北部井机车信集闭系统技术方案版本白板090717.docx

北部井机车信集闭系统技术方案版本白板090717.docx

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北部井机车信集闭系统技术方案版本白板090717

桃园煤矿北部井机车信集闭监控系统

可

行

性

分

析

报

告

二零一一年八月

1.1北部井现状…………………………………………………………………4

1.2系统概况…………………………………………………………………….4

1、简介

1.1北部井现状

北部井井底车场，北八大巷等主要路口、线路已经施工完毕，掘进队伍正在抓紧施工，北部井运输能力加大。

北部井煤炭运输设计使用胶带运输机，辅助运输设计选用600mm轨距的蓄电池电瓶车，型号为：

XK5-6/90KBT。

设计使用电机车数量为5台。

装载物料车辆选择使用1T矿车。

目前北部井运输路线分为一条大巷，辅助运输主要包括矸石、材料、设备的运输。

井底车场和大巷有1000余米，。

北部井的运输调度目前主要依靠司机与调度员的电话联系，司机路过路口要高度警惕，并要下车观察。

简单的工作复杂化，而且存在着严重的安全隐患。

一旦司机精力不集中就会出现难以想象的事故。

北部井排矸数量的不断加长，运输安全隐患也会大大增加。

这就要求我们要从技术上杜绝安全隐患的存在，缓解调度和司机行车的压力。

北部井只有安装科学的调度监控系统才能减少运输事故，保证安全生产。

预计投入资金约84万元

1.2系统概述

设计采用KJ221机车运输监控系统。

该系统是用于恶劣环境的无线网络+现场总线式工业控制系统（FCS系统），系统以运输监控系统为基础，在地面主控室对矿井北部井大巷的矿车运输实现监控和自动调度。

能实时显示井下大巷各列车位置、车号及信号灯、道岔状态和区段占用情况，指挥列车安全运行。

系统能随时反映每段设备和传感器的工作状态，故障自动诊断、报警，记录运行过程数据，能生成管理报表和列车循环图；整个系统无动触点，采用电隔离，可靠性高；系统软硬件先后经过三次升级,基于Windows2000的操作系统的人机界面十分友好，操作方便，使系统的联锁和管理功能更加强大。

系统设计遵循《煤矿安全规程》、《井下机车运输信号系统技术装备标准》、《煤矿井下机车运输信号设计规范》等行业标准，技术先进，安全可靠。

该系统主要由主控设备（对现有的主控设备进行扩容改造）、通讯站（现场已具备）、控制分站（含集成电源）、接收器、发射器、司控电动道岔装置、系统显示器（信号灯）、语言告警装置和车辆传感器等设备组成。

井下所有设备已通过煤炭工业防爆检验站和煤炭工业安全标志办公室的检验和审核，并发有防爆和煤安标志证书。

2.标准规范

2.1设计原则

1）遵循“四高”的设计原则，即高可靠性、高技术、高质量、高效率。

2）系统设计采用先进的通信、监测、信息处理、计算机等技术构建以无线传感器网络（wirelesssensornetwork）为技术基础的井下轨道运输监控系统。

无线网络传感器KJ-221-FS\JS已经在国内很多煤矿推广并取得良好效果。

工业以太网+无线传感器网络的网络结构，在井下轨道运输监控系统应用中居于领导地位。

3）在环境恶劣、机车分散、有特殊安全要求等特点的平巷和斜巷构建一个基于工业以太网的井下高速互联网。

实现所有与井下轨道运输有关的监测监控、语音、视频等各种信息都在这个综合自动化平台上传输。

4）在技术上达到先进性和成熟性的统一，性能上应具有很高的安全可靠性；使用上应具有维护性和可扩展性；并具有很高的性能。

2.2设备选型

●具有必须符合《煤矿井下轨道运输信号设计规范》、《煤矿安全规程》、《井下轨道运输信号系统技术装备标准》等行业标准的要求；

●具有完整的知识产权，并且获得国家安全标志证书；

●模块化原则，硬件都应拥有知识产权，使系统具有较强的扩展能力；

●可靠性原则，所选设备应具备抵御环境影响的能力；工作稳定可靠作；

●先进、应用、可靠、节约、后期服务体系完善的原则。

3.组成结构

KJ221系统是以无线网络+现场总线控制结构工控网络为核心的机车运输安全监控和自动调度系统，它依靠无线接收网络检测车辆的运行状况，由就近控制分站传送到运输调度中心，在图形显示设备上以模拟图显示出来，供调度人员掌握，并且依靠计算机强大的记忆、判断和运算能力，将调度人员的调度意图分解为具体的控制指令，控制执行设备完成道岔位置与进路开放等调度动作，从而达到保障运输安全、提高指挥效率、增加经济效益的目的。

KJ221系统所用的工控网络是FCS现场总线控制结构的二级网络，基于井下北部井的机车运输监控系统，主控室仍然选在调度监控室，增加一台57寸显示设备；控制分站安装在巷道井壁上或者硐室内；从主控室可以引出4根网路通讯电缆引往井下；通讯电缆上可挂接50台控制分站；控制分站直接管理传感设备和执行设备。

控制分站是由高端工业微机芯片组成的专用现场智能分站，每台控制分站本身都含有集成电源。

4.实现功能

4.1调度功能

✧具有自动、手动、检修三种工作方式，可在上位机或主控台上切换，检修方式用于人工调整井下车场的信号灯。

✧能根据设计及现场实际情况，完成信号闭锁和道岔控制。

✧调度员能醒目地监视到矿井运输各主要区域内所有电机车的运行和设备工作状态，系统能按调度员发出的运行任务指令自动指挥列车循环运行，根据需要也可随时分进路、分车辆实施调度，即实现自动或半自动调度。

4.2闭锁功能

✧具有进路与进路之间的开通情况闭锁和区段自动解锁功能。

✧道岔位置指示闭锁，保证进路上全部道岔闭锁在规定位置。

✧列车占用区间闭塞，保证其他车辆不得进入占用区间。

✧信号指示和电动转辙机联动并闭锁，确保信号指示与道岔实际位置相符，不致错发信号。

✧具有道岔不密贴闭锁和挤岔显示及报警。

✧系统应具备“故障导向安全”的功能及矿井运输“信、集、闭”所需要的其它闭锁功能

4.3显示功能

✧本系统显示器和计算机进行双屏显示，显示形式可采用模拟图、表格、汉字、图像等。

显示内容包括：

a.列车位置、运行方向等；b.区段车辆情况；c.信号灯及闭锁信号灯状态；d.道岔位置及挤岔不密贴显示；e.机车询问显示；f.井下车场的模拟显示；

4.4管理功能

✧管理计算机能自动打印有关管理数据或图表。

✧管理数据内容主要包括：

a.统计每班、每日、各煤仓的出煤量；b.电机车和系统内各种设备的运行情况；c.闯红灯时间、地点等。

✧管理图表主要有：

a.机车运行循环图表；b.系统运行日志及相关报表等。

✧在计算机中能随时反映系统内设备的工作状态，并诊断出故障位置，即具备故障诊断功能。

4.5超速报警功能

✧能够及时提醒由于各种原因导致机车行驶过快，同时当车辆进入区段时，设备有语音提示：

“该区域车辆占道，其它车辆禁止进入”。

能够在现场提供超速、追尾、掉车等报警，让机车司机能够及时了解机车的运行状况。

4.6人机对话功能

此项为特殊功能要求，可根据需要进行选增。

✧系统可以通过设定固定的语音通话模式，司机和上位机之间可互相通过车载机系统和工控机实现人机对话。

通过车载系统与地面中心调度室取得联系。

了解机车运行状况和井下运输环境和运输状况。

4.7故障自诊断功能

✧能随时反映系统内设备和传感器的工作状态，能自动进行故障诊断并完成报警。

4.8可视化监测功能

✧在计算机终端和图形设备上以文字、模拟图和表格等形式实时显示各列车位置、车号、运行方向、车皮数及信号机的状态、道岔位置和区段占锁等运行状态信息。

实时显示运输大巷运行机车状态,运行过。

操作员能统观全局,知道每辆车的具体位置，便于整体控制。

4.9重演功能

✧能够根据记录的运行过程数据，对记录信息进行分类查询，在图形设备上以随意速度重现指定时间内的实际运输过程，重演站场状态，查看调度主机的各项系统信息，对记录信息的分类查询，为分析事故原因、改进调度策略提供技术支持。

4.10联网功能

此项为特殊功能要求，可根据需要进行选增。

✧系统的可扩容性大，满足国内所有的煤矿企业。

✧系统采用工业以太网以满足不同规模煤矿井下运输网络的需求，也可以接入现有的总线系统内，从而降低成本。

本系统可以通过联网通讯软件接入局域网，与企业内部管理系统共享数据，达到管理一体化的功能。

4.11防追尾功能

此项为特殊功能要求，可根据需要进行选增。

✧通过无线网络传感器获取机车的位置，同时报警，避免机车追尾。

4.12其它功能

✧弯道语音报警功能：

系统应具备语音功能，有清晰的语言报警功能，具备声、光、电一体的提示输出。

✧兼容性和可扩充性：

系统具有优良的兼容性和可扩充性，例如：

可接温度、瓦斯、湿度等其它传感器，并配合相应软件以形成运输、生产和环境三合一的监控系统。

✧远程诊断与维护功能：

远程计算机可以通过网络，在不影响系统运行的情况下对系统进行诊断和维护。

5.硬件部分

5.1系统主控器

5.1.1设计概述

煤矿井下机车运输监控系统主控器，平均分布安装于巷道中。

煤矿井下机车运输监控系统主控器，用于接收处理传送各个设备上传和下发命令，把信号灯状态、机车车位、车号、状况、车种类、运行方向等信号进行处理后发给上位机。

再把上位机下达的指令传给各个设备，命令各个设备执行。

5.1.2功能

1）主控器直接挂接在网络上与系统工控机通讯。

2）采集监测设备发来的信息，整理后发送给工控机，同时接收工控机发来的控制命令。

井下主控器能随时应答上级站的定向查询，保持和上级站的联络，接收上级指令，经过内部分析控制下级设备动作，并能将下级设备工作情况反馈到上级站。

3）主控器检测传感设备、执行设备及线路的完好情况，在发生故障时上报工控机，以维护设备安全。

4）主控器可对通过车辆的状态（空车、人车、煤车）进行识别和计算，并可传输至工控机进行显示。

5）处于一级网络的每台主控器，都可以同时管理50台二级网络设备，包括信号机、车辆传感器、接收器、司控道岔；

6）主控器电源区就近AC127V电源，不需要另接电源箱。

5.1.3产品型式

防爆型式：

ExdI

5.1.4产品使用环境条件

1）大气压力：

80kpa～106kpa；

2）周围环境温度：

-5℃～+40℃；

3）周围空气平均相对湿度：

不大于95%（+25℃）；

4）在有甲烷和煤尘爆炸环境场所；

5）无对金属和绝缘有害的气体。

5.1.6技术参数

1）输入电压：

AC127V（-25％～10％）。

2）最大工作电流：

≤300mA。

3）传输距离（电缆：

MHYVRP2×1.5）

上行：

主控器到地面工控机传输距离为10Km；

下行：

主控器到接收器、显示器、司控道岔等传输距离最远为2Km。

5.1.7工作原理

井下系统主控器通过网络电缆，一方面接受工控机的访问，将所收集的检测信息整理打包，上传给工控机，同时接受工控机下发的控制指令；另一方面系统主控器自己将不停地对所连接的检测设备进行检测，如接收器机车累计请求信息、显示器和司控道岔的回测信息等，并下达控制命令，控制司控道岔和显示器。

具体处理过程如下：

系统主控器对显示器的处理过程：

主控器除按上位机命令以编码方式发送显示器点灯模式外，还不停地检测显示器的显示状态，并判断是否与命令模式一致，否则就向上位机告警。

如果和分站失去通讯时间超过10秒，则显示器将自动归为显示器初始模式。

系统主控器对司控道岔执行器的控制和检测过程：

首先将定位或反位命令以编码的形式连续发送给执行器驱动模块，同时不停地检测执行器的状态回测信号。

若回测位置与控制位置不一致或道岔不到位时，系统主控器将及时把信息上报给上位机，上位机将给系统主控器连续发3次执行命令，直到道岔到位，否则上位机将报警挤岔。

系统主控器对接收器信息的处理过程：

接收器将从天线接收到的信号转换成编码信号传给系统主控器，系统主控器将这些编码转换成固定代码，如：

车类、行车方向、行驶速度等各种请求，然后传送给上位机。

5.1.8安装

1）安装处离巷底高1.6m，以方便维护，要能避免车辆所载大型设备碰撞。

2）接线：

用专用电缆（信号电缆：

MHYVRP2×1.5，电源电缆：

MYQ-3×1.5+1）连接，主控器内部引线接到相对功能的接线端子上，外部引线接到相连设备内部的接线端子上。

5.2司控道岔装置

5.2.1产品执行标准：

Q/320304DAM12-2003。

5.2.2设计概述

根据矿方的需求，配置司控道岔控制装置，与煤矿井下机车运输监控系统连接，由系统控制，实现岔位信号上传并实现道岔的集中监视和控制。

同时实现机车车载按键遥控功能。

5.2.3功能

1）以AC127V电源为动力，编码控制，动程80～140mm，250Kgf适用于24～50kg/m轨型；

2）有过载保护、动作时间保护。

转辙机表示电路能反映道岔开放方向。

当尖轨与基本轨的间隙大于或等于4毫米时，应发出故障信号；

3）有计算机、本机、远地和手动多种控制方式，并且互相间有闭锁，转辙机采用远程单独控制方式时，要有闭锁条件，有车占用时远程单独控制不能随便打动道岔，以防止误搬动道岔而引起事故；

4）定位检测直接接入系统主控器，还可通过道岔显示器就地显示；

5）手动控制：

按动主控器的外接的隔爆型按钮（两次操作时间间隔≥4s），主控器内部电磁阀动作控制矿用隔爆型司控道岔控制装置执行器的推杆“出”或“进”，显示器如果原来显示为“↑”则变为“←”显示，反之，显示结果也相反。

6）自动控制功能：

当机车驶入收、发相对距离50m范围内，ZBCK主控器接收系统工控机的命令后通过控制板控制电磁阀控制执行器动作，同时ZBCX-24显示器显示岔位导通方向。

竖向绿“箭头”表示直道与动轨的贴合状态，斜向绿“箭头”表示弯道与动轨的贴合状态，车辆可以通行；红色“圈”表示动轨与直道或弯道不贴合状态，禁止车辆通行。

两次发射信号时间间隔不小于4s。

5.2.4产品型式

防爆型式：

ExdI。

5.2.5产品使用环境条件

1）大气压力：

80kpa～106kpa；

2）周围环境温度：

-5℃～+40℃；

3）周围空气平均相对湿度：

不大于95%（+25℃）；

4）在有甲烷和煤尘爆炸危险的环境中；

5）无对金属和绝缘有害的气体。

5.2.6技术参数

1）额定电源电压：

AC127V，50Hz，电压波动范围：

80%～110%；

2）最大工作电流：

400mA；

5.2.7工作原理

首先由调度员发出操作命令或计算机自动发出控制命令后，通过网络传到司控道岔所在系统主控器，由系统主控器再发控制命令，控制命令以编码的形式传送到司控道岔执行器内，执行器执行命令。

5.2.8可实现的基本控制功能

1）计算机控制：

在与KJ221系统联通后，由计算机自动控制，此时其它控制无效；

2）本机控制：

可以外接本机按钮，实现本地控制，此控制方式仅当计算机解锁后才有效；

3）远距离遥控控制：

1台或多台司控道岔装置集中在一起时，用1台车载遥控器就可实现远距离集中控制；

4）手动转换：

在停电或控制电路出现故障时，可用手动按钮来转换岔尖方向；

5）位置闭锁：

在道岔附近有车通过时，计算机可发出信号使道岔位置闭锁，道岔闭锁后，本机、远地及司机控制均失去作用，直至计算机解锁为止。

5.2.9安全特性

用户可以根据自身运输状况选择相应的控制模式。

改造后的司控道岔装置除具备上述控制模式外，还提供一些内部保护，进一步确保机车运行的安全高效：

1）挤脱保护：

当方向不对，机车顺岔强行通过时，执行器内的挤脱装置动作，不损坏机内部件，这时表示触点处于中间位置；

2）动作时间保护：

执行器正常动作时间为3s左右，当岔尖受阻扳不到位时，电瓶空转7s后自动断电。

5.2.10安装

1）安装前应仔细检查各部件是否完好，如有损坏应及时更换。

2）安装：

主控器用φ10膨胀螺钉固定在轨道旁硐室内的四孔底座上；执行器箱体用螺钉坚固在轨道洞室内的四孔底座上；显示器悬挂在巷道顶板用两颗Ф10的螺丝固定。

3）接线方法：

（1）主控器引出线（信号线MHYVRP2×1.5，电源线：

MYQ-3×1.5+1）接到标注设备的内部相对应的接线端子上，内部连接到相对应功能的接线端子上。

（2）执行器信号（到位信号）线（MHYVRP2×1.5）从下面任一个喇叭嘴穿过，接到ZBCK-127主控器的到位信号接线端子上。

（3）用专用电缆（MHYVRP2×1.5）穿过任一个喇叭嘴，内部引线接到相对应的接线端子（红灯、绿“↑”“←”灯、＋24V）上，外部接到ZBCK-127主控器内部相对的接线端子（红灯、绿“↑”“←”灯、＋24V）上。

5.3系统显示器

5.3.1产品执行标准：

Q/320304DAM05-2006。

5.3.2设计概述

在我国矿井井下机车运输监控系统中，采用KJ221-X系统显示器，安装在巷道的道岔、弯道、进出车场等需要信号闭锁的区段两端，以便于准确实现机车的信号闭锁，具体安装位置请参照安装图纸。

5.3.3功能

1）采用红绿亮色动态显示，能直接指示列车的运行方向，显示器通过KJ221-Z主控器的控制命令实现红、绿灯单面控制显示。

红灯--禁止通行，绿灯--可以通行。

2）具有故障—安全特性；

3）信号及电源采用就近AC127V电源，不需要单独电源箱；

4）防爆型设备，体积小，便于安装。

5.3.4产品型式

防爆型式：

ExdI。

5.3.5产品使用环境条件

1）大气压力：

80kpa～106kpa；

2）周围环境温度：

-5℃～+40℃；

3）周围空气平均相对湿度：

不大于95%（+25℃）；

4）在有甲烷和煤尘爆炸环境场所；

5）无对金属和绝缘有害的气体。

5.3.6技术参数

1）显示器电压：

AC127V（-25%～10％）

2）最大工作电流：

≤500mA

3）显示可视距离：

≥100m

5.3.7基本工作原理

显示器的设计是采用高亮发光二极管显示信号状态，常态下为黄色，所有设计均参照安全规程要求。

供电部分由开关电源提供12V直流电源。

显示器的基本工作原理是：

系统根据路段占用情况和机车位置状况，决定对显示器发出何种显示信号命令，显示器接收显示信号命令时，显示所需的信号，如红灯或绿灯。

同时显示器也将自身当前显示模式，回送给系统主控器，以告知自身显示状态。

若显示器与系统失去通讯，10秒钟后自动复位。

5.3.8安装

1）安装前应仔细检查显示器各部位及隔爆面是否完好，如有损坏应及时更换。

2）悬挂在巷道顶板用两颗Ф10的螺丝固定。

3）接线方法：

通过一个出线嘴引电源电缆线（即MYQ-3×1.5+1），接在内部AC127V接线端子上，外部接在AC127V电源上，另一个出线嘴引信号电缆线（即MHYVRP2×1.5）后，接在内部网口的接线端子上，外部接在KJ221-Z主控的二级网络上。

5.4智能通讯器

1）实现主控机与远地控制分站的数据通讯；

2）用安全栅将现场与主控机相隔离；

3）监视主控机和远地控制分站工作状态，任一控制分站设备通讯中断均能报警；

4）能引出四条网路对远地控制分站通讯，同时也能与四台主控机通讯，实现运输、生产、安全监控三合一的数据分流口。

5）从通讯站面板的指示灯可直接观测到通讯站与主控机、通讯站与各网络远地控制分站的通讯状况，维护人员可以此直接进行故障定位，大大提高了维护工作效率。

5.5接收器

5.5.1产品执行标准：

Q/320304DAM07-2006。

5.5.2设计概述

根KJ221-JS煤矿机车运输监控系统接收器（性能参照前面的相关说明），安装于巷道中，用以更准确的接收机车发出的请求信号、机车状态和机车位置等信息，在显示器上实时动态显示机车信息。

5.5.3功能

1）接收器通过RS485总线接口与KJ221-Z主控器、工控机实现数据通讯，并将通讯情况在显示器显示出来。

2）接收器通过接收50m内发射器的信号，传输到相连接的控制主控器中，通过主控器上报地面工控机，检测机车编号、位置、方向、速度、实车和空车状态等。

5.5.4产品型式

防爆型式：

ExdI。

5.5.5产品使用环境条件

1）大气压力：

80kpa～106kpa；

2）周围环境温度：

-5℃～+40℃；

3）周围空气平均相对湿度：

不大于95%（+25℃）；

4）在有甲烷和煤尘爆炸环境中；

5）无对金属和绝缘有害的气体。

5.5.6技术参数

1）输入电压：

12V（系统主控器供电波动范围8V～13.5V）。

2）最大工作电流：

≤60mA。

3）接收频率：

433MHz±3MHz

5.5.7基本工作原理

在KJ221系统中，将KJ221-FS发射器安装在机车司机驾驶室内，天线安装在车顶棚中间，供电采用机车逆变器输出的24V电源。

系统运行时，发射器将机车车号编码及机车调度、管理所需的其它编码信息键控调制后用无线电的方式发送出去，这些信息被安装在平巷各监测点的接收器接收后，传给系统主控器，再由系统主控器通过网络传至上位机监控系统，从而使系统实时显示车号、车类等信息。

5.5.8安装

1）接收器安装在井下平巷道壁上，两个接收器之间的距离应根据实际情况而定。

一般情况下，在井口及井底车场安装距离一般为30-40米，其他位置可以视情况而定（40-50米）。

安装处离巷底高1.6m，以方便维护，要能避免车辆所载大型设备碰撞。

2）使用专用信号电缆（MHYVRP2×1.5）接收机左（或右）侧喇叭嘴进线。

右（或左）侧出线，内部接到相应12V电源和网口的接线端子上。

进线是KJ221-Z主控器输出的12V和二级网络线，出线接到下一个接收机（进线和出线在接收机内部并连）。

5.6发射器

5.6.1产品执行标准：

Q/320304DAM11—2006。

5.6.2设计概述

发射器安装在机车上，既是机车运输监控系统系统信号发射器又是司控道岔的发射器，司机操作车载机键盘就能实现遥控道岔和改变机车请求信号的功能。

操作简单、稳定耐用。

5.6.3功能

将车辆所有信息（煤车或人车）以无限编码方式发送出去，供接收机器接收。

5.6.4产品型式

防爆型式：

ExdI。

5.6.5产品使用环境条件

1）大气压力：

80kpa～106kpa；

2）周围环境温度：

-5℃～+40℃；

3）周围空气平均相对湿度：

不大于95%（+25℃）；

4）在有甲烷和煤尘爆炸环境中；

5）无对金属和绝缘有害的气体。

5.6.6技术参数

1）输入电压：

12V（波动范围8V～13.5V）

2）最大工作电流：

≤15mA。

3）发送频率：

433MHz±2MHz

5.6.7安装

用Ф6的螺丝将发射器安装在机车驾驶室内，发射天线安装在机车顶部，接收器安装在巷壁上，接上电源即可。

5.7车辆传感器

5.7.1产品执行标准：

Q/320304DAM09—2006。

5.7.2设计概述

系统车辆传感器能对车皮计数，以便于建立月报表。

安装KJ221-G煤矿机车运输监控系统车辆传感器，如：

井底车场、轨道平巷至皮带处、主、副井口等需要计数的地点，用于监测经过的车皮数量，区分单双轨。

当车辆通过车辆传感器感应面时，能检测到信号，并以电压形式传输到KJ221-Z煤矿井下轨道运输监控系统主控器。

5.7.3功能

1）车辆传感器是安装在铁路轨道上，以无接触传感方式对通过的车轮进行检测，判定车位。

2）电压输出型：

没有车轴通过车辆传感器敏感头时，传感器输出低电平信号；当有车轴通过传感器时，传感器输出一定的高电平脉冲信号。

3）经主控器软件运算能检测通过的列车轮数，检测列车运行方向、过轴数量，记录车皮数及车速；

4）浇封型，防水防潮，抗干扰、抗冲击，安装方便。

5.7.4产品型式

防爆型式：

矿用浇封型，防爆