矿井机车模拟跟踪显示系统

2005/10/14 16:00:51

　　摘　要　矿井运输巷道的潮湿和煤尘造成运输条件恶劣，巷道分支多和照明光线弱造成行车视线距离短。实时掌握和跟踪机车运行位置是保障矿井机车调度的关键，机车模拟跟踪显示系统可保障机车运输安全及保证列车正常运输。介绍一种由小型塑料单元发光模块拼装的模拟显示系统。
　　关键词　模拟显示　机车监控　调度监督

1　概述
　　以电气集中控制方式设计安装的矿井轨道电机车监控系统具有故障率低、操作直观、维护成本小等优点；特别是实时跟踪机车模拟显示系统寿命长，如KJ35^［1］系统已在平煤集团一矿连续运行10年多时间，显示设备始终运行正常，没有发生器件故障及错误显示现象。其显示系统是由小型塑料单元模块和发光模块拼装成的模拟显示设备，显示盘面是由开放进路信号机和表示机车位置光带等16种模拟显示发光模块组成。与国铁大站或小站电气集中表示系统^［2］相比，这些发光模块表示面积仅为国铁表示模块面积的1/3或1/2。在同等面积下可组合出更多的轨道图形，故拼装灵活，设备占用空间小且成本低，因此，十分适合矿井的恶劣环境。本文较详细地介绍了模拟显示设备的结构，工作原理以及系统的组成。

2　模拟发光模块
　　矿井机车监控系统要求显示图形与现场机车运行线路、信号机、传感器及电动转辙机等设备安装位置一致。通常由红白二色光带组成窄轨铁路模拟图形，二色光带表示机车或列车占用路段的3种状态；红光带亮表示机车占用路段，白光带亮表示机车准备进入的路段，光带消失表示路段空闲。信号机由红绿二色或红绿黄三色指示灯组成；红灯是常亮状态，指示禁止通行；绿灯允许以正常速度通行且直道行驶，黄灯表示慢行或进入弯道行驶，信号灯熄灭表示现场信号机灯泡故障。通常根据传感器位置，对模拟光带进行分段，因此，分段光带表示现场传感位置。转辙机到位与否由光带和单色信号指示灯表示。整个模拟显示盘面是由16种不同类型的塑料发光模块组成，如图1所示，每个模块表示面积均为25 mm×25 mm的塑料正方形。图中共列出16种常用显示模块；塑料单元模块作为拼装盘面用，其表面没有发光体故不具备显示功能。模块A是单色信号指示灯，只显示一个点，信号颜色根据系统功能确定。其余直线光带模块B、左岔光带模块C1、右岔光带模块C2、斜线光带模块D、∧型光带模块E、十字光带模块F、双斜线光带模块H等8种模块组成，用来拼装各种机车运行的轨道线路；I1，I2是二显信号机组合的模块，用于模拟现场二显信号机位置及状态； J1，J2是斜光带和二显信号机组合的模块；K1，K2是三显信号机组合的模块，用于模拟现场三显信号机位置及状态，但三显模块用得少些。

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图1　16种模拟显示模块

　　上述显示单元是由塑料模块、圆形发光二极管、条形发光二极管、印制板及接插件组成。模块控制线是由接插件引出至接线端子，见表1。表中共有6个控制线，端子1是统一的控制公共地线G；端子2是红色光带的控制线；端子3是白色光带的控制线；端子4是非直线红色光带或信号机的红色信号灯；端子5接非直线白色光带或信号机的绿色信号灯；端子6用于控制三显信号光带模块的黄色信号灯。

表1　显示模块控制接线

编号	模块名称	端子1	端子2	端子3	端子4	端子5	端子6
A	单信号	G			（X）
B	直线光带	G	DH	DB
C1	左岔光带	G	DH	DB	DC1H	DC1B
C2	右岔光带	G	DH	DB	DC2H	DC2B
D	斜线光带	G	DH	DB
E	∧型光带	G	ZDH	ZDB	YDH	YDB
F	╋型光带	G	DH	DB	SDH	SDB
H	∥型光带	G	ZDH	ZDB	YDH	YDB
Ⅰ1	二显信号	G			信号H	信号L
Ⅰ2	二显信号	G			信号H	信号L
J1	二显光带	G	光带H	光带B	信号H	信号L
J2	二显光带	G	光带H	光带B	信号H	信号L
K1	三显信号	G			信号H	信号L	信号U
K2	三显信号	G			信号H	信号L	信号U
L1	三显光带	G	光带H	光带B	信号H	信号L	信号U
L2	三显光带	G	光带H	光带B	信号H	信号L	信号U

注：DB为白色光带；DH为红色光带；ZDB为左白光带；YDB为右白光带；ZDH为左红光带；YDH为右红光带；SDB为竖线白光带；（X）分别为H，L，U三色信号端子。

3　模拟显示及监控系统
3.1　模拟显示
　　以轨道运输系统常见的井下石门三岔口车场^［3］为例（图2a）。该岔口连接3个列车交错车场，CH1是井底一个错车场，因此说岔口是进出井底车场的咽喉；CH2，CH3是采区方向错车场，每个车场由电动转辙机D、弹簧道岔dt、信号机X及轨道区段q组成。机车逆岔尖有两个运行方向的道岔采用电动转辙机如1D、2D、3D；逆岔尖仅有一个运行方向的道岔采用弹簧道岔如dt1、dt2、dt3。为保障运输安全，防止石门岔口三方向同时来车可能造成机车运行冲突，设置了1X、2X、3X三个信号机。信号机开放原则是：在同一时刻内只能有一架信号机开放绿灯，其他相关信号机不仅必须关闭红灯而且必须锁闭不得打开。假设图2a中CH1车场列车通过岔口去CH3方向，应有信号机1X开放绿灯，2X，3X信号机必须关闭红灯，同时轨道区段q1光带亮红色光带，列车运行前方路段dt1—1D—q13—3D—dt3—q3的光带亮白色线条，光带表示了列车位置和运行方向，当机车驶过信号机1X后，信号机1X由绿灯转换成红灯；路段dt1—1D—q13—3D—dt3—q3光带由白色转换成亮红色线条，同时q1区段的红光带消失；表明列车已向CH3方向运行。当列车完全进入区段q3后，区段dt1—1D—q13—3D—dt3红光带消失，但保持区段q3亮红色光带。这时，1X，2X或3X才允许申请再开放。

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图2　轨道车场及模拟显示
CH — 错车场；D — 电动转辙机；dt — 弹簧道岔；
X — 信号机；q — 区段

　　描述列车通过岔口车场运行情况的模拟显示见图2b；图形是从图1模拟显示模块中选出8种发光模块，模拟现场车场结构拼装组成。现场信号，道岔位置一目了然，传感器安装位置与各显示区段q对应相关，但通常有传感数量小于区段数量，如图2中的q12，q23及q13区段不设置传感器，通过软件控制实现上述跟踪列车目的，不仅优化了设计而且降低系统成本。上述模拟显示光带是以区段q作为基本显示单元，每个区段q由多个发光模块组成，有两种显示颜色三种机车位置信息。因此一个区段q占两个控制点。由多个区段q组成的长区段称为进路，如q1～q3长区段。列车行驶过程中不断地询问前方进路空闲情况，信号开放绿灯时司机可按正常运行速度进入前方进路，解锁后进路。模拟显示红光带始终跟踪列车占用区段q，白光带表示列车运行方向。
　　对图2b模拟显示盘信号图型进行归类和划分。图型发光模块种类主要分信号机，光带及信号光带三种；信号机显示模块按显示色别数量直接引出控制线，列车模拟光带按照机车运行位置及区间大小确定，由若干个不同种类的发光显示模块组合一个区段q，将区段显示模块控制线按显示色别并联连接并引出，同理信号光带类模块中信号控制线直接引出，而光带按色别与区段并联。
3.2　控制系统
　　机车跟踪监控系统由室内监控及现场设备组成，见图3，现场设备由信号机，电动道岔及传感器组成。信号机作为轨道运输的列车信号，机车司机看信号操纵列车运行速度，传感器检测列车所行进的不同进路区段,根据信号联锁关系，电动转辙机自动转向列车行进方向，室内设备由控制系统主机，模拟盘及控制台等设备组成。主机采用MODICON984－680型可编程序控制器，输出模块控制现场信号机，电动道岔及模拟显示盘；要求模拟跟踪机车显示与现场设备运行状态同步。输入模块采集传感器、电动道岔及控制台信号；传感器信号反映列车运行位置，道岔信号反映转辙机道岔岔尖到位情况，调度员通过控制台向机车发出行车指令。模拟显示是控制系统的终端，不仅具有实时跟踪列车位置功能，而且具有系统设备运行状态及设备故障报警等功能，如现场信号机灯泡断丝、道岔不到位以及传感故障等报警。图3所示系统主机与计算机相联，可实现运煤量、运矸量、运设备等运输数据的统计管理，同时完成各台机车每日每时刻的运行位置的记录和打印。

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图3　机车跟踪监控系统

4　应用
　　机车跟踪模拟显示系统是井下列车运输必不可少的调度工具。从KJ35系统应用的效果发现，采用发光单元模块组成的模拟显示系统，与其他显示方式（如终端）相比，具有适合潮湿等恶劣环境下连续工作，模拟显示机车运行盘面宏观，图形清晰直观，显示寿命长等优点。KJ35系统采用的模拟显示系统已连续运行10年多，现仍在正常运行。同时该项显示技术，又应用于KJ41^［4］机车监控系统，现已连续运行4年多未发生一次显示故障，实践证明采用发光单元模块组成的模拟显示系统十分适合井下恶劣环境。

作者简介：李玉良，1954年生，高级工程师，硕士，1989年中国矿业大学自动化系研究生毕业。现在中国矿业大学信息与电气工程学院从事煤矿井下运输监控、工业自动化等教学和科研工作。完成多项科研项目，获原煤炭部科技进步三等奖、原教育部科技进步二等奖各一次，国家专利两项，发表文章20余篇。地址：江苏省徐州市，邮码：221008。
作者单位：李玉良　马　勇　(中国矿业大学信息与电气工程学院)
　　　　　郭祥水　王景印　(兖矿集团有限公司鲍店煤矿)
　　　　　管亚平　(煤炭科学研究总院上海分院)

参考文献
　1　Yu Hongzhen，Ma Xiaoping，Li Yuliang，Ma Yong.The Application of Programmable Controller to Safety Transport and Dispatch－monitoring System in Coal Mine.第二届国际采矿会议.徐州：1996
　2　王秉文.6502电气集中工程设计.北京：中国铁道出版社,1997
　3　李玉良.矿山机车运输信号系统分析.煤炭学报,1997 （1）
　4　李玉良，马勇，于洪珍. KJ41井下机车运输信集闭监控系统研制与应用.煤炭科学技术，1996（5）

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