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    無線遙控技術在鏟運車上的應用

    Alpha礦業智能化 2020-03-12





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    無線遙控鏟運車的工作狀況

          在巷道生產過程中,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雜,每個進路崩落的礦石在鏟運車鏟、出的過程中不斷地滑落到鏟礦區,因此很多出礦進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,采空區域內的礦石,由于安全問題,常規做法是放棄不采,造成資源的浪費。經過多方面的論證,借助國家、公司智能化、綠色礦山發展規劃,以信息化、自動化和智能化帶動傳統礦業的轉型升級,打造“安全、綠色、智能、高效”礦山發展目標,遙控鏟運車則是礦山機械化向自動化、智能化發展的第一步。


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    鏟運車遙控技術發展趨勢

          第一階段 視距遙控。一般操作距離為 50m~100m, 不需要布設網絡一次性投資成本低。優點 :使用安全、易于操作和維護,能降低勞動強度。缺點 :很大程度上依賴于操作員的判斷力、操作技術和經驗,不能很好的判斷鏟運車鏟裝情況,生產效率低,設備運行狀態無法實時反饋。

          第二階段 :視頻遙控。在50m~100m 的范圍采用視頻傳輸方式對設備進行操作,不需要布設網絡性價比高。優點 :通過攝像頭和監視器畫面實現遠距離操控,便于攜帶, 人遠離危險區安全有保障,顯示屏可實時反饋設備的運行狀態。缺點 :對井下環境要求比較高,操作人員仍是采場周圍操控設備,灰塵大、視線不良。

          第三階段 :遠程智能遙控。在井下搭建網絡通信系統, 基于自主行駛技術與遠程遙控技術的結合,將井下環境、設備狀態傳輸地表中控室,操作人員根據監控畫面實時進行遠程操作,徹底改變操作環境及操作方式。


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    原理及實施

          無線遙控技術是對被控制對象進行遠距離控制的技術。原理是發射機把控制的電信號先編碼, 然后轉換成無線電波發送出去,接收機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,這個電信號再進行功率放大用來驅動相關的電氣元件,實現無線的遙控。

          WIFI 是一種可以將個人電腦、手持設備(如PAD、手機)等終端以無線方式互相連接的技術, 通過無線電波來聯網,是當今使用最廣的一種無線網絡傳輸技術。實際上就是把有線網絡信號轉換成無線信號,使用無線路由器供支持其技術的相關電腦,手機,平板等接收。WIFI 信號傳輸速度非???,不需要布線,符合個人和社會信息化的需求。

          我公司的遙控鏟運車施工流程如下 :

          ① 第一階段和第二階段實施基本原理相同,不通點在于第一階段數據傳輸使用數傳模式,第二階段遙控數據傳輸采用數傳和圖傳同步傳輸,原理如下:

          鏟運車無線遙控系統分為無線收發器和遙控器兩部分,通過帶功放的2.4G點對點無線傳輸模塊進行遠程通訊,實現對鏟運車現場數據采集及運行動作控制、遠程實時監控、狀態顯示、參數設置、記錄保存以及深層次后端數據處理;無線收發器通過CAN通訊讀取鏟運車數據包括:監測參數傳感器(2)、車載TCU(3)、功率輸出(4)、2.4G帶功放的點對點傳出模塊(5)以及發動機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);安裝在鏟運車上的參數檢測傳感器(2)測取鏟運車運行狀態數據,經過信號調理后送至車載TCU(3),車載TCU(3)根據速度傳感器、壓力傳感器、檔位選擇器、油門踏板傳感器及發動機控制單元傳送過來的相關數據,調用相應的自動換檔策略,驅動相關的換檔電磁閥及2.4G帶功放的點對點傳出模塊(5);同時,通過無線收發器帶功放的2.4G點對點傳輸模塊(5)及遙控器的2.4G傳輸模塊(6),實現車載終端與遙控器的無線通訊。

          ① 第三階段采用WiFi無線網絡配合無線電遙控操作技術應用于鏟運車以實現遠距離無線操作,也可以在遙控模式下,駕駛員在遠離鏟運車的安全區域,通過無線遙控手柄單元控制鏟運車的各種動作。在生產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:


    顯示系統框架圖

          整個顯示系統設計遵循人機工效學的原則,采取模塊化的設計方法,整個系統可以分為操作數據顯示模塊、狀態數據顯示模塊以及視頻數據顯示模塊。整個系統框架如上圖所示。操作顯示模塊的數據來自控制器,控制器采集操作機構的動作之后,將其經過處理通過CAN總線發送給液晶顯示屏,從而為操作者顯示指令信號;視頻顯示模塊包括前后鏟運車視頻顯示,通過自帶WIFI的攝像頭拍攝鏟運車周圍的場景,并通過無線局域網返回上位機,在上位機解碼顯示,為操作者提供真實的駕駛操作感;狀態顯示模塊中車載終端接收各傳感器采集到的鏟運車狀態參數,然后通過自帶的WIFI將數據發送到上位機,更新上位機界面的參數,以便操作者了解鏟運車的運行狀態。

          在該操控臺上搭建操控系統和監控系統。通過操作臺上的手柄等操作機構可以遠程控制鏟運車的行駛和動作,操作員對操作臺上的各個旋鈕、按鈕以及手柄等進行必要的操作,這種操作動作經控制器編譯后發送給上位機,再通過無線網絡對鏟運車的啟動、變速、轉向、油門及剎車進行遙控,使其按要求的速度和路線行駛,從而實現對鏟運車的遠程遙控和監控。同時,鏟運車將前后路況的實時圖像和運行參數視頻信號通過無線網絡實時傳輸到安裝在操作臺上的上位機顯示屏上,使駕駛員可以實時遠程掌握鏟運車的真實駕駛環境,從而監控鏟運車的運行情況,這樣,鏟運車、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、控制系統等)就構成一個閉環控制系統。

    遠程遙控系統特征

    1) 保留之前手動駕駛的所有功能,不改變原車的操作習慣和功能;

    2) 同時具有遙控功能,可以使用遙控器進行遠距離的控制,具體可操控的基本功能如下:

          a. 遙控系統遠程操控的范圍不受距離限制;

          b. 控制動臂的升臂和降臂,同時動作的速度可控;

          c. 控制鏟斗的裝料和卸料,同時動作的速度可控;

          d. 控制斗桿油缸伸縮,同時動作的速度可控;

          e. 控制前進、后退、左轉、右轉,同時動作的速度可控;

          f. 控制回轉,同時動作的速度可控;

          g. 控制發動機的啟動和停止;

          h. 控制前燈和后燈的開關;

          i. 控制喇叭的開關;

          j. 有4路視頻監控圖像,分別監控鏟運車的前后左右四個方向的情形。

    4 結 語


          通過對計算機技術、無線網絡與無線遙控技術的綜合應用,從本質上提升井下人員的出礦安全,降低勞動強度,大大緩解生產壓力,效果顯著。同時我公司正在推進智能化礦山建設,遙控鏟運技術是大勢所趨,現我公司制造的遙控鏟運車將為公司推行遠程遙控鏟運車總結經驗,向機械化到自動化過渡再到智能化發展邁出重要的一步。





    作者簡介

    鄧有林  中級機械工程師

    主要負責機械設備的具體研發工作,具有10年以上的設備設計及制造經驗。加入Alpha之前,在礦山設備領域,具有3年以上的選煤設備及井下礦石鏟裝運設備的設計與研發;在煤電煙氣處理環保領域,從事FGD吸收塔內設備技術支持近5年,精通除霧器、脫硫噴嘴及煙氣均布器等設備的設計選型;熟悉水射流技術,曾獨立設計用于軍用裝備測試的淋雨試驗箱(GJB150.8A-2009)和用于水泥回轉窯的富氧燃燒系統等。


    李幸福   自動化工程師

    機械工程自動化專業,擁有10多年機械電控方面經驗?,F為Alpha自動化工程師,曾參與科研院校海量發電無模成型等國家大型科研項目。

    荊一堃  國際項目協調員

    擁有多次國際項目市場協調與國際營銷經驗。正式加入Alpha后擔任國際項目協調員,參與巴西、菲律賓、香港等項目的執行,現主要負責菲律賓項目傳感器業務的執行工作。



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