井下轨道机车运输全自动无人驾驶控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种井下轨道机车运输全自动无人驾驶控制系统，包括直流架线机车电源系统、井下光纤环网和信息交换网络系统、地面客户端、监控平台系统，所述的直流架线机车电源系统设有车载信息交换器、视频系统、音频系统及机车控制系统，视频系统、音频系统及机车控制系统均与车载信息交换器电连接；车载信息交换器与井下光纤环网和信息交换网络系统电连接，井下光纤环网和信息交换网络系统通过主交换机与地面客户端、监控平台系统电连接。本实用新型能够及时准确的反应井下轨道机车运输的实际状况，提升了调度处理速度和处理能力，实现地面远程控制，使井下轨道运输更加安全，更加可靠。
【专利说明】
井下轨道机车运输全自动无人驾驶控制系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及煤矿井下直流架线电机车运输系统，确切地说是一种井下轨道机车运输全自动无人驾驶控制系统。
【背景技术】
[0002]纵观井下轨道机车发展的历史，从50-70年代的直流架线机车(或蓄电池机车)的励磁串电阻调速，到80年代以来开始应用晶体管、可控硅的直流斩波调速(PWM)，在过去相当长的一段时间内因为技术原因的制约使井下机车的运输一直采用手动操作，而且最早机车的串电阻调速能耗大、效率低、故障高、可靠性差，给生产、安全带来隐患，还有直流斩波调速最初由于晶体管分离元件的稳定性问题，机车的调速问题，也没有很好的予以解决，机车的故障时有发生，给现场的维修工作增加很多。
[0003]而最早的轨道运输系统的调度管理是通过配置指示灯，建立模拟盘来显示机车运行状态和信号，信号单一、不准确，调度系统效率低，存在可靠性差的问题，更不可能实现远程控制机车。因此，一种高效的调度、控制、监测、指挥运输系统建设，长期以来一直是需待解决的问题。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型要解决的技术问题是提供一种井下轨道机车运输全自动无人驾驶控制系统，该系统能够及时准确的反应井下轨道机车运输的实际状况，提升了调度处理速度和处理能力，实现地面远程控制，使井下轨道运输更加安全，更加可靠。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案:
[0006]—种井下轨道机车运输全自动无人驾驶控制系统，包括直流架线机车电源系统、井下光纤环网和信息交换网络系统、地面客户端、监控平台系统，所述的直流架线机车电源系统设有车载信息交换器、视频系统、音频系统及机车控制系统，视频系统、音频系统及机车控制系统均与车载信息交换器电连接;车载信息交换器与井下光纤环网和信息交换网络系统电连接，井下光纤环网和信息交换网络系统通过主交换机与地面客户端、监控平台系统电连接。
[0007]视频系统进行图像识别，视频系统主要监视和控制机车运行时巷道环境和各系统的状态。视频系统设有网络视频摄像机，利用网络视频摄像机完成视频信号的采集。
[0008]视频数据信号通过车载信息交换器到固定移动网站、井下信息交换器，再传到地面供地面客户端、监控平台；同样机车控制系统的各种控制数据信号(PLC)，经过车载信息交换器传输出去，固定移动网站接收以后，传输到地面，供后地面客户端、监控平台根据数据进行控制。反之，经过井下环网井下信息交换器、固定移动网站和车载信息交换器，实现PLC数据指令的传输，以实现对运输机车进行各种控制；音频系统，在机车执行特殊运输任务或机车处于检修状态时，对机车进行语音通讯联络，传输过程同上。
[0009]本装置通过完善的网络化的井下机车运输自动控制系统，通过通信传输、信号闭塞、机车智能化监控，且各系统功能之间相互协作、互为补充，实现矿井综合自动化平台成为全矿井控制中心的一个子系统，能够及时准确的反应井下轨道机车运输的实际状况，提升了调度处理速度和处理能力，实现地面远程控制，再加上全视频和视频识别、语音通讯，构建双网融合的传输系统，从而能够构建轨道机车全自动运输系统，使井下轨道运输更加安全，更加可靠。
[0010]进一步的优选技术方案如下:
[0011]所述的井下光纤环网和信息交换网络系统设有井下光纤环网，井下光纤环网设有井下信息交换器、固定信息交换器。井下光纤环网和信息交换网络系统为基于双网覆盖的轨道机车通信传输系统；由网络和信息交换器构成传输网络的主架构，覆盖井下运输大巷，行驶机车通过信息转换进行实时数据通信传输。
[0012]固定信息交换器作为光纤网络的接入点，在巷道每隔一段距离设一个交换基站，网络的链路都不会受影响，每台或几台装置接入点连接一台具有光口和电口的井下信息交换器。
[0013]所述的井下信息交换器与各部位控制及信集闭电连接，井下信息交换器由直流配电柜提供电能。井下机车的定位基于网络系统，采用综合井下分站，覆盖井下运输巷道的方式。各部位控制及信集闭，其中的信集闭是基于网络的信集闭系统，控制主站采用专用工业计算机，实现井上、井下信号通讯、信号与进路控制、道岔控制和状态显示和报警等功能。
[0014]所述的直流架线机车电源系统设有直流电机车，直流电机车与直流机车架线电连接，直流机车架线与直流架线机车电源电连接，直流架线机车电源为直流电机车提供电能；直流电机车由机车驱动直流电机驱动沿机车轨道运行。直流架线机车电源由集控中心子系统PLC完成各情况下的控制，如正常情况下供配电管理和故障状态下远程自动化控制。
[0015]所述的直流电机车设有直流变频器、全数字斩波控制器，直流变频器、全数字斩波控制器调节控制直流电机车的运动。
[0016]本实用新型的地面客户端、监控平台系统具有以下功能:
[0017](I)直流电机车闭环控制系统:
[0018]对本子系统各PLC进行分布式控制，每个PLC作为一个子系统，通过光纤环网和移动网络进行传输控制和网络管理，通过组态软件，在后台建立子系统画面。
[0019](2)轨道直流电机车定位显示:
[0020]监控画面通过定位系统全面显示车场(也可包括全部大巷)中直流电机车位置和状态，除了图形显示外，系统数据库自动存储车辆运行轨迹数据实现远程查询。
[0021](3)地面远程指令控制:
[0022]集控中心人员可以通过软件平台指令控制模块，对直流电机车实现强制停车和解决功能。
[0023](4)轨道直流电机车运行状态、位置、区间查询和显示:
[0024]可以通过直流电机车信息查询功能，查看当前指定直流电机车的车号、车速、运行方向、直流电机车所处区间、是否处于安全形式状态等相关信息，同时也可以查询任一时间段的直流电机车历史状态信息。
[0025](5)系统设备故障预警:
[0026]具备设备故障预警提示功能，包括各直流电机车、道岔、装卸等功能。
[0027]地面客户端、监控平台系统通过工控上位机组态界面对井下大巷直流电机车监控和自动调度，人机界面同时具备系统自动、调度员手动、就地检修控制等多种操作方式，但所有操作方式由调度中心的调度人员决定。沿巷道走向，每隔一定距离布置一个控制分站，每个分站负责接收道岔及各种传感器的到位信号并进行处理现场，控制现场的设备运行。
[0028]自动工作方式时，系统能够根据直流电机车运行位置、道岔状态、区段占用情况自动提示直流电机车是否向前运行，当直流电机车驶进到每个区段时，所在区段两侧红色指示灯亮，提示区段外的直流电机车禁止驶入此区段，当有直流电机车强行驶入此区段时，指示灯箱能够进行语音报警并提示调度员采取措施以防事故发生。
[0029]手动方式时，调度员根据所接受现场运行情况对直流电机车进行调度。
[0030]就地检修方式，通过直流电机车司机根据现场情况进行就地控制。
[0031 ]通过井下机车信集闭实现机车自动控制功能，包括:
[0032](I)运行中红灯直流电机车行进闭锁:
[0033]当直流电机车路线前方为红灯时，如直流电机车强行驶入，信集闭系统将输出一组告警信号到井上数据服务器，服务器将告警信息进行处理并转发给直流电机车的自动控制管理平台同时发出告警提示，调度员收到告警提示后可以通过管理平台的直流电机车控制模块强迫直流电机车停止运行；如调度员在指定时间内没有相应操作，系统自动发出停车指令，强迫直流电机车停止运行，同时违章直流电机车的车号、违章时间、违章类别等信息将被存储备份，以待调用。
[0034]( 2)运行中绿灯解除直流电机车行进闭锁:
[0035]当行车路线为绿灯时，系统自动对被强制闭锁的直流电机车进行闭锁解除，相应直流电机车的司机即可正常驾驶。
[0036](3)对方直流电机车闭锁:
[0037]当行车区段内发生对方进路时，信集闭系统采取正常的对方进路控制措施，如直流电机车强行行驶，信集闭系统将输出一组告警信号到井上数据服务器，服务器将告警信息进行处理并转发给直流电机车的自动控制管理平台，同时发出告警提示，调度员收到告警提示后，通过管理平台直流电机车控制模块强迫直流电机车停止运行或通过语音通话平台向驾驶员告警。如调度员在指定时间内没有相应操作，系统自动发出停车指令，强迫直流电机车停止运行。同时违章直流电机车的车号、违章时间、违章类别等信息将被存储备份，以待调用。
[0038](4)巷道特殊路段告警减速控制:
[0039]在直流电机车通过特殊路段时，可以自动触发控制系统，声光报警装置，提示司机减速慢行，同时把信号通过处理后，接入直流电机车的自动减速控制回路，自动控制直流电机车的减速。
[0040](5)前方障碍告警禁行:
[0041]在直流电机车前方出现障碍时，直流电机车声光报警装置自动告警，并将告警信息上传到井上数据服务器，井上控制系统接到报警数据信息后，根据直流电机车定位信息判断障碍物类别。基于人本安全考虑，无论障碍物为何种类，直流电机车自动采取刹车控制。
[0042](6)运行控制逻辑判定:
[0043]直流电机车有安全问题时，集控优先并闭锁就地控制和司机操作。无安全问题可以授权就地控制和同机操作(非无人操作状态下)。
[0044](7)道岔控制:
[0045]运输系统中所有司控道岔均纳入本“信、集、闭”系统中。道岔控制具备远程干预控制和就近手动控制方式。集中控制通过工控机主控制界面进行控制。调度室调度人员根据主界面上各点道岔位置反馈显示进行操作，控制道岔动作，道岔运行到位后自动停机并将到位信号反馈到主控台和就地到位指示灯箱。就近手动控制通过司机手中的遥控或道岔控制按钮进行控制，主控机界面和就地到位指示灯箱能同时显示司控道岔的到位状况。
[0046]各采区运输大巷及车场采用控制分站集散式控制方式，二者互相兼容，构成完整运输监控系统。
[0047]视频系统主要包括视频摄像头、智能视频服务器、智能视频管理系统、监视器等构成。
[0048]视频系统主要实现的功能有直流电机车运行环境图像识别功能和视频联动与自动跟踪功能。视频摄像头将视频信号传到智能视频服务器，信号通过智能管理软件系统对采集的数据进行实时分析，能够将场景中的背景变化和目标实施分离，解析判断，有效检测出巷道环境的背景变化和行人等目标，当影响到安全行车时，输出信号给直流电机车控制系统，自动控制直流电机车减速或停车。同时，当直流电机车行驶至距离前方一定距离时，软件管理系统输出信号，实现道岔的视频联锁和自动跟踪，保证直流电机车的行车安全。
【附图说明】
[0049]图1是本实用新型的结构示意图。
[0050]附图标记说明:
[0051]1、地面客户端、监控平台2、主交换机
[0052]3、井下信息交换器4、井下光纤环网
[0053]5、固定信息交换器6、各部位控制及信集闭
[0054]7、直流配电柜8、直流架线机车电源
[0055]9、全数字斩波控制器10、直流机车架线
[0056]11、车载信息交换器12、视频系统
[0057]13、直流电机车14、机车轨道
[0058]15、直流变频器16、机车驱动直流电机。
【具体实施方式】
[0059]下面结合实施例，进一步说明本实用新型。
[0060]参见图1可知，一种井下轨道机车运输全自动无人驾驶控制系统，由直流架线机车电源8系统、井下光纤环网4和信息交换网络系统、地面客户端、监控平台I系统组成，直流架线机车电源8系统设有车载信息交换器11、视频系统12、音频系统及机车控制系统，视频系统12、音频系统及机车控制系统均与车载信息交换器11电连接;车载信息交换器11与井下光纤环网4和信息交换网络系统电连接，井下光纤环网4和信息交换网络系统通过主交换机2与地面客户端、监控平台I系统电连接。
[0061]视频系统12进行图像识别，视频系统12主要监视和控制机车运行时巷道环境和各系统的状态。视频系统12设有网络视频摄像机，利用网络视频摄像机完成视频信号的采集。
[0062]视频数据信号通过车载信息交换器11到固定移动网站、井下信息交换器3，再传到地面供地面客户端、监控平台I;同样机车控制系统的各种控制数据信号(PLC)，经过车载信息交换器11传输出去，固定移动网站接收以后，传输到地面，供后地面客户端、监控平台I根据数据进行控制。反之，经过井下环网井下信息交换器3、固定移动网站和车载信息交换器11，实现PLC数据指令的传输，以实现对运输机车进行各种控制;音频系统，在机车执行特殊运输任务或机车处于检修状态时，对机车进行语音通讯联络，传输过程同上。
[0063]井下光纤环网4和信息交换网络系统设有井下光纤环网4，井下光纤环网4设有井下信息交换器3、固定信息交换器5。井下光纤环网4和信息交换网络系统为基于双网覆盖的轨道机车通信传输系统；由网络和信息交换器构成传输网络的主架构，覆盖井下运输大巷，行驶机车通过信息转换进行实时数据通信传输。
[0064]固定信息交换器5作为光纤网络的接入点，在巷道每隔一段距离设一个交换基站，网络的链路都不会受影响，每台或几台装置接入点连接一台具有光口和电口的井下信息交换器3。
[0065]井下信息交换器3与各部位控制及信集闭6电连接，井下信息交换器3由直流配电柜7提供电能。井下机车的定位基于网络系统，采用综合井下分站，覆盖井下运输巷道的方式。各部位控制及信集闭6，其中的信集闭是基于网络的信集闭系统，控制主站采用专用工业计算机，实现井上、井下信号通讯、信号与进路控制、道岔控制和状态显示和报警等功能。
[0066]直流架线机车电源8系统设有直流电机车13，直流电机车13与直流机车架线10电连接，直流机车架线10与直流架线机车电源8电连接，直流架线机车电源8为直流电机车13提供电能;直流电机车13由机车驱动直流电机16驱动沿机车轨道14运行。直流架线机车电源8由集控中心子系统PLC完成各情况下的控制，如正常情况下供配电管理和故障状态下远程自动化控制。
[0067]直流电机车13设有直流变频器15、全数字斩波控制器9，直流变频器15、全数字斩波控制器9调节控制直流电机车13的运动。
[0068]本实用新型的地面客户端、监控平台I系统具有以下功能:
[0069](I)直流电机车13闭环控制系统:
[0070]对本子系统各PLC进行分布式控制，每个PLC作为一个子系统，通过光纤环网和移动网络进行传输控制和网络管理，通过组态软件，在后台建立子系统画面。
[0071](2)轨道直流电机车13定位显示:
[0072]监控画面通过定位系统全面显示车场(也可包括全部大巷)中直流电机车13位置和状态，除了图形显示外，系统数据库自动存储车辆运行轨迹数据实现远程查询。
[0073](3)地面远程指令控制:
[0074]集控中心人员可以通过软件平台指令控制模块，对直流电机车13实现强制停车和解决功能。
[0075](4)轨道直流电机车13运行状态、位置、区间查询和显示:
[0076]可以通过直流电机车13信息查询功能，查看当前指定直流电机车13的车号、车速、运行方向、直流电机车13所处区间、是否处于安全形式状态等相关信息，同时也可以查询任一时间段的直流电机车13历史状态信息。
[0077](5)系统设备故障预警:
[0078]具备设备故障预警提示功能，包括各直流电机车13、道岔、装卸等功能。
[0079]地面客户端、监控平台I系统通过工控上位机组态界面对井下大巷直流电机车13监控和自动调度，人机界面同时具备系统自动、调度员手动、就地检修控制等多种操作方式，但所有操作方式由调度中心的调度人员决定。沿巷道走向，每隔一定距离布置一个控制分站，每个分站负责接收道岔及各种传感器的到位信号并进行处理现场，控制现场的设备运行。
[0080]自动工作方式时，系统能够根据直流电机车13运行位置、道岔状态、区段占用情况自动提示直流电机车13是否向前运行，当直流电机车13驶进到每个区段时，所在区段两侧红色指示灯亮，提示区段外的直流电机车13禁止驶入此区段，当有直流电机车13强行驶入此区段时，指示灯箱能够进行语音报警并提示调度员采取措施以防事故发生。
[0081]手动方式时，调度员根据所接受现场运行情况对直流电机车13进行调度。
[0082]就地检修方式，通过直流电机车13司机根据现场情况进行就地控制。
[0083]通过井下机车信集闭实现机车自动控制功能，包括:
[0084](I)运行中红灯直流电机车13行进闭锁:
[0085]当直流电机车13路线前方为红灯时，如直流电机车13强行驶入，信集闭系统将输出一组告警信号到井上数据服务器，服务器将告警信息进行处理并转发给直流电机车13的自动控制管理平台同时发出告警提示，调度员收到告警提示后可以通过管理平台的直流电机车13控制模块强迫直流电机车13停止运行；如调度员在指定时间内没有相应操作，系统自动发出停车指令，强迫直流电机车13停止运行，同时违章直流电机车13的车号、违章时间、违章类别等信息将被存储备份，以待调用。
[0086](2)运行中绿灯解除直流电机车13行进闭锁:
[0087]当行车路线为绿灯时，系统自动对被强制闭锁的直流电机车13进行闭锁解除，相应直流电机车13的司机即可正常驾驶。
[0088](3)对方直流电机车13闭锁:
[0089]当行车区段内发生对方进路时，信集闭系统采取正常的对方进路控制措施，如直流电机车13强行行驶，信集闭系统将输出一组告警信号到井上数据服务器，服务器将告警信息进行处理并转发给直流电机车13的自动控制管理平台，同时发出告警提示，调度员收到告警提示后，通过管理平台直流电机车13控制模块强迫直流电机车13停止运行或通过语音通话平台向驾驶员告警。如调度员在指定时间内没有相应操作，系统自动发出停车指令，强迫直流电机车13停止运行。同时违章直流电机车13的车号、违章时间、违章类别等信息将被存储备份，以待调用。
[0090](4)巷道特殊路段告警减速控制:
[0091]在直流电机车13通过特殊路段时，可以自动触发控制系统，声光报警装置，提示司机减速慢行，同时把信号通过处理后，接入直流电机车13的自动减速控制回路，自动控制直流电机车13的减速。
[0092](5)前方障碍告警禁行:
[0093]在直流电机车13前方出现障碍时，直流电机车13声光报警装置自动告警，并将告警信息上传到井上数据服务器，井上控制系统接到报警数据信息后，根据直流电机车13定位信息判断障碍物类别。基于人本安全考虑，无论障碍物为何种类，直流电机车13自动采取刹车控制。
[0094](6)运行控制逻辑判定:
[0095]直流电机车13有安全问题时，集控优先并闭锁就地控制和司机操作。无安全问题可以授权就地控制和同机操作(非无人操作状态下)。
[0096](7)道岔控制:
[0097]运输系统中所有司控道岔均纳入本“信、集、闭”系统中。道岔控制具备远程干预控制和就近手动控制方式。集中控制通过工控机主控制界面进行控制。调度室调度人员根据主界面上各点道岔位置反馈显示进行操作，控制道岔动作，道岔运行到位后自动停机并将到位信号反馈到主控台和就地到位指示灯箱。就近手动控制通过司机手中的遥控或道岔控制按钮进行控制，主控机界面和就地到位指示灯箱能同时显示司控道岔的到位状况。
[0098]各采区运输大巷及车场采用控制分站集散式控制方式，二者互相兼容，构成完整运输监控系统。
[0099]视频系统12主要包括视频摄像头、智能视频服务器、智能视频管理系统、监视器等构成。
[0100]视频系统12主要实现的功能有直流电机车13运行环境图像识别功能和视频联动与自动跟踪功能。视频摄像头将视频信号传到智能视频服务器，信号通过智能管理软件系统对采集的数据进行实时分析，能够将场景中的背景变化和目标实施分离，解析判断，有效检测出巷道环境的背景变化和行人等目标，当影响到安全行车时，输出信号给直流电机车13控制系统，自动控制直流电机车13减速或停车。同时，当直流电机车13行驶至距离前方一定距离时，软件管理系统输出信号，实现道岔的视频联锁和自动跟踪，保证直流电机车13的行车安全。
[0101]本实施例通过完善的网络化的井下机车运输自动控制系统，通过通信传输、信号闭塞、机车智能化监控，且各系统功能之间相互协作、互为补充，实现矿井综合自动化平台成为全矿井控制中心的一个子系统，能够及时准确的反应井下轨道机车运输的实际状况，提升了调度处理速度和处理能力，实现地面远程控制，再加上全视频和视频识别、语音通讯，构建双网融合的传输系统，从而能够构建轨道机车全自动运输系统，使井下轨道运输更加安全，更加可靠。
[0102]以上所述仅为本实用新型的【具体实施方式】，但本实用新型的保护不限于此，任何本技术领域的技术人员所能想到的与本技术方案技术特征等同的变化或替代，都涵盖在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种井下轨道机车运输全自动无人驾驶控制系统，包括直流架线机车电源系统、井下光纤环网和信息交换网络系统、地面客户端、监控平台系统，其特征在于:所述的直流架线机车电源系统设有车载信息交换器、视频系统、音频系统及机车控制系统，视频系统、音频系统及机车控制系统均与车载信息交换器电连接;车载信息交换器与井下光纤环网和信息交换网络系统电连接，井下光纤环网和信息交换网络系统通过主交换机与地面客户端、监控平台系统电连接。2.根据权利要求1所述的井下轨道机车运输全自动无人驾驶控制系统，其特征在于:所述的井下光纤环网和信息交换网络系统设有井下光纤环网，井下光纤环网设有井下信息交换器、固定信息交换器。3.根据权利要求2所述的井下轨道机车运输全自动无人驾驶控制系统，其特征在于:所述的井下信息交换器与各部位控制及信集闭电连接，井下信息交换器由直流配电柜提供电會K。4.根据权利要求1所述的井下轨道机车运输全自动无人驾驶控制系统，其特征在于:所述的直流架线机车电源系统设有直流电机车，直流电机车与直流机车架线电连接，直流机车架线与直流架线机车电源电连接，直流架线机车电源为直流电机车提供电能;直流电机车由机车驱动直流电机驱动沿机车轨道运行。5.根据权利要求4所述的井下轨道机车运输全自动无人驾驶控制系统，其特征在于:所述的直流电机车设有直流变频器、全数字斩波控制器，直流变频器、全数字斩波控制器调节控制直流电机车的运动。
【文档编号】B61L27/00GK205498966SQ201620235089
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年3月25日
【发明人】韩建国, 丁慧
【申请人】韩建国