智能化電機車防撞系統(tǒng)的可行性研究

1） 紅外線發(fā)射單元的編碼調制器的三種不同編碼信號對38 kHz的載波信號進行調制，產(chǎn)生三種不同頻率的調制信號送至放大器以驅動三個紅外發(fā)射管，發(fā)射出三種不同編碼的紅外線。根據(jù)單片機每一時刻只能處理一路信號的特點，三路放大器由電子開關控制其依次導通，保證每一時刻只有一路發(fā)射管工作，這樣既減小了工作電流，降低了功耗，又避免了信號相互干擾，造成接收器誤測。
　　通過對發(fā)射管選型和調整放大器發(fā)射功率使發(fā)射距離分別為S1=80m，S2=50m，S3=7m；通過調整各自透鏡組的焦距使光束射角分別為α1=44僅α2=68’，僅α3=8°，使每個發(fā)射距離的臨界處光束直徑都是1m，正好覆蓋住電機列車的端面，既保證了接收又防止了對相鄰車道車輛的干擾。發(fā)射單元安裝在電機車的照明大燈下方和列車尾燈下方適當位置，由于井下軌道運輸電機車、列車雙向行駛不分頭尾，所以機車和列車（礦車）兩端都分別安裝紅外發(fā)射器。紅外接收頭安裝在電機車頭與發(fā)射單元正對的位置。
　　2） 紅外線接收器采用紅外線一體化接收頭，它是集紅外接收、信號放大、帶通濾波、比較輸出等為一體的模塊，性能穩(wěn)定、可靠。無需A／D轉換器轉換可以直接與單片機端口連接。接收器的信號入射角為最小的4。，這樣不論是直道還是彎道，其信號接收都不會受對面鄰道相向行駛的電機車所發(fā)出的紅外線干擾，除非行駛在同一軌道。
　　3） 采用單片計算機作主控芯片控制是實現(xiàn)智能化控制的真正意義所在。運用單片計算機可使電路簡化，結構簡單，功能增強，檢測控制自動化，工作更可靠，運行更安全。關于單片機的程序編制和應用不算太難，由于篇幅在此不敘。
　　4） 紅外線發(fā)射器不間斷地依次向前方發(fā)射著三種不同射程不同編碼的紅外線波，以利單片控制器接收并判斷電機車當前所處的位置，然后發(fā)出相應的報警或制動指令。當電機車由于某種原因在同一軌道行駛而進入前方車輛的報警距離S1（80 m）時，接收器接收到前方發(fā)出的紅外信號迅速傳送到單片機，由單片機進行數(shù)據(jù)處理，分析判斷后經(jīng)光電隔離分兩路輸出，一路接通電機車號笛和閃光信號電路，發(fā)出聲光報警，以提醒本車司機和對面電機車司機，注意減速慢行，保持車距；一路迅速啟動液壓油泵，為剎車作準備。如果車輛減速，退出報警距離后，系統(tǒng)自動解除警報，斷開液壓油泵電源。
　　如果電機車沒有減速繼續(xù)前進，進入一般制動距離S2（50 m）時，接收器把接收到的紅外信號傳送給單片機，單片機識別到是制動信號后，立即發(fā)出指令，斷開電機車主電機的控制回路，主電機斷電，使列車處于滑行狀態(tài)。同時立即與霍爾速度傳感器反饋的當前車速進行運算，對比分析，然后按照預設的制動加速度發(fā)出制動指令，控制電流經(jīng)D／A轉換、模擬放大后調節(jié)比例電磁閥的開啟量，自動調整液壓泵產(chǎn)生的制動力矩，使液壓油缸的輸出壓力逐步增加，在20 m內(nèi)實現(xiàn)平穩(wěn)停車。
　　如果電機車在彎道或遠距離視線被遮擋的情況下發(fā)現(xiàn)前方車輛時，已經(jīng)進入緊急制動距離 ，即兩車相距7 m左右（其中R為軌道曲線半徑，按25 m計算），此時接收器接收到對方發(fā)來的緊急制動紅外信號后，單片機立即發(fā)出緊急制動指令，以較陡的制動加速度來控制比例電磁閥的打開，較大的制動力矩使列車在2 m之內(nèi)迅速剎車。同時又能防止因緊急剎車導致制動閘包死現(xiàn)象。
　　5） 機車制動后需按壓復位按鈕才能使系統(tǒng)發(fā)出解除制動指令，退出制動狀態(tài)。本系統(tǒng)設定為手動控制優(yōu)先于自動控制，按壓手動制動按鈕就可隨時進行一般制動，省去轉動剎車手輪的繁瑣操作，方便快捷。
6 結論
　　安全是煤礦永恒的主題，安全生產(chǎn)是黨和國家一貫堅持的重要方針。煤礦運輸事故多主要是因為運輸系統(tǒng)點多、線長、面廣，所有下井人員都要與運輸機械設備接觸。要減少和避免軌道運輸事故的發(fā)生，除了加強思想教育、技術培訓，提高機車司機的技能素質，加強責任心外，最根本的就是要完善必要的裝備，實行自動化控制。人機雙管齊下，才能真正有效地控制機車事故的發(fā)生、實現(xiàn)安全生產(chǎn)的目標。智能化電機車防撞系統(tǒng)的應用是實現(xiàn)軌道運輸無事故的有力技術保障措施。