中煤平朔集团露天矿卡车调度系统平台融合升级改造

2022-11-25丁焕杰

露天采矿技术 2022年1期

丁焕杰

（中煤平朔集团有限公司，山西朔州 036006）

平朔露天矿卡车智能调度系统采用全球卫星定位、无线通讯、计算机及网络等高新技术，实时对露天采矿设备进行监控和数据采集，形成集自动计量、轨迹查询、运行状态和设备加油记录等实时监测数据报表[1]，为露天矿生产管理和优化设备运行等提供基础数据，是实现露天矿生产调度管理信息化、智能化的前提和基础。但是，在实际运用中由于3 个露天矿卡调系统建设不同步，存在生产报表不统一、与生产相脱节、三矿融合度较低等问题，没有实现互联互通、信息共享；需要深入推进“信息化和工业化”的高层次融合[2]，对卡调系统基本功能进行再优化、再升级，以进一步提升数据采集分析和处理能力，形成与生产实际相统一的管理数据报表，实现矿井生产集约化管理。

1 升级改造的主要目标

结合中煤平朔集团安太堡、安家岭、东露天矿生产调度的实际情况，对安太堡矿、安家岭矿原有调度中心和生产设备终端软件、部分硬件进行全面升级改造。完善和拓展监测功能，实现对设备位置及工作状态的实时监控[3]；准确统计设备作业量，为生产管理提供依据；对超速、无故停车等异常状态实现报警功能，提高操作人员工作自觉性，保证行车安全，提高作业效率；通过故障信息采集，为维修管理提供依据；建立1 套快速、完整、准确的统计报表和生产信息查询系统，提高决策质量；采用双频双GPS 和差分技术，准确定位钻机的实时位置、实现穿孔设备精确导航，提高露天矿钻机工作效率和管理水平[4]；利用公司环网建立公司数据管理发布平台，实现中煤平朔集团3 个露天矿卡调系统整合，达到卡调系统集中管理的目的。

2 升级改造的主要内容

原系统是独立系统与其它无关联的一矿一组网。升级改造后将3 个露天矿的基站、终端设备的IP 进行了重新规划，各矿支网硬件主要由坑下通信网络系统（MESH 网络）、机房设备、终端设备和通信环网组成。

2.1 系统软件架构

露天矿卡车调度系统软件架构包含基础层、应用数据层、应用支撑层、应用管理层、展现层、使用单位层。①基础层：是软件应用的基础，包括基站、设备终端、服务器、防火墙、交换机、电脑等；②应用数据层：包括非结构化数据和结构化数据，非结构化数据多为文本文件、音频文件、图片文件[5]，结构化数据指基础档案；③应用支撑层：指的是编译软件的语言、协议、算法以及开发环境；④应用管理层：指的是将系统功能模块化，进行分模块实现系统功能；⑤展现层：指的是系统功能实现的方式，主要包含web 端B/S 和应用端C/S；⑥使用单位层：包括生产运营管理部（总调）、露天维护中心、设备管理租赁中心、信息中心、安太堡矿、安家岭矿、东露天矿[6]。

2.2 系统软件业务流程

系统平台将各矿数据服务器内的产量数据、设备内外障数据、可用实动相关数据等汇总至数据管理与发布平台服务器，基础档案数据由数据管理与发布平台数据服务器同步至各矿端数据服务器。

生产运营管理部、露维中心、设备管理租赁中心相关功能只操作数据管理发布平台数据服务器，基础数据档案通过数据同步功能同步至各矿数据服务器。矿端软件功能只操作矿端数据服务器，相关数据通过数据同步功能汇总至数据管理发布平台数据服务器。

数据管理发布平台作为安太堡、安家岭、东露天3 个矿数据的汇总平台，集中了3 个露天矿卡调系统的数据，主要作用是为公司管理层及各相关职能部门不同需求、不同权限的人员提供数据访问接口，进行B/S 端数据访问以及导出。

2.3 终端软件

终端软件作为系统基础数据获取的唯一途径，通过终端软件获取设备的实时位置、实时状态、司机请求等数据，作为产量统计、设备状态管理的数据依据。升级改造后3 个露天矿的终端软件实现了统一，并兼容各个矿不同的管理模式。终端软件功能按应用方式可分为通用功能、专用功能、辅助功能3 部分。

1）通用功能。包括司机登录、班次选择、信息申报、地图导航等。

2）专用功能。①采装设备专用功能：包括平盘选择功能和物料选择功能，系统计量原则是卡车计量时平盘信息和物料信息以采装设备司机选择的信息为准；②运输设备专用功能：包括司机选铲、选择卸点、临时卸载3 个功能，根据现场实际作业情况，安太堡矿只开放司机选铲功能，安家岭矿、东露天矿开放司机选铲和选择卸点功能，司机临时作业时（如垫路、做挡墙等）卸载位置无卸载区域，需要司机点击临时卸载；③穿孔设备专用功能：包括自动布孔功能和钻机导航功能，布孔人员可通过自动布孔功能在钻机上直接录入钻机计划，穿爆班司机通过钻机导航功能根据导航指示准确、快速到达目标孔位。

3）辅助功能。辅助功能主要包括基础数据本地存储功能和信息记录功能。终端软件自动存储设备的实时数据，包括设备实时坐标、实时状态、实时车数、司机当前登录工号等信息。

2.4 功能拓展

2.4.1 通信网络VLAN 划分

为防止网络风暴对系统的冲击，在交换机端进行了“VLAN Second IP”配置，实现了卡调系统网络VLAN 划分。

1）解决了3 个露天矿卡车调度系统的通信基站之间因为信号的强弱导致不同矿之间设备互联现象，使终端数据不会因为基站之间的误连而导致数据无法上传。

2）避免了因某一终端引起的广播风暴导致整个卡车调度系统的网络瘫痪。

3）解决了卡车调度系统内部访问和外部访问隔离的问题，保障了服务器数据的安全性。

4）解决了安太堡矿、安家岭矿、东露天矿3 个矿的网络建设问题，为三矿整体数据融合提供保障。

2.4.2 数据缓存

现场网络通讯、数据传输采用的是mesh 网的形式，露天矿工作环境特殊，随着采剥工作面的推进及排土场的发展，露天矿工作范围内地形变化较大，而固定基站又不能频繁的变更位置及时跟进。在这种情况下，现场通讯会出现部分信号盲区，当安装卡调终端的设备进入盲区后，终端采集的信号无法实时向调度中心传送，数据的连续性得不到保证，进而造成统计数据不准确，影响系统的正常使用。针对这个问题，与中煤科工集团沈阳研究院合作开发了断点续传功能。信号正常时基础数据可实时传输；进入盲区后，基础数据先存储在终端本地，待信号恢复后，对仍存储在本地尚未传输的数据进行逐条上传。断点续传功能有效的保证了基础数据的完整性[7]，对卡调系统的数据统计、设备状态分析等提供了保证。

2.4.3 油耗分析

开发了一套能够实现油耗异常筛选的油耗分析报表系统，并已在各露天矿推广使用。首先，需要采集露天矿各加油站设备加油数据，考虑到现场加油时设备加满油的要求，设备2 次加油构成加油区间，区间末的加油量即为加油区间内的实际耗油量；将加油数据采集到卡调系统后，再结合卡调系统中产量、空重运里程等数据进行相容、分离等统计分析。油耗报表根据运输设备的作业工况（即电铲-卸点）、设备型号计算出油耗标准，结合作业量计算出理论耗油量，通过实际加油量和理论耗油量的对比实现油耗异常的筛选。

2.4.4 钻机自动布孔与导航

钻机采用双高精GPS 天线实现了高精定位导航和自动布孔功能。自动布孔采用终端手动录入和服务器下发2 种形式，方便布孔工作人员根据实际作业情况选择使用。

结合露天矿采掘爆破工作面平整度不够、台阶坡顶线及坡底线不整齐；用传统的（安太堡露天矿的布孔方式）布孔方式满足不了露天矿的布孔需求，应用效果不理想，难以推广使用；我们结合露天矿穿孔作业的特点，专门开发了1 套布孔设计软件，这套布孔设计软件既解决了台阶因平整度不够、穿孔深度不同的难题，同时也解决了因台阶坡顶线不整齐、前排孔不规整的自动布孔设计问题。这套设计软件，通过现场实际应用效果非常好，得到了的现场的好评，使穿孔效率提升8 %左右。

2.5 系统运行管理

国内目前露天煤矿基本都是“一矿一系统”，网络设计为独立自组网，在3 个露天矿卡调系统独立的基础上开发了数据管理与发布平台，实现了3 个露天矿卡调系统的整合。融合了各矿不同的生产模式和管理特点，又在最大限度上对系统功能和逻辑进行了统一。实现了3 个露天矿的设备调拨功能，统一了3 个露天矿的基础档案。将系统数据汇总至数据管理与发布平台，方便决策者和管理者及时了解现场生产情况、掌握设备出动情况等。

2.5.1 露天矿维修中心主要功能

1）故障管理。故障管理包括对设备故障档案的管理功能，对各矿设备故障信息的查询功能。

2）数据统计分析。数据统计分析主要体现在设备故障、故障维修情况、设备可用率及运行小时数等故障相关数据的查询与统计，共包含3 张报表。

3）轮胎管理。包含轮胎厂家管理、轮胎型号管理、轮胎管理3 部分。该模块可以实现轮胎信息记录与查询，管理人员可以快捷查询新胎使用情况、报废轮胎的数据以及正在使用的轮胎运行小时等信息。

2.5.2 设备管理租赁中心主要功能

1）设备基础档案管理。该模块主要包含对设备型号、设备子类别的基础数据管理，对新设备的添加功能，对现有设备的信息编辑功能。

2）设备调拨。设备调拨分为设备调入和设备调出2 部分，均由设备管理租赁中心发起调拨流程，各矿进行信息确认后，完成设备调拨操作。

3）数据统计分析。数据统计分析体现在设备可用率未达标分析、设备三率统计等，共完成报表6 张。

4）故障查询。便于管理人员了解设备的故障详情，掌握现场设备的使用情况。

2.5.3 矿端主要功能

1）生产监控。生产监控包含二维显示、调度图表、实时属性、分组配车等功能，可以实时查看设备当前状态、设备实时位置、设备调度分配情况等。

2）产量管理。系统实现了产量自动计算功能，由于有断点续传功能，最大限度减少了产量误差。对于差量的情况，提供轨迹回放功能，为产量数据分析提供依据。

3）道路网管理。调度人员可以根据设备的运行轨迹对道路网进行编辑，同时系统具有修改历史地图功能，对因地图未及时更新影响计量的情况提供了补救措施。

4）钻机管理。钻机管理实现了自动布孔、钻机计划下发、钻机导航等功能，取消了之前现场利用标志物布孔的作业模式，有效缩短了布孔时间；同时司机根据钻机导航功能能够快速寻找目标孔位，提高了钻孔效率。

5）故障维修与管理。实现了终端故障上报、故障维修管理、故障统计等功能。故障上报以司机上报优先，在通讯故障时，由调度员对设备故障进行上报，保证了系统内故障信息的完整性与实时性[8]。为管理人员了解现场设备故障情况提供了依据，为维修人员提供准确的故障信息。

6）数据统计分析。数据统计分析通过报表来实现，矿端报表共计开发报表82 张，包括产量相关报表、综合报表、设备状态报表、超速相关报表4 大类。

3 效果分析

1）工程计量准确。系统升级改造前安家岭及安太堡露天矿卡车调度系统产量统计误差在2 %～5 %左右，升级改造后各矿产量误差误差小于0.35 %。系统通过详细记录设备装卸点位置状态等信息、以及调度和司机实施调度的操作流程，在做产量计算时系统根据设备的流水数据结合其操作流程[4]，严格按照装卸作业周期计量，有效的避免漏量和多计量现象，通过结合调度配车相关规则有效的避免了串铲现象。为了避免车辆在生产过程中由于信号问题导致数据回传不及时，产量计算时导致丢量的问题，系统采用班后算量的方式，待数据回传结束后，进行产量计算，这样大大降低了丢量现象的发生，使产量计算更加准确。

2）经济效益显著。根据穿爆数据统计，应用卡调系统自动布孔和导航功能后，钻孔效率提升了5 %，直接创效600 万元/a；应用卡调系统后，精简了司机上报内外障的步骤，节约了故障信息流通环节时间，提高了故障处理环节的效率，使设备可用率总体提高1 %，直接创效2 000 万元/a；通过应用优化调度方式，更加快捷准确地向司机下发调度指令，减少了调度信息流转时间，使设备作业效率提高1 %，直接创效2 000 万元/a；通过优化燃油控制方式，采用燃油定额消耗管理，有效堵塞了流失漏洞，燃油单耗降低1 %，直接节省燃油成本1 300 万元/a。综上保守计算，露天矿卡车调度系统经济效益至少6 000 万/a。