露天煤礦智能車輛裝運(yùn)管配煤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用*

孫丁丁，武徽，栗偉

(天地科技股份有限公司, 北京 100013)

0 引言

煤礦汽車裝運(yùn)管配煤系統(tǒng)的出現(xiàn)，解決了煤炭汽車裝車過(guò)程中的信息孤島問(wèn)題，有效提高了各環(huán)節(jié)自動(dòng)化處理的效率[1]。在內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林浩特烏蘭圖嘎煤炭有限責(zé)任公司露天煤礦實(shí)施過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際使用情況和使用需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，引入工業(yè)4.0的理念，將汽車裝運(yùn)管控系統(tǒng)與實(shí)際生產(chǎn)工藝相融合，實(shí)現(xiàn)了裝車生產(chǎn)過(guò)程跨越式提升的目的。

1 露天煤礦汽車裝運(yùn)管控系統(tǒng)實(shí)施的背景與需求

烏蘭圖嘎煤炭有限責(zé)任公司露天煤礦煤炭產(chǎn)品外運(yùn)前期完全依靠汽車運(yùn)輸來(lái)實(shí)現(xiàn)400萬(wàn)t/a的煤炭外運(yùn)需求。目前露天煤礦對(duì)存有裝載點(diǎn)仍計(jì)劃繼續(xù)使用，其稱重過(guò)程利用輕、重磅實(shí)現(xiàn)，其運(yùn)銷數(shù)據(jù)系統(tǒng)存在于辦公信息網(wǎng)。但現(xiàn)有裝載點(diǎn)無(wú)法滿足外運(yùn)需求，故在煤礦現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行升級(jí)改造，增加快速定量裝車系統(tǒng)，并形成獨(dú)立的工控網(wǎng)絡(luò)。圖1為烏蘭圖嘎煤礦裝車平面流程。

圖1 烏蘭圖嘎煤礦裝車平面流程

由圖1可知，其裝載車輛須經(jīng)過(guò)門崗實(shí)現(xiàn)信息處理，根據(jù)煤種的不同，實(shí)現(xiàn)煤炭不同裝載點(diǎn)的分配，在完成裝載任務(wù)后經(jīng)門崗離開(kāi)場(chǎng)區(qū)。

煤礦汽車裝運(yùn)管控系統(tǒng)的實(shí)施目標(biāo)為：

1) 裝載車輛入場(chǎng)之后，系統(tǒng)自動(dòng)分配裝載點(diǎn)，裝車站裝載、露天礦裝載并存使用。

2) 新裝載點(diǎn)要求單車稱重范圍為10～50 t，裝車能力為≥2 000 t/h。

3) 裝載汽車入場(chǎng)后將自身車輛信息和裝載煤量自動(dòng)傳輸?shù)窖b車系統(tǒng)，并根據(jù)調(diào)度系統(tǒng)發(fā)出的指令排隊(duì)通過(guò)裝載系統(tǒng)。在實(shí)現(xiàn)一次定量裝車后開(kāi)出結(jié)算，新裝載點(diǎn)裝車流程時(shí)間小于300 s。

4) 運(yùn)銷數(shù)據(jù)系統(tǒng)與裝車系統(tǒng)融合，實(shí)現(xiàn)裝車運(yùn)銷數(shù)據(jù)的自動(dòng)化處理。

5) 最終實(shí)現(xiàn)煤炭汽車裝車流程中的煤炭產(chǎn)品化、標(biāo)簽化過(guò)程。

2 露天煤礦汽車裝運(yùn)管控系統(tǒng)的工藝流程

如圖2所示，該系統(tǒng)的工藝流程為[2]：

1) 裝載車輛開(kāi)至門崗處，車牌識(shí)別裝置提取車牌信息。

2) 將車輛信息數(shù)據(jù)與運(yùn)銷系統(tǒng)下的合同數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，符合要求的車輛進(jìn)行煤種判定，分為露天礦裝載點(diǎn)和快速定量裝車系統(tǒng)裝載點(diǎn)。

3) 對(duì)于快速定量裝載系統(tǒng)裝載點(diǎn)，系統(tǒng)進(jìn)行車輛排隊(duì)，并將裝車所需信息(包括車牌、標(biāo)載、裝車、狀態(tài)、裝車識(shí)別號(hào)等)下發(fā)快速定量裝車系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。

4) 待裝車輛開(kāi)至快速定量裝車系統(tǒng)候車區(qū)，及至本車時(shí)，開(kāi)至快速定量裝車系統(tǒng)裝車口前，提取車牌信息。將提取到的車輛信息與快速定量裝車系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，提取相對(duì)應(yīng)的車輛預(yù)裝信息。

5) 系統(tǒng)根據(jù)提取的預(yù)裝信息開(kāi)始配煤、裝車過(guò)程，并保存裝車信息(包括凈質(zhì)量、偏差等)。

6) 將運(yùn)銷系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)與快速定量裝車系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的實(shí)際裝車信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得到結(jié)算信息。

7) 已裝載車輛開(kāi)至門崗，車牌識(shí)別裝置提取車牌信息，從數(shù)據(jù)庫(kù)中找到裝車信息打印結(jié)算憑證離礦。

圖2 烏蘭圖嘎露天礦煤礦汽車裝運(yùn)管配煤系統(tǒng)工藝流程

根據(jù)上述工藝流程和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，重點(diǎn)需要解決的問(wèn)題集中在完善通訊網(wǎng)絡(luò)，完成不同信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對(duì)接及提高裝車過(guò)程的自動(dòng)化水平。

3 關(guān)鍵技術(shù)

基于工業(yè)4.0概念的引入，為了實(shí)現(xiàn)煤礦汽車裝運(yùn)管控系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)之初，提出了煤炭汽車裝車產(chǎn)品化與標(biāo)簽化的概念和模型。煤炭汽車裝車的產(chǎn)品化和標(biāo)簽化是指煤炭的裝載通過(guò)邏輯控制裝載設(shè)備一次性投放完成。將完成裝載的煤炭視作產(chǎn)品，對(duì)其裝載的內(nèi)容(包括煤種、質(zhì)量等)進(jìn)行數(shù)據(jù)化加工和處理，形成與裝載車輛匹配的數(shù)據(jù)標(biāo)簽進(jìn)行存儲(chǔ)和使用，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至所需環(huán)節(jié)。關(guān)鍵技術(shù)包括裝載煤料的一次性投放工藝，裝載煤料信息標(biāo)簽的生成、綁定、讀取及與運(yùn)銷數(shù)據(jù)的融合。由圖1可知，新增部分主要包括快速定量裝車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)施、利用，車牌識(shí)別系統(tǒng)配合的裝車信息傳遞，以及經(jīng)通信光纜實(shí)現(xiàn)與運(yùn)銷系統(tǒng)的融合。

3.1 快速定量裝載與平煤裝置的設(shè)計(jì)與使用

由于快速定量裝車系統(tǒng)具有技術(shù)先進(jìn)、工藝合理、性能可靠、定量準(zhǔn)確、裝車速度快、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)[3]，所以一次性投放完成的裝載過(guò)程選擇了快速定量裝車系統(tǒng)。但汽車裝車的特性表現(xiàn)為車型大小不一、運(yùn)行速度不定，且考慮控制超載的要求。為了實(shí)現(xiàn)上述工業(yè)流程， 除使用定量投放外，還設(shè)計(jì)了一種底部輸料的刮板輸送平煤器[4]，見(jiàn)圖3。其長(zhǎng)度可通過(guò)調(diào)節(jié)刮板底板的伸縮進(jìn)行開(kāi)閉調(diào)節(jié)，足以覆蓋目前最長(zhǎng)的運(yùn)煤裝載車車廂。平煤器兩側(cè)沿刮板全長(zhǎng)設(shè)計(jì)符合汽車裝運(yùn)的導(dǎo)料槽。平煤器懸吊安裝在定量倉(cāng)卸料口下，通過(guò)絞車上下移動(dòng)調(diào)節(jié)高度。裝煤汽車進(jìn)入裝車點(diǎn)定位后，平煤器下移至確定位置，這時(shí)稱量好的煤放入車廂成堆積狀，平煤器刮板馬達(dá)開(kāi)啟，底鏈刮板可雙向移動(dòng)，通過(guò)平推作用將堆積的煤堆推至車廂空處，直到汽車車廂中高于平煤器的煤堆全部平完。在此期間，導(dǎo)料槽配合平車功能，確保煤炭不撒漏。這樣汽車進(jìn)入裝車點(diǎn)定位后不再移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)煤量的一次投放和煤流在刮板的機(jī)械動(dòng)作下堆積平整，并有強(qiáng)制性的導(dǎo)料槽保證煤不溢出，在刮板運(yùn)動(dòng)過(guò)程中也對(duì)物料裝載起到了一定的壓實(shí)作用。

圖3 配合平煤器的快速定量裝車系統(tǒng)

3.2 裝車信息的傳遞

裝車信息在裝車生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生。根據(jù)工業(yè)4.0的概念，將裝車煤量產(chǎn)品化、裝車信息標(biāo)簽化。裝車信息傳遞標(biāo)簽的使用利用了汽車裝車的特點(diǎn)，即裝載車輛所對(duì)應(yīng)的車牌號(hào)在裝車過(guò)程至運(yùn)輸過(guò)程中都為唯一存在的標(biāo)識(shí)。使用伊始，利用車牌識(shí)別系統(tǒng)將車牌號(hào)碼信息讀出，并將其與裝車信息進(jìn)行一對(duì)一捆綁，實(shí)現(xiàn)裝車信息標(biāo)簽的調(diào)讀入。當(dāng)需要使用裝車信息時(shí)，基于其與車牌的關(guān)系，利用車牌將其標(biāo)簽調(diào)出，如圖4所示。在具體實(shí)施過(guò)程中，快速定量裝車系統(tǒng)分別在裝載前、裝載進(jìn)行中和裝載結(jié)束后與車牌識(shí)別系統(tǒng)結(jié)合使用，以實(shí)現(xiàn)在不同階段讀取車輛信息、車輛裝車和裝車信息查詢等目的。

圖4 配合車牌識(shí)別系統(tǒng)裝車信息標(biāo)簽的使用

3.3 煤礦汽車裝運(yùn)管配煤系統(tǒng)與運(yùn)銷系統(tǒng)的結(jié)合

烏蘭圖嘎煤炭有限責(zé)任公司露天煤礦已經(jīng)擁有成熟的運(yùn)銷系統(tǒng)，存在于辦公網(wǎng)絡(luò)中，其主要服務(wù)于輕、重磅稱量方式的結(jié)算。新裝載方式的引入并不需要將之前的運(yùn)銷系統(tǒng)進(jìn)行替換，只需要在現(xiàn)有運(yùn)銷系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，使兩個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兼容使用。

首先，在實(shí)現(xiàn)辦公服務(wù)網(wǎng)和工業(yè)控制網(wǎng)對(duì)接的物理通道下建立了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)系統(tǒng)，對(duì)運(yùn)銷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)部分進(jìn)行了升級(jí)。如圖5，在原有的過(guò)磅裝車模式下，結(jié)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息是由過(guò)磅裝車數(shù)據(jù)與合同信息進(jìn)行數(shù)據(jù)加工后得到的。其裝車基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫(kù)無(wú)法直接被快速定量裝車數(shù)據(jù)直接使用，故進(jìn)行了必要升級(jí)。升級(jí)完成后，在快速定量裝車模式下，其裝車所需信息可由合同信息加工得到，在完成快速定量裝車過(guò)程后其裝車實(shí)際信息直接存入升級(jí)后的裝車基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫(kù)。這樣快速定量裝車模式下的生產(chǎn)數(shù)據(jù)可以同時(shí)被運(yùn)銷系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)算和使用[5]。

圖5 運(yùn)銷系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)快速定量裝車系統(tǒng)的兼容使用

4 露天煤礦汽車裝運(yùn)管配煤系統(tǒng)的應(yīng)用情況

自煤礦汽車裝運(yùn)管配煤系統(tǒng)投入應(yīng)用以來(lái)，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，新裝載點(diǎn)單車稱重范圍實(shí)現(xiàn)了10～50 t，裝車能力超過(guò)了2 000 t/h，靜態(tài)稱量準(zhǔn)確度0.1%，新裝載點(diǎn)整個(gè)裝車流程時(shí)間小于300 s。在整個(gè)裝車過(guò)程中，自動(dòng)化系統(tǒng)根據(jù)汽車信息調(diào)配車輛到相應(yīng)裝車點(diǎn)完成裝車[6]。系統(tǒng)在整個(gè)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)車輛裝車點(diǎn)選擇不出差錯(cuò)，同時(shí)也保證了各裝載點(diǎn)數(shù)據(jù)的獨(dú)立安全。各裝載點(diǎn)數(shù)據(jù)融合至運(yùn)銷數(shù)據(jù)庫(kù)中，裝車數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一結(jié)算。

5 結(jié)論

1) 本系統(tǒng)的應(yīng)用提高了煤礦商品煤裝車外運(yùn)技術(shù)裝備水平和自動(dòng)化程度，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

2) 有效控制了煤塵污染及汽車、裝載機(jī)等噪聲污染，增強(qiáng)企業(yè)的市場(chǎng)適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力。

3) 促進(jìn)了我國(guó)煤炭汽車外運(yùn)裝車向著高精度、高效率、自動(dòng)化、智能化、綠色環(huán)保方向發(fā)展，以在更多煤礦領(lǐng)域得到推廣及應(yīng)用。