新型运输大巷车辆监控系统的研究与应用

李惠平

（煤炭工业太原设计研究院，山西省太原市，030001）

新型运输大巷车辆监控系统的研究与应用

李惠平

（煤炭工业太原设计研究院，山西省太原市，030001）

所研制的运输大巷车辆监控系统采用先进的RFID自动识别系统，可实时监测运输大巷中车辆的位置；由智能化的信号机执行指令，控制、驱动路口及关键路段红绿指示灯；而传感器、读卡器、信号机、分站之间的数据通信采用CAN现场总线技术。整个巷道的车辆行驶情况及巷道红绿灯状态通过工业环网与全矿自动化系统相连。介绍了该系统的组成、功能及主要技术指标等。

煤矿运输 运输大巷 车辆监控系统 RFID射频技术

近年来随着煤矿先进技术的发展，煤矿井下辅助运输机械化程度越来越高，辅助运输的装备水平正在朝着安全、可靠、高效的模式发展，因此煤矿井下车辆运输是否通畅便成了煤矿生产过程中的一个“突破点”。针对这一问题，研制开发的运输大巷车辆监控系统采用先进的RFID自动识别系统实时监测运输大巷中车辆的位置；由智能化的信号机执行指令，控制、驱动路口及关键路段红绿指示灯；而传感器、读卡器、信号机、分站之间的数据通信采用CAN现场总线技术。整个巷道的车辆行驶情况及巷道红绿灯状态通过工业环网与全矿自动化系统相连。

1 RFID技术概述

RFID射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，是采取无线电信号识别特定目标，并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触，所以是一种非接触式的自动识别技术。

将射频识别技术应用于煤矿管理系统，提高煤矿开采生产管理和作业安全的水平，这是射频识别技术在煤矿辅助运输领域应用的创新尝试。

2 系统的组成

监控系统设备包括车辆识别卡、读卡器、智能信号机、防爆PLC分站、监控PC机、CAN接口卡、通信电缆等。其组成框图如图1所示。各主要设备功能如下：

（1）车辆识别卡。识别卡采用有源射频卡，该卡由电瓶供电，可自定义编码。识别卡外形小，防潮防尘，耐冲击振动。每个车辆识别卡相当于每辆车的“身份证”。

图1 车辆监控系统组成

（2）读卡器。读卡器包含一个射频读卡器及一个CAN总线接口，由外部电源供电，其组成框图见图2。读卡器不断向外发送射频触发信号，使范围内的车辆识别卡收信后回其唯一的识别码。读卡器接收后判断是否有效，再将该信息发送到防爆PLC分站。

图2 读卡器及其接口结构图

（3）智能信号机。智能信号机包含CAN总线接口、控制CPU、红绿信号灯及故障自检电路。其组成框图见图3。智能信号机是系统通过对红绿灯的控制进而对车辆运行时间进行管理的中介。它接收来自控制中心，且由CAN总线传输的指令而工作。控制CPU定时对信号灯进行巡检，发现故障立即上报至控制中心，请求控制中心干预，从而驱动报警程序。与此同时检测CAN总线，如发现通信中断，立即控制红灯闪烁，表示系统故障。

图3 智能信号机结构图

（4）防爆PLC分站。通过CAN现场总线采集各读卡器发送的数据信息，确定巷道内全部车辆的实时行驶位置，经逻辑关系计算，通过总线控制信号机红绿灯，指挥车辆高效、畅通无阻地运行。

（5）监控PC。由工控机、大屏幕显示器、打印机、通信模块及软件构成。可以通过防爆PLC分站对信息采集，一方面在后台建立数据库，记录每辆车的运行轨迹，以及每个读卡器读到的信息；另一方面制作煤矿巷道的画面，实时显示车辆的具体信息以及车辆运行方向、运行位置，以及各红绿信号灯的信息。同时进行故障诊断，发现信号机或读卡器故障发出声光报警，提示及时处理。

（6）CAN总线。CAN总线部分主要由接口电路（包括信号机及读卡器内的CAN接口电路）、插在监控机内的CAN接口卡、双绞线通信介质和相应的通信软件组成。

3 系统功能

（1）实时监视功能。显示运输巷道图、巷道内的车辆分布情况、大巷内各车辆具体信息，以及区段内车辆行驶状况。

（2）查询功能。查询某车辆车型、车号等档案及最近运行轨迹的数据表格；还可查询最近经过某读卡器的车辆及经过时刻的数据表格。

（3）报警功能。本系统能显示全部报警或分类报警，所有报警均按时间顺序保存在硬盘上，每个报警项内容包括发生报警的时间、日期，报警位置和类型等。

（4）车辆自动控制功能。系统根据运输大巷内车辆的当前位置，通过信号机控制红绿指示灯，提示车辆有序地进入某一区段或停留在错车道等候，从而大大提高巷道的车辆通行能力。

（5）信号机人工干预功能。当巷道内出现某种非正常运行状态，系统可进入人工控制状态，调度员可进行人工干预。当调度员点击任意一个信号机图标，即可弹出是否确认切换此信号机状态的对话框。如确认，则此信号机的状态被人工切换。

（6）系统具有可靠性和实时性。CAN总线直接通信距离可达10km／5KBPS，可靠性高。系统各节点往上位机传送数据可不用轮询方式而直接采用即时传送方式，这使信号机的响应时间大大缩短，保证了系统具有良好的实时性。

（7）系统具有安全性。系统含有故障诊断系统，能随时反映系统内设备和传感器的工作状态，自动进行故障诊断并报警、处理或报警后由值班人员处理。系统的每个读卡器及智能信号机均具有自检功能，一旦出现故障将立即报告主机，启动报警程序。系统设有备份监控机，当系统主控机万一出现故障，备用机将立即启动，使系统继续正常运行。

4 主要技术指标

（1）读卡器。读卡器为矿用本安型，其防爆标志为ExdibI（150℃）。工作电压为24V，最大耗电电流100mA。本安端工作电流18mA，短路电流30mA。有效识别距离从2m到50m可调。极高的防冲突性，采用多种防冲突方案，可同时识别30个以上标识。RFID的移动时速可达60km以上。可实现有方向性和无方向性的识别。

（2）车辆识别卡。识别距离2～50m可调，接收灵敏度－90dBm，工作环境温度－40～60℃；工作电流小于5μA，ID号全球唯一，使用寿命3年以上。

（3）智能信号机。智能信号机为矿用本安型，其防爆标志为ExdibI（150℃）。工作电压为24V，最大耗电电流150mA。最大传输距离为20km。工作条件要求为：环境温度－40～60℃；相对湿度75%；环境压力80～106kPa。

（4）防爆PLC分站。防爆PLC分站适用于含煤尘和瓦斯等爆炸型气体的环境，防爆形式为矿用隔爆兼本质安全型，防爆标志为ExdibI（150℃）。使用环境温度－40～60℃，相对湿度小于等于96%，环境压力80～106kPa。

5 总结

该新型运输大巷车辆监测系统已应用于晋城蓝焰集团寺河煤矿，实践证明其性能稳定，可靠性强。将信息技术运行于煤矿等恶劣环境，势必会越来越广泛，该产品的广泛应用，将有助于煤矿井下运输的安全性和可靠性，产生明显的经济效益和社会效益。

［1］ 许苏，许东兵.浅谈射频识别技术在煤矿的应用和发展趋势［J］.中国煤炭，2008（2）

［2］ 游战清等.无线射频识别技术（RFID）理论与应用［M］.北京：电子工业出版社，2004

［3］ 史久根.CAN现场总线系统设计技术［M］.北京：国防工业出版社，2004

［4］ 饶运涛等.现场总线CAN原理与应用技术［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2003

［5］ 崔杰.射频识别技术在煤矿井下安全考勤系统中的应用［J］.山东煤炭科技，2004（2）

［6］ 王跃东等.CAN总线技术在煤矿监测系统中的应用研究［J］.煤炭工程，2006（5）

Research and application of new main haulage roadway vehicle monitoring system

Li Huiping
（Taiyuan Design Research Institute for Coal Industry，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

The vehicle monitoring system of mine haulage roadway uses advanced RFID automatic identification system to realize real－time vehicle position.The intelligent signal equipment has the functions of executing instructions，controls and drives and traffic lights.The digital communication between Sensors，card readers，signal machines and sub－stations is based on CAN bus.The situation of travelling vehicles and the state of traffic lights in the whole roadway are controlled by industry net control and coal mine automation system.The components，functions and main technical chrematistics of the system are introduced.

coal mine，main haulage roadway，vehicle monitoring system，RFID

TD676

B

李惠平（1964－），女，高级工程师、国家注册咨询工程师、注册机械工程师，在煤炭工业太原设计研究院长期从事煤矿机电设计和管理工作。

（责任编辑 张毅玲）