矿井斜坡道无轨胶轮车运输交通信号监控系统及全自动调度

1、矿井斜坡道无轨胶轮车运输交通信号监控系统及全自动调度安徽鼎信集团地址：合肥市潜山路287号合轻大厦电话13866723318真邮：Dingxin网址：鼎信科技集团矿山信息化平台(井下斜坡道，斜坡道交通，斜坡道交通信号，井下人员定位，井下车辆管理)公司简介井下斜坡道交通指挥调度系统井下人员考勤管理系统井下人员定位管理系统井下数字网络视频监控系统安徽鼎信科技集团简介公司概况成立于1994年3月，注册资本500万元人民币，集团公司资本2亿主营业务产学研一体化公司长期与中国科技大学、解放军电子工程学院、中国矿大等合作研发

2、系列行业和民用产品。产品特点鼎信科技集团井下斜坡道交通信号系统特点一、国家级重点创新项目：2006年获国家科技部创新项目立项和基金扶持，并获得省级专项基金支持，2007年获得安徽省新产品证书。已通过了科技部和省经济信息化委员会专家组织鉴定和验收。二、高稳定性：系统的稳定性至关重要，井下交通信号用来对井下交通进行自动管理，保证系统稳定性是系统最重要的环节。实践检验系统的稳定性。鼎信井下斜坡道系统在全亚洲具代表性的金属矿山-铜陵冬瓜山矿成功应用了4年以上，并根据客户需要不断进行扩展至三期工程。系统目前已成为该矿井下交通管理十分重要的技术手段，极大提高了运输效率，降低井下交通安全事故隐患。目前一直应

3、用稳定，客户认可度高。三、技术先进、理念领先：2003年在业界率先提出解决方案，并成立专业团队进行调研、研发和设计工作，采用先进的无线技术、单片机技术、网络技术，运用先进的理念，紧密结合矿山井下生产需要，开发出该系统。经过多年应用和革新，始终保持系统稳定性、技术先进性。四、平台化设计：系统平台化、功能模块化，易扩展。系统采用全局平台设计，分步分项功能模块实施思想。系统可分步实现井下交通智能管理、车辆和井下人员考勤管理、车辆和井下人员定位系统概述井下斜坡道汽车及机车运行指挥调度系统主要由车辆检测、信号控制、信息管理、系统通信四大单元构成，如下图3.1.1所示：图3.1.1井下斜坡道汽车及机车运行

4、指挥调度系统结构图车辆检测单元：主要是利用RFID射频识别技术，对车辆进行自动识别；信号控制单元：主要是利用微处理控制技术，对交通信号灯进行自动控制；信息管理单元：主要是利用计算机管理技术，对车辆运行状态进行实时监控，并将相关数据进行自动显示和统计；系统通信单元：主要是利用CAN总线通信技术，以支持各监控分站之间以及分站与上位机之间进行通信。系统原理系统为每个车辆配置具有唯一代码的标识卡，在斜坡道的每个出入口设置读卡器节点(包括车辆识别和信号控制)。车辆标识卡利用自身能量以一定时序主动将车辆识别码信息发射出去；车辆在经过出入口的读卡器时，读卡器将接收到车辆标识卡发射的载波信号，经处理后，一方面

5、传送到其它读卡器节点，进行交通信号灯逻辑联动切换控制；另一方面传送到上位机，进行数据处理和状态显示。井下斜坡道汽车及机车运行指挥调度系统原理如下图3.1.2所示：图3.1.2井下斜坡道汽车及机车运行指挥调度系统原理示意图技术路线1、多技术融合应用系统将RFID射频识别技术、微处理控制技术、CAN总线通信技术以及计算机管理技术等进行融合在系统中，以实现各自的相应功能和系统整体功能。2、"集散式"控制所谓"集散式"控制是指"集中管理、分散控制"。分散控制：即斜坡道内每个检测分站(包括车辆识别和信号控制)，直接形成控制回路，实现对交通信号的

6、分散式控制；集中管理：即在井下或地面控制室设置上位机，通过管理软件对车辆的有关运行信息进行集中管理和显示。分散式控制的技术特点为：当某一分站出现故障，不影响其它分站，体现了系统的安全性。3、实时动态控制策略地面上交通信号控制系统一般采用的是被动式的控制策略，它是按照事先设定的时间间隔来切换信号灯，而不管此时是否有车以及车辆的多少。本系统是一种实时动态的控制策略，它是根据巷道内是否有车来切换信号灯，不仅提高了车辆运行效率，而且保证了车辆运行安全。车辆检测单元车辆检测单元主要采用RFID(Radio Frequency Identification缩写)无线射频识别技术，解决了斜坡道内车辆和人员混

7、行的识别问题，可实现对井下斜坡道内无轨车辆运行等的相关信息进行采集、识别、传输等功能。车辆检测单元主要由车辆标识卡、读卡器两部分组成。射频天线内置在车辆标识卡和读卡器内。车辆检测单元的总体技术要求：1、识别对象为高速移动物体：系统应能够实现对远距离、高速移动物体的识别；2、识别对象的工作环境恶劣：系统设计和工艺采用"三防"处理；3、交通道口的短距离特点，系统设计要解决多标签冲突、读写器冲撞的技术问题，以降低误读率和漏读率，提高系统识别的准确性。标识卡射频识别系统中的电子标签在本系统中被称为"车辆标识卡"。，车辆标识卡作为待识别车辆的唯一电子标记,&quo

8、t;一车一卡"。车辆标识卡在本系统中的功能是向读卡器发送车辆标识信息。车辆标识卡的特点：a.能量模式：有源卡，并提供电池供电和外部直流供电两种方式。正常情况下使用外部直流供电，外部无法供电时由电池供电，同时设置电池充电电路。b.时序方式：TRF(主动式)，即车辆标识卡利用自身的射频能量主动地发送数据给读卡器，数据传输速度1000Kbps。c.工作频率：微波(WF)2.4GHz，系统识别距离较长。d.功率可调e.工作流程：系统上电复位后，微处理器对收发芯片进行初始化，完成收发芯片工作参数配置，之后系统进入稳定工作状态，以固定的时间间隔发送自身ID信息至标识卡天线覆盖范围之内，待读卡器检

9、测。读卡器射频识别系统中的读写器在本系统中被称为"读卡器"，是读取车辆标识卡内存标识信息的电子装置。读卡器在本系统中的功能是接收车辆标识卡发射的射频标识信号，达到对车辆自动识别的目的，同时控制单元根据车辆运行信息，进行交通信号灯的逻辑切换控制。射频读卡模块中的收发芯片在系统上电复位，并经过初始化之后，将处于数据信息接收状态；微控制器控制收发芯片以一定时间间隔扫描数据接收端口，直至读到车辆标识卡ID信息；控制器对所接收到的车辆信息进行分析判断，触发交通信号灯动作，并通过CAN总线将车辆运行信息送传至其它读卡器节点实现巷段内逻辑联动控制并把车辆运行信息传送至控制终端显示给用户，

10、并对异常信息给予报警提示，同时数据存储在用户数据库中，备用户日后查用。信号指示灯信号指示灯是本系统对车辆进行指挥的执行机构，受控制器的指令进行信号灯切换工作。信号指示灯由采用高亮度发光二极管制作，以"红"、"绿"、"红灯闪烁"三种标识组成，分别表示"停止"、"通行"、"车辆违章进入保护路段"。信号系统的控制逻辑1、控制逻辑车辆进入判断首先需判断巷段2内是否有车：如前方道口信号灯为红色，表示巷段内有车，需巷段外等待；如前方道口信号灯为绿色，表示巷段内无车，可继续行驶。车辆进入巷

11、段2当车辆进入巷段2，被入口处的读卡器所检测，此时巷段两端的信号灯切换为红色，封锁本巷段，其它车辆不得进入。如下图所示：车辆驶出巷段2当车辆驶离巷段2，被出口处的读卡器所检测，此时巷段两端的信号灯切换为绿色，巷段2恢复通行。如下图所示：由平巷进入巷段2的车辆，同样可通过设置在斜坡道入口处的信号灯，来判断是否可以进入该巷段。如车辆继续向上行驶，其信号控制逻辑同上所述。2、说明：以上是按单车行驶，多车辆行驶时需等待巷段恢复通行，方可进入巷段。信息管理单元信息管理单元是对读卡器通过通讯网络传输到控制室上位机的有关车辆的信息，进行远程数据处理和状态显示，为车辆监测和安全运输调度提供依据。信息管理的组成

12、信息管理单元主要包括：工控机、传输电缆、CAN通讯接口卡、管理软件等。信息管理的功能信息管理的主要功能为：显示：可在上位机终端实时显示井下车辆在钭坡道内的运行状态(也可以通过模拟显示屏进行车辆运行动态模拟显示)；统计：可统计当班巷道内通行的车辆车型、车号及其相关数据；查询车辆运行的有关信息；打印有关报表和统计资料等；报警：系统对车辆故障停滞于巷道内等异常情况，以声、光两种模式给予报警提示；系统通讯单元如何将现场采集的车辆检测信号传送给上位机也是系统的关键技术之一。由于斜坡道的距离较长(有的斜坡道长度在10KM以上)，如采用485、Profibus等总线则满足不了通信距离要求；如采用光纤通讯则系

13、统成本太高。CAN(Controller Area Network)总线，又称控制器局域网，是Bosch公司在现代汽车技术领域中领先推出的一种多主机局域网。CAN总线因其卓越的性能、极高的可靠性、独特的灵活设计以及低廉的价格，特别适合于井下高干扰环境的使用。CAN总线技术特点1、采用多主方式工作。网络上任一节点均可以在任何时刻主动向网络上其它节点发送信息,同时还可接收总线上的信息，通讯方式灵活,且不分主从，使系统具有很大的灵活性；2、采用非破坏性仲裁技术。CAN网络上的节点可分成不同的优先级,以满足不同的实时要求。当两个节点同时向总线发送信息时,优先级低的节点主动退出发送,而最高优先级的节点可

14、不受影响地继续传输数据,大大节省总线冲突仲裁时间,增强了网络的实时性；3、采用的是短帧结构。每一帧的有效字节数为8个(CAN技术规范2.0A)，数据传输时间短，受干扰概率低。每帧数据都有CRC检验和其它检错措施，保证了数据传输的高可靠性；4、CAN节点具有自动离线功能，当CAN总线上某节点出现事严重的错误情况，该节点将自动离线，其它节点不受影响。5、CAN的直接通信距离最大可达10km(对应速率5kbps以下)，通信速率最高可达1Mbps(对应传输距离40 m)。6、智能节点。智能节点由微处理器和可编程的CAN控制芯片所组成。它通过编程可设置工作方式、ID地址、波特率等参数。CAN总线单元组成

15、1、系统通讯单元的组成系统通讯的硬件主要是由CAN总线控制器、TJA1050总线收发器、CN137光电耦合器所构成。在本方案设计中，是将上述硬件与读卡器的硬件设计在一块电路板上(参见图3.2.1-3读卡器组成)。CAN总线控制器：集成在LPC2119微处理器中，其主要功能是完成CAN的通信协议。TJA1050收发器：专门用于CAN总线收发驱动的芯片，是SJA1000协议控制器和物理总线之间的接口。它为SJA1000协议控制器提供差动接收性能；为总线提供差动发送性能。CN137光电耦合器：主要功能是实现CAN控制器和驱动器之间的电气隔离，以保护控制系统的电路，提高系统的抗干扰能力。2、系统通讯单

16、元的技术特点将CAN总线控制器集成在LPC2119微处理器中，并和TJA1050构造CAN通信模块的结构设计，它能改进电磁辐射(EME)性能和抗电磁干扰(EMI)性能，提高系统的可靠性。系统故障处理系统故障处理主要包括巷道异常处理、以及通信故障处理等。1巷道异常处理巷道异常情况包括车辆因故障长期停滞巷段以及车辆违章驾驶闯红灯导致多车进入同一巷段两种情况：(1)车辆故障报警的技术处理为：事先对车辆经过每个巷段的平均时间间隔进行测试，并在控制器的控制程序中加以设定。当进入某一巷段的车辆在设定的时间间隔内，未通过巷段出口被读卡器天线所检测，则被认为车辆在巷段内出现故障。当车辆出现故障停滞于巷段内时，

17、系统将以声、光报警，并提示出现故障的具体巷段。(2)车辆违章驾驶信息将被系统记入数据库中，并提示管理人员作出相应处理。2网络故障处理系统中上位机定时对CAN总线网络进行检测，如发现某个读卡器节点通信故障，上位机给予故障信息提示以便值班人员及时通知系统维护人员采取应急维护措施。系统主要功能矿井斜坡道交通信号监控系统，具有以下主要功能：控制功能对各巷段交通道口的信号灯标识，进行自动切换控制。诊断功能对系统的设备故障具有自动诊断功能。当出现故障后，计算机终端可发出声响提示，并显示故障性质、种类和地点等。报警功能对车辆闯红灯、两端车辆同时进入巷道、车辆故障停滞于巷道等异常情况，计算机终端将以声、光两种

18、模式给予提示。显示功能可在计算机终端或LED显示设备上，以汉字、模拟图、表格等形式，实时地跟踪、显示井下车辆在斜坡道内的运行状态等相关信息。管理功能可对井下斜坡道内车辆的有关信息(如车的类型、车号、班次、时间、地点、次数等)，进行自动统计、分析、查询、打印等；系统主要特点矿井斜坡道交通信号监控系统的主要特点如下：可靠性系统采用先进、成熟的射频识别、控制技术和计算机技术，避免了检测信号的误报和漏报；设备选型考虑到井下工况环境的特殊要求；系统设计具有设备故障自动诊断功能，保证了系统的可靠性。安全性系统采用分散式控制方式，当某一控制分站出现故障时，不影响其它巷道交通信号控制系统的正常运行。无线收发芯片内置了CRC纠检错硬件电路和协议，解决了纠检错这个无线通信设计的难点。CAN通信采用短帧结构，数据传输时间短，受干扰概率低，每帧数据都有CRC检验和其它检错措施，保证了数据传输的安全性。实用性数据采集方便，图像显示直观；系统结构清晰，设备配置结构化；人机界面友好，操作和维护十分简便。集成性该系统不仅可作为一个独立的单元系