礦井車輛信息化自動化調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計

馮 峰

（潞安集團股份有限公司漳村煤礦，山西長治 046032）

0 引言

隨著其綜合自動化水平的持續(xù)增加，礦井已基本具備了健全的監(jiān)控、調(diào)度及保護功能，可以對采、掘等各個系統(tǒng)進行一系列的操作。但是無軌輔助運輸車輛尚不具備完善的智能化調(diào)度系統(tǒng)，礦井現(xiàn)存的調(diào)度系統(tǒng)并沒有與監(jiān)控、保護等系統(tǒng)建立有效的連接，不具備多元化的功能，不能對車輛的各個參數(shù)進行有效地收集、傳輸與分析，也無法將其與綜合智能化調(diào)度系統(tǒng)較好地融合。一些大型煤礦的實際生產(chǎn)中需要配置科學(xué)合理的智能調(diào)度系統(tǒng)，確保車輛具備較高的運行水平及自動化管理水平，本文通過對井下車輛進行研究，研發(fā)出了一種信息化調(diào)度系統(tǒng)[1]。

1 總體架構(gòu)

某礦井運用了這種車輛信息化調(diào)度系統(tǒng)，主要對其車輛進行有效地監(jiān)測及保護；對行車視頻進行監(jiān)測；對運營管理的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計；對系統(tǒng)的信息加以展示等。

根據(jù)調(diào)度系統(tǒng)所具有的各項功能，基于系統(tǒng)構(gòu)成設(shè)備的邏輯層面、空間布置、功能完成等角度入手對系統(tǒng)進行劃分，主要包含了后臺裝置、軟件運用機構(gòu)等[2]。

2 系統(tǒng)硬件

2.1 準(zhǔn)確定位及信號控制

調(diào)度系統(tǒng)主要是依靠TOA技術(shù)來清楚找出車輛所處的位置。每臺車輛都需要設(shè)置一個定位標(biāo)識卡，并且設(shè)置了唯一的身份信息來進行識別。車輛監(jiān)控調(diào)度基站可以設(shè)置在巷道的沿線內(nèi)，可以對直徑為300 m的車輛標(biāo)識卡進行有效地識別及測距，對車輛的位置進行準(zhǔn)確識別，定位的精準(zhǔn)度應(yīng)低于4 m。對于礦井中車輛運行所在區(qū)域的關(guān)鍵場所來分別設(shè)置信號燈，并根據(jù)就近原則來將其連接到監(jiān)控調(diào)度基站[3]。基站依據(jù)控制邏輯來實施信號的決策，對信號燈進行直接地控制，確保其實現(xiàn)自動化控制。監(jiān)控調(diào)度軟件可以借助GIS技術(shù)來充分展現(xiàn)出信號燈在各個區(qū)域內(nèi)的狀態(tài)，在有需求的時候，相關(guān)人員就可以下達相應(yīng)的控制指令，實施干擾[4]。

在礦井內(nèi)部事先所設(shè)定的位置來配置車輛的監(jiān)控調(diào)度基站，對車輛行車的部位進行有效的識別，基站可以將車輛定位識別卡所產(chǎn)生的各個數(shù)據(jù)信息來進行收集，對車輛所處的部位進行有效檢測，并借助CAN總線來輸送車輛所處的部位信息?；究梢砸罁?jù)車輛的類型、位置等各種信息，并借助控制邏輯來實施信號決策，對信號機進行有效地控制，確保信號實現(xiàn)自動化控制，其控制的結(jié)果可以利用CAN總線來進行傳輸。CAN總線信號可以利用基站內(nèi)所配置的各個網(wǎng)絡(luò)單元來進行轉(zhuǎn)換，使其成為光纖網(wǎng)絡(luò)訊號，并進入到井中的通信網(wǎng)絡(luò)中，確保礦井可以與地面進行信息交互[5]。

2.2 固定場所視頻監(jiān)控的前端設(shè)備

在井口、井下的各個交叉路口的主要位置安裝了多個隔爆兼本質(zhì)安全性攝像儀，在地面廣場內(nèi)設(shè)置多個攝像儀，其接口運用以太網(wǎng)光纖，并與工業(yè)環(huán)網(wǎng)建立起連接。通過在PC機上端安裝網(wǎng)絡(luò)視頻客戶端軟件，并相應(yīng)的視頻信息傳輸?shù)骄谡{(diào)度室的電視墻中，以開展全天候的視頻監(jiān)控及儲存、監(jiān)控視頻的圖像轉(zhuǎn)換等功能[6]。視頻監(jiān)控前端設(shè)備所具有的連接構(gòu)造圖如圖1所示。

圖1 監(jiān)控設(shè)備的連接構(gòu)造圖

2.3 車輛信息化裝置

調(diào)度系統(tǒng)對所有的車輛都配置了信息化裝置，可實現(xiàn)對車輛的泊車提供輔助；對車載的視頻進行查看；對行程的數(shù)據(jù)進行收集記錄等功能，通過將車輛的信息化水平進行提升來確保其運行的穩(wěn)定性[7]。車輛信息化設(shè)備的構(gòu)成圖如圖2所示。

圖2 車輛信息化裝置的主要組成結(jié)構(gòu)

車輛信息化裝置中配置了CAN總線，并且與車載的總線建立了連接，可以對車輛運行的實時數(shù)據(jù)進行充分把握。裝置內(nèi)部安裝了相應(yīng)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，車輛可以借助4G網(wǎng)絡(luò)通道及其他的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互作用。調(diào)度中心監(jiān)控調(diào)度軟件可以對所有在線車輛的運行參數(shù)進行有效的監(jiān)測，將各個車輛司機室內(nèi)的儀表進行圖形化，并且可以對指定車輛的攝像儀內(nèi)的行車視頻進行查看。

通過采取4G無線網(wǎng)絡(luò)，車輛信息化裝置可以對各個車輛之間及其與調(diào)度室之間存在的音頻及視頻通訊得以完成。地面調(diào)度室之中配置了多媒體觸摸調(diào)度臺，可以對各種通話進行有效的管理調(diào)度。

3 軟件應(yīng)用

系統(tǒng)軟件的構(gòu)成主要包含兩部分，如圖3和圖4所示，軟件系統(tǒng)之間可以利用數(shù)據(jù)庫的共享來完成數(shù)據(jù)的交互。

從邏輯層面進行分類，軟件系統(tǒng)可以分為5個層級，分別為數(shù)據(jù)的采集、儲存、核心處理、核心運用及應(yīng)用拓展。數(shù)據(jù)采集層的功能為對各個現(xiàn)場前端設(shè)備所形成的原始數(shù)據(jù)進行有效地采集；數(shù)據(jù)儲存層的功能在于將原始數(shù)據(jù)進行分類，并將其儲存在實時及歷史這兩個數(shù)據(jù)庫內(nèi)；核心處理層的功能在對現(xiàn)場的原始數(shù)據(jù)進行有效地分析及探索，并進行關(guān)鍵業(yè)務(wù)的處理及邏輯分析；對于核心應(yīng)用層，一方面可以對調(diào)度中心客戶端進行相應(yīng)的監(jiān)控、調(diào)度及授權(quán)等；另一方面可以對數(shù)據(jù)進行查看及分析等；最后，對于拓展應(yīng)用層，可以對數(shù)據(jù)信息進行實時發(fā)布及查看。

圖3 監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖

圖4 運營管理系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖

監(jiān)控調(diào)度軟件系統(tǒng)主要是相關(guān)人員借助特定的計算機來進行查閱及操作，可以對車輛的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測、對行車的信號、視頻信息等進行嚴(yán)格地監(jiān)控等。調(diào)度中心配置了多個工作站，如行車調(diào)度、車輛監(jiān)控、運營管理等。運營管理軟件系統(tǒng)所開展的查詢及操作主要是借助瀏覽器訪問網(wǎng)站的形式來實現(xiàn)，調(diào)度人員、車輛管理人員等各類人員可以基于自身的權(quán)限，在辦公室的網(wǎng)絡(luò)中來進行登陸作業(yè)，以實現(xiàn)車輛及司機的管理功能等。工作站的具體設(shè)置包括車輛點檢、單車核算等。系統(tǒng)軟件所發(fā)布的運行及管理數(shù)據(jù)主要是利用OPC服務(wù)器所實現(xiàn)，并將其融合到綜合自動化系統(tǒng)中來進行統(tǒng)一管理。

4 核心技術(shù)

（1）車輛定位技術(shù)

對車輛在巷道內(nèi)所處的位置進行有效地識別，可以使車輛所開展的檢測工作及交通的調(diào)度指揮得以實現(xiàn)，保證無線定位的測距具備較強的精確性、實時性等。在井下較窄的巷道內(nèi)，由于無線電磁波的傳輸存在較多的干擾因素，導(dǎo)致信號出現(xiàn)嚴(yán)重的衰退，對測距的統(tǒng)一性及穩(wěn)定性造成嚴(yán)重的影響。因此，在覆蓋面積較大的區(qū)域，如何對多個車輛標(biāo)識卡來進行準(zhǔn)確的定位是目前開展研究的核心所在。

（2）4G寬帶傳輸通道及其他網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

如果要使礦井內(nèi)部形成的數(shù)據(jù)、語音等各個信息形成較好的交互，就必須運用高效的寬帶傳輸技術(shù)來加以支撐。這種寬帶技術(shù)存在較多的優(yōu)勢，如較高的傳輸寬帶、較大的容量、較廣的覆蓋區(qū)域等等，連接到井下的核心網(wǎng)中，其中包含井下的一部分，無線移動設(shè)施的使用區(qū)域為地面時，則需要運用公網(wǎng)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊功能。對車輛在地面及礦井中的運行通信的銜接問題進行研究。

（3）實時監(jiān)測車輛數(shù)據(jù)及4G無線傳輸技術(shù)

在各個巷道及4G網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的區(qū)域之內(nèi)，利用智能傳感技術(shù)及數(shù)據(jù)采集技術(shù)來對車輛的各個運行數(shù)據(jù)進行有效地檢測，借助環(huán)網(wǎng)來對數(shù)據(jù)進行無線傳輸[8]。

（4）軟件系統(tǒng)的開發(fā)

在對系統(tǒng)進行設(shè)計的時候，應(yīng)充分重視綜合調(diào)度管理軟件，確保系統(tǒng)得到最佳的設(shè)計。軟件系統(tǒng)的重點主要包含了系統(tǒng)框架、數(shù)據(jù)收集、遠(yuǎn)程控制等多個方面。在設(shè)計的時候必須采取統(tǒng)一的構(gòu)架，運用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)及服務(wù)接口，并具備較強的穩(wěn)定性及可拓展性。軟件設(shè)計必須提升數(shù)據(jù)收集的穩(wěn)定性、增強設(shè)備的遠(yuǎn)程控制等。借助GIS系統(tǒng)、車載數(shù)據(jù)的監(jiān)測系統(tǒng)可以對各個元素所處的部位及狀態(tài)進行充分地展示。

（5）對行車信號進行控制的自動化技術(shù)

依靠計算機來研究車輛的各個參數(shù)，對信號燈進行自動化控制，促使交通信號燈具備自動化控制功能。

5 運行效果

2018年12月，某煤礦正式安裝車輛信息化調(diào)度系統(tǒng)，并在2019年正式投入使用。該系統(tǒng)通過進行有效的檢測及運行，對系統(tǒng)所具有的功能加以證實，確保預(yù)期目標(biāo)得以實現(xiàn)。

6 結(jié)束語

該煤礦所安裝的信息化調(diào)度系統(tǒng)可以對無軌輔助運輸車輛在地面車庫及廣場、井下等區(qū)域內(nèi)的運行狀況進行實時監(jiān)測及保護、對行車視頻進行監(jiān)測、對運營管理進行指揮等，保證車輛可以在信號燈的自動指示下持續(xù)穩(wěn)定地運行，促使我國煤礦具備較高的自動化水平，以取得較好的社會及經(jīng)濟效益。