基于WIFI的煤矿机车调度通信系统设计.pdf

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文章给出一种高效的煤矿机车调度通信系统,对现有的机车调度手段进行分析讨 论,指出其优缺点,并对井下常用的无线通信系统进行性能比较。鉴于WIFI具有覆盖范围广, 通信速率高及可扩展性好等优点,提出一种基于WIFI的煤矿机车调度通信系统。系统具有实时 语音通信功能,且可对机车运行状况及道岔机状态信息进行反馈,满足了井下机车调度的需求。 系统现已在矿下投入使用,运行状况良好,各项功能均满足要求,提高了调度的效率。
设计技术 煤炭工程 2012年第4期 信号检测 信号输出 与实际通过语音汇报的位置约有50m的误差 4.3语音 日防睡检氵 状态指示 在项目实施的煤矿下,无线网络基本覆盖-500m的主 主 巷道,共2.5km。语音通信测试中,在两处拐弯较大的地 速度检测一 速度显示 方出现时断时续的情况,持续时间在1~2.5s,其他地方声 i人员检测]」 音报警 音流畅清晰,无断续现象。 4.4分析讨论 任务选择 无线通 速度测试的误差主要有两方面原因:一是机车在轨道 上运行时不可避免地会出现打滑,即主动轮转动,产生了 隔离电源(UPs)匚 脉冲数,但是机车实际并没有前进;二是测试时,机车在 行驶中很难保持绝对匀速。 图2车载通信器框架图 位置测试的误差主要原因在于井下干扰因素较多,信 语音通信,若有则进行“同总”或“拒绝”的操作,从而号强度受电磁波、温度及湿度等的干扰较严重,且这些干 建立或中止语音通信;其次调度员若需要和某一机车进行扰是无法估量的。因而基于信号强度RS的定位会产生 通信,则直接点击界面上的语音按钮,即可进行语音通信。误差 是调度了程序,调度员需要对某一机车进行路径规划时, 机车速度、位置信息主要有两方面作用:一是为调度 选择好路径起点与终点,工控机自动将道岔机分组,并生员对机车行驶状况的判断提供参考,二是为机车路径规划 成指令,在机车运行过程中,根据机车速度及位置对道岔时对道岔机的分段提供依据。系统在速度及位置上的误差 机逐段板到位或逐段复位,实现智能调度。各子程序执行对二者均无重大影响,误差在所接受范围内。后期使用中, 完成后重新进入新的循环。 可通过多组实际数据对算法进行一定修正或使用其他辅助 车载通信器上电后,首先判断是否有关机指令,若无 手段,进一步提高机车速度及位置的精度 则进入主程序。主程序包括两部分:一是基本功能子程序 语音断续的主要原因在于施工方面。测试布点时,AC 首先判断特定时间内脚踏开关是否有动作,机车是否超速 节点及AP节点的天线最高点距地面高度均为2m,垂直于 行驶前方是否有人,其中任何一项不符合要求,都会产生轨道平面且无遮挡。实际施工时,由于巷道中某些区域架 报警信号,若无报警信号则重新开始循环。报警信号一旦线高度仅17m左右,故安装AC节点的天线时,只能降低 产生便会一直持续,直到解除报警。二是核心功能子程序 高度安装在机车侧面,信号由于车体的遮挡必然会减弱。 若有指令输入或有信息需要显示,则进行相应操作,执行此外,由于巷道壁不平整及空间限制,安装AP节点的天线 完成后进入等待状态。该类操作包括语音通信、机车速度时有一定倾角,从而导致信号有一定的衰减。 及位置的显示、道岔机信息显示、运载物品的设定(如火 5结论 药、煤或是人员)、本机P设定及地图显示放大缩小等。 运行测试结果及分析 煤矿机车调度通信系统现已在新安煤矿试运行,各项 功能均正常,为该企业带来良好的经济效益。与现有的机 4.1速度 车通信系统相比,该系统具有以下优点: 测试一:取50m直道,测试机车每行进1m对应速度 1)系统可靠性高。系统采用UPS电源,解决了由于架 传感器所产生的脉冲数,经多次测量取平均值,得每米43线弓脱离架线时,因车载通讯器无外部供电而无法正常工 个。车载通信器根据单位时间内采集到的脉冲数,即可计作的现象。 算出当前车速。 2)系统功能丰富。系统既能满足调度员与机车司机间 测试二:取250m直道,机车近乎匀速地通过,往返用的语音通信,也可对机车速度、位置和道岔机信息进行监 时均值为64s,计算得时速约为14.Ikm/h,行驶中车载通测及反馈。更重要的是可实现智能调度。 信器上显示的时速范围为14.5~15km/h工控机显示时速 3)系统扩展性高。AC节点的数量可根据需求进行增 与测试的时速误差为2.84%~6.38%。 加,同时易于建立OIP电话、增加视频传输等功能。 往返时,速度传感器所记录的脉冲数分别为10807和 系统仍然存在一定的不足之处,有待进一步改进。例 10841,得出机车每行进1m平均产生43,3个脉冲,与测试如,当机车超速行驶时,车载通信器会发出警报,并且调 中测量值相比误差为0.70%。 度员可进行喊话提示,但并不能对机车进行有效的操作, 4.2位置 如减速、断电等。今后王作中,应进一步对潜在的问题进 AP节点两两间距约为20m。系统根据AC的RS值行解决,完善系统功能。 及其运行方向,对机车进行定位。测试时,地图显示位置 (下转第26页) 2 设计技术 煤炭工程 2012年第4期 表5EL- Centro波作用下层间位移 33.3顶层最大位移 楼层方案1方案2方案3方案4 计算得到各方案的顶层最大位移结果见表7。由表7中 0.036430.018450.040680.03271 数据可知,由于支撑的布置减弱了地震波对结构的顶层位 0.03961 0.0420 0.03458 0.037480.023380.036920.03230 移的影响,其中方案2在EL- Centro波和Taft波作用下与 3456 0.034 0.02386 0.02989 0.02803 方案1相比,顶层位移分别减少了36%和31%;方案3在 0.026980.020540.022110.02198 EL- Centro波和Taft波作用下与方案1相比,顶层位移减 0.014850.015280.014800.01401少了2%和32%;方案4在F.-Cemt波和Tat波作用下 表6Tat波作用下层间位移 与方案1相比,顶层位移减少了14%和18%。从数据分析 楼层方案1方案2方案3方案4可以看出,方案2对顶层最大位移控制效果最好。 0.04863 0.02797 0.03058 0.03675 表7顶层最大位移 mm 0.04636 0.03026 0.029040.03707 顶层最大位移 方案 0.04051 方案2方案3方案4 0.02925 0.02610 0.03402 0.03121 0.02541 0.021740.02781 EL- Centro波 189.9 121.93186.48163.61 60.017770.019230.018640.01824 Tat波 26.88156.24154.56185.29 为了更直观地比较4种布置方案的优劣,下面列出方 案1纯框架结构体系与三种不同支撑布置方案的层间位移 结论 角曲线,如图7、8所示 1)四种方案中,方案2抗侧力刚度最大,方案4次 6 之,方案3再次之,方案1抗侧力刚度最小;刚度的变化 直接影响了结构的自振周期,抗侧力度越大自振周期越小。 2)由于支撑的布置增大了结构的侧向刚度,致使方案 2、3、4的基底剪力均有所增大。 →方案1 3)方案2、3、4较方案1的层间位移、层间位移角与 一方案2 方案3 顶层最大位移均有所减小,其中方案2的控制效果最为 1方案4 明显。 4)通过对比分析,在8度罕遇地震作用下方案2即布 00.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.016 层间位移角rad 置中心支撑的轻钢框架结构整体抗震性能优于其他三种 图7EL- Centro波作用下的层间位移角 方案。 6 參考文献: [1]周伟,巫恩海,吴文平.隅撑支撑钢框架的抗震性能分析 J].钢结构,2009,24(11):7~10 [2]吉小萍,董军.新型钢框架支撑体系特点及抗震性能分析 方案1 [J].防震减灾工程学报,2007,4(27):173~177 2 方案 方案 [3] 50011-2001,建筑抗震设计规范[S] 方案4 [4]沈国庆,陈宏,王元清,等.支撑形式对钢框架结构抗震 性能影响[J.低温建筑技术,205,(6):37~40 0.005 0.01 0.0 0.02 [5]史三元,于洋.高层钢框架粘弹性阻尼器隅撑支撑结构抗 层间位移角/rad 震性能分析{J].煤炭工程,2011,(7):110~112 图8Tat波作用下的层间位移角 (责任编辑章新敏 (上接第22页) 参考文献: 化,2009,(1):33~36 [1]邵国强,陶浒生.KTW型矿用机车无线电通信系统在五华[4]刘晓文,苗曙光,杜存功,等.基于WSNs的井下应急话音通 信系统的研究[J].传感器与微系统.2010,(1):15~17 煤矿的应用[J].工矿自动化,2002,(1):24 [5 Lore Holtzhausen. The dawning of a new era for undergroun [2]史久根,韩江洪,毕翔,等.基于无线通信技术的总线型 communications [J. EngineerIT. October, 2007 矿井机车运输监控系统[J·合肥工业大学学报(自然科学[6]任荷.煤矿平巷运输监控系统研究[D]·湖北:华中科 版),2008,(2):163-166 技大学,2010 [3]陈湘源.煤矿无线通信系统的现状与发展[J].工矿自动 (責任编辑赵巧芝) 26

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