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無線遙控鏟運(yùn)車的工作狀況
在巷道生產(chǎn)過程中,由于長期的采掘及采礦工藝的特殊性,采礦條件變得越來越復(fù)雜,每個(gè)進(jìn)路崩落的礦石在鏟運(yùn)車鏟、出的過程中不斷地滑落到鏟礦區(qū),因此很多出礦進(jìn)路形成了大塊和懸拱,使得駕駛員在鏟出礦過程中,形成安全隱患。另外,采空區(qū)域內(nèi)的礦石,由于安全問題,常規(guī)做法是放棄不采,造成資源的浪費(fèi)。經(jīng)過多方面的論證,借助國家、公司智能化、綠色礦山發(fā)展規(guī)劃,以信息化、自動(dòng)化和智能化帶動(dòng)傳統(tǒng)礦業(yè)的轉(zhuǎn)型升級,打造“安全、綠色、智能、高效”礦山發(fā)展目標(biāo),遙控鏟運(yùn)車則是礦山機(jī)械化向自動(dòng)化、智能化發(fā)展的第一步。
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鏟運(yùn)車遙控技術(shù)發(fā)展趨勢
第一階段 :視距遙控。一般操作距離為 50m~100m, 不需要布設(shè)網(wǎng)絡(luò)一次性投資成本低。優(yōu)點(diǎn) :使用安全、易于操作和維護(hù),能降低勞動(dòng)強(qiáng)度。缺點(diǎn) :很大程度上依賴于操作員的判斷力、操作技術(shù)和經(jīng)驗(yàn),不能很好的判斷鏟運(yùn)車鏟裝情況,生產(chǎn)效率低,設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)無法實(shí)時(shí)反饋。
第二階段 :視頻遙控。在50m~100m 的范圍采用視頻傳輸方式對設(shè)備進(jìn)行操作,不需要布設(shè)網(wǎng)絡(luò)性價(jià)比高。優(yōu)點(diǎn) :通過攝像頭和監(jiān)視器畫面實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操控,便于攜帶, 人遠(yuǎn)離危險(xiǎn)區(qū)安全有保障,顯示屏可實(shí)時(shí)反饋設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。缺點(diǎn) :對井下環(huán)境要求比較高,操作人員仍是采場周圍操控設(shè)備,灰塵大、視線不良。
第三階段 :遠(yuǎn)程智能遙控。在井下搭建網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng), 基于自主行駛技術(shù)與遠(yuǎn)程遙控技術(shù)的結(jié)合,將井下環(huán)境、設(shè)備狀態(tài)傳輸?shù)乇碇锌厥遥僮魅藛T根據(jù)監(jiān)控畫面實(shí)時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作,徹底改變操作環(huán)境及操作方式。
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原理及實(shí)施
無線遙控技術(shù)是對被控制對象進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制的技術(shù)。原理是發(fā)射機(jī)把控制的電信號先編碼, 然后轉(zhuǎn)換成無線電波發(fā)送出去,接收機(jī)收到載有信息的無線電波接收,放大,解碼,得到原先的控制電信號,這個(gè)電信號再進(jìn)行功率放大用來驅(qū)動(dòng)相關(guān)的電氣元件,實(shí)現(xiàn)無線的遙控。
WIFI 是一種可以將個(gè)人電腦、手持設(shè)備(如PAD、手機(jī))等終端以無線方式互相連接的技術(shù), 通過無線電波來聯(lián)網(wǎng),是當(dāng)今使用最廣的一種無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。實(shí)際上就是把有線網(wǎng)絡(luò)信號轉(zhuǎn)換成無線信號,使用無線路由器供支持其技術(shù)的相關(guān)電腦,手機(jī),平板等接收。WIFI 信號傳輸速度非常快,不需要布線,符合個(gè)人和社會(huì)信息化的需求。
我公司的遙控鏟運(yùn)車施工流程如下 :
① 第一階段和第二階段實(shí)施基本原理相同,不通點(diǎn)在于第一階段數(shù)據(jù)傳輸使用數(shù)傳模式,第二階段遙控?cái)?shù)據(jù)傳輸采用數(shù)傳和圖傳同步傳輸,原理如下:

鏟運(yùn)車無線遙控系統(tǒng)分為無線收發(fā)器和遙控器兩部分,通過帶功放的2.4G點(diǎn)對點(diǎn)無線傳輸模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊,實(shí)現(xiàn)對鏟運(yùn)車現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集及運(yùn)行動(dòng)作控制、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控、狀態(tài)顯示、參數(shù)設(shè)置、記錄保存以及深層次后端數(shù)據(jù)處理;無線收發(fā)器通過CAN通訊讀取鏟運(yùn)車數(shù)據(jù)包括:監(jiān)測參數(shù)傳感器(2)、車載TCU(3)、功率輸出(4)、2.4G帶功放的點(diǎn)對點(diǎn)傳出模塊(5)以及發(fā)動(dòng)機(jī)ECU(1);遙控器部分包括2.4G無線接入模塊(6)、遙控器處理器(7);安裝在鏟運(yùn)車上的參數(shù)檢測傳感器(2)測取鏟運(yùn)車運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù),經(jīng)過信號調(diào)理后送至車載TCU(3),車載TCU(3)根據(jù)速度傳感器、壓力傳感器、檔位選擇器、油門踏板傳感器及發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元傳送過來的相關(guān)數(shù)據(jù),調(diào)用相應(yīng)的自動(dòng)換檔策略,驅(qū)動(dòng)相關(guān)的換檔電磁閥及2.4G帶功放的點(diǎn)對點(diǎn)傳出模塊(5);同時(shí),通過無線收發(fā)器帶功放的2.4G點(diǎn)對點(diǎn)傳輸模塊(5)及遙控器的2.4G傳輸模塊(6),實(shí)現(xiàn)車載終端與遙控器的無線通訊。
① 第三階段采用WiFi無線網(wǎng)絡(luò)配合無線電遙控操作技術(shù)應(yīng)用于鏟運(yùn)車以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離無線操作,也可以在遙控模式下,駕駛員在遠(yuǎn)離鏟運(yùn)車的安全區(qū)域,通過無線遙控手柄單元控制鏟運(yùn)車的各種動(dòng)作。在生產(chǎn)效率上有了很大的提高,也在很大程度上保障了駕駛員的健康及生命安全。具體原理如下:



顯示系統(tǒng)框架圖
整個(gè)顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循人機(jī)工效學(xué)的原則,采取模塊化的設(shè)計(jì)方法,整個(gè)系統(tǒng)可以分為操作數(shù)據(jù)顯示模塊、狀態(tài)數(shù)據(jù)顯示模塊以及視頻數(shù)據(jù)顯示模塊。整個(gè)系統(tǒng)框架如上圖所示。操作顯示模塊的數(shù)據(jù)來自控制器,控制器采集操作機(jī)構(gòu)的動(dòng)作之后,將其經(jīng)過處理通過CAN總線發(fā)送給液晶顯示屏,從而為操作者顯示指令信號;視頻顯示模塊包括前后鏟運(yùn)車視頻顯示,通過自帶WIFI的攝像頭拍攝鏟運(yùn)車周圍的場景,并通過無線局域網(wǎng)返回上位機(jī),在上位機(jī)解碼顯示,為操作者提供真實(shí)的駕駛操作感;狀態(tài)顯示模塊中車載終端接收各傳感器采集到的鏟運(yùn)車狀態(tài)參數(shù),然后通過自帶的WIFI將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī),更新上位機(jī)界面的參數(shù),以便操作者了解鏟運(yùn)車的運(yùn)行狀態(tài)。
在該操控臺上搭建操控系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)。通過操作臺上的手柄等操作機(jī)構(gòu)可以遠(yuǎn)程控制鏟運(yùn)車的行駛和動(dòng)作,操作員對操作臺上的各個(gè)旋鈕、按鈕以及手柄等進(jìn)行必要的操作,這種操作動(dòng)作經(jīng)控制器編譯后發(fā)送給上位機(jī),再通過無線網(wǎng)絡(luò)對鏟運(yùn)車的啟動(dòng)、變速、轉(zhuǎn)向、油門及剎車進(jìn)行遙控,使其按要求的速度和路線行駛,從而實(shí)現(xiàn)對鏟運(yùn)車的遠(yuǎn)程遙控和監(jiān)控。同時(shí),鏟運(yùn)車將前后路況的實(shí)時(shí)圖像和運(yùn)行參數(shù)視頻信號通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸?shù)桨惭b在操作臺上的上位機(jī)顯示屏上,使駕駛員可以實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程掌握鏟運(yùn)車的真實(shí)駕駛環(huán)境,從而監(jiān)控鏟運(yùn)車的運(yùn)行情況,這樣,鏟運(yùn)車、遙控駕駛員以及遙控操控臺(遙控操縱平臺、無線路由、攝像機(jī)、控制系統(tǒng)等)就構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。
遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)特征
1) 保留之前手動(dòng)駕駛的所有功能,不改變原車的操作習(xí)慣和功能;
2) 同時(shí)具有遙控功能,可以使用遙控器進(jìn)行遠(yuǎn)距離的控制,具體可操控的基本功能如下:
a. 遙控系統(tǒng)遠(yuǎn)程操控的范圍不受距離限制;
b. 控制動(dòng)臂的升臂和降臂,同時(shí)動(dòng)作的速度可控;
c. 控制鏟斗的裝料和卸料,同時(shí)動(dòng)作的速度可控;
d. 控制斗桿油缸伸縮,同時(shí)動(dòng)作的速度可控;
e. 控制前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn),同時(shí)動(dòng)作的速度可控;
f. 控制回轉(zhuǎn),同時(shí)動(dòng)作的速度可控;
g. 控制發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止;
h. 控制前燈和后燈的開關(guān);
i. 控制喇叭的開關(guān);
j. 有4路視頻監(jiān)控圖像,分別監(jiān)控鏟運(yùn)車的前后左右四個(gè)方向的情形。
4 結(jié) 語
通過對計(jì)算機(jī)技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)與無線遙控技術(shù)的綜合應(yīng)用,從本質(zhì)上提升井下人員的出礦安全,降低勞動(dòng)強(qiáng)度,大大緩解生產(chǎn)壓力,效果顯著。同時(shí)我公司正在推進(jìn)智能化礦山建設(shè),遙控鏟運(yùn)技術(shù)是大勢所趨,現(xiàn)我公司制造的遙控鏟運(yùn)車將為公司推行遠(yuǎn)程遙控鏟運(yùn)車總結(jié)經(jīng)驗(yàn),向機(jī)械化到自動(dòng)化過渡再到智能化發(fā)展邁出重要的一步。

鄧有林 中級機(jī)械工程師
主要負(fù)責(zé)機(jī)械設(shè)備的具體研發(fā)工作,具有10年以上的設(shè)備設(shè)計(jì)及制造經(jīng)驗(yàn)。加入Alpha之前,在礦山設(shè)備領(lǐng)域,具有3年以上的選煤設(shè)備及井下礦石鏟裝運(yùn)設(shè)備的設(shè)計(jì)與研發(fā);在煤電煙氣處理環(huán)保領(lǐng)域,從事FGD吸收塔內(nèi)設(shè)備技術(shù)支持近5年,精通除霧器、脫硫噴嘴及煙氣均布器等設(shè)備的設(shè)計(jì)選型;熟悉水射流技術(shù),曾獨(dú)立設(shè)計(jì)用于軍用裝備測試的淋雨試驗(yàn)箱(GJB150.8A-2009)和用于水泥回轉(zhuǎn)窯的富氧燃燒系統(tǒng)等。

李幸福 自動(dòng)化工程師
機(jī)械工程自動(dòng)化專業(yè),擁有10多年機(jī)械電控方面經(jīng)驗(yàn)。現(xiàn)為Alpha自動(dòng)化工程師,曾參與科研院校海量發(fā)電無模成型等國家大型科研項(xiàng)目。
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