基于精確定位的井下運輸信集閉系統(tǒng)的研究

摘要：文章借鑒現(xiàn)有信集閉系統(tǒng)的研究成果，并參考煤礦實際運輸情況，提出并完成了基于精確定位的井下運輸信集閉系統(tǒng)的研究。精確定位系統(tǒng)通過測量機車任意時刻下的加速度值，進而計算出電機車的運動速度和位置，實現(xiàn)定位功能。信集閉系統(tǒng)以西門子PLC、AVR單片機為控制核心，充分利用了單片機和PLC的控制優(yōu)點，提高了系統(tǒng)的定位精度，實現(xiàn)了實時性和準確性控制。
關(guān)鍵詞：信集閉系統(tǒng)；PLC；單片機；以太網(wǎng)通信；機車精確定位

0 引言
電機車是煤礦井下重要的運輸設(shè)備之一，擔負著煤炭、矸石、人員和物料的運輸任務，既對礦井生產(chǎn)效率影響較大，又存在著較大的安全隱患。因此，對機車運輸?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)計的基于精確定位的井下運輸信集閉系統(tǒng)，機車定位精度高、且能實現(xiàn)井下電機車運輸系統(tǒng)信號集中閉塞，并能夠通過數(shù)據(jù)傳輸通道進行數(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
圖1為實際系統(tǒng)示意圖，有多條進路，井下環(huán)境復雜。為實現(xiàn)對電機車運輸?shù)淖詣踊{(diào)度，系統(tǒng)必須兼?zhèn)淇刂婆c檢測兩種基本功能，控制功能指在收到調(diào)度員包含車號及機車行駛的起始終了地址指令后，通過判斷進路是否可以開放，自動跟蹤進路并自動控制開放信號機。檢測功能則需要分站將機車的精確位置、速度、信號機開放顏色及道岔位置反饋給主站上位機。

本設(shè)計把系統(tǒng)分為三大部分：
(1)機車精確定位系統(tǒng)。監(jiān)測電機車車號、位置，及時了解機車運行狀態(tài)；
(2)信集閉系統(tǒng)。PLC作為主控器，主要有檢測、控制和通訊功能；
(3)上位機監(jiān)控系統(tǒng)。顯示行車位置，調(diào)度機車，控制行車區(qū)間。

2 機車精確定位系統(tǒng)
該系統(tǒng)采用基于捷聯(lián)慣性導航定位方法，取代了原有的軌道電路及傳感器系統(tǒng)，既能監(jiān)測電機車車號、位置，又能及時了解機車運行狀態(tài)，對于煤礦安全生產(chǎn)和提高工作效率就顯得十分重要。
2．1 機車精確定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
機車定位系統(tǒng)利用固連在電機車車載機上的加速度傳感器和陀螺儀，采用捷聯(lián)慣性導航算法，通過測量電機車任意時刻下的加速度值和角速度值，通過積分、微分、矩陣乘法等運算計算出物體姿態(tài)、速度和位移，進而確定電機車的速度及位置，實現(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，且裝載語音通信功能，能方便及時地與調(diào)度溝通。結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，系統(tǒng)主要由車載機、節(jié)點機、上位機三部分組成。

2．2 機車精確定位系統(tǒng)原理
節(jié)點機首先對單片機端口、各寄存器功能、語音芯片等可編程芯片進行初始化。然后等待接收數(shù)據(jù)并判斷數(shù)據(jù)來源，執(zhí)行相應的任務。節(jié)點機主程序如圖3所示。