礦井車輛信息化自動化調度系統設計

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增加，礦井已基本具備了健全的監控、調度及保護功能，可以對采、掘等各個系統進行一系列的操作。但是無軌輔助運輸車輛尚不具備完善的智能化調度系統，礦井現存的調度系統并沒有與監控、保護等系統建立有效的連接，不具備多元化的功能，不能對車輛的各個參數進行有效地收集、傳輸與分析，也無法將其與綜合智能化調度系統較好地融合。一些大型煤礦的實際生產中需要配置科學合理的智能調度系統，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，研發出了一種信息化調度系統[1]。

1 總體架構

某礦井運用了這種車輛信息化調度系統，主要對其車輛進行有效地監測及保護；對行車視頻進行監測；對運營管理的數據進行統計；對系統的信息加以展示等。

根據調度系統所具有的各項功能，基于系統構成設備的邏輯層面、空間布置、功能完成等角度入手對系統進行劃分，主要包含了后臺裝置、軟件運用機構等[2]。

2 系統硬件

2.1 準確定位及信號控制

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

在礦井內部事先所設定的位置來配置車輛的監控調度基站，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生的各個數據信息來進行收集，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。基站可以依據車輛的類型、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，確保信號實現自動化控制，其控制的結果可以利用CAN總線來進行傳輸。CAN總線信號可以利用基站內所配置的各個網絡單元來進行轉換，使其成為光纖網絡訊號，并進入到井中的通信網絡中，確保礦井可以與地面進行信息交互[5]。

2.2 固定場所視頻監控的前端設備

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安全性攝像儀，在地面廣場內設置多個攝像儀，其接口運用以太網光纖，并與工業環網建立起連接。通過在PC機上端安裝網絡視頻客戶端軟件，并相應的視頻信息傳輸到井口調度室的電視墻中，以開展全天候的視頻監控及儲存、監控視頻的圖像轉換等功能[6]。視頻監控前端設備所具有的連接構造圖如圖1所示。

圖1 監控設備的連接構造圖

2.3 車輛信息化裝置

調度系統對所有的車輛都配置了信息化裝置，可實現對車輛的泊車提供輔助；對車載的視頻進行查看；對行程的數據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定性[7]。車輛信息化設備的構成圖如圖2所示。

圖2 車輛信息化裝置的主要組成結構

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據進行充分把握。裝置內部安裝了相應的網關設備，車輛可以借助4G網絡通道及其他的網絡節點來實現數據的交互作用。調度中心監控調度軟件可以對所有在線車輛的運行參數進行有效的監測，將各個車輛司機室內的儀表進行圖形化，并且可以對指定車輛的攝像儀內的行車視頻進行查看。

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

3 軟件應用

系統軟件的構成主要包含兩部分，如圖3和圖4所示，軟件系統之間可以利用數據庫的共享來完成數據的交互。

從邏輯層面進行分類，軟件系統可以分為5個層級，分別為數據的采集、儲存、核心處理、核心運用及應用拓展。數據采集層的功能為對各個現場前端設備所形成的原始數據進行有效地采集；數據儲存層的功能在于將原始數據進行分類，并將其儲存在實時及歷史這兩個數據庫內；核心處理層的功能在對現場的原始數據進行有效地分析及探索，并進行關鍵業務的處理及邏輯分析；對于核心應用層，一方面可以對調度中心客戶端進行相應的監控、調度及授權等；另一方面可以對數據進行查看及分析等；最后，對于拓展應用層，可以對數據信息進行實時發布及查看。

圖3 監控調度系統結構框架圖

圖4 運營管理系統框架結構圖

監控調度軟件系統主要是相關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進行實時監測、對行車的信號、視頻信息等進行嚴格地監控等。調度中心配置了多個工作站，如行車調度、車輛監控、運營管理等。運營管理軟件系統所開展的查詢及操作主要是借助瀏覽器訪問網站的形式來實現，調度人員、車輛管理人員等各類人員可以基于自身的權限，在辦公室的網絡中來進行登陸作業，以實現車輛及司機的管理功能等。工作站的具體設置包括車輛點檢、單車核算等。系統軟件所發布的運行及管理數據主要是利用OPC服務器所實現，并將其融合到綜合自動化系統中來進行統一管理。

4 核心技術

（1）車輛定位技術

對車輛在巷道內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度指揮得以實現，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，由于無線電磁波的傳輸存在較多的干擾因素，導致信號出現嚴重的衰退，對測距的統一性及穩定性造成嚴重的影響。因此，在覆蓋面積較大的區域，如何對多個車輛標識卡來進行準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絡技術

如果要使礦井內部形成的數據、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來加以支撐。這種寬帶技術存在較多的優勢，如較高的傳輸寬帶、較大的容量、較廣的覆蓋區域等等，連接到井下的核心網中，其中包含井下的一部分，無線移動設施的使用區域為地面時，則需要運用公網來實現數據的通訊功能。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）實時監測車輛數據及4G無線傳輸技術

在各個巷道及4G網絡所覆蓋的區域之內，利用智能傳感技術及數據采集技術來對車輛的各個運行數據進行有效地檢測，借助環網來對數據進行無線傳輸[8]。

（4）軟件系統的開發

在對系統進行設計的時候，應充分重視綜合調度管理軟件，確保系統得到最佳的設計。軟件系統的重點主要包含了系統框架、數據收集、遠程控制等多個方面。在設計的時候必須采取統一的構架，運用標準的數據及服務接口，并具備較強的穩定性及可拓展性。軟件設計必須提升數據收集的穩定性、增強設備的遠程控制等。借助GIS系統、車載數據的監測系統可以對各個元素所處的部位及狀態進行充分地展示。

（5）對行車信號進行控制的自動化技術

依靠計算機來研究車輛的各個參數，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度系統，并在2019年正式投入使用。該系統通過進行有效的檢測及運行，對系統所具有的功能加以證實，確保預期目標得以實現。

6 結束語

該煤礦所安裝的信息化調度系統可以對無軌輔助運輸車輛在地面車庫及廣場、井下等區域內的運行狀況進行實時監測及保護、對行車視頻進行監測、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穩定地運行，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濟效益。