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KJ893井下有轨运输无人驾驶系统

系统概述


    KJ893矿井有轨运输无人驾驶系统是以WiFi无线通信及工业以太网络为传输平台,KJ293(A)轨道运输监控系统为安全依托,采用井下机车精确定位技术、视频图像处理技术和矿井机车调度技术,井下电动机车配有车载控制器,自主接收调度计算机分配的运输任务,获悉路径、区间、信号机序列等信息,通过对路况实时分析识别视频信号,结合机车状态、定位信息、调度设备状态等,进行自主运行调整、进退向选择、前方障碍识别、速度控制等,实现自动驾驶,完全无需人工干预。在放矿卸矿环节,采用远程拟人化操作,实现远程装矿操作控制;在架线供配电环节,可以采集牵引变电所电源工作参数,对整流柜、分区开关实施远程测控;同时,结合矿仓料位、矿石品位及转运情况,实现基于目标矿石品位的配矿调度管理,实现对电机车的自动驾驶和远程装矿操作控制。


系统结构及功能


系统总体结构如图2-1所示。


2-1 系统总体结构图

    系统划分为网络通信子系统、运输监控子系统(CBI/ATS)、远程(自动)驾驶子系统(ATO)、电机车测控子系统(ATO/ATP)、监测监视子系统等五个子系统。

    网络通信子系统是整个系统的核心通信传输平台,承担了网络通信设备注册管理,各子系统设备接入,机车运输监控子系统测控命令(设备状态信息、调度指令及行车指令等)上传下达、车地通信、流媒体视频上传等的通信任务,由通信基站、核心骨干交换机和光纤网络组成。通信基站通过无线方式与车载无线终端进行车地通信,实现控制中心与机车移动设备之间的数据透明传输。

    运输监控子系统包括调度运行管理(ATS)和信号联锁控制(CBI)两部分,承担了机车运输调度和信号指挥作用,能根据信号设计布置和区间划分,实现区间联锁,敌对进路联锁,计轴器、信号机和转辙机联锁控制;能在调度台实时监控井下各运输列车位置、车号及信号机、道岔、区段以及整流变、分区开关,指挥列车安全运行;同时还能采集仓位传感器工作状态,以柱状图形式显示各仓位高度,根据录入的矿石品位数据,自动生成机车运输任务计划,授权管理列车自主驾驶运行。

    远程驾驶子系统是司机在远程对井下电机车自动操作控制平台(远端ATO)。主要作用是在远控操作模式下,通过调度子系统传来的调度指令,并结合电机车的工况、视频场景,操作遥控操作台物理模拟的手柄、踏板和按键等装置完成对电动机车的启/停、加/减速、方向选择、鸣笛、照明等驾驶行为。同时通过遥控操作台上的放矿机作业手柄,可以结合视频工况影像、仓位传感器信号对溜嘴装矿进行远程操作,实现远程遥控装矿作业。

    电机车测控子系统是对井下电机车启停控制的机电一体化测控系统,具有ATO/ATP功能。主要作用是上传机车工况、路况及路况分析结果,同时接收远程测控指令,实现对电机车的远程驾驶;同时根据工作模式设置,可以在脱离远程遥控操作台的情况下独立工作。

    监测监视子系统是对井下电机车运输路况的图像监视、对井下矿石仓仓位监测和产量检测,包括安装在固定点的摄像机、安装在电机车上的车载摄像机、安装在矿仓溜井上方的仓位传感器和无轨铲运机接收装置、轨道衡计量检测接口装置。固定点摄像机、仓位传感器采集基站、铲运机接收装置通过以太网接口直接接入通信网络平台,车载摄像机通过以太网接口与车载无线终端连接。


实现功能



    • 网络通信。系统通过构建有线主干网络、无线车地通信网络,实时上传井下监控执行设备状态、电机车           行进路况视频及车况信息到控制中心,实时下发机车控制指令和调度指令至机车室。

    • 联锁控制。系统通过构建调度子系统,实现对运输区间闭锁,敌对进路联锁,信号机、计轴器和转辙             机联锁控制,实现对多台电机车运输的安全有序调度。

    • 远程监测。操作台显示屏远程监测井下运输巷道移动视频、定点视频,以及电动机车的速度、电流、             电压状态信息,同时还能以大巷缩略图的形式显示电机车动态位置、轨线设备工作状态。

    • 配矿调度。系统可通过录入矿石品位、检测矿仓料位和运输计量数据,自动生成矿石品位调度计划。

    • 遥控操作。远程操作人员可以通过遥控台对井下电机车进行起停控制,实现电机车远程遥控驾驶,根据           工作模式设置,也可以就近遥控和就地操作驾驶。

    • 装矿作业。通过遥控台上的放矿机作业手柄,可以结合视频工况影像、仓位传感器信号对溜嘴装矿进行           远程操作,实现远程遥控装矿作业。

    • 安全防护。车载控制器具有自诊断、路况分析和车距管理等安全防护功能,是实现全自动驾驶的核心功           能。

    • 计量统计。通过在车皮安装的车辆卡、矿仓安装的仓位传感器以及在卸载站安装的轨道衡数据采集器,           监测各车皮使用情况、各矿石仓位和运量,生成各类报表,便于车列调度和配矿管理。

    • 供电测控:监测牵引整流变的开停状态、电压、故障等信号,远程控制架线分区开关并能检测开关工作           状态。


工作模式



      系统设置自动、半自动和手动三种运行模式,由调度管理软件管理授权:

    • 自动运行:电机车根据调度指令的起点、终点和途径线路,由车载控制器接收指令之后,自动控制电机           车行驶,具有完备的车载运行安全防护措施,不需要人工干涉。

    • 半自动:电机车受控于遥控台,由远程司机遥控操作驾驶,运行安全防护措施需要人工干涉,该模式主           要在溜井放矿区域使用。

    • 手动:电机车司机在驾驶室操作电机车,工作状态上传,远地调度管理机和遥控台处于监视状态,不发           控制指令,该模式主要在检修和运送物料时使用。

系统特点



    • 与矿井机车运输监控系统无缝结合,实现自动开放进路,既提高调度效率,又保障了机车运输行驶安             全,AP基站与矿井机车运输监控系统设备合二为一,节省设备的投入。

    • 采用先连接后断开的软切换双流通信模式,构建可靠的车地无线通信网络,机车行驶过程中,能够实现           AP基站之间的快速、可靠的漫游切换,降低数据丢失的风险。

    • 成功地将轨道计轴器大量投入实际使用,并结合信标器,能适应各种机车,并能检测车速、运行方向、           车皮数等信息,实现在区间内电机车列的精确定位。

    • 开发了调度管理软件、车载防护软件、重演软件,能够确保运输水平面的各电机车安全运行,重演软件           在选定的时间以随意的速度重现运输过程,以便进行调度分析,优化调度策略。

    • 系统设计充分考虑到矿山轨道运输信号的高安全性要求,从软件的容错到硬件电路的设计与实现,均融           入了故障—安全思想,使电机车自身安全状况不依赖于远程调度指令,当出现车距超限、通信网络               堵塞、命令超时和通信故障时能自动防护。

    • 系统容量大,控制范围广,结构简单,井下设备采用积木式结构,适应不同规模的矿井,基本系统安装           后,方便用户对系统进行扩充、改造,以适应运输路线的调整需求。

    • 与人员定位系统兼容,可同步建设,节约建设投资成本,并实现“人员—机车”控制联动。



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