基于无线专网的露天矿山车辆调度系统设计

2019-09-24安文庆

铜业工程 2019年4期

彭骏，安文庆,徐渊

（江西铜业集团有限公司城门山铜矿，江西九江 332100）

1 引言

三传统露天矿山车辆调度系统［1]通常由GPRS/SMS无线通讯系统、车载智能终端系统、中心调度计算机系统组成，可为矿山车辆调配提供数据与信息支持，优化车辆调配方案，减少作业成本。但随着智能化采矿技术迅猛发展，矿山智能化水平的不断提升，对车辆调度的准确性、及时性、功能性要求也随之升高，采矿管理向信息化、自动化、高效率的智能化矿山［2]迈进已成为主流方向。传统车辆调度系统存在以下不足：（1）通讯信号覆盖率低，信号强度及带宽过小；（2）无法通过系统平台采集设备运行数据，导致生产调度处于“开环”状态；（3）车载智能终端系统智能化程度过低，人机交互、行车记录等功能并不完善；（4）跨平台交互能力弱，不具备和三维模型、采矿设计及排产软件等平台进行数据和管理整合的必要条件。传统车辆调度系统已无法满足现代化矿山的生产需要，矿山对新一代露天矿山车辆调度系统的需求与日俱增。

因此，设计一种利用无线专网［3]进行高效无线通讯，且在提供采矿设备实时位置、状态跟踪信息的基础上，提供更加全面的设备运行数据信息、智能化调度分析、运行统计报表生成及驾驶员作业指引等功能的露天矿山车辆调度系统对实现矿山智能化建设有着重大意义。

2 系统组成

本露天矿山车辆调度系统具备技术先进性、安全性、开放性、实用性等特性，主要包括无线通讯系统、车载终端系统、现场监控中心系统、互联网管理系统四个主要部分。

2.1 系统设计方案

车载终端系统采集设备各项运行数据信息，通过矿山4G无线专网将数据信息上传至现场监控中心系统；现场监控中心系统对各生产数据进行整合分析，通过4G无线专网及车载终端对各生产作业设备下达各生产指令，实现矿区生产总体协调调度；现场监控中心系统的所有生产数据及生产报表可上传至互联网管理系统，互联网用户可通过访问WEB服务器实现任何地点的数据访问，达到管理、决策、指挥生产的目的。系统设计方案如图1所示。

图1 系统设计方案示意图

2.2 无线通讯系统

为满足新一代露天矿山车辆调度系统对无线通讯网络信号强度与带宽的要求，本露天矿山车辆调度系统设计在矿区建立通信铁塔并安装4G-LTE 宽带无线通讯基站，实现矿山4G网络全覆盖，所有无线基站连接至交换机网络，并通过路由器连接到矿区专网或互联网中。无线通讯系统主要由天馈系统、固定基站、无线专网拉远基站、车载CPE、无线专网应急指挥系统、多媒体网管系统、核心网系统、无线专网电源系统组成。

天馈系统、固定基站及无线专网拉远基站共同搭建起矿区专用无线信号网，基站采用TD-LTE通信技术及1785MHZ-1800MHZ工作频段，工作带宽为5MHZ/10MHZ/20MHZ，实现矿山4G无线网络信号高效全覆盖。

车载CPE（一款基于TD-LTE无线路由器），CPE终端可接入IP网络，完成各种数据业务传输，且提供LAN接口，接口IP化［4]，可以进行LTE无线数据和以太网有线数据之间的转换，完成各种数据业务。无线通讯系统中，车载终端即通过CPE与基站通信。CPE的作用就是建立移动终端与基站的通信管道，从而保证终端数据能够快速顺畅的到达基站，并通过核心网到达数据中心。

无线专网应急指挥系统，集成了基站、核心网、调度系统等功能，但同时具有一体化、小型化的特点，支持固定点部署方式和车载部署方式，可在必要时下为现场工作人员提供语音、调度、数据传输、视频监控等通信功能，是4G专网的一个应急补充系统。

多媒体网管系统，主要负责对基站、核心网网元和业软设备（调度机、录音录像服务器）的集中管理。

核心网系统采用TD-LTE构架［5]，支持语音集群业务和数据业务，并通过双机备份提高网络可靠性。

无线专网电源系统为分布式基站提供直流供电。

2.3 车载终端系统

车载终端是安装在挖机、铰卡、钻机及其它辅助车辆等设备上的专用计算机，由中央微处理机、触摸屏、显示屏、卫星定位系统、接口系统和电源系统组成。车载终端按照不同的设备类型分为：自卸车终端、挖机终端、钻机终端、辅助设备终端等类型，设计上皆遵循以下基本原则。

（1）通用性，各种类型的终端具有统一的硬件接口和软件接口，符合同一标准和协议。

（2）可扩展性，预留扩展接口，便于其它信号（如视频信号等）上传和扩展升级。提供支持RS232、RS485、CAN等数据通信接口［6]，并提供相应接口稳定的驱动程序、开发库和相关例程。且终端机内置WINDOWS CE或WINDOWS XP操作系统,允许用户通过VS2016集成开发环境对其执行软件二次开发，系统支持常用应用软件的安装和正常运行。

（3）可维护性，支持基础数据和车载软件的远程设置和配置，支持终端系统软件远程升级。

（4）易操作性，操作界面简洁明了，系统易于操作，便于人机交互。

（5）矿区适用性，满足防尘、防水、防震动、防冲击、耐高低温等要求，安装上符合矿车、挖机、钻机、工程机械等设备的环境要求；电气系统有过压、过流，过热保护电路，满足防辐射、抗干扰的要求，且可每天24小时持续稳定工作。

车载终端主要具有以下功能：

（1）设备北斗信息定位功能。

（2）运行数据采集、上传功能。

（3）调度指令接收、播报功能。

（4）设备运行路径、运行状态监控提醒功能。

（5）传输信号不良时，信息自动缓存、上传功能。

（6）作业车数计算、运距计算、点检登记等辅助生产调度功能。

（7）信息查询功能。

（8）语音集群交流及现场状态视频上传功能。

车载终端通过显示屏与触摸屏实现人机交互，并通过车载CPE与矿区4G专网连接，完成数据信息的上传与下载。

2.4 现场监控中心系统

现场监控中心系统是露天矿山调度系统的大脑，各车载终端系统将设备运行数据、行车状态等现场信息经由矿山4G无线专网汇总至现场监控中心，现场监控中心根据现场运行数据对设备运行状况进行监控，并结合其他数据生产平台数据对矿区生产进行智能调度及维修管理。

2.4.1 数据获取

为实现智能调度及报表管理功能，现场监控中心需对其他数据平台数据进行采集汇总，因此各个系统之间的接口设计和规划是实现各信息化系统集中整合、避免信息孤岛、实现全面优化的重点内容，主要接口及功能如下：

（1）接口1：数字采矿排产软件配矿指令提交给卡调系统。

数据内容包括：版本号、配矿计划时间、铲车编码、铲车名称、爆堆编码、爆堆名称、供矿位置编码、供矿位置说明、供矿品种、供矿量、供矿元素A品位、供矿元素B品位。

（2）接口2：卡调系统更新采矿排产软件露天采场现状模型。

数据内容包括：版本号、露天采场现状模型编码、露天采场现状模型生成时间、现状名称、现状三维模型。

（3）接口3：卡调系统更新采矿排产软件露天采场台阶线。

数据内容包括：版本号、露天采场台阶线编码、露天采场台阶线生成时间、台阶线名称、坡顶底线属性、所属台阶、台阶线三维模型。

（4）接口4：卡调系统更新采矿排产软件露天采场道路。

数据内容包括：版本号、道路编码、露天采场道路生成时间、道路名称、道路线属性、道路线三维模型。

（5）接口5：卡调系统更新三维激光扫描爆堆。

数据内容包括：版本号、爆堆编码、爆堆生产时间、爆堆名称、爆堆品位分组编码、爆堆品位分组矿量、爆堆品位分组元素A品位、爆堆品位分组元素B品位、爆堆三维模型、爆堆品位、分组剩余量。

（6）接口6：卡调系统更新采矿排产软件生产计划。

数据内容包括：版本号、生产计划编码、生产计划生成时间、生产计划名称、生产计划类型、生产计划三维模型、台阶计划量、台阶计划元素A品位、台阶计划元素B品。

（7）接口7：数字采矿软件与三维激光扫描数据接口。

数据内容包括：三维激光扫描数据编码、三维激光扫描数据时间、三维激光扫描数据名称、三维激光扫描数据建模成果（.DWG、.DXF等标准格式）。

2.4.2 智能调度

现场监控中心将卡调系统运行数据与采矿排产软件、露天矿边坡安全监测、爆堆快速数字化测量三维激光扫描、固定设施自动化系统等各信息平台实时数据进行整合，并结合矿山生产工艺进行功能匹配优化，以优作业路径选择、动态车流规划、配矿管理、模拟运行的方式实现产量最大、效率最高、消耗最低的智能调度，智能调度控制流程如图2所示。