董崇遠(yuǎn) 張文濤 國繼征

（1.山東能源新礦集團(tuán)機(jī)電部，山東省新泰市，271233；2.山東能源新礦集團(tuán)協(xié)莊煤礦，山東省新泰市，271221）

長(zhǎng)期以來，我國礦山行業(yè)的勞動(dòng)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家，其中物流運(yùn)輸環(huán)節(jié)是影響效率低下的主要原因之一。在煤礦生產(chǎn)成本中，物流運(yùn)輸成本幾乎占總成本的30%～80%，在煤礦傷亡事故中，物流運(yùn)輸?shù)氖鹿式咏?0%。車輛管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否符合礦井的實(shí)際需求將會(huì)直接關(guān)系到礦井的安全性及其高效運(yùn)輸性，對(duì)我國礦井輔助運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展具有重要意義。由于采礦新技術(shù)的發(fā)展速度不斷加快，設(shè)備更新速度明顯加快，造成人工管理井下物料配送效率低且準(zhǔn)確性差，在很大程度上制約著礦井的穩(wěn)定生產(chǎn)。因此，礦山企業(yè)的生產(chǎn)效率很大程度上取決于生產(chǎn)物流的效率，生產(chǎn)物流管理成為制約礦山企業(yè)整體經(jīng)濟(jì)效益的重要因素。

1 問題的提出

礦井各類運(yùn)輸車輛廣泛應(yīng)用于礦井輔助運(yùn)輸系統(tǒng)，并發(fā)揮著重要作用，由于礦井井下運(yùn)輸系統(tǒng)戰(zhàn)線長(zhǎng)、分布廣和使用各類車輛多，給運(yùn)輸流程的管理帶來一定困難，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）車輛使用管理不當(dāng)，造成車輛緊張，部分單位卸料不及時(shí)存在車輛積壓現(xiàn)象。

（2）車輛裝載物料的信息全部是用粉筆書寫，容易被篡改。由于井下車輛往往處于無人監(jiān)管的狀態(tài)，運(yùn)輸?shù)倪^程中物料冒領(lǐng)和盜用現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

（3）車輛的運(yùn)輸流程記錄由人工完成，占用大量的人力資源。

（4）運(yùn)輸途中還會(huì)發(fā)生車輛丟失現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)不及時(shí)造成運(yùn)輸隱患，影響正常生產(chǎn)。

（5）運(yùn)送物料管理和車輛管理的信息反饋不暢，無法及時(shí)了解生產(chǎn)物流信息，難以進(jìn)行生產(chǎn)物流的動(dòng)態(tài)調(diào)整和控制。

（6）由于缺乏有效的技術(shù)手段進(jìn)行跟蹤監(jiān)控，車輛在運(yùn)送過程中往往容易送錯(cuò)目的地，并且井下物料交接手續(xù)過于簡(jiǎn)單，只能反映裝載物料的車輛數(shù)量，而不能反映出交接物料的具體信息。

以上問題的存在導(dǎo)致礦井車輛周轉(zhuǎn)率低和物流運(yùn)輸效率低。因此，需要研制開發(fā)輔助運(yùn)輸?shù)V車信息化管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井車輛的合理調(diào)度及井下物流快速傳遞，以此解決車輛積壓、運(yùn)送錯(cuò)誤和效率低等問題，消除原始的紙張式辦公模式，使礦井物流管理更加科學(xué)化和合理化，提高車輛運(yùn)輸效率和利用率，節(jié)約人力資源。

2 技術(shù)方案

針對(duì)以上情況，根據(jù)協(xié)莊煤礦礦井輔助運(yùn)輸?shù)牧鞒毯吞攸c(diǎn)以及機(jī)車運(yùn)輸監(jiān)控信集閉系統(tǒng)的現(xiàn)狀，新礦集團(tuán)公司進(jìn)行了相關(guān)的科研立項(xiàng)，研制開發(fā)了輔助運(yùn)輸?shù)V車信息化管理系統(tǒng)。通過研究自動(dòng)控制、通訊、信息技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)，利用運(yùn)輸監(jiān)控信集閉系統(tǒng)和KJ293 傳輸平臺(tái)開發(fā)礦井車輛管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)輔助運(yùn)輸?shù)V車信息化管理，全面提升礦井運(yùn)輸車輛管理的信息化和自動(dòng)化水平。該系統(tǒng)使得人與人、物與物以及人與物的溝通變成了可能，使得地面工作人員可以實(shí)時(shí)掌控井下車輛的位置信息和周邊安全信息。項(xiàng)目組通過現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)分析，提出了以下5種技術(shù)方案：

（1）根據(jù)礦井的現(xiàn)有條件，基于協(xié)莊礦應(yīng)用KJ293傳輸平臺(tái)的成熟技術(shù)，利用礦井工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)串聯(lián)整套礦車物流管理系統(tǒng)，為軟件拓展和硬件安裝連接提供有利條件，實(shí)現(xiàn)資源共享，完成整套平臺(tái)建設(shè)。

（2）在錨桿專用車和平盤車等物料車上安裝具有實(shí)時(shí)定位、儲(chǔ)存物料信息以及物料裝卸確認(rèn)等功能的雙頻復(fù)合電子標(biāo)簽；在地面井口、井下主要運(yùn)輸石門、井底車場(chǎng)和岔口安設(shè)讀卡器，實(shí)現(xiàn)礦車物料信息的及時(shí)傳遞并自動(dòng)生成運(yùn)行軌跡上傳至上位機(jī)。

（3）為各水平大巷車場(chǎng)隊(duì)長(zhǎng)、電機(jī)車司機(jī)、物料裝卸人員配備手操器，實(shí)現(xiàn)人員與礦車電子標(biāo)簽的對(duì)接，完成物料信息讀取及裝卸物料的交接確認(rèn)。

（4）地面調(diào)度室和機(jī)車調(diào)度站安裝主控計(jì)算機(jī)、維護(hù)計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，完成系統(tǒng)日常維護(hù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及網(wǎng)絡(luò)信息瀏覽等功能，同時(shí)為系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控提供視頻輸出。

（5）地面井口料場(chǎng)裝設(shè)操作計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)物料審批下載及信息查詢功能。

3 管理系統(tǒng)的開發(fā)

3.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)的開發(fā)利用礦井現(xiàn)有的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，以保持較高的實(shí)時(shí)性和可靠性，礦里任意一臺(tái)聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)均可根據(jù)其權(quán)限了解該系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息。設(shè)置2臺(tái)主控機(jī)、3臺(tái)客戶機(jī)、1 臺(tái)服務(wù)器、7 臺(tái)檢測(cè)分站、7臺(tái)電源箱、19臺(tái)識(shí)別分站、550套車皮標(biāo)簽和30 臺(tái)手操器，共覆蓋礦里-300、-550 和-850三個(gè)水平。輔助運(yùn)輸?shù)V車信息化管理系統(tǒng)框架如圖1所示，礦車標(biāo)簽位置安裝如圖2所示，礦車標(biāo)簽如圖3所示，手操器如圖4所示，手操器讀取車皮標(biāo)簽示意圖如圖5所示。

圖1 輔助運(yùn)輸車輛信息化管理系統(tǒng)框架

圖2 礦車標(biāo)簽位置安裝

圖3 礦車標(biāo)簽

圖4 手操器

主控制機(jī)用來顯示井下車皮活動(dòng)狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)所有設(shè)備的檢測(cè)；服務(wù)器用來解析、處理和存儲(chǔ)系統(tǒng)通訊數(shù)據(jù)，并將信息發(fā)布；客戶機(jī)用來查詢各種監(jiān)測(cè)和車皮信息，并錄入和審批物料的使用申請(qǐng)；檢測(cè)分站通過通訊光纜和服務(wù)器通訊直接管理識(shí)別分站；識(shí)別分站通過電纜和控制分站通訊管理車皮標(biāo)簽和手操器；車皮標(biāo)簽通過無線定時(shí)廣播自身信息；手操器用來修改車皮標(biāo)簽內(nèi)信息，并進(jìn)行物料的交接和上報(bào)。

圖5 手操器讀取車皮標(biāo)簽示意圖

3.2 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)包含基礎(chǔ)信息錄入功能、可視化跟蹤及監(jiān)測(cè)功能、用料申請(qǐng)查詢及配料計(jì)劃下發(fā)功能、入井和出井車輛統(tǒng)計(jì)功能、電子交接功能、二次交接功能、防誤讀和誤寫功能、輔助調(diào)度功能、調(diào)度請(qǐng)求功能、區(qū)域劃分設(shè)計(jì)和軌跡查詢功能、報(bào)警提示功能、車輛檢修信息管理功能 （車輛生命檔案管理）、其他統(tǒng)計(jì)報(bào)表功能、故障診斷功能、重演功能、聯(lián)網(wǎng)功能以及擴(kuò)容功能。輔助運(yùn)輸?shù)V車信息化管理系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 輔助運(yùn)輸?shù)V車信息化管理系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3.2.1 井下車輛身份識(shí)別

車輛信息和標(biāo)簽號(hào)都存儲(chǔ)在井上監(jiān)控中心的監(jiān)控主機(jī)內(nèi)，當(dāng)車輛在井下閱讀器進(jìn)行身份驗(yàn)證時(shí)，子站將會(huì)調(diào)用存儲(chǔ)在井上監(jiān)控中心的監(jiān)控主機(jī)內(nèi)的車輛信息和標(biāo)簽號(hào)，來進(jìn)行車輛的身份識(shí)別。

3.2.2 井下車輛定位

監(jiān)控主機(jī)事先存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器內(nèi)的閱讀器地理位置及詳細(xì)坐標(biāo)，當(dāng)車輛在井下某個(gè)閱讀器進(jìn)行身份確認(rèn)的時(shí)候，這時(shí)監(jiān)控主機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛地理位置及坐標(biāo)的確定，從而實(shí)現(xiàn)井下車輛的定位。

3.2.3 井下車輛移動(dòng)路徑

監(jiān)控主機(jī)可以通過監(jiān)測(cè)到的車輛位置信息自動(dòng)描述出車輛的移動(dòng)軌跡，通過預(yù)先在程序中的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛移動(dòng)軌跡的監(jiān)控，并可對(duì)移動(dòng)到非法區(qū)域的車輛進(jìn)行報(bào)警。

3.3 系統(tǒng)主要應(yīng)用界面

本系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用最新的一體化雙頻電子標(biāo)簽技術(shù)、微電子技術(shù)和RFID 射頻技術(shù)，使整個(gè)系統(tǒng)具有功能齊全、安全、便于組網(wǎng)的特點(diǎn)，并且該項(xiàng)技術(shù)基于國家正在推廣的第三代通信網(wǎng)絡(luò)，為整個(gè)系統(tǒng)的推廣應(yīng)用提供了保證。輔助運(yùn)輸車輛信息化管理系統(tǒng)監(jiān)控主界面如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)監(jiān)控主界面

系統(tǒng)在井下的每個(gè)車皮上安裝有電子標(biāo)簽、電子標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)車皮的型號(hào)、載重、編號(hào)、貨物以及檢修等信息，電子標(biāo)簽定時(shí)向外發(fā)送自身存儲(chǔ)的信息，供識(shí)別分站與手操器接收。電子標(biāo)簽同時(shí)具有可編程修改存儲(chǔ)信息功能，用于貨物裝卸時(shí)的信息修改用。車皮物料跟蹤與管理界面如圖8所示，運(yùn)輸過程監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)化界面如圖9所示，運(yùn)輸過程統(tǒng)計(jì)自動(dòng)化界面如圖10所示，運(yùn)輸過程報(bào)警智能化界面圖11所示。

圖8 車皮物料跟蹤與管理界面

圖9 運(yùn)輸過程監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)化界面

4 應(yīng)用效益分析

輔助運(yùn)輸車輛信息化管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)井下專用車輛和運(yùn)輸物料的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)車輛的跟蹤定位。通過對(duì)井下移動(dòng)車輛類別識(shí)別、運(yùn)行軌跡重演、滯留超時(shí)報(bào)警、丟失報(bào)警和信息與實(shí)際不符報(bào)警、車輛虛假信息報(bào)警以及運(yùn)行路線錯(cuò)誤報(bào)警等功能，實(shí)現(xiàn)了車輛的安全運(yùn)輸。

圖10 運(yùn)輸過程統(tǒng)計(jì)自動(dòng)化界面

圖11 運(yùn)輸過程報(bào)警智能化界面

4.1 人力資源方面

協(xié)莊煤礦現(xiàn)有22個(gè)井下單位，每個(gè)單位配備一名材料員專門負(fù)責(zé)材料審批手續(xù)。應(yīng)用本系統(tǒng)后將原來的物料運(yùn)輸七聯(lián)單淘汰，直接由各申請(qǐng)單位提前通過網(wǎng)上填寫申請(qǐng)并提交審批，并可隨時(shí)查詢申請(qǐng)進(jìn)展，從而省去各個(gè)單位配備的專門負(fù)責(zé)材料審批手續(xù)的人員。為了解決運(yùn)搬工區(qū)的車輛積壓?jiǎn)栴}，設(shè)有4名專職查車人員。應(yīng)用本系統(tǒng)后可免去上述26人專職人員，每年節(jié)約工資約91萬元。

4.2 生產(chǎn)效率方面

通過對(duì)每個(gè)生產(chǎn)隊(duì)的每個(gè)班次進(jìn)出車和物料情況以及對(duì)每輛機(jī)車運(yùn)量統(tǒng)計(jì)，合理制定運(yùn)輸和物料配送計(jì)劃，從而可根據(jù)實(shí)際情況合理調(diào)整計(jì)劃，提高生產(chǎn)效率。通過對(duì)礦車物料的實(shí)時(shí)跟蹤定位，可實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地了解物料運(yùn)輸和使用情況，解決物料送錯(cuò)和冒領(lǐng)等現(xiàn)象，確保礦車物料能按計(jì)劃運(yùn)輸，為生產(chǎn)計(jì)劃得以順利完成提供基礎(chǔ)。

4.3 設(shè)備投入方面

協(xié)莊煤礦現(xiàn)有材料專用車、大平盤車、花車、轉(zhuǎn)盤車、底卸式礦車、液壓側(cè)卸式礦車以及單軌吊集裝箱車共計(jì)787輛，根據(jù)原有實(shí)際情況，預(yù)計(jì)還需再投入200輛各式專用車方可滿足生產(chǎn)需求。應(yīng)用本系統(tǒng)后，大大提高了礦車運(yùn)輸效率和利用率，不需要再額外投入礦車，可節(jié)約200輛專用車費(fèi)用約290萬元。

4.4 安全生產(chǎn)方面

本系統(tǒng)能夠提示車輛檢修時(shí)間以及投入運(yùn)行時(shí)間，確保車輛在安全期限內(nèi)運(yùn)行，避免事故發(fā)生。

［1］ 孟祥忠，張志剛，李宗明.基于RFID 技術(shù)的礦井運(yùn)輸車輛定位跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)研究 ［J］.中國煤炭，2012 （4）

［2］ 李惠平.新型運(yùn)輸大巷車輛監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用［J］.中國煤炭，2011 （11）

［3］ 陳雷，蘇吉佩.煤礦井下輔助運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)狀分析與發(fā)展方向 ［J］.淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009 （5）

［4］ 梁松.RFID 技術(shù)在國外礦山中的應(yīng)用 ［J］.中國煤炭，2005 （11）

［5］ 張瑞峰.RFID 技術(shù)在煤礦安全生產(chǎn)管理中的應(yīng)用［J］.山西煤炭，2004 （4）