斜巷绞车数据无线传输及控制系统研究

袁彩杰

(河南能源化工集团 永煤公司新桥煤矿， 河南 永城 476621)

斜巷绞车作为煤矿井下辅助运输系统的重要设备，主要运输对象为矿石、机械设备以及井下人员。在斜巷运行时，由于斜巷路况复杂，常有坡度较大的上坡、下坡以及拐弯，行车困难。为避免事故的发生，斜巷绞车在运行过程中都配备信号工与绞车司机通讯，绞车司机听信号开车，利用手动打点器和电铃控制绞车的具体动作。绞车司机无法及时掌握前方路况，极易发生绞车撞壁、翻车甚至伤人等重大安全事故。

随着计算机网络技术、智能控制技术的不断发展，在斜巷中加入视频监控系统，使得绞车司机能够准确掌握绞车运行环境，在一定程度上降低了安全事故的发生。由于斜巷距离较长、环境复杂，在布线、设备安装等方便面临诸多困难，而且电缆电线极易被绞车、机械设备压断，使得矿用电话、视频无法正常运行[1-2]. 针对上述问题，在斜巷原有通信系统的基础上，设计一种无线组网方案，将斜巷绞车车房、斜巷上口、斜巷分道口以及斜巷下口发出的控制命令、闭锁命令以无线方式进行传送，并将斜巷沿线的视频数据进行传输，使绞车司机实时掌握行车环境，确保在斜巷内不发生安全事故。

1 总体设计

斜巷绞车无线数据传输系统布网示意图见图1，根据斜巷实际工况，可将斜巷绞车系统分为绞车车房、斜巷上口、斜巷分道口以及斜巷下口4个单元，绞车车房距斜巷上口约70 m，斜巷上口距斜巷下口约1 550 m. 斜巷分道口约在斜巷上口和斜巷下口的中间位置。

在每一个单元中都独立设置以PLC控制器为核心的电气控制箱，将该单元的所有数据以TCP/IP的模式传送给网关。网关接收到数据后，以无线的形式进行发送。在绞车的前后位置，安装无线摄像仪，并将视频信号传输至绞车车房，实时监测绞车的运行环境[3-4]. 根据斜巷无线传输的信号衰落性、多径效应等特点，经过无线组网分析后，将无线基站、无线AP以及无线摄像仪安装在指定位置，保证无线数据传输的可靠性、连续性和稳定性。

斜巷各位置的无线基站、网关，安装在斜巷指定位置的无线AP以及无线摄像仪组成一个无线局域网，实现斜巷绞车数据、控制信号的无线传送和共享。

图1 斜巷绞车提升无线布网示意图

2 无线传输设备选型

在所设计的斜巷绞车无线数据传输系统中，使用的无线设备主要有无线基站、无线AP、无线摄像仪。选用KT09-A型矿用CDMA通信模式的无线基站[5]，可实现井下各移动点或临时固定点数据监测和图像传输，可提供语音、短消息、分组无线上网、视频等服务，该基站基于IP架构，可实现与有线网络的无缝连接。该无线基站系统容量大，单载频单扇区即可支持50名以上用户同时通话，支持10路无线视频传输，提供多样的无线覆盖方式，满足斜巷复杂巷道的覆盖需求，实现全斜巷无线信号的无缝覆盖。KT09-A型矿用无线基站的主要技术参数见表1.

表1 KT09-A型矿用无线基站的主要技术参数表

3 控制系统

斜巷绞车车房中设置有绞车控制系统，控制操作台见图2. 该操作台中的斜巷内各无线视频监控点的视频信息、绞车行进过程中的前方/后方视频信息都以无线通信的方式传送至绞车车房，如点击图2中的“斜巷上口画面”、“斜巷下口画面”等按钮可进行视频画面的切换。另外，斜巷上口/下口以及分道口的控制指令、联锁信号、数据信息都以无线通信的方式传送给绞车车房，并显示在操作台主画面中。除有电源电压、运行速度、运行频率、电机电流、温度指示、深度指示灯系统监测参数外，还有控制指令，如“急停”、“复位”、“合闸”、“分闸”、“启动”、“停止”等。当绞车司机控制绞车时，必须保证操作台与斜巷上口、斜巷分道口以及斜巷下口的联锁信号打开，同时必须观察斜巷上口、斜巷下口、斜巷分道口视频监控画面，保证运行环境的安全。绞车司机确认上述信息后，可进行绞车下放、提升的操作。当斜巷绞车出现紧急情况时，可按下急停，切断变频器和油泵电源，实现紧急制动。当变频器出现故障后，可按下复位，对油泵电机进行软启动。

图2 斜巷绞车控制系统操作台示意图

4 应用情况

该设计方案在新桥煤矿19采区斜巷段进行了为期6个月的工业试验，该斜巷段全长907 m，坡度5°～12.3°，以无线控制模式，基于斜巷绞车操作台，对斜巷内绞车进行控制。实际使用情况：

1) 操作台中的电源电压、运行速度、运行频率等可以正常、稳定显示。

2) 操作台中的控制按钮指令，如急停、复位、启动等可以正确发送，时延小于200 ms.

3) 斜巷上口/下口等画面有些许雪花，原因为照明条件较差。

5 结 语

斜巷是煤矿井下的事故多发区，完善斜巷安全监控系统，对增强煤矿安全性、提高煤矿生产效率具有重要的意义。设计的斜巷绞车无线传输以及控制系统，保证了斜巷各重要位置点控制指令、数据信息传输的可靠性，实现斜巷无死角监控，从根本上杜绝斜巷安全隐患，避免伤亡事故发生，具有重要的社会效益和经济效益。