井下铁路道岔智能控制装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种矿山井下铁路道岔智能控制装置及方法。矿山井下道岔智能控制装置包括：主控制器单片机、CAN转以太网模块、转辙机、信号机、读卡器分站、RFID电子标签、天线，RFID电子标签安放在机车车头；其控制方法是安装RFID电子标签的机车驶入前方道岔前，进入安装在道岔前方一定距离感应器的感应范围后，感应器自动识别RFID电子标签中的机车信息，按照预设路线和控制方式，通过智能主控制器，驱动转辙机，搬动道岔，并向司机提供信号指示。本发明装置提高了矿山井下矿生产的安全性和自动化水平。实现自动控制的同时兼容调度员远程控制的功能，并对远程控制进行记录，自动修改原有规划路径；安全可靠、使用简便，正常运行时无需司机或者调度员的参与。
【专利说明】井下铁路道岔智能控制装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于智能控制领域，特别涉及一种矿山井下铁路道岔智能控制装置及方法。
【背景技术】
[0002]现有的矿山井下道岔控制装置是机车司机根据实际任务需求，通过手中的遥控器控制道岔搬动的方向，这种方式的优点是操作简单，响应快速，但同时也存在以下几点缺点和安全隐患:1、机车司机必须清楚井下所有巷道分布，由于井下光线昏暗，往往出现机车进入错误路线的情况；2、司机需要一边驾驶机车，一边观察巷道情况操作遥控器，往往会出现对道岔搬动的误操作；3、机车司机工作繁重，有时会因为注意力不集中，没注意前方道岔情况，导致意外发生；4、由于每辆机车司机均通过遥控器遥控前方道岔，会出现要驶入同一区段的两辆机车争夺同一道岔控制权的情况，遥控信号相互干扰，容易造成车辆掉道等严重事故。
【发明内容】
[0003]为解决以上道岔控制结构之不足，本发明的目的提出一种矿山井下铁路道岔智能控制装置及控制方法，利用该装置和方法，达到道岔控制使用方便、安全可靠的目的。
[0004]本发明的控制方法是这样设计的:安装RFID电子标签的机车驶入前方道岔前，进入安装在道岔前方一定距离感应器的感应范围后，感应器自动识别RFID电子标签中的机车信息，按照预设路线和控制方式，通过智能主控制器，驱动转辙机，搬动道岔，并向司机提供信号指示。
[0005]本发明的技术方案是这样实现的:矿山井下道岔智能控制装置包括:主控制器单片机、CAN转以太网模块、转辙机、信号机、读卡器分站、RFID电子标签、天线，RFID电子标签安放在机车车头；读卡器分站定时扫描一定范围内是否有RFID电子标签，读取RFID电子标签信息，再通过RS485通讯总线将机车信息传送到主控制单片机，同时控制语音模块和二极管提示司机已经接近道岔而且机车已经被识别；主控制器单片机根据得到的信息查询路径库通过电平控制转辙机正确动作；司机根据信号机的提示判断是否可以通过。当与目标方向不同时，司机需要向调度员申请修改方向；主控制器单片机会记录调度员远程控制操作，用于计算下一次动作选择，并且向上位机发送信息，便于统计管理。
[0006]本发明装置的信号传递过程如下:
[0007]RFID电子标签以十六进制码的方式发出机车信息，码流无线传输到读卡器分站，由读卡器分站通过RS485通讯总线串口传输到主控制器单片机，主控制器单片机解析、查询路径库并执行命令，进而实现道岔的自动化智能控制。主控制器单片机同时将所有的信息上传给上位机用于监视、管理。
[0008]利用本发明井下道岔智能控制装置道岔自动化智能控制过程如下:
[0009]步骤1:读卡器分站将通过RFID电子标签扫描到的机车信息传送给主控制器；
[0010]步骤2:主控制器单片机利用数据协议进行检验，满足协议，则对机车信息解码，执行步骤3，否则执行步骤I ;
[0011]步骤3:对解码后的数据进行判断，如果是机车进入道岔信号，则根据机车编号和路径库查询行车方向，执行步骤4 ;如果是机车离开道岔信号，则执行步骤7 ；
[0012]步骤4:获取道岔当前状态，比较当前状态和需要的方向，假如一致则不需要动作，否则给转辙机发送动作指令；
[0013]步骤5:转辙机检测有无遥控信号，假如有遥控信号则按照遥控信号执行动作，否则按照主控制器单片机发送的指令动作；
[0014]步骤6:主控制器单片机检测道岔状态，假如与规划方向一致则计数器清0，否则使计数器加1，当计数器达到某一设定值时，修改路径信息；
[0015]步骤7:向上位机发送机车安全通过道岔消息，便于记录和管理。
[0016]本发明的优点:本发明装置提高了矿山井下矿生产的安全性和自动化水平。它功能强大，实现自动控制的同时兼容调度员远程控制的功能，并对远程控制进行记录，自动修改原有规划路径；安装简单，只需要在道岔前方和后方合适的距离(一般30米)安放读卡器，道岔处安放主控制器，车头上放置RFID电子标签；安全可靠、使用简便，正常运行时无需司机或者调度员的参与。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明井下道岔智能控制装置系统总体结构图；
[0018]图2为本发明‘一入二出’型轨道装置安装分布图；
[0019]图3为本发明‘二入一出’型轨道装置安装分布图；
[0020]图4为检测到机车并自动控制道岔的流程图；
[0021]图5为读卡器分站与主控制器单片机通信协议框架；
[0022]图6为主控制器单片机1电平控制协议表。
[0023]图中，1、监控调度室上位机；2、以太网网络；3、CAN总线转换器；4、CAN通信网络；
5、主控制器单片机；6、转辙机；7、信号机；8、读卡器分站I;9、读卡器分站2 ;10、读卡器分站3 ;11、天线;12、RFID电子标签。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0025]本发明装置结构框图如图1所示，图1为本发明装置系统总体结构图，包括监控调度室上位机1、以太网网络2、CAN总线转换器3、CAN通信网络4、主控制器单片机5、转辙机
6、信号机7、读卡器分站8、读卡器分站9、读卡器分站10、天线IURFID电子标签12。
[0026]其中，监控调度室上位机I为普通的PC计算机，通过以太网2与CAN总线转换器3连接。CAN总线转换器3是一款以太网转CAN总线网络的转换器，包括一路以太网，两路CAN总线，由12V直流电供电。主控制器单片机5通过CAN总线网络与CAN总线转换器3相连，主要功能是解析数据和下达指令。读卡器分站8 (9、10)通过RS485通讯总线与主控制器单片机5通信，主要功能是控制提示语音及二极管和扫描RFID电子标签12信息，即机车信息。大功率天线11通过馈线与读卡器连接，可以显著地增加RFID电子标签12识别范围。RFID电子标签12使用无源抗金属标签，维护简单，可以很好地适应各种矿山井下环境。转辙机6通过1 口的电平与主控制器单片机5传递信息，是搬动道岔的执行机构。信号机7直接通过电缆线与转辙机6连接，通过转辙机6内的自动开关来控制信号灯指示。
[0027]图2和图3是两种类型道岔设备安装分布图，图2是一入二出的道岔类型，图3是二入一出的道岔类型。该系统设备装置对安装的位置有一定的要求。对于一入二出型道岔，主控制单片机5和转辙机6正常安装在道岔处。信号机7安装在离道岔8米的位置，给司机保留足够的观察和动作时间。入口读卡器分站8与道岔的距离与机车速度和转辙机6动作时间有关，转辙机6能在4秒内完成动作，机车速度在接近道岔时一般不超过5米每秒，所以入口读卡器分站8与道岔的距离一般控制在30米，也可以根据情况相应调整。对于二入一出型道岔，主控制单片机5和转辙机6正常安装在道岔处。信号机7安装在离道岔10米的位置，给司机保留足够的观察和动作时间。入口读卡器分站9和入口读卡器分站10的安装位置与机车速度和转辙机6动作时间有关，转辙机6能在4秒内完成动作，机车速度在接近道岔时一般不超过5米每秒，所以入口读卡器分站9和入口读卡器分站10与道岔的距离一般控制在30米，也可以根据情况相应调整。出口读卡器分站8的安装位置与车身长度有关，应该确保被检测到时机车已经通过道岔。
[0028]图4为检测到机车并自动控制道岔的流程图，读卡器分站扫描到代表机车信息的电子标签，将机车号和分站编号按照如图所示的协议发送给主控制器单片机，并且发送一个10毫秒的脉冲激发语音模块发出提示音。主控制器单片机收到来自分站的数据进行解码(也可以接收上位机的控制指令进行相关操作)，然后查询对应的方向码，同时从转辙机获取道岔当前状态，判断是否需要动作。假如需要动作，给转辙机发送动作指令。信号机的信号灯状态随道岔的状态实时变化。假如转辙机按照规划路径动作，主控制器单片机中的计数器清零；假如机车未按照规划路径通过道岔，则主控制器单片机中的计数器加1，当计数器达到某一设定值，则认为该机车的规划路径已经改变，修改数据库中的方向码信息。
[0029]读卡器分站与主控制器单片机通信的协议如图5所示，该协议包括5个字段，分别是字头、数据长度、读卡器分站编号、机车号、CRC校验。各字段的定义如下:
[0030]字头:起始字段，为Oxaa ；
[0031]读卡器分站编号:如图2所示的A路段上的读卡器分站定义为0x01，B路段上的读卡器分站定义为0x02, C路段上的读卡器分站定义为0x03 ；
[0032]机车号:代表机车编号，取电子标签ID的后两个字节。例如扫描到电子标签的ID为 3005FB63AC1F3681EC880468，则机车号为 0x0468 ；
[0033]CRC校验:从数据长度到机车号的最后一个字节的CRC校验码。
[0034]主控制器单片机通过1电平控制转辙机，包括4个输出，2个输入，协议如图6所
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【权利要求】
1.一种矿山井下铁路道岔智能控制装置，其特征在于:该装置包括:主控制器单片机、CAN转以太网模块、转辙机、信号机、读卡器分站、RFID电子标签、天线，RFID电子标签安放在机车车头；读卡器分站定时扫描一定范围内是否有RFID电子标签，读取RFID电子标签信息，再通过RS485通讯总线将机车信息传送到主控制单片机，同时控制语音模块和二极管提示司机已经接近道岔而且机车已经被识别；主控制器单片机根据得到的信息查询路径库通过电平控制转辙机正确动作；司机根据信号机的提示判断是否可以通过，当与目标方向不同时，司机需要向调度员申请修改方向；主控制器单片机会记录远程控制操作，用于计算下一次动作选择，并且向上位机发送信息，便于统计管理。
2.权利要求1所述的矿山井下铁路道岔智能控制控制的控制方法，其特征在于:道岔的智能控制过程如下: 步骤1:读卡器分站将通过RFID电子标签扫描到的机车信息并传送给主控制器； 步骤2:主控制器单片机利用数据协议进行检验，满足协议，则对机车信息解码，执行步骤3，否则执行步骤1; 步骤3:对解码后的数据进行判断，如果是机车进入道岔信号，则根据机车编号和路径库查询行车方向，执行步骤4 ;如果是机车离开道岔信号，则执行步骤7 ； 步骤4:获取道岔当前状态，比较当前状态和需要的方向，假如一致则不需要动作，否则给转辙机发送动作指令； 步骤5:转辙机检测有无遥控信号，假如有遥控信号则按照遥控信号执行动作，否则按照主控制器单片机发送的指令动作； 步骤6:主控制器单片机检测道岔状态，假如与规划方向一致则计数器清0，否则使计数器加1，当计数器达到某一设定值时，修改路径信息； 步骤7:向上位机发送机车安全通过道岔消息，便于记录和管理。
【文档编号】E01B23/06GK104260756SQ201410450420
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月4日 优先权日:2014年9月4日
【发明者】刘殿军, 王激扬, 田迎春, 高宪文, 宫国慧, 王明顺, 马东, 张平, 陈继宏, 何杭锋 申请人:鞍钢集团矿业公司