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安徽大學計算智能與信號處理教育部重點實驗室
基于RFID礦井斜坡道交通信號監控系統的故障處理方案
作者:謝瑩 魯群 許榮斌 發布時間:2007/6/6 15:58:00
摘 要
在簡單介紹礦井斜坡道交通信號監控系統的基礎上,分析了該系統的故障處理方案,為數據處理終端提供準確的資料,保證了系統正常運行。目前該系統已經投入使用,具有很好的行業示范價值。
目前,我國礦井下主巷道運輸的自動化程度相對較高,但如何對斜坡道內的運輸安全進行自動化監控,基本上是一個空白點。斜坡道是很多礦山采掘企業在礦井下單獨修建的一條負水平螺旋形斜坡巷道(即輔助巷道),利用無軌車輛(即卡車、工程車等)運送材料、設備以及人員等。斜坡道與開采層面的平巷形成丁字路口,丁字路口將相鄰兩個彎道形成距離不等的巷段。斜坡道內一般為單行道,無法進行車輛交會,一旦出現故障,不僅會嚴重影響車輛的運行效率,而且也存在著較大的安全隱患。
本監控系統運用RFID(Radio Frequency ldentification)射頻識別技術,通過一定頻率的無線射頻方式進行數據通訊,以達到自動識別和數據交換的目的。射頻識別技術具有較高的通訊速率、較強的抗干擾能力、保密性強、多標簽、遠距離和高速移動物體識別等傳統的“傳感裝置”無可比擬的技術優勢,使得它不僅能夠適應井下復雜、惡劣的作業環境,而且能夠準確地解決車輛和人員混行識別問題,在系統中加入了各種故障處理方案,從而很好地解決了井下施工的安全隱患。
1 系統體系結構
1.1系統組成
根據礦井斜坡道作業環境和車輛運行特點,系統的安全性、可靠性、實用性是項目設計的主要原則,本系統利用RFID射頻識別技術對車輛進行自動識別;利用微處理控制技術對交通信號進行自動控制;利用計算機管理技術對車輛的運行軌跡和數據進行自動顯示和統計;利用CAN總線技術,支持數據處理終端與各檢測分站之間進行網絡通訊。并采取集散式的方式對整個系統進行控制。
本系統主要由車輛識別、信號控制、信息管理、系統通訊四大單元所組成。很好地實現了對車輛的自動識別、自動控制和對車輛運行軌跡和相關數據自動顯示和統計以及數據處理終端與監控分站之間以及分站相互之間進行通信等功能。
1.2系統原理
射頻識別技術是本系統的技術關鍵,主要由電子標簽(Tag)、讀寫器(Reader and Writer)等組成。電子標簽由標簽天線和標簽芯片(包括射頻收發模塊、控制模塊等)所構成,具有
智能讀寫及加密通信等功能,讀寫器由無線收發模塊、控制模塊和接口電路所構成,用以產生發射無線電射頻信號,并接收電子標簽發射回的無線電射頻信號,經處理后獲取標簽數據信息,以達到自動識別的目的。射頻識別設備采用的是2.4GGHz超高頻工作頻段和有源能量供應模式以及CAN總線通訊技術。


如圖1所示,系統在斜坡道內的每個交通道口設置監控分站,當附著車輛標識卡的無軌車輛進入分站發射天線工作區域后被激活,同時將載有車輛識別碼的信息,經卡內發射模塊發射出去;接收天線接收到無軌車輛標識卡發射的載波信號,經讀卡器處理后,將車輛的有關信息(識別碼信息和運行位置信息等),通過CAN總線,一方面傳送到信號控制器,驅動信號燈進行信號切換,實現分散式控制;另一方面傳送到數據處理終端,由管理軟件進行數據處理和運行軌跡顯示,實現車輛有關信息的集中管理。由于斜坡道的丁字道口形成3個行駛方向:①巷內上行;②巷內下行;③斜坡道至平巷的進出口。故系統是以1臺讀卡器配置3臺天線、3組信號機的設計方案(也可以用3臺讀卡器配置3臺天線、3組信號機的設計方案,具體由現場環境定),而斜坡道的進、出口分站,則只需配置1臺讀卡器、1臺天線、1組信號機(根據各礦山斜坡道的結構不同,還可在有些礦山斜坡道內設有錯車道)。
2 系統故障處理
該系統中,射頻識別采用超高頻、有源能量模式、擴頻方式、光電隔離等技術措施,避免了檢測信號的誤報和多徑抗干擾,提高系統的抗干擾能力;系統通訊采用CAN總線技術,短幀傳送,傳輸時間短,受干擾概率低,每幀信息都有CRC校驗及其它檢錯措施,數據出錯率極低,保證了系統的可靠性;系統采用了分站式監控方式,當某一監控分站出現故障,不影響總線上其它節點交通信號控制的正常運行;設備選型考慮到井下工況環境的特殊要求。但為了證了系統的安全性,我們全面考慮了可能出現的故障,設計了相應的故障處理方案,使得系統具備故障自動診斷功能。
2.1車輛故障處理
車輛故障報警的技術處理為:事先對車輛經過每個巷段的平均時間間隔進行測試,并在控制程序中加以設定。當進入某一巷段的車輛在設定的時間間隔內,未通過巷段出口被讀卡器天線所檢測,則被認為車輛在巷段內出現故障。當車輛出現故障停滯于巷段內時,系統將啟動聲、光報警,并在數據處理終端提示出故障的具體巷段。在故障時間內,可采取緊急措施將車輛置入某一錯車道內,并亮起該錯車道的紅燈,以免造成交通堵塞和所有車輛的停滯。
2.2信號故障處理
信號燈故障的技術處理為:通過信號控制器中的控制單片機定時對信號燈進行自動檢測,發現故障立即報告給數據處理終端進行聲、光報警,并在數據處理終端提示信號燈發生故障的所在具體位置。在信號燈出現故障時,車輛調度管理人員可進行人工干預,手工切換信號燈,并配合語音通信系統進行人工車輛調度,當巷段內故障排除后,系統再轉入信號的自動控制。在人工干預期間,由于車輛識別系統仍在工作,原有的車輛運行數據仍被系統所保存。所以,當轉入系統自動控制時,無損于系統對車輛運行數據的管理。
2.3網絡故障處理
總線控制器中的CPU定時對CAN總線網絡進行檢測,如發現通信中斷:一方面驅動所在監控分站的報警程序,驅動信號燈的紅燈不停地閃爍進行報警,表示系統出現通信故障,提醒車輛駕駛人員引起注意;另一方面上傳給數據處理終端,以便車輛調度管理員通知系統維護人員采取應急措施。
2.4標識卡電壓檢測
車輛標識卡中的單片機控制器內部電路帶有電壓檢測功能,當車輛標識卡的電壓不足時,系統將以預設的標識在數據處理終端進行顯示提示,并在數據處理終端提示出故障的具體巷段,通知系統維護人員處理該問題。
2.5其他故障處理
對車輛誤闖紅燈、兩端車輛同時進入巷道、車輛故障停滯于巷道等異常情況,計算機終端將以聲、光兩種模式給予提示,并采取相關緊急措施處理故障,以免造成交通事故。
由于CAN節點具有自動離線功能,當CAN總線上某節點出現事嚴重的錯誤情況,該節點將自動離線,其它節點不受影響,并在數據處理終端進行顯示提示。
3 結束語
由于本系統的識別對象是高速運動車輛物體,要求系統具有較高的讀寫速度、較好的識別精度以及通訊品質,同時要保證系統在出現緊急狀況和故障時要有一定的自處理能力。本文中所列的各種故障處理方案涵蓋了系統中可能出現的各種情況,使其不僅具有很好的行業示范價值,而且具有極大的應用空間和發展前景。正是由于具備以上故障處理方案,目前本系統已安全地投入實際使用,并已形成備案標準。
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