輔助運輸車輛信息化管理系統的研究與應用

董崇遠 張文濤 國繼征

（1.山東能源新礦集團機電部，山東省新泰市，271233；2.山東能源新礦集團協莊煤礦，山東省新泰市，271221）

長期以來，我國礦山行業的勞動效率遠遠低于發達國家，其中物流運輸環節是影響效率低下的主要原因之一。在煤礦生產成本中，物流運輸成本幾乎占總成本的30%～80%，在煤礦傷亡事故中，物流運輸的事故接近40%。車輛管理系統設計是否符合礦井的實際需求將會直接關系到礦井的安全性及其高效運輸性，對我國礦井輔助運輸的發展具有重要意義。由于采礦新技術的發展速度不斷加快，設備更新速度明顯加快，造成人工管理井下物料配送效率低且準確性差，在很大程度上制約著礦井的穩定生產。因此，礦山企業的生產效率很大程度上取決于生產物流的效率，生產物流管理成為制約礦山企業整體經濟效益的重要因素。

1 問題的提出

礦井各類運輸車輛廣泛應用于礦井輔助運輸系統，并發揮著重要作用，由于礦井井下運輸系統戰線長、分布廣和使用各類車輛多，給運輸流程的管理帶來一定困難，主要表現在以下幾個方面。

（1）車輛使用管理不當，造成車輛緊張，部分單位卸料不及時存在車輛積壓現象。

（2）車輛裝載物料的信息全部是用粉筆書寫，容易被篡改。由于井下車輛往往處于無人監管的狀態，運輸的過程中物料冒領和盜用現象時有發生。

（3）車輛的運輸流程記錄由人工完成，占用大量的人力資源。

（4）運輸途中還會發生車輛丟失現象，發現不及時造成運輸隱患，影響正常生產。

（5）運送物料管理和車輛管理的信息反饋不暢，無法及時了解生產物流信息，難以進行生產物流的動態調整和控制。

（6）由于缺乏有效的技術手段進行跟蹤監控，車輛在運送過程中往往容易送錯目的地，并且井下物料交接手續過于簡單，只能反映裝載物料的車輛數量，而不能反映出交接物料的具體信息。

以上問題的存在導致礦井車輛周轉率低和物流運輸效率低。因此，需要研制開發輔助運輸礦車信息化管理系統，實現對礦井車輛的合理調度及井下物流快速傳遞，以此解決車輛積壓、運送錯誤和效率低等問題，消除原始的紙張式辦公模式，使礦井物流管理更加科學化和合理化，提高車輛運輸效率和利用率，節約人力資源。

2 技術方案

針對以上情況，根據協莊煤礦礦井輔助運輸的流程和特點以及機車運輸監控信集閉系統的現狀，新礦集團公司進行了相關的科研立項，研制開發了輔助運輸礦車信息化管理系統。通過研究自動控制、通訊、信息技術和現代管理技術，利用運輸監控信集閉系統和KJ293 傳輸平臺開發礦井車輛管理系統，實現輔助運輸礦車信息化管理，全面提升礦井運輸車輛管理的信息化和自動化水平。該系統使得人與人、物與物以及人與物的溝通變成了可能，使得地面工作人員可以實時掌控井下車輛的位置信息和周邊安全信息。項目組通過現場技術分析，提出了以下5種技術方案：

（1）根據礦井的現有條件，基于協莊礦應用KJ293傳輸平臺的成熟技術，利用礦井工業以太環網串聯整套礦車物流管理系統，為軟件拓展和硬件安裝連接提供有利條件，實現資源共享，完成整套平臺建設。

（2）在錨桿專用車和平盤車等物料車上安裝具有實時定位、儲存物料信息以及物料裝卸確認等功能的雙頻復合電子標簽；在地面井口、井下主要運輸石門、井底車場和岔口安設讀卡器，實現礦車物料信息的及時傳遞并自動生成運行軌跡上傳至上位機。

（3）為各水平大巷車場隊長、電機車司機、物料裝卸人員配備手操器，實現人員與礦車電子標簽的對接，完成物料信息讀取及裝卸物料的交接確認。

（4）地面調度室和機車調度站安裝主控計算機、維護計算機和系統網絡服務器，完成系統日常維護監控、數據存儲以及網絡信息瀏覽等功能，同時為系統實時監控提供視頻輸出。

（5）地面井口料場裝設操作計算機，實現物料審批下載及信息查詢功能。

3 管理系統的開發

3.1 系統組成

系統的開發利用礦井現有的以太網網絡，以保持較高的實時性和可靠性，礦里任意一臺聯網計算機均可根據其權限了解該系統的實時信息。設置2臺主控機、3臺客戶機、1 臺服務器、7 臺檢測分站、7臺電源箱、19臺識別分站、550套車皮標簽和30 臺手操器，共覆蓋礦里-300、-550 和-850三個水平。輔助運輸礦車信息化管理系統框架如圖1所示，礦車標簽位置安裝如圖2所示，礦車標簽如圖3所示，手操器如圖4所示，手操器讀取車皮標簽示意圖如圖5所示。

圖1 輔助運輸車輛信息化管理系統框架

圖2 礦車標簽位置安裝

圖3 礦車標簽

圖4 手操器

主控制機用來顯示井下車皮活動狀態，并實現對所有設備的檢測；服務器用來解析、處理和存儲系統通訊數據，并將信息發布；客戶機用來查詢各種監測和車皮信息，并錄入和審批物料的使用申請；檢測分站通過通訊光纜和服務器通訊直接管理識別分站；識別分站通過電纜和控制分站通訊管理車皮標簽和手操器；車皮標簽通過無線定時廣播自身信息；手操器用來修改車皮標簽內信息，并進行物料的交接和上報。

圖5 手操器讀取車皮標簽示意圖

3.2 系統拓撲結構

本系統包含基礎信息錄入功能、可視化跟蹤及監測功能、用料申請查詢及配料計劃下發功能、入井和出井車輛統計功能、電子交接功能、二次交接功能、防誤讀和誤寫功能、輔助調度功能、調度請求功能、區域劃分設計和軌跡查詢功能、報警提示功能、車輛檢修信息管理功能 （車輛生命檔案管理）、其他統計報表功能、故障診斷功能、重演功能、聯網功能以及擴容功能。輔助運輸礦車信息化管理系統拓撲結構如圖6所示。

圖6 輔助運輸礦車信息化管理系統拓撲結構

3.2.1 井下車輛身份識別

車輛信息和標簽號都存儲在井上監控中心的監控主機內，當車輛在井下閱讀器進行身份驗證時，子站將會調用存儲在井上監控中心的監控主機內的車輛信息和標簽號，來進行車輛的身份識別。

3.2.2 井下車輛定位

監控主機事先存儲數據庫服務器內的閱讀器地理位置及詳細坐標，當車輛在井下某個閱讀器進行身份確認的時候，這時監控主機可以實現對車輛地理位置及坐標的確定，從而實現井下車輛的定位。

3.2.3 井下車輛移動路徑

監控主機可以通過監測到的車輛位置信息自動描述出車輛的移動軌跡，通過預先在程序中的設置，實現對車輛移動軌跡的監控，并可對移動到非法區域的車輛進行報警。

3.3 系統主要應用界面

本系統的開發應用最新的一體化雙頻電子標簽技術、微電子技術和RFID 射頻技術，使整個系統具有功能齊全、安全、便于組網的特點，并且該項技術基于國家正在推廣的第三代通信網絡，為整個系統的推廣應用提供了保證。輔助運輸車輛信息化管理系統監控主界面如圖7所示。

圖7 系統監控主界面

系統在井下的每個車皮上安裝有電子標簽、電子標簽內存儲車皮的型號、載重、編號、貨物以及檢修等信息，電子標簽定時向外發送自身存儲的信息，供識別分站與手操器接收。電子標簽同時具有可編程修改存儲信息功能，用于貨物裝卸時的信息修改用。車皮物料跟蹤與管理界面如圖8所示，運輸過程監測實時化界面如圖9所示，運輸過程統計自動化界面如圖10所示，運輸過程報警智能化界面圖11所示。

圖8 車皮物料跟蹤與管理界面

圖9 運輸過程監測實時化界面

4 應用效益分析

輔助運輸車輛信息化管理系統實現了對井下專用車輛和運輸物料的實時監測，實現了移動車輛的跟蹤定位。通過對井下移動車輛類別識別、運行軌跡重演、滯留超時報警、丟失報警和信息與實際不符報警、車輛虛假信息報警以及運行路線錯誤報警等功能，實現了車輛的安全運輸。

圖10 運輸過程統計自動化界面

圖11 運輸過程報警智能化界面

4.1 人力資源方面

協莊煤礦現有22個井下單位，每個單位配備一名材料員專門負責材料審批手續。應用本系統后將原來的物料運輸七聯單淘汰，直接由各申請單位提前通過網上填寫申請并提交審批，并可隨時查詢申請進展，從而省去各個單位配備的專門負責材料審批手續的人員。為了解決運搬工區的車輛積壓問題，設有4名專職查車人員。應用本系統后可免去上述26人專職人員，每年節約工資約91萬元。

4.2 生產效率方面

通過對每個生產隊的每個班次進出車和物料情況以及對每輛機車運量統計，合理制定運輸和物料配送計劃，從而可根據實際情況合理調整計劃，提高生產效率。通過對礦車物料的實時跟蹤定位，可實時準確地了解物料運輸和使用情況，解決物料送錯和冒領等現象，確保礦車物料能按計劃運輸，為生產計劃得以順利完成提供基礎。

4.3 設備投入方面

協莊煤礦現有材料專用車、大平盤車、花車、轉盤車、底卸式礦車、液壓側卸式礦車以及單軌吊集裝箱車共計787輛，根據原有實際情況，預計還需再投入200輛各式專用車方可滿足生產需求。應用本系統后，大大提高了礦車運輸效率和利用率，不需要再額外投入礦車，可節約200輛專用車費用約290萬元。

4.4 安全生產方面

本系統能夠提示車輛檢修時間以及投入運行時間，確保車輛在安全期限內運行，避免事故發生。

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