基于RFID礦井斜坡道交通信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)的故障處理方案

目前，我國(guó)礦井下主巷道運(yùn)輸?shù)淖詣?dòng)化程度相對(duì)較高，但如何對(duì)斜坡道內(nèi)的運(yùn)輸安全進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)控，基本上是一個(gè)空白點(diǎn)。斜坡道是很多礦山采掘企業(yè)在礦井下單獨(dú)修建的一條負(fù)水平螺旋形斜坡巷道（即輔助巷道），利用無(wú)軌車輛（即卡車、工程車等）運(yùn)送材料、設(shè)備以及人員等。斜坡道與開(kāi)采層面的平巷形成丁字路口，丁字路口將相鄰兩個(gè)彎道形成距離不等的巷段。斜坡道內(nèi)一般為單行道，無(wú)法進(jìn)行車輛交會(huì)，一旦出現(xiàn)故障，不僅會(huì)嚴(yán)重影響車輛的運(yùn)行效率，而且也存在著較大的安全隱患。 

本監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)用RFID（Radio Frequency ldentification）射頻識(shí)別技術(shù)，通過(guò)一定頻率的無(wú)線射頻方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，以達(dá)到自動(dòng)識(shí)別和數(shù)據(jù)交換的目的。射頻識(shí)別技術(shù)具有較高的通訊速率、較強(qiáng)的抗干擾能力、保密性強(qiáng)、多標(biāo)簽、遠(yuǎn)距離和高速移動(dòng)物體識(shí)別等傳統(tǒng)的“傳感裝置”無(wú)可比擬的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使得它不僅能夠適應(yīng)井下復(fù)雜、惡劣的作業(yè)環(huán)境，而且能夠準(zhǔn)確地解決車輛和人員混行識(shí)別問(wèn)題，在系統(tǒng)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(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 

1.1系統(tǒng)組成 
根據(jù)礦井斜坡道作業(yè)環(huán)境和車輛運(yùn)行特點(diǎn)，系統(tǒng)的安全性、可靠性、實(shí)用性是項(xiàng)目設(shè)計(jì)的主要原則，本系統(tǒng)利用RFID射頻識(shí)別技術(shù)對(duì)車輛進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別；利用微處理控制技術(shù)對(duì)交通信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)控制；利用計(jì)算機(jī)管理技術(shù)對(duì)車輛的運(yùn)行軌跡和數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)顯示和統(tǒng)計(jì)；利用CAN總線技術(shù)，支持?jǐn)?shù)據(jù)處理終端與各檢測(cè)分站之間進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊。并采取集散式的方式對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制。 

本系統(tǒng)主要由車輛識(shí)別、信號(hào)控制、信息管理、系統(tǒng)通訊四大單元所組成。很好地實(shí)現(xiàn)了對(duì)車輛的自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)控制和對(duì)車輛運(yùn)行軌跡和相關(guān)數(shù)據(jù)自動(dòng)顯示和統(tǒng)計(jì)以及數(shù)據(jù)處理終端與監(jiān)控分站之間以及分站相互之間進(jìn)行通信等功能。 

1.2系統(tǒng)原理 
射頻識(shí)別技術(shù)是本系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵，主要由電子標(biāo)簽（Tag）、讀寫(xiě)器（Reader and Writer）等組成。電子標(biāo)簽由標(biāo)簽天線和標(biāo)簽芯片（包括射頻收發(fā)模塊、控制模塊等）所構(gòu)成，具有智能讀寫(xiě)及加密通信等功能，讀寫(xiě)器由無(wú)線收發(fā)模塊、控制模塊和接口電路所構(gòu)成，用以產(chǎn)生發(fā)射無(wú)線電射頻信號(hào)，并接收電子標(biāo)簽發(fā)射回的無(wú)線電射頻信號(hào)，經(jīng)處理后獲取標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息，以達(dá)到自動(dòng)識(shí)別的目的。射頻識(shí)別設(shè)備采用的是2.4GGHz超高頻工作頻段和有源能量供應(yīng)模式以及CAN總線通訊技術(shù)。 

如圖1所示，系統(tǒng)在斜坡道內(nèi)的每個(gè)交通道口設(shè)置監(jiān)控分站，當(dāng)附著車輛標(biāo)識(shí)卡的無(wú)軌車輛進(jìn)入分站發(fā)射天線工作區(qū)域后被激活，同時(shí)將載有車輛識(shí)別碼的信息，經(jīng)卡內(nèi)發(fā)射模塊發(fā)射出去；接收天線接收到無(wú)軌車輛標(biāo)識(shí)卡發(fā)射的載波信號(hào)，經(jīng)讀卡器處理后，將車輛的有關(guān)信息（識(shí)別碼信息和運(yùn)行位置信息等），通過(guò)CAN總線，一方面?zhèn)魉偷叫盘?hào)控制器，驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈進(jìn)行信號(hào)切換，實(shí)現(xiàn)分散式控制；另一方面?zhèn)魉偷綌?shù)據(jù)處理終端，由管理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和運(yùn)行軌跡顯示，實(shí)現(xiàn)車輛有關(guān)信息的集中管理。由于斜坡道的丁字道口形成3個(gè)行駛方向：①巷內(nèi)上行；②巷內(nèi)下行；③斜坡道至平巷的進(jìn)出口。故系統(tǒng)是以1臺(tái)讀卡器配置3臺(tái)天線、3組信號(hào)機(jī)的設(shè)計(jì)方案（也可以用3臺(tái)讀卡器配置3臺(tái)天線、3組信號(hào)機(jī)的設(shè)計(jì)方案，具體由現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境定），而斜坡道的進(jìn)、出口分站，則只需配置1臺(tái)讀卡器、1臺(tái)天線、1組信號(hào)機(jī)（根據(jù)各礦山斜坡道的結(jié)構(gòu)不同，還可在有些礦山斜坡道內(nèi)設(shè)有錯(cuò)車道）。 

2 系統(tǒng)故障處理 

該系統(tǒng)中，射頻識(shí)別采用超高頻、有源能量模式、擴(kuò)頻方式、光電隔離等技術(shù)措施，避免了檢測(cè)信號(hào)的誤報(bào)和多徑抗干擾，提高系統(tǒng)的抗干擾能力；系統(tǒng)通訊采用CAN總線技術(shù)，短幀傳送，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低，每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其它檢錯(cuò)措施，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低，保證了系統(tǒng)的可靠性；系統(tǒng)采用了分站式監(jiān)控方式，當(dāng)某一監(jiān)控分站出現(xiàn)故障，不影響總線上其它節(jié)點(diǎn)交通信號(hào)控制的正常運(yùn)行；設(shè)備選型考慮到井下工況環(huán)境的特殊要求。但為了證了系統(tǒng)的安全性，我們?nèi)婵紤]了可能出現(xiàn)的故障，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的故障處理方案，使得系統(tǒng)具備故障自動(dòng)診斷功能。 

2.1車輛故障處理 
車輛故障報(bào)警的技術(shù)處理為：事先對(duì)車輛經(jīng)過(guò)每個(gè)巷段的平均時(shí)間間隔進(jìn)行測(cè)試，并在控制程序中加以設(shè)定。當(dāng)進(jìn)入某一巷段的車輛在設(shè)定的時(shí)間間隔內(nèi)，未通過(guò)巷段出口被讀卡器天線所檢測(cè)，則被認(rèn)為車輛在巷段內(nèi)出現(xiàn)故障。當(dāng)車輛出現(xiàn)故障停滯于巷段內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)將啟動(dòng)聲、光報(bào)警，并在數(shù)據(jù)處理終端提示出故障的具體巷段。在故障時(shí)間內(nèi)，可采取緊急措施將車輛置入某一錯(cuò)車道內(nèi)，并亮起該錯(cuò)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(hào)故障處理 
信號(hào)燈故障的技術(shù)處理為：通過(guò)信號(hào)控制器中的控制單片機(jī)定時(shí)對(duì)信號(hào)燈進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)故障立即報(bào)告給數(shù)據(jù)處理終端進(jìn)行聲、光報(bào)警，并在數(shù)據(jù)處理終端提示信號(hào)燈發(fā)生故障的所在具體位置。在信號(hào)燈出現(xiàn)故障時(shí)，車輛調(diào)度管理人員可進(jìn)行人工干預(yù)，手工切換信號(hào)燈，并配合語(yǔ)音通信系統(tǒng)進(jìn)行人工車輛調(diào)度，當(dāng)巷段內(nèi)故障排除后，系統(tǒng)再轉(zhuǎn)入信號(hào)的自動(dòng)控制。在人工干預(yù)期間，由于車輛識(shí)別系統(tǒng)仍在工作，原有的車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)仍被系統(tǒng)所保存。所以，當(dāng)轉(zhuǎn)入系統(tǒng)自動(dòng)控制時(shí)，無(wú)損于系統(tǒng)對(duì)車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)的管理。 

2.3網(wǎng)絡(luò)故障處理 
總線控制器中的CPU定時(shí)對(duì)CAN總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢測(cè)，如發(fā)現(xiàn)通信中斷：一方面驅(qū)動(dòng)所在監(jiān)控分站的報(bào)警程序，驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈的紅燈不停地閃爍進(jìn)行報(bào)警，表示系統(tǒng)出現(xiàn)通信故障，提醒車輛駕駛?cè)藛T引起注意；另一方面上傳給數(shù)據(jù)處理終端，以便車輛調(diào)度管理員通知系統(tǒng)維護(hù)人員采取應(yīng)急措施。
 
2.4標(biāo)識(shí)卡電壓檢測(cè) 
車輛標(biāo)識(shí)卡中的單片機(jī)控制器內(nèi)部電路帶有電壓檢測(cè)功能，當(dāng)車輛標(biāo)識(shí)卡的電壓不足時(shí)，系統(tǒng)將以預(yù)設(shè)的標(biāo)識(shí)在數(shù)據(jù)處理終端進(jìn)行顯示提示，并在數(shù)據(jù)處理終端提示出故障的具體巷段，通知系統(tǒng)維護(hù)人員處理該問(wèn)題。 

2.5其他故障處理 
對(duì)車輛誤闖紅燈、兩端車輛同時(shí)進(jìn)入巷道、車輛故障停滯于巷道等異常情況，計(jì)算機(jī)終端將以聲、光兩種模式給予提示，并采取相關(guān)緊急措施處理故障，以免造成交通事故。 

由于CAN節(jié)點(diǎn)具有自動(dòng)離線功能，當(dāng)CAN總線上某節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)事嚴(yán)重的錯(cuò)誤情況，該節(jié)點(diǎn)將自動(dòng)離線，其它節(jié)點(diǎn)不受影響，并在數(shù)據(jù)處理終端進(jìn)行顯示提示。 

3 結(jié)束語(yǔ) 

由于本系統(tǒng)的識(shí)別對(duì)象是高速運(yùn)動(dòng)車輛物體，要求系統(tǒng)具有較高的讀寫(xiě)速度、較好的識(shí)別精度以及通訊品質(zhì)，同時(shí)要保證系統(tǒng)在出現(xiàn)緊急狀況和故障時(shí)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(tǒng)中可能出現(xiàn)的各種情況，使其不僅具有很好的行業(yè)示范價(jià)值，而且具有極大的應(yīng)用空間和發(fā)展前景。正是由于具備以上故障處理方案，目前本系統(tǒng)已安全地投入實(shí)際使用，并已形成備案標(biāo)準(zhǔn)。