摘要：全面介绍了KJ221机车监控系统的各项功能特点、工作原理及其发展前景，并对其在现实应用中表现出来的优点做出了详细说明。 关键词：机车监控系统；发展前景
中图分类号：TB
文献标识码：A
文章编号：1672-3198（2012）04-0293-02
0前言
目前以轨道传感器为主要技术的系统（DCS系统）仍占据着我国煤矿井下运输监控系统设备部分市场。随着国内科研和制造单位的日益发展壮大，研制水平的不断提高，品种齐全和多样化，以及它具有价格低和服务及时等诸多优势，不言而喻，以轨道传感器为主要技术的系统将会逐年下降。另外，随着我国高产高效现代化矿井建设发展的需要，以轨道传感器为主要技术的系统，远远不能满足现在煤矿井下辅助运输的需求。KJ221采用无线传感网络+现场总线控制结构（FCS），具有高效能、多用途、灵活方便、高效安全和适应性强等优点，在功能和控制范围上，可多可少，可大可小，以满足不同矿井井下机车运输的要求，在追加投资后系统能方便地扩充功能和扩大控制范围。该系统为整体优化设计，采用以软代硬的设计思想，强化软件，简化硬件，降低设备造价，减少设备数量，减少系统的故障点，提高系统功能及可靠性。而且系统的可扩容性大，兼容性强，能够满足国内所有的煤矿企业。系统采用工业以太网满足不同规模煤矿的需求，也可以接入现有的总线系统内，从而降低成本。所以井下运输监控系统在我国煤矿井下运输中占有的比例将逐年扩大，且前景看好。
1系统概述
（1）KJ221机车运输监控系统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。
（2）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。
（3）该系统主要由主控设备、通讯站、控制分站、接收器、发射器、司控电动道岔装置、系统显示器、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。
（4）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。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。
2主要实现功能
（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。
（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。
（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：①列车位置、运行方向等；②区段车辆情况；③信号灯及闭锁信号灯状态；④道岔位置及挤岔不密贴显示；⑤机车询问显示；⑥井下车场的模拟显示。
（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：①统计每班、每日、各煤仓的出煤量；②电机车和系统内各种设备的运行情况；③闯红灯时间、地点等。管理图表主要有：机车运行循环图表，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。
（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。
（6）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。
（7）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。
（8）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。
（9）防追尾功能：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。
（10）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。
3工作原理
KJ221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。
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。
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。
车辆传感器采用电涡流式无接触传感方式工作，即当机车车轮经过安装在轨道内侧的一对车辆传感器时，车辆传感器产生感应信号并上报系统主控器，从而实现机车车位的监测。另外，每对车辆传感器的安装均错开一定的距离，这样除了可以监测机车车位外，还可以判别机车运行方向以及通过的车轴数，使计算机能够计算出车皮数，从而实现运量的月报表统计工作。
4结语
相对于传统的系统，KJ221优势明显：
KJ221采用无线传感器网络，把无线网络传感器分布在大巷的顶端或两侧，信号布满大巷内可以有效解决由于车轮挤压、机车震动、积水的情况造成的信号失灵问题。
KJ221采用无线传感器能够实时、准确的把采集到的信息输送到主控器上，由主控器发送到工控机上，达到显示机车的位置、方向、机车的运输过程。通过调节无线网络传感器的分布来精确机车位置，可以精确到10米，给机车精确定位提供有效依据。
KJ221系统采用无线传感器网络技术，每辆机车只有一个发射器相当于每辆车只有一个信号源。从根本上杜绝了传统“信集闭”由于轨道上轨道传感器信号不稳定产生很多信号源造成的大量的假车现象。
KJ221使用无线网络传感器技术，对机车的精确定位、跟踪、监控、调度全是无线双向传输，有效解决了这一难题同时也降低了成本。另外，KJ221系统为现场总线控制结构（FCS），各分站就近安装在控制现场，并联挂接在一条通信电缆上，比较以集散分布式（DCS）控制结构和轨道计轴传感器为技术核心的系统，节约电缆30%以上；KJ221系统为分布式现场总线控制系统，只有一条总线，单个设备都能够直接挂接在总线上，1000米一台分站，不需要单独的电源箱和接线箱。
可操作性好，定位精度可自由选择。煤矿井下机车定位系统采用先进无线网路传感器技术，识别区域可以准确界定，通过网络接收机的布局，机车定位精度为10米，运行稳定，计算误差小等优点.与其它常用节点定位技术相比，无线电干涉测距定位技术具有定位精度高，传播距离远，所需硬件设备少等优点。整个系统设计成为“傻瓜型”，对用户的要求极低，具有简易可调的功能、故障自动巡检功能等。系统操作简单，并可对故障地点自动报警，维护方便。
KJ221系统目前在淮北矿业集团桃园煤矿北部井运行良好，有效地解决了运输系统关键环节经常被动的局面，实现了安全、高效、合理的运营。