中煤平朔集團(tuán)露天礦卡車調(diào)度系統(tǒng)平臺融合升級改造

丁煥杰

（中煤平朔集團(tuán)有限公司，山西 朔州 036006）

平朔露天礦卡車智能調(diào)度系統(tǒng)采用全球衛(wèi)星定位、無線通訊、計算機及網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)，實時對露天采礦設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集，形成集自動計量、軌跡查詢、運行狀態(tài)和設(shè)備加油記錄等實時監(jiān)測數(shù)據(jù)報表[1]，為露天礦生產(chǎn)管理和優(yōu)化設(shè)備運行等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是實現(xiàn)露天礦生產(chǎn)調(diào)度管理信息化、智能化的前提和基礎(chǔ)。但是，在實際運用中由于3 個露天礦卡調(diào)系統(tǒng)建設(shè)不同步，存在生產(chǎn)報表不統(tǒng)一、與生產(chǎn)相脫節(jié)、三礦融合度較低等問題，沒有實現(xiàn)互聯(lián)互通、信息共享；需要深入推進(jìn)“信息化和工業(yè)化”的高層次融合[2]，對卡調(diào)系統(tǒng)基本功能進(jìn)行再優(yōu)化、再升級，以進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)采集分析和處理能力，形成與生產(chǎn)實際相統(tǒng)一的管理數(shù)據(jù)報表，實現(xiàn)礦井生產(chǎn)集約化管理。

1 升級改造的主要目標(biāo)

結(jié)合中煤平朔集團(tuán)安太堡、安家?guī)X、東露天礦生產(chǎn)調(diào)度的實際情況，對安太堡礦、安家?guī)X礦原有調(diào)度中心和生產(chǎn)設(shè)備終端軟件、部分硬件進(jìn)行全面升級改造。完善和拓展監(jiān)測功能，實現(xiàn)對設(shè)備位置及工作狀態(tài)的實時監(jiān)控[3]；準(zhǔn)確統(tǒng)計設(shè)備作業(yè)量，為生產(chǎn)管理提供依據(jù)；對超速、無故停車等異常狀態(tài)實現(xiàn)報警功能，提高操作人員工作自覺性，保證行車安全，提高作業(yè)效率；通過故障信息采集，為維修管理提供依據(jù)；建立1 套快速、完整、準(zhǔn)確的統(tǒng)計報表和生產(chǎn)信息查詢系統(tǒng)，提高決策質(zhì)量；采用雙頻雙GPS 和差分技術(shù)，準(zhǔn)確定位鉆機的實時位置、實現(xiàn)穿孔設(shè)備精確導(dǎo)航，提高露天礦鉆機工作效率和管理水平[4]；利用公司環(huán)網(wǎng)建立公司數(shù)據(jù)管理發(fā)布平臺，實現(xiàn)中煤平朔集團(tuán)3 個露天礦卡調(diào)系統(tǒng)整合，達(dá)到卡調(diào)系統(tǒng)集中管理的目的。

2 升級改造的主要內(nèi)容

原系統(tǒng)是獨立系統(tǒng)與其它無關(guān)聯(lián)的一礦一組網(wǎng)。升級改造后將3 個露天礦的基站、終端設(shè)備的IP 進(jìn)行了重新規(guī)劃，各礦支網(wǎng)硬件主要由坑下通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（MESH 網(wǎng)絡(luò)）、機房設(shè)備、終端設(shè)備和通信環(huán)網(wǎng)組成。

2.1 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

露天礦卡車調(diào)度系統(tǒng)軟件架構(gòu)包含基礎(chǔ)層、應(yīng)用數(shù)據(jù)層、應(yīng)用支撐層、應(yīng)用管理層、展現(xiàn)層、使用單位層。①基礎(chǔ)層：是軟件應(yīng)用的基礎(chǔ)，包括基站、設(shè)備終端、服務(wù)器、防火墻、交換機、電腦等；②應(yīng)用數(shù)據(jù)層：包括非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)多為文本文件、音頻文件、圖片文件[5]，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)指基礎(chǔ)檔案；③應(yīng)用支撐層：指的是編譯軟件的語言、協(xié)議、算法以及開發(fā)環(huán)境；④應(yīng)用管理層：指的是將系統(tǒng)功能模塊化，進(jìn)行分模塊實現(xiàn)系統(tǒng)功能；⑤展現(xiàn)層：指的是系統(tǒng)功能實現(xiàn)的方式，主要包含web 端B/S 和應(yīng)用端C/S；⑥使用單位層：包括生產(chǎn)運營管理部（總調(diào)）、露天維護(hù)中心、設(shè)備管理租賃中心、信息中心、安太堡礦、安家?guī)X礦、東露天礦[6]。

2.2 系統(tǒng)軟件業(yè)務(wù)流程

系統(tǒng)平臺將各礦數(shù)據(jù)服務(wù)器內(nèi)的產(chǎn)量數(shù)據(jù)、設(shè)備內(nèi)外障數(shù)據(jù)、可用實動相關(guān)數(shù)據(jù)等匯總至數(shù)據(jù)管理與發(fā)布平臺服務(wù)器，基礎(chǔ)檔案數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)管理與發(fā)布平臺數(shù)據(jù)服務(wù)器同步至各礦端數(shù)據(jù)服務(wù)器。

生產(chǎn)運營管理部、露維中心、設(shè)備管理租賃中心相關(guān)功能只操作數(shù)據(jù)管理發(fā)布平臺數(shù)據(jù)服務(wù)器，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)檔案通過數(shù)據(jù)同步功能同步至各礦數(shù)據(jù)服務(wù)器。礦端軟件功能只操作礦端數(shù)據(jù)服務(wù)器，相關(guān)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)同步功能匯總至數(shù)據(jù)管理發(fā)布平臺數(shù)據(jù)服務(wù)器。

數(shù)據(jù)管理發(fā)布平臺作為安太堡、安家?guī)X、東露天3 個礦數(shù)據(jù)的匯總平臺，集中了3 個露天礦卡調(diào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，主要作用是為公司管理層及各相關(guān)職能部門不同需求、不同權(quán)限的人員提供數(shù)據(jù)訪問接口，進(jìn)行B/S 端數(shù)據(jù)訪問以及導(dǎo)出。

2.3 終端軟件

終端軟件作為系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取的唯一途徑，通過終端軟件獲取設(shè)備的實時位置、實時狀態(tài)、司機請求等數(shù)據(jù)，作為產(chǎn)量統(tǒng)計、設(shè)備狀態(tài)管理的數(shù)據(jù)依據(jù)。升級改造后3 個露天礦的終端軟件實現(xiàn)了統(tǒng)一，并兼容各個礦不同的管理模式。終端軟件功能按應(yīng)用方式可分為通用功能、專用功能、輔助功能3 部分。

1）通用功能。包括司機登錄、班次選擇、信息申報、地圖導(dǎo)航等。

2）專用功能。①采裝設(shè)備專用功能：包括平盤選擇功能和物料選擇功能，系統(tǒng)計量原則是卡車計量時平盤信息和物料信息以采裝設(shè)備司機選擇的信息為準(zhǔn)；②運輸設(shè)備專用功能：包括司機選鏟、選擇卸點、臨時卸載3 個功能，根據(jù)現(xiàn)場實際作業(yè)情況，安太堡礦只開放司機選鏟功能，安家?guī)X礦、東露天礦開放司機選鏟和選擇卸點功能，司機臨時作業(yè)時（如墊路、做擋墻等）卸載位置無卸載區(qū)域，需要司機點擊臨時卸載；③穿孔設(shè)備專用功能：包括自動布孔功能和鉆機導(dǎo)航功能，布孔人員可通過自動布孔功能在鉆機上直接錄入鉆機計劃，穿爆班司機通過鉆機導(dǎo)航功能根據(jù)導(dǎo)航指示準(zhǔn)確、快速到達(dá)目標(biāo)孔位。

3）輔助功能。輔助功能主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)本地存儲功能和信息記錄功能。終端軟件自動存儲設(shè)備的實時數(shù)據(jù)，包括設(shè)備實時坐標(biāo)、實時狀態(tài)、實時車數(shù)、司機當(dāng)前登錄工號等信息。

2.4 功能拓展

2.4.1 通信網(wǎng)絡(luò)VLAN 劃分

為防止網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴對系統(tǒng)的沖擊，在交換機端進(jìn)行了“VLAN Second IP”配置，實現(xiàn)了卡調(diào)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)VLAN 劃分。

1）解決了3 個露天礦卡車調(diào)度系統(tǒng)的通信基站之間因為信號的強弱導(dǎo)致不同礦之間設(shè)備互聯(lián)現(xiàn)象，使終端數(shù)據(jù)不會因為基站之間的誤連而導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法上傳。

2）避免了因某一終端引起的廣播風(fēng)暴導(dǎo)致整個卡車調(diào)度系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)癱瘓。

3）解決了卡車調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)部訪問和外部訪問隔離的問題，保障了服務(wù)器數(shù)據(jù)的安全性。

4）解決了安太堡礦、安家?guī)X礦、東露天礦3 個礦的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)問題，為三礦整體數(shù)據(jù)融合提供保障。

2.4.2 數(shù)據(jù)緩存

現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)通訊、數(shù)據(jù)傳輸采用的是mesh 網(wǎng)的形式，露天礦工作環(huán)境特殊，隨著采剝工作面的推進(jìn)及排土場的發(fā)展，露天礦工作范圍內(nèi)地形變化較大，而固定基站又不能頻繁的變更位置及時跟進(jìn)。在這種情況下，現(xiàn)場通訊會出現(xiàn)部分信號盲區(qū)，當(dāng)安裝卡調(diào)終端的設(shè)備進(jìn)入盲區(qū)后，終端采集的信號無法實時向調(diào)度中心傳送，數(shù)據(jù)的連續(xù)性得不到保證，進(jìn)而造成統(tǒng)計數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，影響系統(tǒng)的正常使用。針對這個問題，與中煤科工集團(tuán)沈陽研究院合作開發(fā)了斷點續(xù)傳功能。信號正常時基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可實時傳輸；進(jìn)入盲區(qū)后，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)先存儲在終端本地，待信號恢復(fù)后，對仍存儲在本地尚未傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行逐條上傳。斷點續(xù)傳功能有效的保證了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的完整性[7]，對卡調(diào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計、設(shè)備狀態(tài)分析等提供了保證。

2.4.3 油耗分析

開發(fā)了一套能夠?qū)崿F(xiàn)油耗異常篩選的油耗分析報表系統(tǒng)，并已在各露天礦推廣使用。首先，需要采集露天礦各加油站設(shè)備加油數(shù)據(jù)，考慮到現(xiàn)場加油時設(shè)備加滿油的要求，設(shè)備2 次加油構(gòu)成加油區(qū)間，區(qū)間末的加油量即為加油區(qū)間內(nèi)的實際耗油量；將加油數(shù)據(jù)采集到卡調(diào)系統(tǒng)后，再結(jié)合卡調(diào)系統(tǒng)中產(chǎn)量、空重運里程等數(shù)據(jù)進(jìn)行相容、分離等統(tǒng)計分析。油耗報表根據(jù)運輸設(shè)備的作業(yè)工況（即電鏟-卸點）、設(shè)備型號計算出油耗標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合作業(yè)量計算出理論耗油量，通過實際加油量和理論耗油量的對比實現(xiàn)油耗異常的篩選。

2.4.4 鉆機自動布孔與導(dǎo)航

鉆機采用雙高精GPS 天線實現(xiàn)了高精定位導(dǎo)航和自動布孔功能。自動布孔采用終端手動錄入和服務(wù)器下發(fā)2 種形式，方便布孔工作人員根據(jù)實際作業(yè)情況選擇使用。

結(jié)合露天礦采掘爆破工作面平整度不夠、臺階坡頂線及坡底線不整齊；用傳統(tǒng)的（安太堡露天礦的布孔方式）布孔方式滿足不了露天礦的布孔需求，應(yīng)用效果不理想，難以推廣使用；我們結(jié)合露天礦穿孔作業(yè)的特點，專門開發(fā)了1 套布孔設(shè)計軟件，這套布孔設(shè)計軟件既解決了臺階因平整度不夠、穿孔深度不同的難題，同時也解決了因臺階坡頂線不整齊、前排孔不規(guī)整的自動布孔設(shè)計問題。這套設(shè)計軟件，通過現(xiàn)場實際應(yīng)用效果非常好，得到了的現(xiàn)場的好評，使穿孔效率提升8 %左右。

2.5 系統(tǒng)運行管理

國內(nèi)目前露天煤礦基本都是“一礦一系統(tǒng)”，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計為獨立自組網(wǎng)，在3 個露天礦卡調(diào)系統(tǒng)獨立的基礎(chǔ)上開發(fā)了數(shù)據(jù)管理與發(fā)布平臺，實現(xiàn)了3 個露天礦卡調(diào)系統(tǒng)的整合。融合了各礦不同的生產(chǎn)模式和管理特點，又在最大限度上對系統(tǒng)功能和邏輯進(jìn)行了統(tǒng)一。實現(xiàn)了3 個露天礦的設(shè)備調(diào)撥功能，統(tǒng)一了3 個露天礦的基礎(chǔ)檔案。將系統(tǒng)數(shù)據(jù)匯總至數(shù)據(jù)管理與發(fā)布平臺，方便決策者和管理者及時了解現(xiàn)場生產(chǎn)情況、掌握設(shè)備出動情況等。

2.5.1 露天礦維修中心主要功能

1）故障管理。故障管理包括對設(shè)備故障檔案的管理功能，對各礦設(shè)備故障信息的查詢功能。

2）數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析主要體現(xiàn)在設(shè)備故障、故障維修情況、設(shè)備可用率及運行小時數(shù)等故障相關(guān)數(shù)據(jù)的查詢與統(tǒng)計，共包含3 張報表。

3）輪胎管理。包含輪胎廠家管理、輪胎型號管理、輪胎管理3 部分。該模塊可以實現(xiàn)輪胎信息記錄與查詢，管理人員可以快捷查詢新胎使用情況、報廢輪胎的數(shù)據(jù)以及正在使用的輪胎運行小時等信息。

2.5.2 設(shè)備管理租賃中心主要功能

1）設(shè)備基礎(chǔ)檔案管理。該模塊主要包含對設(shè)備型號、設(shè)備子類別的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理，對新設(shè)備的添加功能，對現(xiàn)有設(shè)備的信息編輯功能。

2）設(shè)備調(diào)撥。設(shè)備調(diào)撥分為設(shè)備調(diào)入和設(shè)備調(diào)出2 部分，均由設(shè)備管理租賃中心發(fā)起調(diào)撥流程，各礦進(jìn)行信息確認(rèn)后，完成設(shè)備調(diào)撥操作。

3）數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析體現(xiàn)在設(shè)備可用率未達(dá)標(biāo)分析、設(shè)備三率統(tǒng)計等，共完成報表6 張。

4）故障查詢。便于管理人員了解設(shè)備的故障詳情，掌握現(xiàn)場設(shè)備的使用情況。

2.5.3 礦端主要功能

1）生產(chǎn)監(jiān)控。生產(chǎn)監(jiān)控包含二維顯示、調(diào)度圖表、實時屬性、分組配車等功能，可以實時查看設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)、設(shè)備實時位置、設(shè)備調(diào)度分配情況等。

2）產(chǎn)量管理。系統(tǒng)實現(xiàn)了產(chǎn)量自動計算功能，由于有斷點續(xù)傳功能，最大限度減少了產(chǎn)量誤差。對于差量的情況，提供軌跡回放功能，為產(chǎn)量數(shù)據(jù)分析提供依據(jù)。

3）道路網(wǎng)管理。調(diào)度人員可以根據(jù)設(shè)備的運行軌跡對道路網(wǎng)進(jìn)行編輯，同時系統(tǒng)具有修改歷史地圖功能，對因地圖未及時更新影響計量的情況提供了補救措施。

4）鉆機管理。鉆機管理實現(xiàn)了自動布孔、鉆機計劃下發(fā)、鉆機導(dǎo)航等功能，取消了之前現(xiàn)場利用標(biāo)志物布孔的作業(yè)模式，有效縮短了布孔時間；同時司機根據(jù)鉆機導(dǎo)航功能能夠快速尋找目標(biāo)孔位，提高了鉆孔效率。

5）故障維修與管理。實現(xiàn)了終端故障上報、故障維修管理、故障統(tǒng)計等功能。故障上報以司機上報優(yōu)先，在通訊故障時，由調(diào)度員對設(shè)備故障進(jìn)行上報，保證了系統(tǒng)內(nèi)故障信息的完整性與實時性[8]。為管理人員了解現(xiàn)場設(shè)備故障情況提供了依據(jù)，為維修人員提供準(zhǔn)確的故障信息。

6）數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析通過報表來實現(xiàn)，礦端報表共計開發(fā)報表82 張，包括產(chǎn)量相關(guān)報表、綜合報表、設(shè)備狀態(tài)報表、超速相關(guān)報表4 大類。

3 效果分析

1）工程計量準(zhǔn)確。系統(tǒng)升級改造前安家?guī)X及安太堡露天礦卡車調(diào)度系統(tǒng)產(chǎn)量統(tǒng)計誤差在2 %～5 %左右，升級改造后各礦產(chǎn)量誤差誤差小于0.35 %。系統(tǒng)通過詳細(xì)記錄設(shè)備裝卸點位置狀態(tài)等信息、以及調(diào)度和司機實施調(diào)度的操作流程，在做產(chǎn)量計算時系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備的流水?dāng)?shù)據(jù)結(jié)合其操作流程[4]，嚴(yán)格按照裝卸作業(yè)周期計量，有效的避免漏量和多計量現(xiàn)象，通過結(jié)合調(diào)度配車相關(guān)規(guī)則有效的避免了串鏟現(xiàn)象。為了避免車輛在生產(chǎn)過程中由于信號問題導(dǎo)致數(shù)據(jù)回傳不及時，產(chǎn)量計算時導(dǎo)致丟量的問題，系統(tǒng)采用班后算量的方式，待數(shù)據(jù)回傳結(jié)束后，進(jìn)行產(chǎn)量計算，這樣大大降低了丟量現(xiàn)象的發(fā)生，使產(chǎn)量計算更加準(zhǔn)確。

2）經(jīng)濟效益顯著。根據(jù)穿爆數(shù)據(jù)統(tǒng)計，應(yīng)用卡調(diào)系統(tǒng)自動布孔和導(dǎo)航功能后，鉆孔效率提升了5 %，直接創(chuàng)效600 萬元/a；應(yīng)用卡調(diào)系統(tǒng)后，精簡了司機上報內(nèi)外障的步驟，節(jié)約了故障信息流通環(huán)節(jié)時間，提高了故障處理環(huán)節(jié)的效率，使設(shè)備可用率總體提高1 %，直接創(chuàng)效2 000 萬元/a；通過應(yīng)用優(yōu)化調(diào)度方式，更加快捷準(zhǔn)確地向司機下發(fā)調(diào)度指令，減少了調(diào)度信息流轉(zhuǎn)時間，使設(shè)備作業(yè)效率提高1 %，直接創(chuàng)效2 000 萬元/a；通過優(yōu)化燃油控制方式，采用燃油定額消耗管理，有效堵塞了流失漏洞，燃油單耗降低1 %，直接節(jié)省燃油成本1 300 萬元/a。綜上保守計算，露天礦卡車調(diào)度系統(tǒng)經(jīng)濟效益至少6 000 萬/a。

4 結(jié)語

中煤平朔集團(tuán)露天礦卡車調(diào)度系統(tǒng)平臺的升級改造，實現(xiàn)了3 個卡調(diào)系統(tǒng)的融合和升級，及數(shù)據(jù)實時監(jiān)測分析;拓展了鉆機導(dǎo)航功能、油耗分析、產(chǎn)量計算方法、數(shù)據(jù)續(xù)傳、設(shè)備調(diào)撥等功能，大大的提高了露天礦的管理水平和工作效率。

1）卡車調(diào)度系統(tǒng)是在生產(chǎn)過程實時監(jiān)測，收集、匯總與分析信息，實現(xiàn)生產(chǎn)實時管理綜合服務(wù)平臺，可通過對生產(chǎn)各環(huán)節(jié)信息的反饋，并通過后臺數(shù)據(jù)分析與處理，為管理者科學(xué)決策提供依據(jù)。

2）露天礦卡調(diào)系統(tǒng)在原有系統(tǒng)平臺的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身的生產(chǎn)管理模式的需要，以及各生產(chǎn)子單位的實際需求，集合自身生產(chǎn)特色，額外開發(fā)了特色功能。同時，以3 個露天礦卡調(diào)系統(tǒng)為依托開發(fā)了數(shù)據(jù)管理與發(fā)布平臺，實現(xiàn)了卡調(diào)系統(tǒng)整合。

3）卡調(diào)系統(tǒng)的改造升級功能拓展實現(xiàn)鉆機導(dǎo)航功能、油耗分析、產(chǎn)量計算方法、數(shù)據(jù)續(xù)傳、設(shè)備調(diào)撥，大大的提高了自身的管理水平和工作效率，為國內(nèi)露天礦山在智能化提供了寶貴的實踐經(jīng)驗。