基於貝加萊X90移動控制器的井下軌道智能運輸系統

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基於貝加萊X90移動控制器的井下軌道智能運輸系統目前，我國的有色金屬礦山地下採礦技術、自動化和信息化水平與當今礦業的發展總體水平不相適應。井下有軌礦石運輸環節仍然使用傳統的依靠人工操作的運輸方式，致使礦山的整體自動化和智能化水平不是很高，井下軌道運輸成為突破數字化礦山發展的瓶頸之一。本文採用貝加萊工程車輛控制器X90，構建了井下運輸自動化系統，實現了井下運輸自動化質的改進。

關鍵詞：有色金屬礦山；軌道機車；X90控制器；智能運輸

1　前言隨着科學技術的進步，採礦業正在發生日新月異的變化

在發達國家，許多地下採礦設備已經採用地表遠程遙控運行方式，操作工在距離礦山幾千米甚至十幾千米之外遠程操控地下機械設備生產，一個熟練操作工可以同時遙控不同位置、不同工作面的多台機械設備，這種先進的控制方式不僅節約了人工成本，改善了操作工的勞動環境，同時控制觀念也上升到一個更高的層次。

在我國，傳統礦山企業生產工藝離散，生產環境惡劣，且存在極大的安全隱患，改善傳統開採工藝的弊端，解決當前社會最關注的資源利用和安全生產是十分必要和重要的，通過對老系統的改造實現信息的集中、調度以及井下軌道運輸系統的自動化、智能化的集中控制，達到了礦區人力資源的合理利用，提高現有設備的生產能力，實現地下採礦無人化，不僅可以提高企業技術水平，同時也會給企業帶來豐厚的經濟效益。

2　系統概述

2.1　設計思路

本系統基於貝加萊的X90移動控制器，其擁有強勁的ARM處理器和48個多功能I/O通道，涵蓋了可用於CAN、USB、以太網和實時POWERLINK總線系統的接口，具有滿足IP69K的高防護等級，是專為應對最嚴酷的工作環境而設計的。貝加萊X90移動控制器具有極其堅固的鑄鋁外殼，可安裝四個擴展卡，靈活性高，併兼具貝加萊自動化技術所擁有的所有優點。集成的安全技術和豐富的排錯選項，不僅可大大節約開發時間，更能滿足用戶的實際需求，是建築機械、農業機械、林業機械及市政機械等移動設備自動化解決方案的不二選擇。

通過對井下中段原有電機車的智能化改造，實現了機車的井下巷道障礙檢測和控制、機車定位、速度控制、位置同步、語音告警等，並配合巷道的網絡覆蓋，建立了一套完善的控制調度系統，實現機車與機車之間、機車與系統之間、機車與人員之間的相互配合和安全運行模式。針對地下礦機車運輸的特點，綜合運用通信、精確定位、自動控制等技術，實現礦石的智能運輸，達到無人駕駛、自動調度、自動裝礦、自動運礦、自動卸礦、行人避讓、保護、監控等功能，保障機車行人安全，提高運輸效率。

2.2　系統結構

控制中心依靠X90移動PLC系統，完成整個井下運輸系統的工藝控制，實現現場的數據檢測和狀態指示；無線通信系統完成PLC控制系統與電機車運行系統的數據通信；集中監控調度系統完成人員對電機車、巷道設備的遠程操作、監控和調度；電機車控制系統實現電機車本身的控制運行和安全保護；裝卸載站系統完成電機車的自動裝卸載礦石。整個系統將達到合理配置、優化控制、系統穩定的效果。井下智能運輸系統結構。

3 系統設計

3.1　硬件系統設計

3.1.1　系統需求與控制站規劃

本井下智能運輸系統中，在控制中心設立控制主站（帶有DP和以太網口）；DP口作為主站與巷道的ET200相連通訊，以太網口作為主站與5台移動機車從站進行實時通訊。

在每一個岔道轉轍機及裝卸載站處安裝ET200從站（共13個），作為控制主站的遠程I/O，實現轉轍機的控制、預警和信號顯示等。在每台電機車上安裝有X90控制器（帶有以太網口，共5台），作為控制中心主站的機車移動從站，通過自帶的無線網橋與巷道安裝的基站系統進行通信，實現實時的數據連接。

在井下調度室設立井下操作員站（2台），通過千兆光纖以太網連接到控制中心主站，實現在井下調度室操作機車的功能。

在地表集控調度室設立工程師站（1台）和操作員站（2台），利用光纖網絡，實現以太網連接到控制中心主站，達到在地表集控調度室操作機車、實時監控、打印報表等功能。地表集控調度室的系統服務器實時進行數據採集和系統配置等。

3.1.2　設備選型與硬件配置

選用X90CP172-48控制器，內部配置有X90AO410-04模擬量輸出模塊，實現整個機車的控制功能。機車控制器X90被固定在機車控制室內壁，通過控制線纜連至機車配電控制箱。網絡接口連接到控制箱內的交換機，實現與射頻RF、觸摸屏及集控中心控制器通訊。

X90172.48分別有三個對外接線端口，48個點，加上AO擴展板X90AO410.040共有52個點，根據機車項目需要，實現具體的機車配置控制接口包含機車控制、機車狀態反饋、信號檢測等共42個點，正好滿足系統配置要求。

3.2　軟件系統功能實現

3.2.1　應用軟件的開發平台

使用X90控制器，採用AutomationStudio4.3進行軟件配置和系統編程。打開編程軟件，建立工程項目，在Physical view插入所需硬件，並配置相應的IP地址及參數。本項目的X90應用程序全部採用ST語言編程，下來就是具體的功能實現了。

3.2.2　機車速度檢測的實現

本系統通過在電機軸齒輪增加增量編碼器方式，編碼器採用套軸安裝，保證了安裝準確無偏差。編碼器電源採用直流24V供電，接口為A、B接入，連接至X90的高速輸入通道1、3。

首先，測量速度通過通道1、3，定義的內部映像值存儲值為INT，其值為-32768~+32767直接，並且機車在前進正轉時，這個內部值從小到大變化，機車倒退時，這個內部值從大到小變化。本速度測量通過對通道1、3每10ms進行一次採集，通過計算實現機車速度檢測。

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