巴潤礦業公司智能調度指揮系統的研究

田野

(1.內蒙古科技大學,內蒙古包頭 014010;2.內蒙古包鋼鋼聯股份有限公司巴潤礦業分公司,內蒙古包頭 014080)

巴潤礦業公司智能調度指揮系統的研究

田野

(1.內蒙古科技大學,內蒙古包頭 014010;2.內蒙古包鋼鋼聯股份有限公司巴潤礦業分公司,內蒙古包頭 014080)

卡車智能調度系統控制的設備為礦車和電鏟。系統通過計算機對裝、運、卸的全過程進行控制與管理,自動實現各種生產資源的合理配置利用,從而實現效率最高,消耗最低, 產量最大的智能派車的目標。并為進一步促進采場加強生產組織;提高采場安全管理水平;加強設備管理能力;加強企業管理,促進管理提升;實現提高生產效率、降低生產成本、提升管理、決策水平并為數字礦山奠定基礎。

卡車智能調度系 合理配置 提高效率 降低成本

1 引言

目前，露天礦智能調度指揮系統在世界范圍內得到了廣泛的應用，已經成為增加露天礦經濟效益、提高現代化管理水平的一個重要的技術發展方向。露天礦智能調度指揮系統由調度中心、通訊及差分系統、車載智能終端三部分構成。系統加速了礦山信息化和數字化建設的步伐，因而是21世紀現代化礦山建設體系的必然要求和重要發展方向。國外有100多個露天礦采用卡車優化調度系統，經統計，可提高生產效率6%～32%。露天礦智能調度指揮系統作為數字礦山建設的重要組成部分，集成了GPS和GIS技術。該系統能夠接收GPS位置信息并收集設備各種狀態信息，通過無線通信系統將這些數據實時地傳送到調度中心，由計算機進行快速決策運算，并將調度命令發送給各裝運設備，從而實現動態優化調度。另外，卡車、電鏟以及生產設備運行的信息和航跡在2維和3維GIS上可以可視化監視，從而實現實時動態管理以及輔助決策分析。

圖1

圖3

露天礦智能調度指揮系統實現了優化卡車運輸，降低總運輸功和采裝與運輸設備的等待時間，節能降耗，有效提高采裝與運輸效率；實現電鏟、卡車、鉆機調度，優化生產，合理配礦，提高資源利用率；及時應對生產中出現的突發事件，以實現及時響應生產、及時調整生產和安全生產。 “露天礦智能調度指揮系統”通過采用現代高新技術和符合露天礦生產實際的最優化模型，徹底改變了傳統的生產管理模式，是露天礦生產管理模式的一場革命。

2 目的和意義

巴潤礦業公司作為包鋼(集團)公司資源的主要生產基地，承載著公司1/3左右的原料輸出任務，如何使生產高效穩步運行，關系著礦山又快又好發展乃至公司的命運，而礦山公路運輸是露天礦的主要薄弱環節，是制約礦山生產能力和效益的重要因素。大型礦山由于作業范圍廣、采場移動道路變化快，控制的難度大。隨著采場逐漸深步開采，開采條件日趨惡劣，運距和提升高度增加，使運輸成本逐步攀升。目前大多數露天礦山的運輸成本占總成本的35%左右，有的競高達60%，因此礦山運輸已成為制約礦山降低成本、提高經濟效益的關鍵所在。故如何撇棄傳統的低效高耗生產調度方式，選擇一種科學的調度指揮系統，如何使鏟、車配比最合理，行車路徑最優，如何實現自動、及時、高效安排礦山設備生產作業，是亟待解決的重大課題。

意義就是能夠充分挖掘卡車的運輸能力，提高運輸效率，優化卡車的運行路線，減少輪胎損耗及油耗；能夠解決卡車運輸過程中的無序運行問題，保證生產調度合理進行；能夠減少人為因素，杜絕作弊、消極怠工情況；合理配比礦產資源，實現地質模型的數字化和采掘計劃的科學自動生成。總之，從各個角度實現采礦運輸作業的節能提產，降本增效。并可作為數字化礦山的平臺，適應當前礦山數字化、精細化管理的發展需要，全面提高礦山管理水平。

3 卡車智能調度系統總體

根據巴潤礦業公司調度室、采場和卸料的布置情況，公司的網絡情況及管理目標，設計卡車智能調度系統由三部分組成：數據采集與通訊系統(以下簡稱GPS系統)，調度與管理信息系統，核心調度軟件系統。系統總體結構圖如圖。

3.1 數據采集與通訊系統

數據采集與通訊系統的主要功能是完成實時數據與信息的采集、通訊，其基本組成包括車載計算機系統、無線數據通訊系統和GPS定位系統。

(1)車載終端系統。移動式車載智能終端系統安裝于巴潤礦業公司采區作業現場的卡車、電鏟、鉆機等主要設備上。用于實時、多任務、分布式計算，采集生產設備運行狀態及監控信息，實時地將信息傳遞給調度室總控服務器和設備司機。車載智能終端系統主要包括圖像顯示/觸摸屏輸入控制盤和移動式計算機等。

(2)無線數據通訊系統。在巴潤礦業公司采場布置無線通訊系統，用于為總控服務器系統和車載計算機系統間提供可靠的無線數據通訊。

(3)GPS定位系統。根據巴潤礦業公司設備點位監控和卡車調度優化的要求，安裝GPS定位系統跟蹤卡車、電鏟、鉆機的位置，通過無線數據通訊系統送至中央計算機系統。

3.2 調度與管理信息系統

根據巴潤礦業公司的生產管理需求，設計信息與控制的中心：調度與管理信息系統。基于GPS系統采集的各種實時數據和信息，其主要任務是對接收到的數據進行分解、存儲、發送等處理，并對露天礦裝、運、卸的全部目標、全部過程進行實時的生產管理和調度管理，以實現各種資源的合理配置，使系統在優化的狀態下運行。調度與管理信息系統的基本功能有以下幾項：

(1)數據庫的存儲與實時更新；

(2)生產調度過程的監控；

(3)調度申請與調度指令的實時管理；

(4)電子地圖的實時顯示與回放顯示；

(5)數據查詢與報表統計。

3.3 核心調度軟件系統

根據巴潤礦業公司生產約束及設備管理情況，設計在卡車智能調度系統中，核心調度軟件系統采用了自主設計的一種卡車優化調度模型，該模型由最短路算法、車流規劃模型和實時調度準則組成。

為了實現整體設計的目標，整個核心調度軟件系統分為三個主要模塊：最短路算法模塊，車流規劃模型模塊和實時調度準則模塊。它們之間的關系如圖2所示。

3.4 系統組成

智能終端：為了適應巴潤礦業公司采區低溫、高振動、粉塵等惡劣環境，采用車、鏟、鉆通用的工業級軍品智能終端，終端配置工業級X86構架、800MHZ的CPU，512M內存和8.4英寸顯示屏。

無線通訊系統：由于巴潤礦業公司采區將近40平方公里，為了實現無線通訊全覆蓋和考慮未來的采場擴展，在采場周圍搭建9座通訊塔和2個移動小車負責采場的無線通訊覆蓋，通訊電臺選用美國STRIX產品進行無線覆蓋，通訊基站采用太陽能和市電雙路供電，主基站采用市電和UPS雙路供電，形成不間斷和無盲區的無線通訊系統。為保證整個系統的網絡帶寬，設計兩座落地主基站。覆蓋采區、排土場、破碎站、保養間、修理廠房等重要點位。

100M/1000M網絡通信系統：巴潤礦業公司的網絡系統比較完善，因此無線通訊兩座主基站通過12芯的鎧裝光纖接入到機房的思科交換機，然后和總控服務器、調度員工作站形成網絡通訊系統，再接入到公司現在的局域網絡。

GPS衛星定位系統：通過全球衛星定位系統，采用工業級GPS定位模塊進行定位，確保車鏟定位精度在2米。

網絡安全和管理系統：巴潤礦業公司統一部署的防病毒軟件，但是上網管理混亂經常造成網絡異常，為保證系統的穩定和網絡安全可控，安裝公司統一布置的防病毒軟件，并增加上網行為管理系統，提升網絡的安全穩定性和記錄各種網絡訪問，便于監控網絡運行狀態和異常。

4 系統實施后的效益效果

人工調度時采用圍繞電鏟固定配車(定鏟派車)的調度方法，這種方法對調度指揮人員的工作經驗和技能的要求較高，且不能從全局、全過程進行優化；檢測與通訊方式落后；各種信息嚴重滯后，不能應對復雜時變的生產環境。

人工調度方式存在以下弊端：

(1)不能平衡調度目標(鏟、車、卸點)的全局資源。

(2)裝、卸點出現故障之后調整時間長，影響作業效率。

直接效益：

(1)生產效率的提高。1)通過最短路徑算法，實現卡車運輸距離最短。2)通過合理的車流配置，實現車不等鏟，鏟不待車。充分發揮電鏟的裝車能力；3)信息傳遞及時準確，車鏟發生故障后可以及時轉移車流，克服人工調度的滯后性，提高生產效率。4)合理準確配礦。5)系統實施后，通過路徑優化，礦車運距減少，礦車油耗、備件消耗、零星材料消耗等會有明顯的減少。6)全自動的調度系統減少了調度層次，降低了調度人員的作業強度。

綜合以上因素，結合巴潤礦業公司實際規模及作業設備數量，礦車調度系統應用后車鏟綜合效率可提高10%。

(2)通過先進的技術手段，采集了大量的原始數據，從而徹底杜絕偷懶、瞞報、虛報產量等現象，提高管理水平。

(3)在調度室對生產情況一目了然，徹底改變了管理人員只有到現場才能夠獲取這些信息的現狀，大大提高系統的反應速度。

(4)系統數據的網絡化，實現多專業的遠程管理。

間接效益：

(1)為采礦信息化、數字化建設奠定堅實基礎。

(2)通過項目的實施，培養技術人員。

5 結語

露天礦智能調度指揮系統通過采用多種現代高新技術，對傳統的人工調度系統及管理體制進行改造，通過采集生產設備動態信息，實時監控和優化調度卡車、電鏟等設備的運行，從而形成一種信息化、智能化、自動化的新型現代調度控制系統和全方位的采礦生產管理控制自動化決策平臺。露天礦智能調度指揮系統強調的是運輸設備的系統性，調度的最優化、自動化和智能化，信息交流的及時性和交互性，以及服務的廣泛性。露天礦智能調度指揮系統綜合運用計算機技術、 現代通訊技術、全球衛星定位(GPS)技術、系統工程理論和最優化技術等先進手段，建立生產監控、智能調度、生產指揮管理系統，對生產采裝設備、移動運輸設備、卸載點及生產現場進行實時監控和優化管理。

The truck control intelligent scheduling system equipment for car and electric shovel.System control and management on the wholeprocess of loading,transportation,unloading by computer, automaticrealization of the rational allocation of production resources, so as toachieve the highest efficiency,lowest consumption,yield the largestintelligent vehicle target.And to further promote the strengthening ofproduction organization of stope stope;improve the level of safety management;to strengthen the management capacity of the equipment;to strengthen enterprise management,promote themanagement;improve production efficiency,reduce production costs,improve management,decision-making level and lay the foundation for a digital mine.

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