井下鐵路道岔智能控制裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種礦山井下鐵路道岔智能控制裝置及方法。礦山井下道岔智能控制裝置包括：主控制器單片機(jī)、CAN轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊、轉(zhuǎn)轍機(jī)、信號機(jī)、讀卡器分站、RFID電子標(biāo)簽、天線，RFID電子標(biāo)簽安放在機(jī)車車頭；其控制方法是安裝RFID電子標(biāo)簽的機(jī)車駛?cè)肭胺降啦砬?，進(jìn)入安裝在道岔前方一定距離感應(yīng)器的感應(yīng)范圍后，感應(yīng)器自動(dòng)識別RFID電子標(biāo)簽中的機(jī)車信息，按照預(yù)設(shè)路線和控制方式，通過智能主控制器，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)，搬動(dòng)道岔，并向司機(jī)提供信號指示。本發(fā)明裝置提高了礦山井下礦生產(chǎn)的安全性和自動(dòng)化水平。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的同時(shí)兼容調(diào)度員遠(yuǎn)程控制的功能，并對遠(yuǎn)程控制進(jìn)行記錄，自動(dòng)修改原有規(guī)劃路徑；安全可靠、使用簡便，正常運(yùn)行時(shí)無需司機(jī)或者調(diào)度員的參與。
【專利說明】井下鐵路道岔智能控制裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于智能控制領(lǐng)域，特別涉及一種礦山井下鐵路道岔智能控制裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的礦山井下道岔控制裝置是機(jī)車司機(jī)根據(jù)實(shí)際任務(wù)需求，通過手中的遙控器控制道岔搬動(dòng)的方向，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，響應(yīng)快速，但同時(shí)也存在以下幾點(diǎn)缺點(diǎn)和安全隱患:1、機(jī)車司機(jī)必須清楚井下所有巷道分布，由于井下光線昏暗，往往出現(xiàn)機(jī)車進(jìn)入錯(cuò)誤路線的情況；2、司機(jī)需要一邊駕駛機(jī)車，一邊觀察巷道情況操作遙控器，往往會(huì)出現(xiàn)對道岔搬動(dòng)的誤操作；3、機(jī)車司機(jī)工作繁重，有時(shí)會(huì)因?yàn)樽⒁饬Σ患?，沒注意前方道岔情況，導(dǎo)致意外發(fā)生；4、由于每輛機(jī)車司機(jī)均通過遙控器遙控前方道岔，會(huì)出現(xiàn)要駛?cè)胪粎^(qū)段的兩輛機(jī)車爭奪同一道岔控制權(quán)的情況，遙控信號相互干擾，容易造成車輛掉道等嚴(yán)重事故。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決以上道岔控制結(jié)構(gòu)之不足，本發(fā)明的目的提出一種礦山井下鐵路道岔智能控制裝置及控制方法，利用該裝置和方法，達(dá)到道岔控制使用方便、安全可靠的目的。
[0004]本發(fā)明的控制方法是這樣設(shè)計(jì)的:安裝RFID電子標(biāo)簽的機(jī)車駛?cè)肭胺降啦砬埃M(jìn)入安裝在道岔前方一定距離感應(yīng)器的感應(yīng)范圍后，感應(yīng)器自動(dòng)識別RFID電子標(biāo)簽中的機(jī)車信息，按照預(yù)設(shè)路線和控制方式，通過智能主控制器，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)，搬動(dòng)道岔，并向司機(jī)提供信號指示。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:礦山井下道岔智能控制裝置包括:主控制器單片機(jī)、CAN轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊、轉(zhuǎn)轍機(jī)、信號機(jī)、讀卡器分站、RFID電子標(biāo)簽、天線，RFID電子標(biāo)簽安放在機(jī)車車頭；讀卡器分站定時(shí)掃描一定范圍內(nèi)是否有RFID電子標(biāo)簽，讀取RFID電子標(biāo)簽信息，再通過RS485通訊總線將機(jī)車信息傳送到主控制單片機(jī)，同時(shí)控制語音模塊和二極管提示司機(jī)已經(jīng)接近道岔而且機(jī)車已經(jīng)被識別；主控制器單片機(jī)根據(jù)得到的信息查詢路徑庫通過電平控制轉(zhuǎn)轍機(jī)正確動(dòng)作；司機(jī)根據(jù)信號機(jī)的提示判斷是否可以通過。當(dāng)與目標(biāo)方向不同時(shí)，司機(jī)需要向調(diào)度員申請修改方向；主控制器單片機(jī)會(huì)記錄調(diào)度員遠(yuǎn)程控制操作，用于計(jì)算下一次動(dòng)作選擇，并且向上位機(jī)發(fā)送信息，便于統(tǒng)計(jì)管理。
[0006]本發(fā)明裝置的信號傳遞過程如下:
[0007]RFID電子標(biāo)簽以十六進(jìn)制碼的方式發(fā)出機(jī)車信息，碼流無線傳輸?shù)阶x卡器分站，由讀卡器分站通過RS485通訊總線串口傳輸?shù)街骺刂破鲉纹瑱C(jī)，主控制器單片機(jī)解析、查詢路徑庫并執(zhí)行命令，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)道岔的自動(dòng)化智能控制。主控制器單片機(jī)同時(shí)將所有的信息上傳給上位機(jī)用于監(jiān)視、管理。
[0008]利用本發(fā)明井下道岔智能控制裝置道岔自動(dòng)化智能控制過程如下:
[0009]步驟1:讀卡器分站將通過RFID電子標(biāo)簽掃描到的機(jī)車信息傳送給主控制器；
[0010]步驟2:主控制器單片機(jī)利用數(shù)據(jù)協(xié)議進(jìn)行檢驗(yàn)，滿足協(xié)議，則對機(jī)車信息解碼，執(zhí)行步驟3，否則執(zhí)行步驟I ;
[0011]步驟3:對解碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，如果是機(jī)車進(jìn)入道岔信號，則根據(jù)機(jī)車編號和路徑庫查詢行車方向，執(zhí)行步驟4 ;如果是機(jī)車離開道岔信號，則執(zhí)行步驟7 ；
[0012]步驟4:獲取道岔當(dāng)前狀態(tài)，比較當(dāng)前狀態(tài)和需要的方向，假如一致則不需要?jiǎng)幼?，否則給轉(zhuǎn)轍機(jī)發(fā)送動(dòng)作指令；
[0013]步驟5:轉(zhuǎn)轍機(jī)檢測有無遙控信號，假如有遙控信號則按照遙控信號執(zhí)行動(dòng)作，否則按照主控制器單片機(jī)發(fā)送的指令動(dòng)作；
[0014]步驟6:主控制器單片機(jī)檢測道岔狀態(tài)，假如與規(guī)劃方向一致則計(jì)數(shù)器清0，否則使計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到某一設(shè)定值時(shí)，修改路徑信息；
[0015]步驟7:向上位機(jī)發(fā)送機(jī)車安全通過道岔消息，便于記錄和管理。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明裝置提高了礦山井下礦生產(chǎn)的安全性和自動(dòng)化水平。它功能強(qiáng)大，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的同時(shí)兼容調(diào)度員遠(yuǎn)程控制的功能，并對遠(yuǎn)程控制進(jìn)行記錄，自動(dòng)修改原有規(guī)劃路徑；安裝簡單，只需要在道岔前方和后方合適的距離(一般30米)安放讀卡器，道岔處安放主控制器，車頭上放置RFID電子標(biāo)簽；安全可靠、使用簡便，正常運(yùn)行時(shí)無需司機(jī)或者調(diào)度員的參與。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明井下道岔智能控制裝置系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖2為本發(fā)明‘一入二出’型軌道裝置安裝分布圖；
[0019]圖3為本發(fā)明‘二入一出’型軌道裝置安裝分布圖；
[0020]圖4為檢測到機(jī)車并自動(dòng)控制道岔的流程圖；
[0021]圖5為讀卡器分站與主控制器單片機(jī)通信協(xié)議框架；
[0022]圖6為主控制器單片機(jī)1電平控制協(xié)議表。
[0023]圖中，1、監(jiān)控調(diào)度室上位機(jī)；2、以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)；3、CAN總線轉(zhuǎn)換器；4、CAN通信網(wǎng)絡(luò)；
5、主控制器單片機(jī)；6、轉(zhuǎn)轍機(jī)；7、信號機(jī)；8、讀卡器分站I;9、讀卡器分站2 ;10、讀卡器分站3 ;11、天線;12、RFID電子標(biāo)簽。

【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0025]本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，圖1為本發(fā)明裝置系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖，包括監(jiān)控調(diào)度室上位機(jī)1、以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)2、CAN總線轉(zhuǎn)換器3、CAN通信網(wǎng)絡(luò)4、主控制器單片機(jī)5、轉(zhuǎn)轍機(jī)
6、信號機(jī)7、讀卡器分站8、讀卡器分站9、讀卡器分站10、天線IURFID電子標(biāo)簽12。
[0026]其中，監(jiān)控調(diào)度室上位機(jī)I為普通的PC計(jì)算機(jī)，通過以太網(wǎng)2與CAN總線轉(zhuǎn)換器3連接。CAN總線轉(zhuǎn)換器3是一款以太網(wǎng)轉(zhuǎn)CAN總線網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)換器，包括一路以太網(wǎng)，兩路CAN總線，由12V直流電供電。主控制器單片機(jī)5通過CAN總線網(wǎng)絡(luò)與CAN總線轉(zhuǎn)換器3相連，主要功能是解析數(shù)據(jù)和下達(dá)指令。讀卡器分站8 (9、10)通過RS485通訊總線與主控制器單片機(jī)5通信，主要功能是控制提示語音及二極管和掃描RFID電子標(biāo)簽12信息，即機(jī)車信息。大功率天線11通過饋線與讀卡器連接，可以顯著地增加RFID電子標(biāo)簽12識別范圍。RFID電子標(biāo)簽12使用無源抗金屬標(biāo)簽，維護(hù)簡單，可以很好地適應(yīng)各種礦山井下環(huán)境。轉(zhuǎn)轍機(jī)6通過1 口的電平與主控制器單片機(jī)5傳遞信息，是搬動(dòng)道岔的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。信號機(jī)7直接通過電纜線與轉(zhuǎn)轍機(jī)6連接，通過轉(zhuǎn)轍機(jī)6內(nèi)的自動(dòng)開關(guān)來控制信號燈指示。
[0027]圖2和圖3是兩種類型道岔設(shè)備安裝分布圖，圖2是一入二出的道岔類型，圖3是二入一出的道岔類型。該系統(tǒng)設(shè)備裝置對安裝的位置有一定的要求。對于一入二出型道岔，主控制單片機(jī)5和轉(zhuǎn)轍機(jī)6正常安裝在道岔處。信號機(jī)7安裝在離道岔8米的位置，給司機(jī)保留足夠的觀察和動(dòng)作時(shí)間。入口讀卡器分站8與道岔的距離與機(jī)車速度和轉(zhuǎn)轍機(jī)6動(dòng)作時(shí)間有關(guān)，轉(zhuǎn)轍機(jī)6能在4秒內(nèi)完成動(dòng)作，機(jī)車速度在接近道岔時(shí)一般不超過5米每秒，所以入口讀卡器分站8與道岔的距離一般控制在30米，也可以根據(jù)情況相應(yīng)調(diào)整。對于二入一出型道岔，主控制單片機(jī)5和轉(zhuǎn)轍機(jī)6正常安裝在道岔處。信號機(jī)7安裝在離道岔10米的位置，給司機(jī)保留足夠的觀察和動(dòng)作時(shí)間。入口讀卡器分站9和入口讀卡器分站10的安裝位置與機(jī)車速度和轉(zhuǎn)轍機(jī)6動(dòng)作時(shí)間有關(guān)，轉(zhuǎn)轍機(jī)6能在4秒內(nèi)完成動(dòng)作，機(jī)車速度在接近道岔時(shí)一般不超過5米每秒，所以入口讀卡器分站9和入口讀卡器分站10與道岔的距離一般控制在30米，也可以根據(jù)情況相應(yīng)調(diào)整。出口讀卡器分站8的安裝位置與車身長度有關(guān)，應(yīng)該確保被檢測到時(shí)機(jī)車已經(jīng)通過道岔。
[0028]圖4為檢測到機(jī)車并自動(dòng)控制道岔的流程圖，讀卡器分站掃描到代表機(jī)車信息的電子標(biāo)簽，將機(jī)車號和分站編號按照如圖所示的協(xié)議發(fā)送給主控制器單片機(jī)，并且發(fā)送一個(gè)10毫秒的脈沖激發(fā)語音模塊發(fā)出提示音。主控制器單片機(jī)收到來自分站的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼(也可以接收上位機(jī)的控制指令進(jìn)行相關(guān)操作)，然后查詢對應(yīng)的方向碼，同時(shí)從轉(zhuǎn)轍機(jī)獲取道岔當(dāng)前狀態(tài)，判斷是否需要?jiǎng)幼鳌＜偃缧枰獎(jiǎng)幼?，給轉(zhuǎn)轍機(jī)發(fā)送動(dòng)作指令。信號機(jī)的信號燈狀態(tài)隨道岔的狀態(tài)實(shí)時(shí)變化。假如轉(zhuǎn)轍機(jī)按照規(guī)劃路徑動(dòng)作，主控制器單片機(jī)中的計(jì)數(shù)器清零；假如機(jī)車未按照規(guī)劃路徑通過道岔，則主控制器單片機(jī)中的計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到某一設(shè)定值，則認(rèn)為該機(jī)車的規(guī)劃路徑已經(jīng)改變，修改數(shù)據(jù)庫中的方向碼信息。
[0029]讀卡器分站與主控制器單片機(jī)通信的協(xié)議如圖5所示，該協(xié)議包括5個(gè)字段，分別是字頭、數(shù)據(jù)長度、讀卡器分站編號、機(jī)車號、CRC校驗(yàn)。各字段的定義如下:
[0030]字頭:起始字段，為Oxaa ；
[0031]讀卡器分站編號:如圖2所示的A路段上的讀卡器分站定義為0x01，B路段上的讀卡器分站定義為0x02, C路段上的讀卡器分站定義為0x03 ；
[0032]機(jī)車號:代表機(jī)車編號，取電子標(biāo)簽ID的后兩個(gè)字節(jié)。例如掃描到電子標(biāo)簽的ID為 3005FB63AC1F3681EC880468，則機(jī)車號為 0x0468 ；
[0033]CRC校驗(yàn):從數(shù)據(jù)長度到機(jī)車號的最后一個(gè)字節(jié)的CRC校驗(yàn)碼。
[0034]主控制器單片機(jī)通過1電平控制轉(zhuǎn)轍機(jī)，包括4個(gè)輸出，2個(gè)輸入，協(xié)議如圖6所
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【權(quán)利要求】
1.一種礦山井下鐵路道岔智能控制裝置，其特征在于:該裝置包括:主控制器單片機(jī)、CAN轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊、轉(zhuǎn)轍機(jī)、信號機(jī)、讀卡器分站、RFID電子標(biāo)簽、天線，RFID電子標(biāo)簽安放在機(jī)車車頭；讀卡器分站定時(shí)掃描一定范圍內(nèi)是否有RFID電子標(biāo)簽，讀取RFID電子標(biāo)簽信息，再通過RS485通訊總線將機(jī)車信息傳送到主控制單片機(jī)，同時(shí)控制語音模塊和二極管提示司機(jī)已經(jīng)接近道岔而且機(jī)車已經(jīng)被識別；主控制器單片機(jī)根據(jù)得到的信息查詢路徑庫通過電平控制轉(zhuǎn)轍機(jī)正確動(dòng)作；司機(jī)根據(jù)信號機(jī)的提示判斷是否可以通過，當(dāng)與目標(biāo)方向不同時(shí)，司機(jī)需要向調(diào)度員申請修改方向；主控制器單片機(jī)會(huì)記錄遠(yuǎn)程控制操作，用于計(jì)算下一次動(dòng)作選擇，并且向上位機(jī)發(fā)送信息，便于統(tǒng)計(jì)管理。
2.權(quán)利要求1所述的礦山井下鐵路道岔智能控制控制的控制方法，其特征在于:道岔的智能控制過程如下: 步驟1:讀卡器分站將通過RFID電子標(biāo)簽掃描到的機(jī)車信息并傳送給主控制器； 步驟2:主控制器單片機(jī)利用數(shù)據(jù)協(xié)議進(jìn)行檢驗(yàn)，滿足協(xié)議，則對機(jī)車信息解碼，執(zhí)行步驟3，否則執(zhí)行步驟1; 步驟3:對解碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，如果是機(jī)車進(jìn)入道岔信號，則根據(jù)機(jī)車編號和路徑庫查詢行車方向，執(zhí)行步驟4 ;如果是機(jī)車離開道岔信號，則執(zhí)行步驟7 ； 步驟4:獲取道岔當(dāng)前狀態(tài)，比較當(dāng)前狀態(tài)和需要的方向，假如一致則不需要?jiǎng)幼?，否則給轉(zhuǎn)轍機(jī)發(fā)送動(dòng)作指令； 步驟5:轉(zhuǎn)轍機(jī)檢測有無遙控信號，假如有遙控信號則按照遙控信號執(zhí)行動(dòng)作，否則按照主控制器單片機(jī)發(fā)送的指令動(dòng)作； 步驟6:主控制器單片機(jī)檢測道岔狀態(tài)，假如與規(guī)劃方向一致則計(jì)數(shù)器清0，否則使計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到某一設(shè)定值時(shí)，修改路徑信息； 步驟7:向上位機(jī)發(fā)送機(jī)車安全通過道岔消息，便于記錄和管理。
【文檔編號】E01B23/06GK104260756SQ201410450420
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月4日
【發(fā)明者】劉殿軍, 王激揚(yáng), 田迎春, 高憲文, 宮國慧, 王明順, 馬東, 張平, 陳繼宏, 何杭鋒 申請人:鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)公司