基于精確定位的井下運(yùn)輸信集閉系統(tǒng)的研究

摘要：文章借鑒現(xiàn)有信集閉系統(tǒng)的研究成果，并參考煤礦實(shí)際運(yùn)輸情況，提出并完成了基于精確定位的井下運(yùn)輸信集閉系統(tǒng)的研究。精確定位系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量機(jī)車(chē)任意時(shí)刻下的加速度值，進(jìn)而計(jì)算出電機(jī)車(chē)的運(yùn)動(dòng)速度和位置，實(shí)現(xiàn)定位功能。信集閉系統(tǒng)以西門(mén)子PLC、AVR單片機(jī)為控制核心，充分利用了單片機(jī)和PLC的控制優(yōu)點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的定位精度，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性控制。
關(guān)鍵詞：信集閉系統(tǒng)；PLC；單片機(jī)；以太網(wǎng)通信；機(jī)車(chē)精確定位

0 引言
電機(jī)車(chē)是煤礦井下重要的運(yùn)輸設(shè)備之一，擔(dān)負(fù)著煤炭、矸石、人員和物料的運(yùn)輸任務(wù)，既對(duì)礦井生產(chǎn)效率影響較大，又存在著較大的安全隱患。因此，對(duì)機(jī)車(chē)運(yùn)輸?shù)谋O(jiān)控在煤礦生產(chǎn)綜合監(jiān)控中占有重要地位。
本論文設(shè)計(jì)的基于精確定位的井下運(yùn)輸信集閉系統(tǒng)，機(jī)車(chē)定位精度高、且能實(shí)現(xiàn)井下電機(jī)車(chē)運(yùn)輸系統(tǒng)信號(hào)集中閉塞，并能夠通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸通道進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，保證系統(tǒng)具有更高的可靠性。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
圖1為實(shí)際系統(tǒng)示意圖，有多條進(jìn)路，井下環(huán)境復(fù)雜。為實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)車(chē)運(yùn)輸?shù)淖詣?dòng)化調(diào)度，系統(tǒng)必須兼?zhèn)淇刂婆c檢測(cè)兩種基本功能，控制功能指在收到調(diào)度員包含車(chē)號(hào)及機(jī)車(chē)行駛的起始終了地址指令后，通過(guò)判斷進(jìn)路是否可以開(kāi)放，自動(dòng)跟蹤進(jìn)路并自動(dòng)控制開(kāi)放信號(hào)機(jī)。檢測(cè)功能則需要分站將機(jī)車(chē)的精確位置、速度、信號(hào)機(jī)開(kāi)放顏色及道岔位置反饋給主站上位機(jī)。

本設(shè)計(jì)把系統(tǒng)分為三大部分：
(1)機(jī)車(chē)精確定位系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)電機(jī)車(chē)車(chē)號(hào)、位置，及時(shí)了解機(jī)車(chē)運(yùn)行狀態(tài)；
(2)信集閉系統(tǒng)。PLC作為主控器，主要有檢測(cè)、控制和通訊功能；
(3)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。顯示行車(chē)位置，調(diào)度機(jī)車(chē)，控制行車(chē)區(qū)間。

2 機(jī)車(chē)精確定位系統(tǒng)
該系統(tǒng)采用基于捷聯(lián)慣性導(dǎo)航定位方法，取代了原有的軌道電路及傳感器系統(tǒng)，既能監(jiān)測(cè)電機(jī)車(chē)車(chē)號(hào)、位置，又能及時(shí)了解機(jī)車(chē)運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)于煤礦安全生產(chǎn)和提高工作效率就顯得十分重要。
2．1 機(jī)車(chē)精確定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
機(jī)車(chē)定位系統(tǒng)利用固連在電機(jī)車(chē)車(chē)載機(jī)上的加速度傳感器和陀螺儀，采用捷聯(lián)慣性導(dǎo)航算法，通過(guò)測(cè)量電機(jī)車(chē)任意時(shí)刻下的加速度值和角速度值，通過(guò)積分、微分、矩陣乘法等運(yùn)算計(jì)算出物體姿態(tài)、速度和位移，進(jìn)而確定電機(jī)車(chē)的速度及位置，實(shí)現(xiàn)定位功能。與傳統(tǒng)的傳感器系統(tǒng)相比，可靠性好、靈敏度高，且裝載語(yǔ)音通信功能，能方便及時(shí)地與調(diào)度溝通。結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，系統(tǒng)主要由車(chē)載機(jī)、節(jié)點(diǎn)機(jī)、上位機(jī)三部分組成。

2．2 機(jī)車(chē)精確定位系統(tǒng)原理
節(jié)點(diǎn)機(jī)首先對(duì)單片機(jī)端口、各寄存器功能、語(yǔ)音芯片等可編程芯片進(jìn)行初始化。然后等待接收數(shù)據(jù)并判斷數(shù)據(jù)來(lái)源，執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。節(jié)點(diǎn)機(jī)主程序如圖3所示。