電機(jī)車無(wú)人駕駛系統(tǒng)解決方案

背景

目前國(guó)內(nèi)地下軌道運(yùn)輸系統(tǒng)均為崗位人員現(xiàn)場(chǎng)駕駛、操作。每臺(tái)電機(jī)車需配一名電機(jī)車司機(jī)和一名放礦工，通過(guò)相互配合才能完成對(duì)車、裝礦、行車、放礦過(guò)程。易造成裝礦效率低下及裝載異常等問(wèn)題，且存在很大的安全隱患。國(guó)外地下軌道運(yùn)輸系統(tǒng)最早起源于上世紀(jì)70年代，瑞典基律納地下鐵礦首先研發(fā)無(wú)線遙控電機(jī)車和無(wú)線通訊技術(shù)，并成功實(shí)現(xiàn)了地下電機(jī)車的無(wú)線遙控駕駛。北京速力科技有限公司為實(shí)現(xiàn)地下軌道運(yùn)輸系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行，通過(guò)3年的自主研發(fā)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，于2013年11月7日在首鋼礦業(yè)公司杏山鐵礦全面上線，至今穩(wěn)定運(yùn)行，成功取消了地下軌道運(yùn)輸系統(tǒng)的地下崗位人員，實(shí)現(xiàn)了地下軌道運(yùn)輸系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行并取得了如下成績(jī)：

實(shí)現(xiàn)地下軌道運(yùn)輸系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行；

2013年實(shí)現(xiàn)了杏山鐵礦-180m水平電機(jī)車地面遠(yuǎn)程遙控，獲得冶金礦山科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)；

2014年4月份申請(qǐng)并獲得專利；

2014年5月通過(guò)國(guó)家安監(jiān)總局驗(yàn)收，被國(guó)家安全監(jiān)管總局命名為第一批安全科技“四個(gè)一批”項(xiàng)目示范工程。

解決方案

北京速力科技有限公司研發(fā)的地下軌道運(yùn)輸系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行解決方案申請(qǐng)并獲得國(guó)家專利以及獲得國(guó)家相關(guān)部門的一致認(rèn)可，足以證明此系統(tǒng)成功結(jié)合了通訊系統(tǒng)、自動(dòng)化系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)。以最優(yōu)行駛路線及成本效益核算方法進(jìn)行車輛的運(yùn)行指揮，顯著提高了鐵路線路的利用率、容量、安全性。通過(guò)基于里程儀、定位矯正器、速度儀等實(shí)現(xiàn)機(jī)車的精確定位?；跓o(wú)線通信系統(tǒng)的列車控制系統(tǒng)（SLJC）和信集閉車輛指揮系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)地下軌道運(yùn)輸?shù)娜詣?dòng)運(yùn)行。該系統(tǒng)能夠與礦山原有運(yùn)輸系統(tǒng)集成一體化，具有擴(kuò)展性，滿足不同客戶的需求，適用于具有軌道運(yùn)輸?shù)牡叵碌V山。

系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)由派配礦單元（數(shù)字化配礦系統(tǒng)、派車系統(tǒng)）、機(jī)車單元（地下電機(jī)車運(yùn)輸系統(tǒng)、電機(jī)車自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)）、運(yùn)行單元（地下窄軌信集閉控制系統(tǒng)、操作臺(tái)系統(tǒng)、無(wú)線通訊系統(tǒng)）、裝礦單元（溜井遠(yuǎn)程裝礦系統(tǒng)、溜井遠(yuǎn)程裝礦視頻監(jiān)控系統(tǒng)）、卸礦單元（地下自動(dòng)卸載站系統(tǒng)和自動(dòng)清掃系統(tǒng)）等組成。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成圖

該系統(tǒng)通過(guò)使用成熟的工業(yè)控制硬件及軟件，在降低成本的同時(shí)提高系統(tǒng)的可靠性、安全性。根據(jù)客戶的需求可以實(shí)現(xiàn)地下軌道運(yùn)輸系統(tǒng)的全自動(dòng)運(yùn)行及司機(jī)輔助運(yùn)行。

派配礦單元

建立地下以主溜井為中心的最優(yōu)配礦方案，電機(jī)車從卸載站開(kāi)始，遵循輸出品位穩(wěn)定的原則，按照采區(qū)各溜井的儲(chǔ)礦量、地質(zhì)品位進(jìn)行數(shù)字化派車和配礦；按照最優(yōu)配礦方案直接安排生產(chǎn)計(jì)劃，確定各溜井的放礦順序與放礦量，確定電機(jī)車的運(yùn)行區(qū)間及運(yùn)行線路。

一級(jí)：采場(chǎng)配礦，即鏟運(yùn)機(jī)從采場(chǎng)出礦再翻卸到采場(chǎng)溜井的配礦過(guò)程。按照地質(zhì)模型，根據(jù)放礦橢球體理論，建立數(shù)學(xué)模型，計(jì)算每一鏟的參數(shù)，鏟運(yùn)機(jī)由目標(biāo)進(jìn)路向采場(chǎng)溜井卸礦，進(jìn)行綜合配礦。

二級(jí)：主溜井配礦，即電機(jī)車從各溜井裝礦再卸往主溜井的配礦過(guò)程。根據(jù)一級(jí)配礦的結(jié)果，依據(jù)產(chǎn)量參數(shù)、質(zhì)量參數(shù)、安全參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)、時(shí)間參數(shù)，按照數(shù)學(xué)模型直接安排生產(chǎn)計(jì)劃，確定各溜井的放礦順序與放礦量，保證入選礦石的均衡穩(wěn)定。

按照二級(jí)配礦計(jì)劃編制的生產(chǎn)計(jì)劃安排，“信集閉”控制系統(tǒng)指揮電機(jī)車的運(yùn)行區(qū)間和裝礦點(diǎn)位。地面遠(yuǎn)程遙控電機(jī)車按“信集閉”系統(tǒng)的行車路線和指令完成主運(yùn)輸水平的生產(chǎn)任務(wù)。

圖2   派配礦系統(tǒng)框架圖

機(jī)車單元

機(jī)車單元包括地下電機(jī)車運(yùn)輸系統(tǒng)、電機(jī)車自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)。在電機(jī)車上安裝自動(dòng)化工業(yè)控制系統(tǒng)，通過(guò)無(wú)線、有線網(wǎng)絡(luò)與主控室操作臺(tái)控制系統(tǒng)通訊，接受主控室操作臺(tái)的各種指令，并將電機(jī)車的運(yùn)行信息傳送給主控室操作臺(tái)。在電機(jī)車車頭安裝網(wǎng)絡(luò)攝像頭，經(jīng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與地面實(shí)現(xiàn)通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程路況視頻監(jiān)視。

圖3 機(jī)車單元畫(huà)面

圖4 電機(jī)車無(wú)線視頻圖

運(yùn)行單元

通過(guò)“信集閉”自動(dòng)控制系統(tǒng)、指揮車輛系統(tǒng)、精確位置檢測(cè)系統(tǒng)、無(wú)線通訊傳輸系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、地面操作臺(tái)系統(tǒng)的一體化集成，實(shí)現(xiàn)地面遠(yuǎn)程遙控地下電機(jī)車運(yùn)行。

地面遠(yuǎn)程遙控運(yùn)行：主控室電機(jī)車操作人員發(fā)出裝礦申請(qǐng)，調(diào)度根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)發(fā)出裝礦指令，“信集閉”收到指令后根據(jù)線路情況自動(dòng)變換紅綠燈，指揮電機(jī)車到指定溜井處進(jìn)行裝礦。電機(jī)車操作人員通過(guò)手柄遠(yuǎn)程控制電機(jī)車運(yùn)行到至指定位置，其中控制電機(jī)車運(yùn)行速度具有定速巡航功能，司機(jī)可以根據(jù)不同區(qū)間設(shè)定速度，減少司機(jī)工作量。到達(dá)目的溜井后電機(jī)車操作人員進(jìn)行遠(yuǎn)程放礦和對(duì)車，確保電機(jī)車裝礦量滿足工藝要求；裝礦完成后發(fā)出卸礦申請(qǐng)，信集閉系統(tǒng)收到申請(qǐng)后，自行判斷該線路情況，并指揮車輛到卸礦站進(jìn)行卸礦，完成一個(gè)裝卸礦循環(huán)。

全自動(dòng)運(yùn)行：根據(jù)數(shù)字化派配礦系統(tǒng)指令信息，信集閉系統(tǒng)自動(dòng)應(yīng)答、自動(dòng)指揮控制信號(hào)燈、轉(zhuǎn)轍機(jī)，形成從卸礦站到裝載點(diǎn)、裝載點(diǎn)到卸礦站的運(yùn)行路線。電機(jī)車根據(jù)派配礦、信集閉系統(tǒng)的綜合信息及指令實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行。在運(yùn)行過(guò)程中基于電機(jī)車精確定位系統(tǒng)、判斷出車輛的具體位置，根據(jù)車輛的具體位置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)升降弓，不同區(qū)間定速自動(dòng)行駛。

圖5   窄軌信集閉控制系統(tǒng)

圖6   操作工操控圖片

圖7   遠(yuǎn)程遙控自動(dòng)化主畫(huà)面

裝礦單元

通過(guò)視頻圖像，操控裝礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)地面遠(yuǎn)程裝礦。

圖8   操作臺(tái)選擇溜井放礦機(jī)畫(huà)面

圖9   裝礦單元

電機(jī)車到達(dá)裝礦溜井處，電機(jī)車操作人員通過(guò)上位畫(huà)面顯示，選擇確認(rèn)需要控制的溜井，將被控溜井與地面控制系統(tǒng)建立起連接關(guān)系，發(fā)出指令對(duì)所選溜井進(jìn)行控制。通過(guò)切換各個(gè)放礦機(jī)的視頻監(jiān)視畫(huà)面，統(tǒng)一協(xié)調(diào)操作振動(dòng)放礦機(jī)和電機(jī)車，完成遠(yuǎn)程裝礦過(guò)程。

卸礦單元

通過(guò)自動(dòng)卸載和自動(dòng)清掃系統(tǒng)，完成電機(jī)車自動(dòng)卸礦運(yùn)行。電機(jī)車進(jìn)入卸載站，自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)通過(guò)控制速度保證電機(jī)車勻速經(jīng)過(guò)卸載站的曲軌卸礦裝置，完成自動(dòng)卸礦流程。在卸礦過(guò)程中也同步實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)清掃工序環(huán)節(jié)。

圖10   卸礦站

圖11   卸礦單元畫(huà)面

實(shí)施功能及優(yōu)化提升

實(shí)施功能

地下電機(jī)車運(yùn)輸生產(chǎn)環(huán)節(jié)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人、地面遠(yuǎn)程遙控的新型生產(chǎn)作業(yè)方式。

地下電機(jī)車運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

①只需一人在地面遠(yuǎn)程遙控電機(jī)車并同時(shí)裝礦，提高裝礦速度；

②通過(guò)機(jī)車分區(qū)段定速運(yùn)行功能，實(shí)現(xiàn)電機(jī)車自動(dòng)運(yùn)行，按標(biāo)準(zhǔn)控制電機(jī)車運(yùn)行速度，提高電機(jī)車作業(yè)率；

③通過(guò)各分支系統(tǒng)的有效集成，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、可視化的新管理方式，提高電機(jī)車臺(tái)時(shí)效率。

系統(tǒng)優(yōu)化提升

北京速力科技有限公司地下軌道運(yùn)輸系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行解決方案，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)精確定位，目前定位誤差不大

于50cm，可實(shí)現(xiàn)“根據(jù)礦山規(guī)模，實(shí)現(xiàn)一人操作多臺(tái)電機(jī)車”。

應(yīng)用效果與經(jīng)濟(jì)效益

應(yīng)用效果

(1) 消除安全隱患，地下電機(jī)車運(yùn)行更加規(guī)范高效順?lè)€(wěn)；

(2) 提高運(yùn)輸、生產(chǎn)自動(dòng)化和信息化水平，促進(jìn)了管理進(jìn)步與變革；

(3) 改善崗位工作環(huán)境，提高了運(yùn)輸生產(chǎn)效率。

經(jīng)濟(jì)效益

(1) 通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)配礦，減少電機(jī)車臺(tái)數(shù)，降低投資成本；

(2) 減少人力資源成本；

(3) 提高運(yùn)輸效率效益；

(4) 確保礦石質(zhì)量穩(wěn)定；

(5) 降低人為操作所造成的經(jīng)濟(jì)損失；

(6) 減少電機(jī)車耗電，降低效益。