基于物聯網技術的煤炭企業(yè)自動卸車系統(tǒng)的研究與設計

張起榮 王 燕 余廷忠

(貴州工程應用技術學院信息工程學院，貴州省畢節(jié)市，551700)

★ 煤炭科技·機電與信息化 ★

基于物聯網技術的煤炭企業(yè)自動卸車系統(tǒng)的研究與設計

張起榮 王 燕 余廷忠

(貴州工程應用技術學院信息工程學院，貴州省畢節(jié)市，551700)

針對煤炭在公路運輸卸車過程中存在的偷煤、換煤以及環(huán)境污染等問題，提出了基于物聯網技術的煤炭企業(yè)自動卸車系統(tǒng)，分析了傳統(tǒng)煤炭公路運輸卸車流程和改進方法，介紹了自動卸車系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設計和軟件系統(tǒng)設計，最后闡述了自動卸車系統(tǒng)在貴州萬峰集團礦業(yè)有限公司織金縣三甲煤礦的實際應用效果。實際應用表明，該系統(tǒng)能夠提高卸車流程的效率，降低卸車成本。

三甲煤礦 物聯網 自動卸車系統(tǒng) 煤炭運輸

1 傳統(tǒng)卸車過程存在的問題

傳統(tǒng)煤炭在公路運輸卸車過程中主要存在以下幾個方面的問題：

(1)為了獲得額外收益，部分煤炭運輸企業(yè)或煤炭運輸個體戶在煤炭運輸途中進行替換或者以次充好，造成煤炭企業(yè)巨大的經濟損失。為了防范這種現象的發(fā)生，通常采用封條、鉛封、機械鎖等方法，但是在高利潤的誘惑下，這些方法還是會被解除。

(2)傳統(tǒng)的稱重系統(tǒng)沒有進行有效的監(jiān)控管理，煤炭運輸車輛存在空車稱重時車輛部分上稱以及重車稱重時幾輛車一起上稱等現象，沒有達到準確稱重運輸車輛重量的目的。

(3)傳統(tǒng)稱重過程多數是人工打印稱重單，存在篡改數據的可能性。

(4)一些煤炭運輸車輛在車上安裝暗格或者夾層，在里面藏有物品，從而達到增加煤車重量、減少實際卸煤量的目的。

(5)傳統(tǒng)煤炭卸車人工檢查和卸車環(huán)節(jié)多，浪費大量時間。

2 傳統(tǒng)卸車流程和改進方法

2.1 傳統(tǒng)卸車流程

貴州省煤炭資源豐富，但煤炭運輸仍存在瓶頸，多依靠公路運煤，運煤車輛卸車的主要流程如下：

(1)例行檢查。運煤車輛進入煤場前，首先要人工查驗司機的身份證、駕駛證和上崗證，檢查這些證件是否存在問題，存在問題的不能進場并且說明原因。煤場檢查員目測檢查運煤單上的煤種和運輸車輛上的煤種是否相符，口頭詢問司機的煤源來自哪個礦區(qū)，檢查司機的票據是否有涂改，并且現場檢查運輸車內是否安有暗箱和夾層，是否藏有物品以增加煤炭重量。

(2)人工采煤樣化驗。煤場化驗員對每輛進入卸煤場的車輛親自采煤樣，之后送往化驗室進行檢驗。如果第一次發(fā)現被化驗的煤樣與運輸單上的煤種不同，則由化驗員與司機共同重新采樣化驗，如果還是不吻合，則扣押運煤車輛進行調查處理。

(3)稱重。通過檢查的運煤車輛開到指定地區(qū)進行過稱，人工記錄實際車載煤的重量。

(4)卸車。相關工作人員指揮運煤車輛開到指定區(qū)域等待卸車。

(5)核查。相關工作人員在卸煤現場用目測等方法再次簡單排查煤炭與原單據煤種是否相符。

(6)車廂衛(wèi)生清掃。煤場清掃工清掃運煤車輛車廂，保證車廂內煤炭全部卸車。

(7)空車過稱。運煤車到指定區(qū)域按照工作人員指揮依次上稱。稱完空車重量后，工作人員人工進行記錄，并算出實際車載煤重量，然后檢查是否與票據數量相同。

(8)審核放行。工作人員審核各種票據上的各項數據是否填寫齊全，時間、地點、煤種、卸煤量是否正確，查驗合格則進行人工放行。

2.2 改進方法

(1)原有卸車過程中要先進行重車過稱，然后再空車過稱，現在改為只有重車過稱。

(2)原有過程中要進行人工審核，要進行票據簽字才能放行，改為自動掃描車號驗證放行。

(3)將原來的人工采樣檢測改為自動采樣檢測。

(4)將原來的人工車廂衛(wèi)生清掃改為安裝防沾車底板，省去人工清掃。

(5)稱重單由以前稱重員操作打印改為稱重系統(tǒng)稱重后自動出單。

(6)車內安有北斗星衛(wèi)星定位監(jiān)控系統(tǒng)，可防止運煤車在運輸過程中發(fā)生作弊現象，影響卸車過程。

3 煤炭企業(yè)自動卸車系統(tǒng)設計

運煤車輛通過進出煤場自動識別系統(tǒng)的識別進入煤場，并在指定區(qū)域等待，自動采樣檢測系統(tǒng)進行煤炭采集和檢測，待檢測結果合格后，運煤車輛進入稱重環(huán)節(jié)，稱重無誤后進入卸車環(huán)節(jié)，卸車完成后，運煤車攜帶卸煤單離開煤場，完成整個卸煤過程。

3.1 硬件系統(tǒng)設計

煤炭企業(yè)自動卸車硬件系統(tǒng)采用物聯網技術中的射頻識別技術，實現自動識別進出煤場車輛的有關信息，從而實現整個卸車系統(tǒng)的自動化。該系統(tǒng)包括進出煤場自動識別系統(tǒng)、自動采樣檢測系統(tǒng)、自動稱重系統(tǒng)、防塵系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)，其硬件系統(tǒng)功能結構圖如圖1所示。

圖1 煤炭企業(yè)自動卸車硬件系統(tǒng)功能結構圖

(1)進出煤場自動識別系統(tǒng)。每輛運煤車都裝有RFID，在進出煤場時通過進出煤場自動識別系統(tǒng)的RFID讀卡器掃描獲得運煤車的車型、運輸路線、運輸時間、運煤重量、司機姓名、駕照信息、空車重量等車輛信息，信息正確無誤后放行車輛進入煤場。出場時也通過RFID讀卡器獲得卸煤車的卸煤數據，數據無誤后自動放行。

(2)自動采樣檢測系統(tǒng)。運煤車在采樣區(qū)等待，自動采樣檢測系統(tǒng)再次通過RFID讀卡器掃描獲得運煤車的煤種、煤種來源等信息，自動采樣檢測系統(tǒng)的機器抓手抓取運煤車內的多處煤樣，通過傳輸帶送到檢測室進行檢測。

(3)自動稱重系統(tǒng)。自動稱重系統(tǒng)也安裝有RFID讀卡器，通過掃描運煤車獲得車型、運輸路線、運輸時間、運煤重量、空車重量等信息，并在自動稱重顯示屏顯示運煤重量以便司機核對。

(4)防塵系統(tǒng)。運煤車稱重完成后，防塵系統(tǒng)對等待卸煤的運煤車進行噴水降塵，從而減少卸煤過程中的煤炭粉塵。防塵系統(tǒng)作業(yè)過后，運煤車即可在指定區(qū)域進行卸車。

(5)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)對整個卸煤流程以及煤場進行監(jiān)控，發(fā)現異常后自動報警提醒監(jiān)控人員。

3.2 軟件系統(tǒng)設計

煤炭企業(yè)自動卸車軟件系統(tǒng)包括進出煤場自動識別管理系統(tǒng)、自動采樣檢測管理系統(tǒng)、自動稱重管理系統(tǒng)和視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)，其軟件系統(tǒng)功能結構圖如圖2所示。

圖2 煤炭企業(yè)自動卸車軟件系統(tǒng)功能結構圖

(1)進出煤場自動識別管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括進場識別和出場識別兩個功能模塊。進場識別包括識別的車輛信息、司機信息、運煤信息和允許進場信息。出場識別在進場識別信息的基礎上又增加了卸煤信息和允許出場信息。

(2)自動采樣檢測管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一次檢測信息、二次檢測信息和檢測結果處理3個功能模塊。一次檢測信息主要是通過RFID讀卡器掃描獲得運煤車的煤種和煤種來源等信息。二次檢測信息是對運煤車內多處煤樣進行檢測的信息。檢測結果處理是對一次檢測信息和二次檢測信息的處理結果。如果一次檢測信息和二次檢測信息與運煤信息一致，則車輛進入卸車環(huán)節(jié)；如果一次檢測信息和二次檢測信息與運煤信息不一致，則再次進行檢測；還是在此檢測還是不一致，則自動發(fā)送信息至進出煤場自動識別管理系統(tǒng)不予放行，同時自動發(fā)送報警信息至煤場相關工作人員和管理人員的手機或客戶端上，等待處理。

(3)自動稱重管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括稱重狀態(tài)監(jiān)控、稱重結果和打印稱重單3個功能。稱重狀態(tài)監(jiān)控可以在稱重管理程序中直接觀察到被稱重車輛的監(jiān)控狀態(tài)，并可存儲到數據庫中，在需要時可從數據庫中直接調用查詢。在汽車衡的兩端分別設置一個紅外線監(jiān)控系統(tǒng)，如果車的前輪超出秤體或后輪沒有進入秤體， 紅外線開關斷路，計算機拒絕稱重。超過一輛車在稱重系統(tǒng)上，系統(tǒng)則會自動報警。稱重結果和打印稱重單是車輛上稱成功稱出重量后，自動算出車載煤重量，并且與系統(tǒng)提取的該車運煤信息進行對比，如果信息一致則打印稱重單，如果信息不一致則再次稱重，如果再次稱重信息與該車運煤信息出入較大則發(fā)出報警信息。

(4)視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括視頻顯示、視頻跟蹤處理和異常視頻報警3個功能模塊。視頻顯示可以播放廠區(qū)各區(qū)域的監(jiān)控視頻，視頻框可放大放小，各個視頻可快進快退。視頻顯示可存放一個月內的視頻信息，并與數據庫對接及時保存在數據庫中。視頻跟蹤處理是對進場車輛進行跟蹤監(jiān)控，發(fā)現異常信息(如發(fā)現車輛換車牌、丟重物等情況)及時報警并將信息發(fā)送給相關工作人員和管理人員。異常視頻報警是當運煤車輛闖關時報警，并對接北斗衛(wèi)星定位監(jiān)控系統(tǒng)。

4 效益分析

貴州萬峰集團礦業(yè)有限公司織金縣三甲煤礦于2016年試運行了煤炭企業(yè)自動卸車系統(tǒng)，經過一段時間的應用反饋，該系統(tǒng)在煤炭運輸環(huán)節(jié)明顯降低了卸車過程中不必要的成本，同時根除了偷煤和換煤的現象，暢通了企業(yè)管控流程，具體應用效果如下：

(1)切實降低了成本。在沒有使用自動卸車系統(tǒng)之前，三甲煤礦在運煤車進出、采煤樣、卸煤、清掃、登記等環(huán)節(jié)均需要有專人管理，每年需要支付不少工資成本。使用該系統(tǒng)后，三甲煤礦撤銷了上述需要專人值守的崗位，年均節(jié)約開支約20萬元。

(2)提高了卸車效率。自動卸車系統(tǒng)明顯提升了煤炭公路運輸車輛的卸車效率，整個卸車時間由以前的平均60 min降低到了平均30 min。

(3)減少了環(huán)境污染。自動卸車系統(tǒng)中的除塵系統(tǒng)降低了卸車過程中的粉塵，太大減少了煤場周邊的粉塵污染，保護了卸車環(huán)境。

(4)實現了輔助決策。自動卸車系統(tǒng)為工作人員和管理人員的決策提供了科學的數據支撐，起到輔助決策的作用。

(5)保證了煤場安全。在沒有監(jiān)控系統(tǒng)之前，靠人工看守煤場，要巡邏整個煤場效率低下，工作人員容易疲勞和麻痹。現在通過夜間視頻，發(fā)現異常情況啟動自動報警功能，防止了夜間偷煤現象的發(fā)生。

(6)保證了煤種質量。原來人工采煤樣由于麻煩，一般取運煤車上某個地方的煤樣，現在自動卸車系統(tǒng)自動采集運煤車上多處不同地方的煤樣，減少了作弊可能。

[1] 譚章祿,韓茜. 基于流程再造的煤炭智能裝車系統(tǒng)的研究與設計[J].中國煤炭，2015(5)

[2] 劉訖，石博強，譚章祿.基于物聯網的煤炭智能裝車系統(tǒng)設計[J].中國煤炭，2015(7)

(責任編輯 路 強)

Research and design of coal enterprise automatic unloading system based on Internet of Things technology

Zhang Qirong, Wang Yan, Yu Tingzhong

(School of Information Engineering, Guizhou University of Engineering Science, Bijie, Guizhou 551700, China)

Aiming at problems of stealing coal, changing coal and environment pollution in process of road transportation unloading, coal enterprise automatic unloading system based on Internet of Things technology was put forward, and traditional coal road transportation unloading process and its improvement method were analyzed, then designs of hardware system and software system of the new unloading system were introduced, and at last actual application effects of the new system in Zhijin county Sanjia Coal Mine of Guizhou Wanfeng Group Mining Co., Ltd. were elaborated. The results showed that the system could improve unloading efficiency and reduce unloading cost.

Sanjia Coal Mine, Internet of Things, automatic unloading system, coal transportation

2014年度貴州省科技廳、畢節(jié)市科技局、畢節(jié)學院科技聯合基金計劃項目(黔科合LH字〔2014〕7539號)，2015年度貴州省科技廳、畢節(jié)市科技局、貴州工程應用技術學院科技聯合基金計劃項目(黔科合LH字〔2015〕7599號)

張起榮，王燕，余廷忠.基于物聯網技術的煤炭企業(yè)自動卸車系統(tǒng)的研究與設計[J].中國煤炭，2017，43(2)：78-80，85. Zhang Qirong, Wang Yan, Yu Tingzhong.Research and design of coal enterprise automatic unloading system based on Internet of Things technology[J].China Coal，2017，43(2)：78-80，85.

TD-918

A

張起榮(1972-)，女，山東文登人，博士，貴州工程應用技術學院信息工程學院副教授，長期從事圖像處理和煤炭行業(yè)計算機管理建設等方面的工作。