制指令。
7.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述的無線通訊系統: 無線通訊系統採用的wifi無線通訊，從地面生產指揮中心至井下主運輸水平建立由光纖為通訊介質的工業控制網絡，固定點位無線基站通過光纖連接到工控網絡中；對無線基站進行統一規劃，使其組成環網，消除信號盲區和信號弱的區域，增加無線通訊穩定性；將與電機車運行有關的通訊設備通過光纖路由直接從進行主運輸水平引到地面生產指揮中心,進一步增加網絡的可靠性。
8.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述的IOOM網絡通信系統: 由超五類雙絞線、光纖、西門子交換機組成的100M通訊網絡，既能進行大量數據傳輸，還能實現有線、無線和辦公網絡 的無縫連接。
9.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述的不間斷電源系統: 所有自動化控制系統控制站都安裝有工業控制級不間斷電源系統，分別對通訊機房和總控伺服器機房進行不間斷供電，防止由於停電或電路異常造成的系統停用，以確保調度系統穩定、順暢的運行。
10.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述的井下溜井裝礦系統: 此系統由兩部分組成，一部分為主控室遠程控制井下溜井放礦、一部分為遠程監視放礦情況。 溜井放礦控制 井下由主站和分站構成，主站安裝在井下變電所，分站根據控制的溜井放礦機位置統一設計部署安裝；分站在井下通過光纖或DP線與主站相連接，分站主要控制就近的溜井振動裝礦機；主站通過光纖與地面主控室主交換機相連，最終與操作臺相連接，進而由操作臺控制13臺溜井裝礦機； 溜井裝礦監視 在13臺振動裝礦機點位安裝有線視頻監控系統，並通過光纖連接到主控室裝礦控制臺上，主控室遠程裝礦 操作工通過對視頻的觀察，保證裝礦過程中能裝滿、不出現外冒現象，為遠程裝礦提供監視手段。
【文檔編號】G05B19/418GK103901862SQ201410145329
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月11日 優先權日:2014年4月11日
【發明者】齊寶軍, 張雲生, 張立成, 張忠友, 馬著, 吳超 申請人:北京速力科技有限公司