电机车无人驾驶系统设计及应用实践.pdf
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1、:./.电机车无人驾驶系统设计及应用实践陈玖德康小刚(酒泉钢铁集团 信息自动化分公司甘肃 嘉峪关)摘 要:针对祁连山铁矿运输水平环境恶劣、运输设备技术落后及运输效率低下的问题并结合工业互联网、无人驾驶等技术在电机车井下有轨复杂环境领域的应用提出基于有线骨干网络与无线网络融合、优化的 联锁控制系统、远程监测系统、安全防护系统、供电测控系统的全自动无人驾驶系统 文中重点对电机车网络通信系统、自动控制运行系统及运行状态监测系统进行设计应用通过对电机车全自动无人驾驶运输系统的投用验证了此电机车无人驾驶系统可实现井下多台电机车安全有序的调度运输、全自动控制运行、电机车工况参数及位置信息等运行状态参数的实
2、时监测显示提高了运输效率降低了运维时间及成本节约了人工成本显著提高了企业生产的效率和安全性关键词:全自动驾驶系统网络融合电机车精准定位障碍物识别中图分类号:文献标识码:文章编号:()():.:引 言 世纪 年代瑞典基律纳地下铁矿利用无线通讯技术研发了无线遥控电机车实现了井下电机车的无线遥控驾驶 目前国内井下轨道运输系统运行模式仍为现场岗位人员与电机车驾驶员相互配合完成电机车的对车、装矿、行车、卸矿等过程工作人员上下井换班使运输有效时间大大缩短造成装矿效率低下、装载异常等问题同时具有较大的安全隐患而且矿山企业井下运输环境恶劣招工极其难 近年来随着我国数字化产业及工业互联网技术的蓬勃发展运用人工智
3、能、无人驾驶等技术实现智慧矿山建设成为矿山企业发展的必然趋势 首钢下属矿山杏山铁矿于 年 月 日上线了国内第一家电机车无人驾驶系统该系统一直稳定运行至今成功解决了轨道运输系统需多名操作人员在现场的弊端电机车无人驾驶技术难点主要集中在障碍物识别避让、电机车精确定位、行车调度等方面 为进一步弥补国内井下有轨复杂运输环境自动化无人驾驶技术的不足笔者选择祁连山铁矿运输水平电机车全自动无人驾驶展开分析 经考察祁连山铁矿运输水平的环境恶劣且运输设备技术落后导致运输效率低下 井下矿料运输几十年来全部采用人工现场操控具有人员密度大生产工艺落后劳动强度和危险性高等缺点 因此提出了一种新型的井下复杂环境无人驾驶电
4、机车运输技术实际应用方案探讨主干有线网络融合无线 和全自动控制运输系统应机械研究与应用 年第 期(第 卷总第 期)设计与开发收稿日期:作者简介:陈玖德()男甘肃酒泉人高级工程师研究方向:网络通讯、电气自动化、人工智能用实践促使井下运输作业效率大幅提升使各运输环节安全可靠 电机车自动控制运行系统构成通过对成熟工业控制硬件及软件的进一步优化设计并应用该系统可实现电机车系统的全自动运行即形成自动装矿和自动卸矿以及铁矿石自动破碎子系统集成式、一体化运行模式形成一套全自动控制运行综合生产管理系统 电机车自动控制运行系统结合通讯系统、自动化系统、网络系统、机械系统、电气系统、遥控系统、信号系统以最优行驶路
5、线及成本效益为导向进行车辆的运行指挥以提高轨道线路的利用率、容量和安全性电机车无人驾驶自动控制运行系统包括:调度单元、电机车单元、装矿单元、卸矿单元、井下轨道单元、网络通信单元、供电单元、运行控制单元、铁矿石破碎单元各单元之间协调配合实现地面远程控制生产系统高效地完成生产任务改善了现场作业环境、优化生产运输调度、合理利用资源、降低生产成本、保障生产作业安全最大限度地缩减现场作业人员 该系统构成如图 所示图 电机车自动控制运行系统 电机车自动控制运行关键技术.电机车自控运行系统电机车车头部位安装了车载控制系统该系统可通过无线、有线网络与集中调度室控制系统进行通讯即接收集中调度室操作台系统的指令并
6、将电机车的运行状态数据等信息传送给集中调度室操作台此外电机车车头还安装了摄像头摄像头经无线网络与主控室通信实现远程路况视频监视电机车自控运行系统()对所有电机车的运行情况进行监测和远程控制 为确保车辆连续、安全的运行该系统设计了车辆精确定位、自动保护功能并为实现无人驾驶提供电机车自动运行方案 车载设备安装在机车内并采取减震措施 电机车本体自动控制还涉及车载无线与有线通讯系统、车载电源子系统、车载控制箱、车载视频子系统、操作台设计安装、精确定位子系统等下面对关键技术进行详细介绍()车载控制箱 此车载控制箱如图 所示其安装功能模块(如高速脉冲计数、通讯、通信、数字量、模拟量等扩展模块)可实时采集电
7、机车的各种信息参数 参数主要包括机车位置、运行速度、运行方向和运行状态等 车载控制器通过 无线网络接收无线基站转发的控制指令后根据指令控制电机车运行 车载控制器对电机车运行状态进行实时检测、判断和分析并对出现的故障信息进行报警和自动保护 电机车车头的照明灯、电笛、警示灯、升降弓均为自动控制车载控制器通过控制电磁阀实现对电机车的气制动、气路受电弓的上升和下降、气喇叭的鸣笛等自动控制操作 当电机车拐弯时车载控制器通过控制电磁阀实现气喇叭的鸣笛同时控制报警灯进行蜂鸣闪烁 当电机车行驶至溜井等位置时车载控制器通过电磁阀控制受电弓进行自动降弓操作 电机车断电滑行通过溜井等位置后气动受电弓自动升弓 当电机
8、车运行出现故障时刹车系统执行紧急制动指令()车载监测传感器车载监测传感器检测变频器的工作状态及电源系统的工作状态可实时监测机车的运行状态并进行故障预警 电机车本体安装的传感器包括 电压变换器、/电压变换器、测速传感器等 测速传感器通过实时检测码盘的脉冲频率计算车速实现电机车的速度和位置检测 电机车监测的参数主要有 电压、电流这些参数可控制回路/的受电弓位置、主回路的开关位置()车载网络摄像机电机车车头的网络摄像头如图 所示图 车载控制器内部图 图 电机车现场图 摄像机通过 车载客户端与地表控制室实现通信监视升降弓状态及机车前方的运行状态将电机车前后的画面实时传送至地表控制室以进行远程开车路况监
9、视 网络摄像机支持通过浏览器()进行远程图像、动态 地址访问具备红外可视功能在光线很差的情况下仍可以获得高品质图像.电机车精确定位方案电机车的精确定位对实现电机车全自动无人驾驶至关重要为实现车辆位置信息数字化、运行过程设计与开发 年第 期(第 卷总第 期)机械研究与应用可视化和调度指挥一体化的总建设目标提供基础保障 电机车的精确定位需根据现场的实际行驶位置和区段进行设计以实现受电弓的自动升降切换、区间内自适应巡航、电机车到装载站完成自动装矿、到卸载站完成自动卸载等循环工作流程文章采用独特的电机车定位方式实现电机车的精准定位即控制中心计算机将收到的信息显示在屏幕上同时保存到数据库并结合电子地图实
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