三山岛金矿井下电机车自动驾驶系统设计.pdf
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1、齐鲁工业大学学报第 卷 第 期 年 月出版 .:./.【机电与信息工程】三山岛金矿井下电机车自动驾驶系统设计杜富瑞潘 伟尹贻辉李佳梦.矿冶科技集团有限公司北京.矿冶过程自动控制国家重点实验室北京.山东黄金矿业(莱州)有限公司三山岛金矿山东 烟台 摘要:电机车是金属矿山矿石运输的主力装备用于井下运输大巷和地面的长距离运输智能化和自动化是电机车未来的发展趋势 传统的有人驾驶电机车进行作业时劳动强度大且存在一定的安全风险 在恶劣工况下如何提高电机车工作效率、降低安全风险是制约井下生产的瓶颈问题 利用自动控制、高速低延时网络、优化调度等技术构建了三山岛金矿电机车自动驾驶系统实现了智能化矿石运输 电机车
2、是矿山智能化的重要装备支撑可以提高矿石运输效率和作业安全性具有良好的安全效益和经济效益关键词:三山岛金矿电机车智能装备自动控制系统中图分类号:文献标志码:文章编号:().().:.:金属矿产资源为人类社会发展提供了坚实的物质保障和能源保障在国民经济生活中扮演着不可或缺的重要角色 近 年来随着高强度开采的持续已有大量的大中型露天矿转入地下开采 随着越来越多新地下矿的开发为了满足未来矿山智能化、无人化的发展要求深部矿石运输技术及运输装备智能化的研究应用得到更多的重视 随着地下采矿规模的不断扩大电机车承担的运输任务强度也随之增收稿日期:网络出版时间:基金项目:国家科技部创新方法工作专项()作者简介:
3、杜富瑞博士、高级工程师研究方向:金属矿山自动化及信息化.齐鲁工业大学学报 年第 期大 瑞典基律纳铁矿在 世纪 年代进行了电机车远程遥控装载矿石试验现有国内井下电机车主要依赖司机的驾驶经验当司机操作不当时实际停车位置与预定位置会有较大的偏差矿石运输效率不高 司机还需面临高温高湿恶劣环境及巷道顶部落石等不安全因素 采用自动化、智能化的电机车运输系统是未来矿山运输系统的发展趋势本文以传统有人驾驶电机车为研究对象利用自动控制、泛在信息通信网络、井下空间高精度定位等相关理论和技术构建电机车自动控制系统 利用高速泛在通信网络操作员在地面监控中心实时监测电机车工作状态操作井下电机车进行凿岩作业实现井下电机车
4、的远程“遥测、遥动、遥控”与传统有人驾驶电机车相比自动驾驶电机车在矿石运输效率、人员安全性方面有显著提高电机车车辆结构及工艺流程井下电机车在运输大巷内完成矿石从装矿站到卸矿站的矿石运输任务 电机车主要由车头和矿车组成如图 所示车头提供车辆运行的牵引动力控制车辆实现前进、后退、驻车等动作主要由电动机、控制箱、受电弓、车架、制动装置等组成矿车负责矿石装载按照不同的矿石卸载方式可分为底卸、侧卸及底侧卸式矿车 近年来随着人工智能特别是矿山智能装备技术的发展使得采矿运输装备智能化改造具备了技术基础 通过加装无线通信、激光雷达、摄像机等智能感知系统可以使电机车具备自主驾驶功能图 电机车结构电机车作为地下金
5、属矿矿石运输的主力装备负责将矿石由装矿站运输至卸载站保障矿石流的安全高效流转电机车运输系统如图 所示系统由轨道、电机车、装矿站、卸矿站、牵引变电所、道岔(转辙机)、轨道衡组成 三山岛金矿电机车运输轨道采用/钢轨轨距为 线路最小转弯半径 电机车采用/架线式双机牵引电机车装矿站负责矿车矿石装载系统设置 个自动装矿站卸矿站将矿石由矿车卸载至卸矿溜井系统共有 个卸矿站牵引变电所负责为电机车提供 直流牵引动力转辙机可以根据需要转换道岔的位置轨道衡负责矿石质量的计量图 电机车运输系统自动控制平台架构分层设计是现代工业自动控制设计过程中经常采用的方法分层设计的原理是将系统中不同的功能模块按照其相互作用与联系
6、进行层次化的分类 根据分层设计的思想平台采用三层控制架构:调度管理层、网络通信层和车辆控制层如图 所示 调度管理层主要由数据云服务器、地面远程监控平台构成网络通信层是连接调度管理和车辆控制层的纽带完成数据与控制指令的传输车辆控制层由车辆控制器及传感器构成在调度管理层中数据云服务器功能包括电机车运行数据存储及分析、车辆集群任务分配及路径规划、矿石配矿及矿石品位优化数据云服务器将数据上传至矿山生产运行集中管控平台外部用户可通过电脑 年第 期杜富瑞等:三山岛金矿井下电机车自动驾驶系统设计客户端及手机客户端访问数据云服务器 地面远程监控平台根据车辆运行状态的实时监测数据对车辆行为进行管控控制车辆实现前
7、进、后退、加减速、驻车等动作并对突发安全隐患进行干预和管制 根据数据云服务器的调度指令远程监控平台可以实现一对多操作即一个操作平台控制调度多台电机车工作图 平台架构在网络通信层中用于电机车车辆集群与地面监控平台之间的数据传输 网络通信层主要由车辆无线数据通信终端、运输大巷无线网络、有线光纤工业以太环网及数据交换机等构成 处于运动状态的电机车需要随着位置的变化在不同网络基站之间进行切换数据无缝快速切换技术是数据安全高效传输的关键为了保证运动状态下电机车数据的可靠实时传输采用无线自组网技术保证运输大巷内移动状态下的电机车与巷道无线网络通信链路畅通 无线自组网技术是无线传感器网络的核心技术之一典型的
8、无线传感器网络通常由若干网络传感器节点组成节点之间采用基于动态信道技术的无线通信方式实现数据通信 无线自组网技术可以实现拓扑构建、路径选择、数据路由、媒体接入调度及网络配置和管理车载控制层主要由环境感知、车辆状态监测及车辆动作控制等部分组成具备自动驾驶、远程遥控及人工驾驶功能如图 所示 车载控制系统作为自动驾驶核心设备之一负责处理接收的命令和反馈信息及下发控制指令相当于电机车运行系统的大脑主导着整个系统的运行 车载控制系统通过无线通信系统将接收到的控制指令发送到变频器变频器控制牵引电机执行相应的动作车载控制系统将车载视频信息通过无线通信系统上传至地面控制中心方便地表工作人员实时监控巷道内电机车
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