专利名称：矿井无轨胶轮车运输监控装置及其调度方法
技术领域：
本发明涉及车辆运输状况监控的装置及其监控调度方法，具体涉及矿井用车 辆运输监控装置及其控制调度方法。
背景技术：
近年来，在我国煤矿井下辅助运输中，无轨胶轮车应用越来越多。这种车由 于无轨道限制，并具有机动灵活、适应性强、安全高效、应用范围广等特点，越 来越受到重视，是运送材料、设备、人员的一种较先进的辅助运输车辆。在整体 运送和安装支架时，可实现从地面直至采区工作面不经转载的直达运输，其优越 性更为突出。胶轮车在井下得到越来越广泛的应用和推广，是煤矿辅助运输的主 要发展方向。
但对于我国大多数矿井，辅助运输状况相对落后，辅助运输巷道宽度较窄， 一般只能容一辆车通行，而随着生产运输任务的增长，矿井井下运输车辆的逐渐 增多，在各岔道口或错车场口未设信号灯的情况下，特别在巷道存在一定坡度与 有弯道存在的情况下，相互行驶的车辆之间往往不能相互看清，因而容易引起车 辆在某区域内发生阻塞，导致车辆的频繁倒车、刹车，造成了运输油料浪费、备 件损耗、运输效率低下等负面问题，更严重的还将导致某些安全事故发生。因此， 在矿井胶轮车运输作业中有必要安装使用运输信号装置及调度控制系统。
发明内容
本发明为解决上述矿井胶轮车运输过程中存在安全隐患与效率低下的问题， 提供了矿井无轨胶轮车运输监控系统及其调度方法，可以对矿井胶轮车运输进行 安全调度，同时提高系统的运输效率。
本发明的技术方案如下
矿井无轨胶轮车运输监控装置，由主控计算机、智能通讯器、控制分站、信
4号机、读卡器和电子标签组成；主控计算机与智能通讯器之间采用RS232总线 通讯，智能通讯器与控制分站之间采用FSK总线通讯，控制分站与信号机之间 采用RS485总线通讯，控制分站与读卡器之间采用RS485总线通讯，读卡器与 电子标签之间通过无线电通讯。
矿井无轨胶轮车运输监控装置，电子标签中预先写入了胶轮车的车牌号、型 号等信息，安装在胶轮车的驾驶室内，信号机与读卡器安装在巷道壁上。
矿井无轨胶轮车运输监控装置，电子标签与读卡器之间的有效通信距离在 10 15米之间。
矿井无轨胶轮车运输监控系统调度方法，将井下运输路区域划分为错车区与 区段，错车区包含避车硐室与巷道交叉口，两个相邻错车区之间的巷道称之为区 段;每个区段内同时只允许通过一辆胶轮车，每个错车区可以同时允许通过Cmax (i)辆胶轮车，其中i为错车区的序号；Cmax(i)的值根据错车区的面积而定，在 由避车硐室构成的错车区Cmax(i)取值为2，在丁字路口构成的错车区Cmax(i) 取值为3，十字路口等构成的错车区Cmax(i)取值为4。
矿井无轨胶轮车运输监控系统调度方法，在每个区段的两端各设置一架信号 机，在错车区的中心位置设置一架读卡器，在区段内部距离两端20米的地方各 设置一架读卡器；当区段两侧的读卡器检测到有车辆进入区段时，系统应控制两 侧的信号机同时为红灯，禁止区段任何一侧再有机车驶入。
矿井无轨胶轮车运输监控系统调度方法，当区段内没有任何机车处于空闲状 态时，为了避免区段两侧的机车同时进入同一区段，并且能够让区段两侧的胶轮 车有序通过该区段，对两侧的信号机采取轮流开放绿灯的形式进行控制，同时防 止在信号机状态切换的瞬间有机车误闯入区段的情况发生，在信号机轮流开放的 之间留有一定预防间隙时间，让两侧信号机同时亮红灯，其步骤如下，其中 T1=T3， T2=T4:
① 区段左右侧信号机控制为红灯状态，禁止两侧胶轮车驶入；
② 延时时间T1，开放区段左侧信号机，允许左侧胶轮车驶入；
③ 延时时间T2，控制区段左侧信号机和右侧信号机同时亮红灯，禁止两 侧胶轮车驶入；
④ 延时时间T3，开放区段右侧信号机，允许右侧胶轮车驶入；⑤延时时间T4，转到步骤①。 矿井无轨胶轮车运输监控系统调度方法，设井下的一个运输区域由M个区 段、N个错车区组成，M》2， N》1，区域的边界全部由区段组成，设边界区段的 数量为L，即这个区域有L个入口防护信号机；区域内的每个区段内同时只允许 通过一辆胶轮车，每个错车区内可以容纳Cmax(i)辆胶轮车，i^.,N，则当这个 区域内胶轮车的总数量达到数量X时，只允许最大L-l个区段同时向运输网络内 进车，否则将引起调度阻塞，其中X的值计算如下
N
X=ZCmax(i)+M-L i=1
本发明的有益效果是本发明可以对井下胶轮车运输进行有效调度，避免了 在未设置调度信号的情况下出现的运输安全与效率低下问题。
图1是本发明的组织结构图。
图2是本发明中智能通讯器的原理示意图。
图3是本发明中控制分站的原理示意图。
图4是本发明中信号机的原理示意图。
图5是本发明中读卡器的原理示意图。
图6是本发明中电子标签的原理示意图。
图7是本发明中井下设备布置图示意图。
图8与图9是本发明中同一区段两端信号机显示流程示意图。
具体实施例方式
如图1，本发明在实施时分为地面子系统部分实施与井下子系统部分实施。 地面子系统主要包含在监控室内的主控计算机l与智能通讯器2，两者之间
采用RS232总线连接，在主控计算机1上安装有矿井胶轮车运输调度软件。 井下子系统主要包含控制分站3、信号机4、读卡器5、电子标签6构成。
在具体实施时，如图7，将井下运输区域划分为错车区7与区段8，错车区7包
6含避车硐室与巷道交叉口，包含丁字路口与十字路口，两个相邻错车区7之间的 巷道称之为区段8。在每个区段8的两端各设置一架防护信号机4，用于防护机 车进入该区段；在错车区7的中心位置设置一架读卡器5，用于检测机车是否处 于该区域内；在区段8内部距离两端20米的地方各设置一架读卡器5，用于检 测机车是否进入到区段8内部。井下的防护信号机4与读卡器5直接与控制分站 3相连，每个控制分站3最多可以挂接4台信号机4、 4台读卡器5。所有的控制 分站3通过FSK总线与地面的智能通讯器2互联。
在井下每辆胶轮车上配备一只电子标签6，每个电子标签6内部存储有唯一 的ID号，ID号与胶轮车的车牌号一一对应。电子标签6平时定时通过无线的方 式定时向外广播发送自身的ID号，安装在巷道壁上的读卡器5接收到电子标签 6的ID号后，通过控制分站3与通讯器2把接收到的ID号转发给地面主控计算 机l，地面主控计算机1根据接收到的信息推算出胶轮车所处的位置，然后根据 调度规则控制每个区段8两端的信号机4显示不同的模式，调度车辆的安全运行。
地面监控软件预先以特定的数据结构关系录入、存储以下信息
1) 矿井井下所有的错车区7、区段8以及相互之间的连接关系，即每个区 段的两侧分别与某个错车区相连；
2) 根据每个错车区的面积，确定每个错车区7所能容纳的最大错车数量 Cmax(i)，其中i为错车区的序号，Cmax(i)的值根据错车区7的面积而 定， 一般在由避车硐室构成的错车区Cmax(i)取值为2，在丁字路口构成 的错车区Cmax (i)取值为3，十字路口等构成的错车区Cmax (i)取值为4。
3) 矿井井下所有信号机4、读卡器5位置以及与每个错车区7或区段8的 关联关系；
4) 电子标签6与胶轮车的车牌号与型号的对应关系表； 运输调度软件平时通过智能通讯器2定时与矿井下的每个控制分站3进行联
络，搜集每个读卡器5读取到的车号信息，判断胶轮车是处于某个区段8中，还 是处于某个错车区7中，判断方法为如果是安装错车区7内的读卡器5接收到 某辆胶轮车电子标签6发出的信息，则认为胶轮车在该错车区7内，如果是安装 区段8区内的读卡器5接收到某辆胶轮车电子标签6发出的信息，则认为胶轮车 在该错车区7内。当没有新的读卡器5读到胶轮车电子标签6发出的信息时，认为胶轮车所处的区域不变。
当调度软件判断出每个区域的胶轮车数量时，然后根据下列3种不同的情况控制信号灯的显示模式-
一、 如果某个区段中有一辆或以上胶轮车
根据"每个区段内同时只允许通过一辆胶轮车运行"的规则，系统控制两侧的信号机同时为红灯，禁止区段任何一侧再有机车驶入。
二、 如果某个区段内部没有胶轮车
当区段内没有任何机车处于空闲状态时，为了能够让区段两侧的胶轮车有序通过该区段，对两侧的信号机采取轮流开放绿灯的形式控制，同时防止在信号机状态切换的瞬间有机车误闯入区段的情况发生，在信号机轮流开放的之间留有一定预防间隙时间，让两侧信号机同时亮红灯。其步骤如下(如图8与9):
1) 区段左右侧信号机X1、 X2控制为红灯状态，禁止两侧胶轮车驶入；
2) 延时时间T1，开放区段左侧信号机X1，允许左侧胶轮车驶入；
3) 延时时间T2，控制区段左右侧信号机X1、 X2同时亮红灯，禁止两侧胶轮车驶入；
4) 延时时间T3，开放区段右侧信号机X2，允许右侧胶轮车驶入；
5) 延时时间T4，转到步骤1)。其中T1-T3， T2-T4;
三、 防止调度死锁
为了防止多辆车同时涌入到井下的某个运输区域，从而引起调度拥堵的情
况发生，计算机在调度时还应该遵循以下原则
设井下的一个运输区域由M个区段、N个错车区组成(M>2, N》l)，区域的边界全部由区段组成，设边界区段的数量为L，即这个区域有L个入口防护信号机。区域内的每个区段内同时只允许通过一辆胶轮车，每个错车区内可以容纳Cmax(i)辆胶轮车(i-l..N， Cmax(i)^l),则当这个区域内胶轮车的总数量达到数量X时，只允许最大L-l个区段同时向运输网络内进车，以防止多辆车涌入到该区域而产生调度死锁的情况发生。其中X的值计算如下<formula>formula see original document page 8</formula>对于驾驶胶轮车的司机，应遵循以下调度原则
1) 司机只有在区段入口信号机亮绿灯时，才可以驶入，当区段的入口信号机为红灯时，应停车等待；
2) 司机在正常情况下不允许在区段内倒车、调头,但可以在错车区内错车、调头；
3) 在区段入口的信号机亮绿灯时， 一辆胶轮车不允许紧跟在另一辆车之后进入该区段，两车的行车间隔在IO米以上。
本发明中设备构成原理如下
如图2，其中智能通讯器2包括微控制器、电源模块、RS232通讯接口电路与FSK通讯接口电路。微控制器控制整个智能通讯器2的工作，RS232通讯接口电路用于与主控计算机之间的通讯，FSK通讯接口电路用于与4路FSK总线上的控制分站通讯。
如图3，控制分站3包括微控制器、电源模块、FSK通讯接口电路、RS485通讯接口电路。微控制器控制信号机显示不同的工作模式，同时用于监测各读卡器5与信号机4的设备状态，FSK接口电路用于与智能通讯器2之间的接口，RS485接口电路用于与信号机4和读卡器5之间的接口通讯。
如图4，信号机4包括微控制器、电源模块、RS485通讯接口电路、信号显示模块。微控制器接收控制分站发送来的显示命令，控制显示模块显示不同的颜色，同时把自身的工作状态定时发送给控制分站3。
如图5，读卡器5包括微控制器、电源模块、RS485通讯接口电路、无线射频收发芯片与天线。微控制器一方面控制射频收发芯片与电子标签6之间进行通讯，同时把识别到的电子标签6身份信息通过RS485总线上报给控制分站3。无线射频收发芯片工作于2.4GHz工作频段，天线采用柱状天线结构。
如图6，电子标签6由单片机、射频收发芯片、2.4G陶瓷天线、电源芯片组成。射频收发芯片分别与单片机、2.4G陶瓷天线建立通信连接，电源芯片为射频收发芯片、单片机提供工作电源。无线射频收发芯片工作于2.4GHz工作频段，电子标签6天线采用小型陶瓷封装天线。电子标签6安装在胶轮车上，具有唯一的ID号，其ID号与胶轮车的车牌号之间具有一一对应关系。
权利要求
1、矿井无轨胶轮车运输监控装置，其特征在于由主控计算机、智能通讯器、控制分站、信号机、读卡器和电子标签组成；主控计算机与智能通讯器之间采用RS232总线通讯，智能通讯器与控制分站之间采用FSK总线通讯，控制分站与信号机之间采用RS485总线通讯，控制分站与读卡器之间采用RS485总线通讯，读卡器与电子标签之间通过无线电通讯。
2、 根据权利要求1所述的矿井无轨胶轮车运输监控装置，其特征在于电子标 签中预先写入了胶轮车的车牌号、型号等信息，安装在胶轮车的驾驶室内， 信号机与读卡器安装在巷道壁上。
3、 根据权利要求1所述的矿井无轨胶轮车运输监控装置，其特征在于电子标签与读卡器之间的有效通信距离在10 15米之间。
4、 矿井无轨胶轮车运输监控系统调度方法，其特征在于将井下运输路区域划分为错车区与区段，错车区包含避车硐室与巷道交叉口，两个相邻错车区之间的巷道称之为区段；每个区段内同时只允许通过一辆胶轮车，每个错车区 可以同时允许通过Cmax (i)辆胶轮车，其中i为错车区的序号；Cmax(i)的值 根据错车区的面积而定，在由避车硐室构成的错车区Cmax(i)取值为2，在丁 字路口构成的错车区Cmax(i)取值为3，十字路口等构成的错车区Cmax(i)取 值为4。
5、 根据权利要求4所述的矿井无轨胶轮车运输监控系统调度方法，其特征在于-在每个区段的两端各设置一架信号机，在错车区的中心位置设置一架读卡器， 在区段内部距离两端20米的地方各设置一架读卡器；当区段两侧的读卡器检 测到有车辆进入区段时，系统应控制两侧的信号机同时为红灯，禁止区段任何一侧再有机车驶入。
6、 根据权利要求4所述的矿井无轨胶轮车运输监控系统调度方法，其特征在于 当区段内没有任何机车处于空闲状态时，为了避免区段两侧的机车同时进入 同一区段，并且能够让区段两侧的胶轮车有序通过该区段，对两侧的信号机 采取轮流开放绿灯的形式进行控制，同时防止在信号机状态切换的瞬间有机 车误闯入区段的情况发生，在信号机轮流开放的之间留有一定预防间隙时间， 让两侧信号机同时亮红灯，其步骤如下，其中T1-T3， T2=T4:① 区段左右侧信号机控制为红灯状态，禁止两侧胶轮车驶入；② 延时时间T1，开放区段左侧信号机，允许左侧胶轮车驶入；③ 延时时间T2，控制区段左侧信号机和右侧信号机同时亮红灯，禁止两 侧胶轮车驶入；④ 延时时间T3，开放区段右侧信号机，允许右侧胶轮车驶入；⑤ 延时时间T4，转到步骤①。
7、根据权利要求4所述的矿井无轨胶轮车运输监控系统调度方法，其特征在于 设井下的一个运输区域由M个区段、N个错车区组成，M》2， N》1，区域的 边界全部由区段组成，设边界区段的数量为L，即这个区域有L个入口防护 信号机；区域内的每个区段内同时只允许通过一辆胶轮车，每个错车区内可 以容纳Cmax(i)辆胶轮车，i=l.. N,则当这个区域内胶轮车的总数量达到数量 X时，只允许最大L-l个区段同时向运输网络内进车，否则将引起调度阻塞， 其中X的值计算如下<formula>formula see original document page 3</formula>
全文摘要
本发明涉及一种矿井无轨胶轮车运输监控装置及其调度方法，主控计算机与智能通讯器之间采用RS232总线通讯，智能通讯器与控制分站之间采用FSK总线通讯，控制分站与信号机之间采用RS485总线通讯，控制分站与读卡器之间采用RS485总线通讯，读卡器与电子标签之间通过无线电通讯。读卡器把识别到的包括胶轮车牌号、型号等信息在内的电子标签身份信息发送给控制分站，控制分站再通过智能通讯器把信息上报给主控计算机，主控计算机根据系统控制规则，经过运算，判断出胶轮车的位置，然后控制信号机显示不同的颜色，指导司机进行驾驶操作。本发明可使井下无轨胶轮车运输作业更加安全、运输效率更高。
文档编号G05B19/418GK101644928SQ20091014446
公开日2010年2月10日 申请日期2009年8月10日 优先权日2009年8月10日
发明者震 彭, 徐自军, 谦 李, 磊 程, 程运安, 敏 胡, 阳 陆, 臻 魏, 鲍红杰 申请人:合肥工大高科信息技术有限责任公司