電機車無人駕駛系統解決方案

背景

目前國內地下軌道運輸系統均為崗位人員現場駕駛、操作。每臺電機車需配一名電機車司機和一名放礦工，通過相互配合才能完成對車、裝礦、行車、放礦過程。易造成裝礦效率低下及裝載異常等問題，且存在很大的安全隱患。國外地下軌道運輸系統最早起源于上世紀70年代，瑞典基律納地下鐵礦首先研發無線遙控電機車和無線通訊技術，并成功實現了地下電機車的無線遙控駕駛。北京速力科技有限公司為實現地下軌道運輸系統自動運行，通過3年的自主研發及現場實驗，于2013年11月7日在首鋼礦業公司杏山鐵礦全面上線，至今穩定運行，成功取消了地下軌道運輸系統的地下崗位人員，實現了地下軌道運輸系統自動運行并取得了如下成績：

實現地下軌道運輸系統自動運行；

2013年實現了杏山鐵礦-180m水平電機車地面遠程遙控，獲得冶金礦山科學技術一等獎；

2014年4月份申請并獲得專利；

2014年5月通過國家安監總局驗收，被國家安全監管總局命名為第一批安全科技“四個一批”項目示范工程。

解決方案

北京速力科技有限公司研發的地下軌道運輸系統自動運行解決方案申請并獲得國家專利以及獲得國家相關部門的一致認可，足以證明此系統成功結合了通訊系統、自動化系統、網絡系統、機械系統、電氣系統、遙控系統、信號系統。以最優行駛路線及成本效益核算方法進行車輛的運行指揮，顯著提高了鐵路線路的利用率、容量、安全性。通過基于里程儀、定位矯正器、速度儀等實現機車的精確定位?；跓o線通信系統的列車控制系統（SLJC）和信集閉車輛指揮系統，實現地下軌道運輸的全自動運行。該系統能夠與礦山原有運輸系統集成一體化，具有擴展性，滿足不同客戶的需求，適用于具有軌道運輸的地下礦山。

系統組成

該系統由派配礦單元（數字化配礦系統、派車系統）、機車單元（地下電機車運輸系統、電機車自動保護系統）、運行單元（地下窄軌信集閉控制系統、操作臺系統、無線通訊系統）、裝礦單元（溜井遠程裝礦系統、溜井遠程裝礦視頻監控系統）、卸礦單元（地下自動卸載站系統和自動清掃系統）等組成。

圖1 系統構成圖

該系統通過使用成熟的工業控制硬件及軟件，在降低成本的同時提高系統的可靠性、安全性。根據客戶的需求可以實現地下軌道運輸系統的全自動運行及司機輔助運行。

派配礦單元

建立地下以主溜井為中心的最優配礦方案，電機車從卸載站開始，遵循輸出品位穩定的原則，按照采區各溜井的儲礦量、地質品位進行數字化派車和配礦；按照最優配礦方案直接安排生產計劃，確定各溜井的放礦順序與放礦量，確定電機車的運行區間及運行線路。

一級：采場配礦，即鏟運機從采場出礦再翻卸到采場溜井的配礦過程。按照地質模型，根據放礦橢球體理論，建立數學模型，計算每一鏟的參數，鏟運機由目標進路向采場溜井卸礦，進行綜合配礦。

二級：主溜井配礦，即電機車從各溜井裝礦再卸往主溜井的配礦過程。根據一級配礦的結果，依據產量參數、質量參數、安全參數、狀態參數、時間參數，按照數學模型直接安排生產計劃，確定各溜井的放礦順序與放礦量，保證入選礦石的均衡穩定。

按照二級配礦計劃編制的生產計劃安排，“信集閉”控制系統指揮電機車的運行區間和裝礦點位。地面遠程遙控電機車按“信集閉”系統的行車路線和指令完成主運輸水平的生產任務。

圖2 派配礦系統框架圖

機車單元

機車單元包括地下電機車運輸系統、電機車自動保護系統。在電機車上安裝自動化工業控制系統，通過無線、有線網絡與主控室操作臺控制系統通訊，接受主控室操作臺的各種指令，并將電機車的運行信息傳送給主控室操作臺。在電機車車頭安裝網絡攝像頭，經無線網絡與地面實現通信，實現遠程路況視頻監視。

圖3 機車單元畫面

圖4 電機車無線視頻圖

運行單元

通過“信集閉”自動控制系統、指揮車輛系統、精確位置檢測系統、無線通訊傳輸系統、視頻系統、地面操作臺系統的一體化集成，實現地面遠程遙控地下電機車運行。

地面遠程遙控運行：主控室電機車操作人員發出裝礦申請，調度根據生產任務發出裝礦指令，“信集閉”收到指令后根據線路情況自動變換紅綠燈，指揮電機車到指定溜井處進行裝礦。電機車操作人員通過手柄遠程控制電機車運行到至指定位置，其中控制電機車運行速度具有定速巡航功能，司機可以根據不同區間設定速度，減少司機工作量。到達目的溜井后電機車操作人員進行遠程放礦和對車，確保電機車裝礦量滿足工藝要求；裝礦完成后發出卸礦申請，信集閉系統收到申請后，自行判斷該線路情況，并指揮車輛到卸礦站進行卸礦，完成一個裝卸礦循環。

全自動運行：根據數字化派配礦系統指令信息，信集閉系統自動應答、自動指揮控制信號燈、轉轍機，形成從卸礦站到裝載點、裝載點到卸礦站的運行路線。電機車根據派配礦、信集閉系統的綜合信息及指令實現全自動運行。在運行過程中基于電機車精確定位系統、判斷出車輛的具體位置，根據車輛的具體位置實現自動升降弓，不同區間定速自動行駛。