电机车智能计量交通系统

2022 编辑：中冶有色技术网来源：中冶有色技术网

2022-01-19 09:35:50

权利要求

1.电机车智能计量交通系统，其特征在于：包括前端现场设备层、工业以太网现场总线传输层和机房中心处理层；
所述前端设备层以现场控制站为核心，所述现场控制站安装有PLC控制器，采用ModbusTCP协议与现场总线上其他现场控制站以及中心端服务器互联互通；
所述现场控制站所连接的设备有输入设备和输入设备；
所述采集输入设备包括远距离RFID读卡器、车辆RFID卡，站点电流采集变送器、视频抓拍摄像头和现场控制站点面板上各种输入按钮；
所述输出设备包括交通信号灯、就地报警器、现场控制站面板上各种输出状态指示灯。
2.根据权利要求1所述的电机车智能计量交通系统，其特征在于，所述PLC控制器为西门子S7-1200。
3.根据权利要求1所述的电机车智能计量交通系统，其特征在于，所述工业以太网现场总线传输层包括通信光缆、机房端光纤网络设备和现场控制站点端光纤网络通信设备；
所述通信光缆采用24芯主干光缆，为现场控制站提供总线接入物理接口；
所述机房端光纤网络设备为24口光纤汇聚交换机；
所述现场控制站点端光纤网络通信设备为工业级光纤接口以太网交换机，安装在现场控制站。
4.根据权利要求1所述的电机车智能计量交通系统，其特征在于，所述机房中心处理层包括工业级无风扇工控主机、主服务器、UPS在线式后备电源、工业组态监控模块和服务器标准机柜；
所述主服务器上运行组态监控模块；
所述现场控制站采集的信号通过现场总线传输全部在主服务器上汇聚存储，所述组态软件模块进行编程和逻辑控制，运算结果生成的控制调度指令由主服务器的工业组态模块通过现场总线发送至对应的现场控制站执行，主服务器为整个信号系统的控制核心；
所述UPS在线式后备电源为主服务器提供备用电源；
所述工业级无风扇工控主机、主服务器、UPS在线式后备电源均安装在服务器标准机柜中。
5.根据权利要求1所述的电机车智能计量交通系统，其特征在于，所述现场控制站安装在信号灯旁，所述现场控制站安装有高分贝声光报警器；
所述现场控制站安装有站点电流采集变送器，通过电流采集变送器变送后接入PLC控制器，所述现场控制站每一种已知的工作状态其正常的电流值有固定的范围，当设备异常时，电流值会变化，系统通过电流值来自我感知诊断设备的工作状态，形成闭环反馈信息，所述PLC控制器的模拟量输入接口将电流信号转换成数字量上传服务器的工业组态监控模块，所述工业组态监控模块能够自检出发生故障的类型以及部位，所述工业组态监控模块每天定时自检，自检结果能自动上报。
6.根据权利要求1所述的电机车智能计量交通系统，其特征在于，所述现场控制站处具备手动锁闭操作按钮，可手动锁闭本区间和相邻的两个区间；
可手动锁闭单轨区，禁止车辆进入单轨区；
当工作人员在单轨区检修作业时，手动锁闭区间，防止电机车进入。
7.根据权利要求1所述的电机车智能计量交通系统，其特征在于，所述视频抓拍摄像头包括测速模块和数据记录模块；
所述测速模块公式为：V＝D/T2-T1；
1#电机车通过区间1的时刻为T1，通过区间2的时刻为T2。
8.根据权利要求7所述的电机车智能计量交通系统，其特征在于，所述数据记录模块对经过一个区间，自动记录当前车号、时间日期、车速、进出方向、信号灯状态和是否违章的信息，所有记录可按照车号、时间段、是否违章、是否超速的关键信息进行筛选、查询、回放和打印。
9.根据权利要求4所述的电机车智能计量交通系统，其特征在于，所述主服务器包括主服务器包括基础信息管理模块、实时监控模块、查询统计模块、报表打印模块、系统自检模块和数据导出模块；
所述基础信息管理模块用于电机车RFID卡管理、用户类型及角色管理和用户管理；
所述实时监控模块完成本系统用户的登记、修改、删除和查询，用户信息主要包括：用户编号、用户姓名、密码、用户类型和联系方式；
所述查询统计模块包括以车号，时间段，班次和是否违章条件为筛选项，查询电机车的所有通行记录；
所述报表打印模块用于各电机车通行记录报表，各电机车班次趟数统计报表；
所述系统自检模块用于现场控制站设备自检，自检结果实时显示，故障点自动定位提示；
所述数据导出模块用于所有数据可导出为EXCEL表格。
10.根据权利要求9所述的电机车智能计量交通系统，其特征在于，所述查询统计模块还包括对查询报警信息，包括网络故障报警、设备故障报警和认为作弊报警。

说明书

技术领域
本发明涉及能计量交通技术领域，具体为电机车智能计量交通系统。
背景技术
电机车是轨道车辆运输的一种牵引设备，动力是利用牵引电机驱动车轮转动，借助车轮与轨面间的摩擦力，使机车在轨道上运行，这种运行方式，它的牵引力不仅受牵引电机(或内燃机)功率的限制，还受车轮与轨面间的摩擦制约，机车运输能行驶的坡度有限制，运输轨道坡度一般为3％，局部坡度不能超过30％，其按结构分类有架线式电机车和蓄电池电机车。
但是目前市场上的电机车不具备对电机车车号进行识别、能对运行中的所有电机车绝对位置进行区间定位管控，能对电机车闯红灯违章在信号灯处进行就地声光报警记录和违章视频监控联动抓拍，实现电机车防撞预警的功能，并且不具备各种信息的采集、就地处理，实时传输、中心控制端接收存储分析与信号输出调度的功能。
发明内容
本发明提供电机车智能计量交通系统，可以有效解决上述背景技术中提出不具备对电机车车号进行识别、能对运行中的所有电机车绝对位置进行区间定位管控，能对电机车闯红灯违章在信号灯处进行就地声光报警记录和违章视频监控联动抓拍，实现电机车防撞预警的功能，并且不具备各种信息的采集、就地处理，实时传输、中心控制端接收存储分析与信号输出调度的功能的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，电机车智能计量交通系统，包括前端现场设备层、工业以太网现场总线传输层和机房中心处理层；
所述前端设备层以现场控制站为核心，所述现场控制站安装有PLC控制器，采用Modbus TCP协议与现场总线上其他现场控制站以及中心端服务器互联互通；
所述现场控制站所连接的设备有输入设备和输入设备；
所述采集输入设备包括远距离RFID读卡器、车辆RFID卡，站点电流采集变送器、视频抓拍摄像头和现场控制站点面板上各种输入按钮；
所述输出设备包括交通信号灯、就地报警器、现场控制站面板上各种输出状态指示灯。
根据上述技术方案，所述PLC控制器为西门子S7-1200。
根据上述技术方案，所述工业以太网现场总线传输层包括通信光缆、机房端光纤网络设备和现场控制站点端光纤网络通信设备；
所述通信光缆采用24芯主干光缆，为现场控制站提供总线接入物理接口；
所述机房端光纤网络设备为24口光纤汇聚交换机；
所述现场控制站点端光纤网络通信设备为工业级光纤接口以太网交换机，安装在现场控制站。
根据上述技术方案，所述机房中心处理层包括工业级无风扇工控主机、主服务器、UPS在线式后备电源、工业组态监控模块和服务器标准机柜；
所述主服务器上运行组态监控模块；
所述现场控制站采集的信号通过现场总线传输全部在主服务器上汇聚存储，所述组态软件模块进行编程和逻辑控制，运算结果生成的控制调度指令由主服务器的工业组态模块通过现场总线发送至对应的现场控制站执行，主服务器为整个信号系统的控制核心；
所述UPS在线式后备电源为主服务器提供备用电源；
所述工业级无风扇工控主机、主服务器、UPS在线式后备电源均安装在服务器标准机柜中。
根据上述技术方案，所述现场控制站安装在信号灯旁，所述现场控制站安装有高分贝声光报警器；
所述现场控制站安装有站点电流采集变送器，通过电流采集变送器变送后接入PLC控制器，所述现场控制站每一种已知的工作状态其正常的电流值有固定的范围，当设备异常时，电流值会变化，系统通过电流值来自我感知诊断设备的工作状态，形成闭环反馈信息，所述PLC控制器的模拟量输入接口将电流信号转换成数字量上传服务器的工业组态监控模块，所述工业组态监控模块能够自检出发生故障的类型以及部位，所述工业组态监控模块每天定时自检，自检结果能自动上报。
根据上述技术方案，所述现场控制站处具备手动锁闭操作按钮，可手动锁闭本区间和相邻的两个区间；
可手动锁闭单轨区，禁止车辆进入单轨区；
当工作人员在单轨区检修作业时，手动锁闭区间，防止电机车进入。
根据上述技术方案，所述视频抓拍摄像头包括测速模块和数据记录模块；
所述测速模块公式为：V＝D/T2-T1；
1#电机车通过区间1的时刻为T1，通过区间2的时刻为T2。
根据上述技术方案，所述数据记录模块对经过一个区间，自动记录当前车号、时间日期、车速、进出方向、信号灯状态和是否违章的信息，所有记录可按照车号、时间段、是否违章、是否超速的关键信息进行筛选、查询、回放和打印。
根据上述技术方案，所述主服务器包括主服务器包括基础信息管理模块、实时监控模块、查询统计模块、报表打印模块、系统自检模块和数据导出模块；
所述基础信息管理模块用于电机车RFID卡管理、用户类型及角色管理和用户管理；
所述实时监控模块完成本系统用户的登记、修改、删除和查询，用户信息主要包括：用户编号、用户姓名、密码、用户类型和联系方式；
所述查询统计模块包括以车号，时间段，班次和是否违章条件为筛选项，查询电机车的所有通行记录；
所述报表打印模块用于各电机车通行记录报表，各电机车班次趟数统计报表；
所述系统自检模块用于现场控制站设备自检，自检结果实时显示，故障点自动定位提示；
所述数据导出模块用于所有数据可导出为EXCEL表格。
根据上述技术方案，所述查询统计模块还包括对查询报警信息，包括网络故障报警、设备故障报警和认为作弊报警。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明结构科学合理，使用安全方便，在对原信号系统充分踏勘调研基础之上，将原信号系统已存在的各种问题进行归纳总结，采用最新的信息化自动化技术对原系统进行全面彻底的升级改造，建立一套技术先进，稳定可靠，功能完善，实用可行，易于维护的智能化信号系统，能够完成对整个电机车运输系统的信号灯智能调度，能对电机车车号进行识别、能对运行中的所有电机车绝对位置进行区间定位管控，能对电机车闯红灯违章在信号灯处进行就地声光报警记录和违章视频监控联动抓拍，实现电机车防撞预警，整个信号系统能自检以及故障自主报告和故障自主定位等功能，系统采用统一的国际标准Modbus TCP通讯协议，可为后续数字矿山电机车无人驾驶系统提供向上集成接口和调度信号；通过新系统的部署，为确保出矿运输系统安全生产以及后续数字矿山电机车无人自动驾驶系统的建设提供坚实的技术基础，实现对电机车信号灯系统各种信息的采集、就地处理，实时传输、中心控制端接收存储分析与信号输出调度。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的系统结构示意图；
图2是本发明的同向追踪通行调度示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例：如图1-2所示，本发明提供技术方案，电机车智能计量交通系统，包括前端现场设备层、工业以太网现场总线传输层和机房中心处理层；
前端设备层以现场控制站为核心，现场控制站安装有PLC控制器，采用Modbus TCP协议与现场总线上其他现场控制站以及中心端服务器互联互通；
现场控制站所连接的设备有输入设备和输入设备；
采集输入设备包括远距离RFID读卡器、车辆RFID卡，站点电流采集变送器、视频抓拍摄像头和现场控制站点面板上各种输入按钮；
通过无源标识卡和远距离RFID读卡器，使得系统具备完整的电机车车号识别和电机车所处的绝对位置定位功能，在每台电机车车头部安装一张无源车辆RFID卡，使得每个电机车具有唯一的身份识别码，运输巷道全程被划分为多个闭塞区间，每个闭塞区间安装一台RFID读卡器，每个读卡器都有不同编号，使得每个区间都有唯一的区间编码，含有电子身份标识的电机车运行在安装了已编号的读卡器的巷道区间内运行，机车通过时，自动在读卡器上完成一次刷卡，实时上报卡号的区间编码，因此系统能检测到每台电机车当前处在运输巷道的具体区间，实现电机车车号识别和区间定位，从而能够准确的掌握每台电机车的实时动态，生成准确的信号调度指令。
输出设备包括交通信号灯、就地报警器、现场控制站面板上各种输出状态指示灯；
原系统单轨区共计设8组红绿灯，新系统需要作如下调整：
1，在单轨区两个大转弯处增加3组双色灯，大转弯处司机视线被阻挡，无法看到前方状况，因此在此处增加红绿灯为司机提供可信的调度信号，其余红绿灯间距稍作调整；
2，溜井往外出车岔道口处3个方向各增加一组3色灯，为溜井出车提供调度信号，防止同时出车发生撞车事故；
新系统能识别电机车车号与巷道区间，因此每台电机车的相对位置和绝对位置对系统而言都是确定的，以此为基础，系统能按照既定调度规则，准确的完成区间闭塞和信号显示调度功能；
1,单轨区设11组红绿灯，由两台独立的红绿灯组成，1台面向入井方向，1台面向出井方向，每组红绿灯处安装一套现场控制站，两台红绿灯由现场控制站内置的PLC分开控制；
2，单轨区采用先入先出，对端封锁的原则调度。
单轨区同向电机车通行采取追踪方式，系统自动闭塞一个区间，确保安全，逻辑采用绿，绿闪，红三种，具体含义如下：
绿色：前方允许电机车以正常车速通行，前方至少两个区间内无车占用；
绿闪：前方允许电机车减速通行，前方区间内无车占用，前方区间紧相邻的下个区间有车占用；
红色：前方区间内有车占用，在信号灯前停车，不得越过信号灯。
根据上述技术方案，PLC控制器为西门子S7-1200。
根据上述技术方案，工业以太网现场总线传输层包括通信光缆、机房端光纤网络设备和现场控制站点端光纤网络通信设备；
通信光缆采用24芯主干光缆，为现场控制站提供总线接入物理接口；
机房端光纤网络设备为24口光纤汇聚交换机；
现场控制站点端光纤网络通信设备为工业级光纤接口以太网交换机，安装在现场控制站。
根据上述技术方案，机房中心处理层包括工业级无风扇工控主机、主服务器、UPS在线式后备电源、工业组态监控模块和服务器标准机柜；
主服务器上运行组态监控模块；
现场控制站采集的信号通过现场总线传输全部在主服务器上汇聚存储，组态软件模块进行编程和逻辑控制，运算结果生成的控制调度指令由主服务器的工业组态模块通过现场总线发送至对应的现场控制站执行，主服务器为整个信号系统的控制核心；
UPS在线式后备电源为主服务器提供备用电源；
工业级无风扇工控主机、主服务器、UPS在线式后备电源均安装在服务器标准机柜中。
根据上述技术方案，现场控制站安装在信号灯旁，现场控制站安装有高分贝声光报警器；
现场控制站安装有站点电流采集变送器，通过电流采集变送器变送后接入PLC控制器，现场控制站每一种已知的工作状态其正常的电流值有固定的范围，当设备异常时，电流值会变化，系统通过电流值来自我感知诊断设备的工作状态，形成闭环反馈信息，PLC控制器的模拟量输入接口将电流信号转换成数字量上传服务器的工业组态监控模块，工业组态监控模块能够自检出发生故障的类型以及部位，工业组态监控模块每天定时自检，自检结果能自动上报。
根据上述技术方案，现场控制站处具备手动锁闭操作按钮，可手动锁闭本区间和相邻的两个区间；
可手动锁闭单轨区，禁止车辆进入单轨区；
当工作人员在单轨区检修作业时，手动锁闭区间，防止电机车进入。
根据上述技术方案，视频抓拍摄像头包括测速模块和数据记录模块；
测速模块公式为：V＝D/T2-T1；
1#电机车通过区间1的时刻为T1，通过区间2的时刻为T2。
根据上述技术方案，数据记录模块对经过一个区间，自动记录当前车号、时间日期、车速、进出方向、信号灯状态和是否违章的信息，所有记录可按照车号、时间段、是否违章、是否超速的关键信息进行筛选、查询、回放和打印。
根据上述技术方案，主服务器包括主服务器包括基础信息管理模块、实时监控模块、查询统计模块、报表打印模块、系统自检模块和数据导出模块；
基础信息管理模块用于电机车RFID卡管理、用户类型及角色管理和用户管理；
实时监控模块完成本系统用户的登记、修改、删除和查询，用户信息主要包括：用户编号、用户姓名、密码、用户类型和联系方式；
查询统计模块包括以车号，时间段，班次和是否违章条件为筛选项，查询电机车的所有通行记录；
报表打印模块用于各电机车通行记录报表，各电机车班次趟数统计报表；
系统自检模块用于现场控制站设备自检，自检结果实时显示，故障点自动定位提示；
数据导出模块用于所有数据可导出为EXCEL表格。
根据上述技术方案，查询统计模块还包括对查询报警信息，包括网络故障报警、设备故障报警和认为作弊报警。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明结构科学合理，使用安全方便，在对原信号系统充分踏勘调研基础之上，将原信号系统已存在的各种问题进行归纳总结，采用最新的信息化自动化技术对原系统进行全面彻底的升级改造，建立一套技术先进，稳定可靠，功能完善，实用可行，易于维护的智能化信号系统，能够完成对整个电机车运输系统的信号灯智能调度，能对电机车车号进行识别、能对运行中的所有电机车绝对位置进行区间定位管控，能对电机车闯红灯违章在信号灯处进行就地声光报警记录和违章视频监控联动抓拍，实现电机车防撞预警，整个信号系统能自检以及故障自主报告和故障自主定位等功能，系统采用统一的国际标准Modbus TCP通讯协议，可为后续数字矿山电机车无人驾驶系统提供向上集成接口和调度信号；通过新系统的部署，为确保出矿运输系统安全生产以及后续数字矿山电机车无人自动驾驶系统的建设提供坚实的技术基础，实现对电机车信号灯系统各种信息的采集、就地处理，实时传输、中心控制端接收存储分析与信号输出调度。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

电机车智能计量交通系统