专利名称：矿井斜巷轨道运输道岔远程集中控制装置及其检测控制方法
技术领域：
本发明涉及计算机控制技术、现场总线通讯技术、嵌入式系统开发技术、矿 井防爆设计技术等多个技术领域，主要应用于各类矿井的斜巷轨道运输控制和综
合保护。
背景技术：
当前，矿井中的斜巷轨道仍是矿井运输事故的多发区，斜巷轨道运输事故的 危害己超过顶板事故，并有逐年上升的势头，而大多数运输事故都是和斜巷运输 安全监控装置技术落后、配置不到位有关系，目前普通采用的视频监视监测手段 不能从根本上解决事故源。斜巷轨道运输中的道岔目前通常为本地控制，每台道 岔设置一名操作工岗位，不能实现运输斜巷无人化，采用人工就近扳动道岔，通 常为人眼目测道岔状态，没有采用技术检测手段，较之平巷运输，不确定因素较 多，存在严重的安全隐患。为了实现斜巷的无人化管理，从本质上杜绝人为不确 定事故因素发生，迫切需要一种技术能实现道岔的远程集中监测与控制。
发明内容
本发明为解决上述矿井斜巷轨道运输中存在的问题，提供了一种矿井斜巷轨 道运输道岔远程集中控制技术，可以对矿井斜巷轨道上的道岔进行远距离集中监 测监控，并将岔位状态、密贴状态、车辆计轴状态在远程的集中显示控制柜上进 行显示，特别针对斜巷道岔的远程控制高可靠性的特殊要求，辅助采用关联轨道 计轴器的检测方法，实现道岔控制中的过车拒动，并建立和运输区段车皮数量关 联的严格控制条件，提高了道岔控制的安全性。
本发明的技术方案如下
矿井斜巷轨道运输道岔远程集中控制装置，由集中显示控制柜、道岔控制箱、 伺服机构、位置传感器、轨道计轴器和密贴传感器组成；集中显示控制柜与道岔控制箱之间采用LON总线控制网络进行相互通讯，道岔控制箱和伺服机构、位 置传感器之间构成闭环控制回路，道岔控制箱和轨道计轴器、密贴传感器之间均 为二线制电流型检测接口。
矿井斜巷轨道运输道岔远程集中控制装置，一台集中显示控制柜和多台道岔 控制箱连接，轨道上每组道岔都配置一台道岔控制箱，每台道岔控制箱通过电缆 连接安装位置传感器、密贴传感器、轨道计轴器、伺服机构；道岔控制箱是LON 总线控制网络的测控节点，所有道岔控制箱以及集中显示控制柜构成一个双绞线 总线通讯结构。
矿井斜巷轨道运输道岔远程集中控制装置，集中显示控制柜上设置解/闭锁 按钮、定位/反位控制按钮和运输状态显示单元，能实时显示所监控道岔的道岔 位置状态、岔尖密贴状态、轨道车辆过车计轴状态；操作员通过集中显示控制柜 设置道岔的解锁状态或闭锁状态，闭锁时只能在集中显示控制柜通过定位/反位 控制按钮进行控制，解锁时只能在道岔本地控制；在进行闭锁定位/反位道岔控 制时，控制命令中含有状态信息和控制执行信息两部分，并能设置道岔驱动限定 次数，在规定的限定次数内如果道岔不能到达预定位置将自动返回；同时，道岔 控制箱实时上报命令响应结果，包括在控制输出前的道岔位置状态以及控制输出 后的执行结果，集中显示控制柜根据上报数据判断控制目标的命令执行效果。
矿井斜巷轨道运输道岔远程集中控制装置，道岔控制箱用于接收集中显示控 制柜发出的控制命令，对道岔进行定位或者反位控制；道岔控制箱能实时检测所 监控道岔的道岔位置状态、岔尖密贴状态、轨道车辆过车和计轴状态；道岔控制 箱通过轨道计轴器实时检测轨道上的车辆运行状态，当检测到轨道上有车辆运行 时，道岔控制箱拒绝接受任何控制命令，实现过车拒动功能；道岔控制箱能在闭 锁状态下进行自我诊断，当发生集中显示控制柜故障或通讯线路故障时，能在规 定的时间内自动解锁。
矿井斜巷轨道运输道岔远程集中控制装置，位置传感器安装于伺服机构的机 械臂末端，成对使用，用于检测道岔的定位状态和反位状态；位置传感器通过内 部磁感应检测电路对末端机械臂位置铁片的偏移量检测，能感应出机械臂拉杆位 置，且在70mm—120mm动程范围内可调，经后续放大、比较处理，以二线制 电流型信号输出。矿井斜巷轨道运输道岔远程集中控制装置，所述的密贴传感器安装在道岔 岔尖部分，通过对感应距离的检测，实现道岔岔尖密合程度的实时检査，用以确 定道岔处于可靠密贴、状态预警、挤岔三种状态之一；集中显示控制柜对发生状 态预警或挤岔的道岔进行报警显示，并能对发生挤岔的道岔自动控制回原来位 置，确保道岔在远程控制执行环节始终处于确定位置；伺服机构是一个连杆机械 机构，该伺服机构与道岔控制箱连接，将电能转换为机械能，通过伺服机构中的 受力转换，实现道岔岔尖的水平机械移动，而道岔控制箱与密贴传感器、伺服机 构的受力终端构成一个控制回路，实现道岔控制与道岔状态回测的闭环控制。
上述控制装置的检测控制方法，轨道线路上以安装的轨道计轴器进行运输区 段划分，在需要划分区段的位置，两根铁轨上成对安装轨道计轴器，安装位置相 互错开10cm 20cm;当车辆通过轨道计轴器时，轨道计轴器检测车辆的每个轮 轴，如果是有效轮轴就输出一个脉冲信号，并将此脉冲信号提供给道岔控制箱， 由道岔控制箱计算出通过车辆的速度、方向、车皮数量、车到报告、车过报告， 并报告给集中显示控制柜。
上述控制装置的检测控制方法，集中显示控制柜将车辆的速度、方向、车皮 数量、车到报告、车过报告等作为进行道岔操作时的控制条件，在收到一个运输 区段的车到报告与车过报告的时间范围内，说明该运输区段正在有车辆通过，此 时集中显示控制柜将该运输区段闭锁，冻结该运输区段的控制命令条件。
本发明的有益技术效果是本发明可以实现斜巷轨道运输的道岔远程集中控 制。在控制方式上，采用与过车计轴器的关联，确保对道岔所在区段的是否有车 辆实行准确检测，保证控制准确性，可广泛应用于巷道内无人值守的斜巷运输环 境。本发明技术还具有良好的数据接口，可与绞车操控系统、跑车防护系统互通 关键数据，实现更大范围的斜巷运输自动控制与防护。
图l是结构示意框图。 图2是集中显示控制柜的原理示意图。 图3是道岔控制箱的原理示意图。 图4是伺服机构的原理示意图。图5是计轴处理算法流程示意框图。 图6是位置传感器的原理示意图。 图7是密贴传感器的原理示意图。
具体实施例方式
如图1所示的矿井斜巷轨道运输道岔远程控制技术，包括安装在矿井井下监 控室内的集中显示控制柜(1)，与道岔岔尖连接的伺服机构(3)及其配套的位 置传感器(4)、密贴传感器(6),安装在轨道上的计轴传感器(5)，以及安装在 伺服机构(3)附近躲避硐室内的道岔控制箱(2)。集中显示控制柜(1)与道岔 控制箱(2)之间采用LON总线通讯，所有节点收发器采用FTT-10A，道岔控制 箱(2)和伺服机构(3)、位置传感器(4)之间构成闭环控制回路，道岔控制箱 (2)和轨道计轴器(5)、密贴传感器(6)之间均为二线制电流型检测接口，各 设备按图示依次通信连接。包含由集中显示控制柜(1)、道岔控制箱(2)、伺服 机构(3)、位置传感器(4)、轨道计轴器(5)和密贴传感器(6)。
如图2，其中集中显示控制柜(1)包括5V/9V/12V供电电源、CPU及外围 存储接口电路、LON通讯接口电路、控制操作接口电路、状态显示接口电路。 CPU电路控制整个显示控制柜的工作，LON通讯接口电路用于与道岔控制箱之 间的通讯，控制操作接口电路用于接受对LON总线上的5路道岔进行解/闭锁、 定位/反位操作，状态显示接口电路用于显示LON总线上的5路道岔的道岔位置 状态、岔尖密贴状态、轨道车辆计轴状态。闭锁时只能在集中显示控制柜(1) 通过定位/反位控制按钮进行控制，解锁时只能在道岔本地控制；在进行闭锁定 位/反位控制时，控制命令中含有状态信息和控制执行信息两部分，并能设置驱 动限定次数，在规定的限定次数内如果道岔不能到达预定位置将自动返回，同时， 接收道岔控制箱(2)实时上报命令响应结果，包括在控制输出前的岔位状态， 控制输出后的执行结果，根据上报数据能判断出控制目标的命令执行状态。
如图3，道岔控制箱(2)包括LON通讯接口电路、状态检测接口电路、单 片机处理电路、测控复核电路、功率变换电路、输出接口电路组成。道岔控制箱 与集中显示控制柜之间采用LON总线通讯，道岔控制箱(2)和伺服机构(3)、 位置传感器(4)之间构成闭环控制回路，道岔控制箱(2)和轨道计轴器(5)、密贴传感器(6)之间均为二线制电流型检测接口。道岔控制箱(2)接收集中显 示控制柜(1)的状态命令和控制执行命令，依据设置驱动限定次数进行过车拒 动二次复核运算，对在限定次数内不能到达预定位置将自动返回原位，把命令响 应结果上报，包括在控制输出前的岔位状态，控制输出后的执行结果。
如图4a、 4b，伺服机构(3)包含电动伺服机构和气动伺服机构，是用于转 换道岔岔尖位移转换的机械机构。
如图5，计轴处理流程包含有效计轴验证、对处理、双对校验、条件判断等 环节组成，处理结果为过车拒动/释放、区段闭锁/解锁。轨道计轴器(5)采用电 涡流无接触感应技术，通过其LC感应头产生共振磁场，当有铁质导体临近该磁 场或穿越磁场时，在磁导体上感应的电涡流将改变原LC谐振电路的Q值，亦即 改变LC震荡电路的交流阻抗，进而改变LC谐振电路的震荡频率及其幅值，并 通过电平检测环节从而触发比较电路输出一个电平脉冲信号，对静态铁体或环境 电磁干扰能进行电磁缓变过滤，在计轴有效信号判断时拚弃静态电平的采样方 式，采用动态有效脉宽判断，且脉宽参数可以人工设定和硬件冗余配置，在进行 计轴信号采样与处理时，以5ms的周期对计轴器信号采样，分别对1电平和0 电平进行计数，设计轴器的固有脉冲宽度参数为N，只有当连续计到N个1才 算是有效信号，并置轴有效信号标志，之后继续往上计数。如果计数器发生溢出 1.25s，则认为是计轴器故障，即出现常高现象，并置计数初值为N。若正在计l 时出现0，则将计数器置N，如果原计数值大于或等于N或置为O如果原计数值 小于N;连续计到m个0才认为是有效的0，此时清除1计数器为0，否则维持 1计数值不变。集中显示控制柜(1)根据接收到的计轴信息，采用四取二的方 式对检测结果进行复核校对，在计轴的过程中实现过车拒动，确定区段清空才能 对道岔进行远程集中控制，任何计轴区间异常均进行报警。
如图6，位置传感器(4)包含稳压电路、磁感应检测电路、检波放大电路、 比较处理电路、状态转换电路构成，磁感应检测电路通过对伺服机构位置铁片的 检测，感应出位置信号，经后续放大、比较处理，触发状态转换电路输出，实现 二线制电流型输出，位置接通时二线制回路集电极电子管导通状态，位置偏离时 二线制回路呈高阻抗状态。
如图7，密贴传感器(6)包含稳压电路、磁感应检测电路、检波放大电路、信号强度检测电路、电压电流转换电路构成，磁感应检测电路通过对道岔岔尖的 距离检测，感应出位置强度信号，经后续放大、强度处理，经电压电流转换电路 输出，输出4—20mA电流信号，与岔尖密贴程度相对应，根据2mm以内为可靠 密贴、2—4mm为一般密贴、4mm以上为挤岔的状态要求，2mm以内对应4— 10mA， 2—4mm对应10—15mA， 4mm以上对应15—20mA。
权利要求
1、矿井斜巷轨道运输道岔远程集中控制装置，其特征在于由集中显示控制柜、道岔控制箱、伺服机构、位置传感器、轨道计轴器和密贴传感器组成；集中显示控制柜与道岔控制箱之间采用LON总线控制网络进行相互通讯，道岔控制箱和伺服机构、位置传感器之间构成闭环控制回路，道岔控制箱和轨道计轴器、密贴传感器之间均为二线制电流型检测接口。
2、 根据权利要求1所述矿井斜巷轨道运输道岔远程集中控制装置，其特征在于 一台集中显示控制柜和多台道岔控制箱连接，轨道上每组道岔都配置一台道 岔控制箱，每台道岔控制箱通过电缆连接安装位置传感器、密贴传感器、轨 道计轴器、伺服机构；道岔控制箱是LON总线控制网络的测控节点，所有道 岔控制箱以及集中显示控制柜构成一个双绞线总线通讯结构。
3、 根据权利要求1所述矿井斜巷轨道运输道岔远程集中控制装置，其特征在于 集中显示控制柜上设置解/闭锁按钮、定位/反位控制按钮和运输状态显示单 元，能实时显示所监控道岔的道岔位置状态、岔尖密贴状态、轨道车辆过车 计轴状态；操作员通过集中显示控制柜设置道岔的解锁状态或闭锁状态，闭 锁时只能在集中显示控制柜通过定位/反位控制按钮进行控制，解锁时只能在 道岔本地控制；在进行闭锁定位/反位道岔控制时，控制命令中含有状态信息 和控制执行信息两部分，并能设置道岔驱动限定次数，在规定的限定次数内 如果道岔不能到达预定位置将自动返回；同时，道岔控制箱实时上报命令响 应结果，包括在控制输出前的道岔位置状态以及控制输出后的执行结果，集 中显示控制柜根据上报数据判断控制目标的命令执行效果。
4、 根据权利要求1所述矿井斜巷轨道运输道岔远程集中控制装置，其特征在于 道岔控制箱用于接收集中显示控制柜发出的控制命令，对道岔进行定位或者 反位控制；道岔控制箱能实时检测所监控道岔的道岔位置状态、岔尖密贴状 态、轨道车辆过车和计轴状态；道岔控制箱通过轨道计轴器实时检测轨道上 的车辆运行状态，当检测到轨道上有车辆运行时，道岔控制箱拒绝接受任何 控制命令，实现过车拒动功能；道岔控制箱能在闭锁状态下进行自我诊断， 当发生集中显示控制柜故障或通讯线路故障时，能在规定的时间内自动解锁。
5、 根据权利要求1所述矿井斜巷轨道运输道岔远程集中控制装置，其特征在于:位置传感器安装于伺服机构的机械臂末端，成对使用，用于检测道岔的定位 状态和反位状态；位置传感器通过内部磁感应检测电路对末端机械臂位置铁 片的偏移量检测，能感应出机械臂拉杆位置，且在70mm—120mm动程范围 内可调，经后续放大、比较处理，以二线制电流型信号输出。
6、 根据权利要求1所述矿井斜巷轨道运输道岔远程集中控制装置，其特征在于 所述的密贴传感器安装在道岔岔尖部分，通过对感应距离的检测，实现道岔 岔尖密合程度的实时检査，用以确定道岔处于可靠密贴、状态预警、挤岔三 种状态之一；集中显示控制柜对发生状态预警或挤岔的道岔进行报警显示， 并能对发生挤岔的道岔自动控制回原来位置，确保道岔在远程控制执行环节 始终处于确定位置；伺服机构是一个连杆机械机构，该伺服机构与道岔控制 箱连接，将电能转换为机械能，通过伺服机构中的受力转换，实现道岔岔尖 的水平机械移动，而道岔控制箱与密贴传感器、伺服机构的受力终端构成一 个控制回路，实现道岔控制与道岔状态回测的闭环控制。
7、 根据权利要求1所述的控制装置的检测控制方法，其特征在于轨道线路上 以安装的轨道计轴器进行运输区段划分，在需要划分区段的位置，两根铁轨 上成对安装轨道计轴器，安装位置相互错开10cm 20cm;当车辆通过轨道 计轴器时，轨道计轴器检测车辆的每个轮轴，如果是有效轮轴就输出一个脉 冲信号，并将此脉冲信号提供给道岔控制箱，由道岔控制箱计算出通过车辆 的速度、方向、车皮数量、车到报告、车过报告，并报告给集中显示控制柜。
8、 根据权利要求7所述的控制装置的检测控制方法，其特征在于集中显示控 制柜将车辆的速度、方向、车皮数量、车到报告、车过报告等作为进行道岔 操作时的控制条件，在收到一个运输区段的车到报告与车过报告的时间范围 内，说明该运输区段正在有车辆通过，此时集中显示控制柜将该运输区段闭 锁，冻结该运输区段的控制命令条件。
全文摘要
本发明涉及矿井斜巷轨道运输道岔远程集中控制装置及其检测控制方法，集中显示控制柜与道岔控制箱之间采用LON总线通讯，道岔控制箱和伺服机构、位置传感器之间构成闭环控制回路，道岔控制箱和轨道计轴器、密贴传感器之间均为二线制电流型检测接口。集中显示控制柜依据操作指令，根据位置传感器、密贴传感器的采样状态，并结合轨道计轴器的车辆检测结果，向道岔控制箱发送状态命令和控制执行命令。道岔控制箱根据接收到的集中显示控制柜命令，可将自身状态设定为集中控制状态或就地控制状态，对伺服机构进行定位/反位驱动输出，在进行驱动输出的同时，可以根据LON总线上的道岔关联计轴器的配置情况，实现道岔过车拒动。
文档编号G05B19/418GK101630159SQ20091014446
公开日2010年1月20日 申请日期2009年8月10日 优先权日2009年8月10日
发明者徐自军, 李京彬, 程运安, 敏 胡, 诸葛战斌, 阳 陆, 韩江洪, 臻 魏, 鲍红杰 申请人:合肥工大高科信息技术有限责任公司