矿用电机车间碰撞自动报警系统研究

2022-09-12

煤炭生产过程中, 矿用电机车是井下轨道煤炭运输及辅助运输重要的动力设备, 电机车按供电方式分为架线式和蓄电池式两种, 井下轨道轨距分为600、762、900mm三种, 轨道数量有单轨道和双轨道两种。由于电机车具有结构简单, 维护方便, 运输费用低等特点, 在煤矿水平巷道中, 作为运输工具起着很大作用, 得到广泛应用。为确保煤矿井下运输安全, 《煤矿安全规程》对电机车运输的轨距、轨型、运行速度、机车的制动距离以及两台机车在同一轨道同一方向行驶时, 必须保持不小于100m的距离等做出了明确的规定。

由于煤矿井下运输巷道沿途灯光昏暗, 工况恶劣, 如果电机车司机注意力稍有不集中, 反应迟钝, 观察判断失误以及道岔错位等原因, 电机车很容易出现事故, 轻者掉轨, 误开到其它轨道上, 重者使两电机车行驶到同一轨道上造成迎面相撞或追尾事故, 特别是迎面相撞事故由于极大的惯性, 造成的后果更加严重。

本文针对该问题, 提出了以射频识别技术RFID为基础, 矿用电机车间碰撞自动报警系统。该系统要求碰撞报警系统能适用于单行、双行线路的水平巷道, 无论在任何情况下, 碰撞报警系统不能相互干扰, 误报, 不报, 错报。并要求在同一轨道上两台电机车当相距100m时进行报警, 以通知司机前面或后面有电机车, 电机车有可能发生碰撞或追尾现象, 必须小心行驶或停车。

1 射频识别技术RFID

射频识别技术RFID, 是一项自动识别技术, 它利用射频信号通过空间耦合, 实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的。具有非接触、信号穿透力强、可识别高速运动物体、可同时识别多个射频信号、易实现自动化、安全保密性能高、数据存储容量大, 并且不怕油渍、灰尘污染, 不易损坏等优点。

RFID射频识别系统主要由电子标签、读写器、控制系统等组成。当电子标签在读写器读出范围之内时, 电子标签便把自身的信息传递给读写器, 读写器也可将信息传递给电子标签。读写器读取电子标签中的信息后, 通过总线发送到计算机控制系统, 计算机便对信息进行处理, 处理后根据需要, 也可对读写器发送信息。

RFID射频识别系统按工作频率可分为低频系统和高频系统。低频系统工作频段主要有125KHz, 225KHz, 13.56MHz等, 其特点:成本较低, 内存的数据量较少, 阅读距离较短, 阅读方向性不强。低频系统主要用于短距离、低成本的应用中, 如门禁控制、校园卡、货物跟踪等。高频系统工作频段主要有433MHz, 915MHz.2.45GHz, 5.8GHz等, 其特点:内存数据量较大, 阅读距离较远, 适应物体高速运动, 较长的读写距离, 天线方向性较强, 其天线波束方向较窄且价格较高。高频系统应主要用于如机车监控、高速公路收费等系统中应用。

2 防撞系统主要构成及工作原理

2.1 系统的主要构成

矿用电机车间碰撞自动报警系统主要由电子标签、读写器、总线、传输适配器及监控计算机等组成, 用于完成对电机车信息采集、识别、传送、存储和报警。各主要部件安装位置及设计时应考虑的因素。

(1) 电子标签:电子标签安装在电机车的侧板上, 前后左右各一个, 共四个, 电子标签带有电机车的所有信息, 电子标签为无源标签, 接收读写器能量后可向读写器发送信息, 也可接收读写器的信息, 并带有报警功能。

(2) 读写器:读写器安装在电机车经过的巷道的两侧, 每隔十米安装一个。读写器将加密数据载波信号经发射天线向外发送, 用来激活进入该区域的无源电子标签, 在阅读器的读出范围之外时, 电子标签处于无源状态, 在阅读器的读出范围之内时, 电子标签从阅读器发出的射频能量中提取其工作所需的电源, 并把电机车信息发给读写器。同时读写器再把接收来的电机车的信息通过总线传给监控计算机。

(3) 监控系统:监控系统由总线、传输适配器、计算机等组成。传输适配器安装在监控计算机旁边, 作为数据传输接口, 带有RS232/RS485接口。根据电机车轨道分布图布置读写器, 各读写器通过电缆总线组网与传输适配器连接, 传输适配器与监控计算机连接。计算机通过对读写器传送来的信号进行分析, 识别出电机车的车号及位置, 并将相关信息在显示屏上实时显示, 可直观动态显示井下机车的实时位置情况, 当机车在同一轨道上相距100米时报警器自动报警。监控系统安装在井下主控制室内。

2.2 工作原理

当带有电子标签的电机车在井下巷道双行线路右轨道上运行进入该段读写器信号范围内时, 电机车右前端的电子标签首先被巷道右侧的读写器信号激活, 接收能量, 然后向巷道右侧的读写器发送信息。接着电机车的右后端的电子标签也被巷道右侧的读写器信号激活, 接收能量, 向巷道右侧的读写器发送信息。读写器先后收到电机车上的电子标签信息, 通过总线传给监控计算机。计算机接收到该信息后, 得知是哪个读写器发来的信息, 读写器先接收到哪个电子标签信息。经分析, 从而确定电机车在哪个轨道上、向哪个方向运行, 其速度是多少。同样, 监控计算机系统可以知道在井下所有电机车行驶的位置等运行情况。如果两辆电机车在同一轨道上运行并且相距100m时, 计算机系统就会自动发出报警信号, 并传输给这两辆电机车的电子标签, 电子标签接到信号后, 马上发上发出报警信号, 机车司机接到报警信号便会采取措施直至警报解除。

自此, 电机车间碰撞自动报警系统完成一个工作循环。为了使机车司机知道可能发生碰撞的电机车在本车的前方或后方, 计算机在发信号给电子标签时, 给与了明确信号。如果在你的机车前方有电机车, 电机车上的前端电子标签报警, 如果在你的机车后端有电机车, 你的电机车后端电子标签报警。

2.3 系统功能

(1) 电机车间碰撞报警。

防止两电机车相碰撞是本次研究的重点, 确定电机车是否有相碰撞的可能, 有以下方法。第一, 检测电机车是否在同一轨道上运行。在电机车两侧侧板上安装有电子标签, 同样, 在有轨道的巷道两侧安装有读写器, 读写器识别距离根据电机车侧边到同侧巷道侧帮信号可以接收到, 而电机车另一侧电子标签却接收不到信号而定。当电机车运行在轨道上时, 监控计算机就可根据那一边读写器接收的信号, 从而确定机电车在那个轨道上运行。在确定电机车在哪个轨道上运行后, 计算机就会自动确定是否有两电机车在同一轨道上运行。其次, 确定两电机车相距的距离是否到达规定的最小安全距离, 根据读写器接收到两电机车的信号, 就可知道电机车确切的位置, 从而可知两电机车相距的距离, 当该距离达到规定的两车最小安全距离100m时, 电子标签报警器自动发出报警信号。

(2) 电机车运行方向确定。

为确定电机车的运行方向, 可在电机车的两侧面前端与后端分别安装四个电子标签, 那么监控计算机就可根据读写器是先接收到那个电子标签信息来判断电机车的运行方向。

(3) 自动记录电机车运行的位置与时间。

电机车在运行过程中, 监控计算机便会自动记录电机车运行的位置与时间, 这样便于对电机车的运行、管理, 大修、检修提供可靠的第一手资料。

(4) 机车故障检测。

在机车上安装有电机、轴承温度传感器, 电源的电压、电流传感器, 机车制动距离传感器等。以上传感器的信息均通过特制的电子标签传给读写器, 读写器通过总线再把该信息传给监控计算机, 监控计算机把该信息与事先设定好的故障参数进行对比, 从而判断电机车是否有故障。如果电机车有故障, 便于及时检修, 避免电机车出现重大事故。

3 结语

基于射频识别技术RFID的矿用电机车间碰撞自动报警系统, 是防止井下电机车在同一轨道碰撞重要的设备, 它能够检测到电机车是否在同一轨道, 在同一轨道时能在两机车到达最小安全间距时, 发出报警。该设备还具有检测电机车自身的故障自动记录电机车运行的位置及时间。对于提高电机车运行的效率, 拓展井下轨道容量也有一定用处, 它也会对煤炭井下运输安全领域起着重要作用。

摘要：煤矿井下巷道运输是矿井运输的重要通道, 电机车是井下巷道运输重要工具, 电机车安全运输至关重要, 电机车的安全运输问题尤以两车相撞为重。本文针对该问题, 提出了以射频识别技术RFID为基础的矿用电机车间碰撞自动报警系统。该系统适用于单、双行轨道线路的巷道, 当同一轨道上两台电机车相距100米时报警, 以提示司机前面或后面有可能发生碰撞追尾现象。该系统不会出现误报、错报、信号相互干扰现象, 安全可靠。

关键词：电机车,井下巷道轨道,射频识别技术,碰撞