專利名稱：礦下無人駕駛機車無線控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種無人駕駛機車的無線控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在極窄空間內(nèi)(如礦井下)，環(huán)境十分惡劣。粉塵濃厚，運輸機車司機需要很厚重的防塵護具；巷道狹窄，轉(zhuǎn)彎處無法預(yù)知，需要大量人力資金保證安全；巷道內(nèi)通訊不便，需調(diào)度室人員配合各機車司機進行工作，浪費人力，整體工作效率偏低?，F(xiàn)有無線技術(shù)只能點對點控制(直接用無線模塊連接，透明協(xié)議傳輸，一對ー控制)，控制距離有限；即使加入無線中繼器，延時和無線中繼器的數(shù)量成正比，中繼器的數(shù) 量和距離成正比，距離越遠，需要中繼數(shù)量越多，通信延時越長，導(dǎo)致機車無法實時有效控制；中繼過多，自激現(xiàn)象嚴重(中繼在PLC不發(fā)送數(shù)據(jù)時也會轉(zhuǎn)發(fā)通信滯留數(shù)據(jù))；無法定位機車的位置；無法診斷各個無線模塊的故障，通信穩(wěn)定性不高；不適合復(fù)雜巷道；無法控制多臺機車。

實用新型內(nèi)容本實用新型是為了解決現(xiàn)有的礦下無人駕駛機車的控制系統(tǒng)的控制穩(wěn)定性低、無法控制多臺無人駕駛機車的問題，從而提供一種礦下無人駕駛機車的無線控制系統(tǒng)。礦下無人駕駛機車的無線控制系統(tǒng)，它包括控制單元和M個車載単元，所述控制單元包括主PLC、總線控制器、N個無線基站和485總線；每個車載單元均包括從機、從PLC和無線信號收發(fā)模塊，所述從機通過無線信號收發(fā)模塊與無線基站進行無線通信；從機的485控制信號輸出或輸入端與從PLC的485控制信號輸入或輸出端連接；主PLC的485控制信號輸出或輸入端與總線控制器的485控制信號輸入或輸出端連接；總線控制器掛接在巷道內(nèi)的485總線上；N個無線基站均掛接在巷道內(nèi)的485總線上；N為大于或等于3的整數(shù)；M為正整數(shù)。它還包括顯示屏，所述顯示屏的顯示信號輸入端與總線控制器的顯示信號輸出端連接。它還包括狀態(tài)指示模塊，所述狀態(tài)指示模塊的狀態(tài)指示信號輸入端與總線控制器的狀態(tài)指示信號輸出端連接。主PLC與總線控制器之間采用485總線進行通信。從機與從PLC之間采用485總線進行通信。本實用新型的礦下無人駕駛機車的控制系統(tǒng)的控制穩(wěn)定性高，能夠控制多臺無人駕駛機車。

[0014]圖I是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型包含多個車載単元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是具體實施方式
三的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
具體實施方式
一、結(jié)合圖I和圖2說明本具體實施方式
，礦下無人駕駛機車的無線控制系統(tǒng)，它包括控制單元和M個車載単元，所述控制単元包括主PLC I、總線控制器2、N個無線基站3和485總線4 ;每個車載單元均包括從機5、從PLC6和無線信號收發(fā)模塊7，所述從機5通過無線信號收發(fā)模塊7與無線基站2進行無線通信；從機5的485控制信號輸出或輸入端與從PLC6的485控制信號輸入或輸出端連接；主PLC I的485控制信號輸出或輸入端與總線控制器2的485控制信號輸入或輸出端連接；總線控制器2掛接在巷道內(nèi)的485總線4上；N個無線基站3均掛接在巷道內(nèi)的485總線4上；N為大于或等于3的整數(shù)；M為正整數(shù)。原理礦下巷道內(nèi)設(shè)置多個無線基站3，組成ー個無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，處于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的不同機車可被無線基站3識別并與調(diào)度室通訊，通訊數(shù)據(jù)通過485總線4及時傳至調(diào)度室的總線控制器2內(nèi)，總線控制器2與主PLC進行通訊，通過無線基站3的無線數(shù)據(jù)傳輸控制機車的有序運行，實現(xiàn)無人駕駛機車的無線控制。本實用新型采用的總線控制技術(shù)總線控制器接收主PLC發(fā)送的信息吋，即時給主PLC信息反饋并將主PLC發(fā)送的信息傳送到各個無線基站3，無線基站3與總線控制器2之間同樣保持實時通訊反饋。總線控制器2與無線基站3間的通信協(xié)議，封裝原有通信數(shù)據(jù)，使原有通信速率増加I倍，抗干擾能力増加；本實用新型能夠進行功率探測定位，其原理為機車在巷道內(nèi)運行過程中，機車上的從機會發(fā)射距離探測信號(不同功率、不同編碼)，總線控制器根據(jù)無線基站反饋的無線信號判斷機車的編碼和所處位置，并決定與機車通訊的相應(yīng)無線基站。機車上的從機在運行時通過無線信號與相應(yīng)無線基站相互通訊，無線基站將存儲從機發(fā)送的數(shù)據(jù)，等到總線控制器發(fā)送數(shù)據(jù)時，立即反饋數(shù)據(jù)。本實用新型應(yīng)用了極窄空間無線通信技木在礦井下巷道的極窄空間內(nèi)，放置若干個小型無線基站，無線基站之間的間隔為100米(轉(zhuǎn)彎處間隔稍短)，為機車在巷道內(nèi)行駛提供了無線網(wǎng)絡(luò)信號。RS485總線連接所有無線基站至調(diào)度室的總線控制器，保證了每個無線基站均能獨立與總線控制器實時通訊，且無線基站之間不會產(chǎn)生自激，使總線控制器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)實時有序的傳給各個無線基站?？刂茩C車行駛需要依靠兩臺GE-PLC (包括主、從PLC)，主PLC與控制器相連，從PLC與機車相連，控制器固定放置調(diào)度室，可控制機車行駛。但是主從PLC之間的有線連接嚴重影響了機車的實際使用，因此本設(shè)計是在礦井下高干擾的極窄空間里實現(xiàn)主、從PLC長距離無線通訊的技術(shù)方法。主、從PLC有線通信協(xié)議為標準ModBus，實現(xiàn)無線通信后，要求不改變原有通信協(xié)議，直接代替有線通信；[0027]主、從PLC數(shù)據(jù)交換機制主PLC每隔800ms發(fā)送一次命令(讀或者寫)，若從PLC有應(yīng)答(讀、寫應(yīng)答)，則主PLC發(fā)送命令周期自動調(diào)整為400ms。無線通信平臺的搭建在礦井下巷道的極窄空間內(nèi)，放置若干個小型無線基站，無線基站之間的間隔為100米，為機車在巷道內(nèi)行駛提供了無線網(wǎng)絡(luò)信號。通訊規(guī)則總線控制器接收主PLC發(fā)送的信息時，即時給主PLC信息反饋并將主PLC發(fā)送的信息傳送到各個無線基站，無線基站與總線控制器之間同樣保持實時通訊反饋。機車上的從機在運行時通過無線信號與相應(yīng)無線基站相互通訊，無線基站將存儲從機發(fā)送的數(shù)據(jù)，等到總線控制器發(fā)送數(shù)據(jù)過來時，將數(shù)據(jù)反饋回去。從PLC與從機之間采用RS485總線通訊形式銜接,通訊協(xié)議標準的Modbus ；主PLC發(fā)送命令到從PLC所需要的時間150ms (包括無線通訊)，同一時刻只有一個無線基站與至多兩個從機通信(井下并排兩車通行的地方極少，大多只允許單輛車通 行)；由總線控制器查詢后決定與從機通信的無線基站，查詢占用時間220ms ；各部分硬件組成總線控制器MCU、485隔離通訊模塊、綜合狀態(tài)顯示模塊(led和led)、電源模塊；無線基站MCU、485隔離通訊模塊、無線收發(fā)一體模塊、編碼模塊、電源模塊；從機MCU、485隔離通訊模塊、電源模塊；通信平臺詳細架構(gòu)總線控制器功能1、與主PLC交換數(shù)據(jù)(交換從機的數(shù)據(jù))，采用原有ModBus協(xié)議，半雙エ通信，不同于傳統(tǒng)的無線部分，主PLC訪問，立即返回已存儲的從PLC狀態(tài)；2、查詢各個從機和無線基站的相對位置；3、與所有無線基站更新主PLC發(fā)送的數(shù)據(jù)；4、選定某個無線基站，更新從機上傳的數(shù)據(jù)；無線基站功能1、接收總線控制器通過485總線傳送的數(shù)據(jù)；2、接收從機發(fā)射的距離無線探測信號，并判斷從機與該無線基站的距離；3、無線交換從機存儲的從PLC數(shù)據(jù)和無線基站存儲主PLC的數(shù)據(jù)；從機功能1、通過無線收發(fā)模塊向無線基站發(fā)射距離探測信號；2、通過485總線查詢從PLC的狀態(tài)；3、通過485總線與從PLC交換數(shù)據(jù)。無線基站布置I、根據(jù)巷道寬窄、高低、有無彎道、有無強干擾設(shè)備，按照無線基站編號從小到大合理安放，安放距離以從機發(fā)射最大功率信號時至少被3個無線基站能接收到為基準。故障診斷1、總線控制器可以顯示每個無線基站的連接狀態(tài)，當前通信狀態(tài)；2、無線基站上可以顯示從機的連接狀態(tài)；通信中斷次數(shù)統(tǒng)計1、總線控制器連接主PLC，從機連接從PLC后，總線控制器可以記錄無線通信中斷的次數(shù)；2、通信出現(xiàn)故障后，該計數(shù)每隔370ms加1，直到通信恢復(fù)為止；3、連續(xù)兩次無線中斷，會造成一次主、從PLC通信延遲740ms，連續(xù)60s無通信延遲，中斷統(tǒng)計清零。本實用新型的優(yōu)點I、總線控制器可控制多臺從機；2、無線基站可以探測從距離遠近，判斷從機所處位置；3、總線控制器可以顯示每個連線無線基站的狀態(tài)，出現(xiàn)問題快速判斷；4、多個無線基站存在，一個總線控制器管理，不會存在自激干擾；通信穩(wěn)定性高；5、總線控制器上有在線無線基站狀態(tài)指示，各個無線基站探測到的從機定位信號6、所有的無線基站程序一祥，通過編碼模塊區(qū)分，若有損壞，可快速替換，可維護性好。
具體實施方式
ニ、本具體實施方式
與具體實施方式
一所述的礦下無人駕駛機車的無線控制系統(tǒng)的區(qū)別在于，它還包括顯示屏8，所述顯示屏8的顯示信號輸入端與總線控制器2的顯示信號輸出端連接。 本實用新型的顯示屏8采用液晶顯示部分，顯示無線基站在線狀態(tài)、各個無線基站接收到從機的距離探測信號、當前與從機通信的無線基站個數(shù)及編號。
具體實施方式
三、本具體實施方式
與具體實施方式
一或ニ所述的礦下無人駕駛機車的無線控制系統(tǒng)的區(qū)別在干，它還包括狀態(tài)指示模塊9，所述狀態(tài)指示模塊9的狀態(tài)指示信號輸入端與總線控制器2的狀態(tài)指示信號輸出端連接。本實施方式的狀態(tài)指示模塊9為LED燈顯示部分顯示主PLC的訪問狀態(tài)、從PLC返回數(shù)據(jù)狀態(tài)。
具體實施方式
四、本具體實施方式
與具體實施方式
三所述的礦下無人駕駛機車的無線控制系統(tǒng)的區(qū)別在于，主PLC I與總線控制器2之間采用485總線進行通信。
具體實施方式
五、本具體實施方式
與具體實施方式
一、ニ或四所述的礦下無人駕駛機車的無線控制系統(tǒng)的區(qū)別在干，從機5與從PLC 6之間采用485總線進行通信。本實施方式中采用的總線控制技術(shù)I、應(yīng)用位置總線控制器；2、硬件組成兩塊CPU，LCD12864液晶顯示；3、功能連接主PLC，和巷道內(nèi)所有的無線基站，監(jiān)控各個無線基站，判斷從機在巷道中大概的位置；4、優(yōu)點提高原ModBus通信的速率，自適用性強，通信延遲時間可計算；所有無線基站狀態(tài)匯總到總線管理器，通信故障可迅速排除；5、實現(xiàn)傳統(tǒng)無線實現(xiàn)方案主、從PLC的通信的協(xié)議是標準的ModBus，交換數(shù)據(jù)的具體實現(xiàn)是，主PLC發(fā)送讀數(shù)據(jù)命令，從PLC返回讀數(shù)據(jù)應(yīng)答；主PLC發(fā)送寫數(shù)據(jù)命令，從PLC返回寫數(shù)據(jù)應(yīng)答；只有寫數(shù)據(jù)命令和讀數(shù)據(jù)應(yīng)答包含主、從PLC交換的數(shù)據(jù)，其他均只是應(yīng)答，每次應(yīng)答的幾乎相同，在有線連接時主、從機PLC的通信模塊重復(fù)傳輸造成通信時間增加；無線通道上傳輸數(shù)據(jù)I)、主PLC的數(shù)據(jù)到從PLC主PLC發(fā)送寫命令(通過無線模塊直接發(fā)出)I f從PLC回復(fù)寫應(yīng)答(無線模塊收到后發(fā)送給從PLC，從PLC返回寫應(yīng)答，經(jīng)無線發(fā)送出去，所有PLC的寫應(yīng)答都一祥)；2)從PLC的數(shù)據(jù)到主PLC主PLC發(fā)送讀命令(通過無線模塊直接發(fā)出，所有的讀命令都ー樣)I 個從PLC回復(fù)讀應(yīng)答(無線模塊收到后發(fā)送給從PLC，從PLC返回讀應(yīng)答，經(jīng)無線發(fā)送出去)[0067]本實用新型的無線信號傳輸I、總線控制器在接收到主PLC的寫命令時，立即返回寫應(yīng)答，并將寫數(shù)據(jù)送入所有無線基站，并選擇在從機附近的無線基站發(fā)射寫數(shù)據(jù)；從機定時向從PLC發(fā)送讀數(shù)據(jù)命令，將讀應(yīng)答數(shù)據(jù)存儲在內(nèi)存中，直到從機收到主PLC的寫命令，立即將讀應(yīng)答數(shù)據(jù)返回給無線基站；無線通道上傳輸數(shù)據(jù)主PLC發(fā)送寫命令(通過485總線發(fā)送給總線控制器，總線控制器將主PLC的數(shù)據(jù)發(fā)送給各個無線基站，通過選定的無線基站發(fā)送到從機，然后回復(fù)主PLC寫應(yīng)答命令；總線控制器收到無線基站返回的讀應(yīng)答命令，將數(shù)據(jù)存儲在緩存中，等待主PLC讀命令發(fā)送吋，直接從緩存中讀取從PLC讀應(yīng)答命令)I 個從PLC回復(fù)讀應(yīng)答(從機收到無線基站發(fā)送的主PLC寫命令，立即向無線基站發(fā)送讀應(yīng)答命令)2、查詢各個無線基站的狀態(tài)，匯總到液晶顯示器上；3、統(tǒng)計無線數(shù)據(jù)傳輸中的錯誤次數(shù)，并顯示在液晶顯示器上。本實用新型中采用的功率探測技術(shù)I、應(yīng)用位置從機、無線基站；2、硬件組成功率可控的無線收發(fā)模塊(核心)、MCU ;3、功能定位從機所在無線基站的相對位置；實現(xiàn)探測信號發(fā)送從機在未收到無線基站發(fā)送的信號吋，每隔0. 4s發(fā)送一次大功率探測信號和一次小功率探測信號，時間間隔30ms ;大、小功率探測信號編碼不一祥，正常情況下能收到小功率探測信號的無線基站一定能收到大功率探測信號；無線基站收到探測信號后，置位功率探測標志位，小功率探測信號優(yōu)先；無線基站與從機正常通信吋，從機收到無線基站數(shù)據(jù)，返回數(shù)據(jù)使用大功率信號發(fā)送，并以此信號作為大功率探測信號，返回信號30ms后發(fā)送小功率探測信號；探測信號的匯總總線控制器定時查詢所有無線基站的狀態(tài)，包括是否收到探測信號，收到探測信號功率大小；收集所有狀態(tài)后，參考上一次通信狀態(tài)(上一次選定的通信無線基站，通信是否完成)，判斷當前從機所在位置，所有無線基站是否在線。本實用新型中采用的極窄空間無線通信技術(shù)現(xiàn)狀空曠平地上，普通的無線收發(fā)模塊大功率發(fā)射距離是2000米，礦井下直向通道100-150米；彎道、窄道不足50米。解決方案巷道內(nèi)每個100米放置ー個無線基站，無線基站按遞增序號排布，主PLC發(fā)送的數(shù)據(jù)通過總線控制器有線傳送到巷道內(nèi)各個無線基站，并根據(jù)信號探測篩選出的無線基站，發(fā)送到從PLC，從PLC的數(shù)據(jù)原路返回。當然，上述說明并非是對本實用新型的限制，本實用新型也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型的實質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.礦下無人駕駛機車的無線控制系統(tǒng)，其特征是它包括控制單元和M個車載單元，所述控制單元包括主PLC(I)、總線控制器(2)、N個無線基站(3)和485總線(4) ;M個車載單元分別安裝在M個無人駕駛機車上； 每個車載單元均包括從機(5)、從PLC(6)和無線信號收發(fā)模塊(7)，所述從機(5)通過無線信號收發(fā)模塊(7)與無線基站(2)進行無線通信；從機(5)的485控制信號輸出或輸入端與從PLC (6)的485控制信號輸入或輸出端連接； 主PLC(I)的485控制信號輸出或輸入端與總線控制器(2)的485控制信號輸入或輸出端連接；總線控制器(2)掛接在巷道內(nèi)的485總線(4)上；N個無線基站(3)均掛接在巷道內(nèi)的485總線⑷上； N為大于或等于3的整數(shù)；M為正整數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的礦下無人駕駛機車的無線控制系統(tǒng)，其特征在于它還包括顯示屏(8)，所述顯示屏(8)的顯示信號輸入端與總線控制器(2)的顯示信號輸出端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的礦下無人駕駛機車的無線控制系統(tǒng)，其特征在于它還包括狀態(tài)指示模塊(9)，所述狀態(tài)指示模塊(9)的狀態(tài)指示信號輸入端與總線控制器⑵的狀態(tài)指示信號輸出端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的礦下無人駕駛機車的無線控制系統(tǒng)，其特征在于主PLC(I)與總線控制器(2)之間采用485總線進行通信。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的礦下無人駕駛機車的無線控制系統(tǒng)，其特征在于從機(5)與從PLC (6)之間采用485總線進行通信。
專利摘要礦下無人駕駛機車的無線控制系統(tǒng)，涉及一種無人駕駛機車的無線控制系統(tǒng)，它是為了解決現(xiàn)有的路面無人駕駛機車的控制系統(tǒng)的控制穩(wěn)定性低、無法控制多臺無人駕駛機車且不能運用于礦下特殊環(huán)境的問題。它的M個車載單元分別安裝在M個無人駕駛機車上；每個車載單元均包括從機、從PLC和無線信號收發(fā)模塊，每個車載單元均包括從機、從PLC和無線信號收發(fā)模塊，所述從機通過無線信號收發(fā)模塊與無線基站進行無線通信；從機的485控制信號輸出或輸入端與從PLC的485控制信號輸入或輸出端連接；主PLC的485控制信號輸出或輸入端與總線控制器的485控制信號輸入或輸出端連接；總線控制器掛接在巷道內(nèi)的485總線上；N個無線基站均掛接在巷道內(nèi)的485總線上。本實用新型適用于礦井下無人駕駛機車的無線控制。
文檔編號G05B19/418GK202583840SQ20122016070
公開日2012年12月5日 申請日期2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月17日
發(fā)明者王修穎 申請人:南京世澤科技有限公司