基于精確定位的井下運輸信集閉系統的研究

摘要：文章借鑒現有信集閉系統的研究成果，并參考煤礦實(shí)際運輸情況，提出并完成了基于精確定位的井下運輸信集閉系統的研究。精確定位系統通過(guò)測量機車(chē)任意時(shí)刻下的加速度值，進(jìn)而計算出電機車(chē)的運動(dòng)速度和位置，實(shí)現定位功能。信集閉系統以西門(mén)子PLC、AVR單片機為控制核心，充分利用了單片機和PLC的控制優(yōu)點(diǎn)，提高了系統的定位精度，實(shí)現了實(shí)時(shí)性和準確性控制。
關(guān)鍵詞：信集閉系統；PLC；單片機；以太網(wǎng)通信；機車(chē)精確定位

0 引言
電機車(chē)是煤礦井下重要的運輸設備之一，擔負著(zhù)煤炭、矸石、人員和物料的運輸任務(wù)，既對礦井生產(chǎn)效率影響較大，又存在著(zhù)較大的安全隱患。因此，對機車(chē)運輸的監控在煤礦生產(chǎn)綜合監控中占有重要地位。
本論文設計的基于精確定位的井下運輸信集閉系統，機車(chē)定位精度高、且能實(shí)現井下電機車(chē)運輸系統信號集中閉塞，并能夠通過(guò)數據傳輸通道進(jìn)行數據通訊，保證系統具有更高的可靠性。

1 系統總體方案設計
圖1為實(shí)際系統示意圖，有多條進(jìn)路，井下環(huán)境復雜。為實(shí)現對電機車(chē)運輸的自動(dòng)化調度，系統必須兼備控制與檢測兩種基本功能，控制功能指在收到調度員包含車(chē)號及機車(chē)行駛的起始終了地址指令后，通過(guò)判斷進(jìn)路是否可以開(kāi)放，自動(dòng)跟蹤進(jìn)路并自動(dòng)控制開(kāi)放信號機。檢測功能則需要分站將機車(chē)的精確位置、速度、信號機開(kāi)放顏色及道岔位置反饋給主站上位機。

本設計把系統分為三大部分：
(1)機車(chē)精確定位系統。監測電機車(chē)車(chē)號、位置，及時(shí)了解機車(chē)運行狀態(tài)；
(2)信集閉系統。PLC作為主控器，主要有檢測、控制和通訊功能；
(3)上位機監控系統。顯示行車(chē)位置，調度機車(chē)，控制行車(chē)區間。

2 機車(chē)精確定位系統
該系統采用基于捷聯(lián)慣性導航定位方法，取代了原有的軌道電路及傳感器系統，既能監測電機車(chē)車(chē)號、位置，又能及時(shí)了解機車(chē)運行狀態(tài)，對于煤礦安全生產(chǎn)和提高工作效率就顯得十分重要。
2．1 機車(chē)精確定位系統的結構
機車(chē)定位系統利用固連在電機車(chē)車(chē)載機上的加速度傳感器和陀螺儀，采用捷聯(lián)慣性導航算法，通過(guò)測量電機車(chē)任意時(shí)刻下的加速度值和角速度值，通過(guò)積分、微分、矩陣乘法等運算計算出物體姿態(tài)、速度和位移，進(jìn)而確定電機車(chē)的速度及位置，實(shí)現定位功能。與傳統的傳感器系統相比，可靠性好、靈敏度高，且裝載語(yǔ)音通信功能，能方便及時(shí)地與調度溝通。結構圖如圖2所示，系統主要由車(chē)載機、節點(diǎn)機、上位機三部分組成。

2．2 機車(chē)精確定位系統原理
節點(diǎn)機首先對單片機端口、各寄存器功能、語(yǔ)音芯片等可編程芯片進(jìn)行初始化。然后等待接收數據并判斷數據來(lái)源，執行相應的任務(wù)。節點(diǎn)機主程序如圖3所示。