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關鍵詞： 物聯(lián)網(wǎng) 煤炭運銷 智能管控 系統(tǒng)設計

中圖分類號： TP393 文獻標識碼： A 文章編號： 1672-3791（2024）01-0014-04

隨著鄂爾多斯市國源礦業(yè)開發(fā)有限責任公司龍王溝煤礦產(chǎn)能及洗選能力的加大，煤炭與矸石的運銷能力也隨之加大，結(jié)合廠區(qū)現(xiàn)階段要求，同時為滿足廠區(qū)運銷正常運行與日常運銷管理需要，需對原有煤炭、矸石運銷進行智能化升級改造。通過建立一磅式無人計量裝車系統(tǒng)，在保證煤礦裝車系統(tǒng)安全的前提下，提高車輛裝運效率的同時［1］，人員統(tǒng)一集中控制監(jiān)管，降低人員勞動強度，實現(xiàn)車輛的智能控制計量裝車，實現(xiàn)現(xiàn)場無人化、智能化建設。本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對煤炭、矸石運銷管控進行全面的智能化處理，結(jié)合成熟的可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）技術(shù)、人工智能等先進信息技術(shù)，針對運煤運矸車輛計量、裝載、運銷系統(tǒng)管理模式所存在的各類問題，全面處理和解決了煤炭企業(yè)的現(xiàn)實問題。

1 物聯(lián)網(wǎng)主要技術(shù)

針對裝車運銷流程來說，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將所有的操作信息通過RFID（Radio Frequency Identification）等相對應的信息傳感設備進行全面連接，更進一步實行信息交換，從而實現(xiàn)智能化設備識別與對應的定位跟蹤等功能，并在數(shù)據(jù)收集基礎上進行監(jiān)控和管理。

本系統(tǒng)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要實現(xiàn)裝車關聯(lián)業(yè)務的對接驗證，對司機的有效提示、指揮，各類傳感器采集車輛定位、車輛載重、物料堆載狀態(tài)等。煤炭、矸石裝車前需對裝車業(yè)務相關信息進行有效驗證，如訂單、物料種類、車號等，輔助控制整個裝車過程，使整體業(yè)務可控。系統(tǒng)可通過中間件程序與已有發(fā)運系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)對接，獲取當前車輛、預裝量、訂單等信息，從而實現(xiàn)完整的裝車控制功能；同時系統(tǒng)也通過中間件程序直接對接現(xiàn)場設備，如刷卡終端、車輛識別攝像機，在裝車系統(tǒng)中實現(xiàn)業(yè)務處理，避免錯裝或作弊行為；而場內(nèi)倉下磅接入儀表數(shù)據(jù)，聯(lián)合現(xiàn)場設備進一步實現(xiàn)倉下一磅裝車稱重管理。此外，現(xiàn)場配備完善的信息提示設備，如語音提示設備、室外全彩LED 顯示屏等，語音設備提示司機下一步動作，屏幕顯示當前裝車狀態(tài)，提高司機配合裝車效率。在物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建下的煤炭、矸石裝車運銷智能管理系統(tǒng)中主要涉及以下幾項技術(shù)。

1.1 M2M 技術(shù)

M2M（Machine-To-Machine）技術(shù)主要是通過當前的物聯(lián)網(wǎng)信息傳遞機制，對機器到機器、機器到人之間的數(shù)據(jù)進行全面的交換和處理，通過當前的網(wǎng)絡傳輸機制更進一步實現(xiàn)不同設備、不同機器之間的相關數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)傳輸互通。當平臺接收信息后，就可以對相應的車輛下達相關的指令進行處理［2］。

1.2 RFID 技術(shù)

RFID 技術(shù)是一種通過非接觸式方式進行相關數(shù)據(jù)全面識別的技術(shù)。這種技術(shù)可以通過相應的射頻信號對當前的目標對象進行全面的自動識別，并且可以更進一步獲取開放道閘所需的數(shù)據(jù)，使自身運轉(zhuǎn)全自動化處理，無須人工干預。

1.3 GPS（Global Positioning System）技術(shù)

GPS 技術(shù)可對當前的設備定位進行準確的處理，高效、快速、準確地提供點、線、面要素構(gòu)建下的精確三維坐標，并把當前設備的其他相關信息進行高效傳輸。為提升運轉(zhuǎn)效率打下更加良好的基礎［3］。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計

基于物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建下的一磅式無人計量裝車系統(tǒng)主要是由安裝在運輸車輛上的無線終端及相對應的運銷管理平臺、計量管理平臺和自動裝車平臺這4 個部分組成，這4 個部分之間的聯(lián)系及工作原理如圖1 所示。

在這4 個部分當中，運銷管理平臺是整個系統(tǒng)的核心。這個平臺可以對當前車輛自身的運銷數(shù)據(jù)進行全面的接收、儲存、分析和發(fā)布，同時對于各類相關數(shù)據(jù)的軌跡定位和回收、各類操作信息的下發(fā)以及對應車輛調(diào)度等任務進行全面的掌控和處理。同時，這些數(shù)據(jù)本身都具有相對應的數(shù)據(jù)訪問接口，可以讓使用這套設備的客戶與操作人員對當前車輛的行駛狀態(tài)進行全面的掌控和命令。

無線通信終端則是安裝在車輛上的核心通信定位系統(tǒng)。這套設備主要包括GPS 模塊、RFID 電子模塊以及GPRS 模塊。它們的功用分別是：（1）對車輛自身的定位進行處理；（2）保存車輛的唯一識別號；（3）通過相對應的檢測設備為裝車計量點提供針對性的遠距離識別驗證服務；（4）連接對應的無線網(wǎng)絡，隨時進行相對應的數(shù)據(jù)交換。

計量管理平臺主要由遠距離的讀卡器、智能閘道控制器以及稱重系統(tǒng)組成。當運煤車輛駛?cè)敕Q重系統(tǒng)，也就是地磅中時，系統(tǒng)就可以對當前的無線終端內(nèi)部的電子標簽進行全面讀取，并從總數(shù)據(jù)庫當中調(diào)取相應的信息進行比對。符合比對信息、校驗成功的車輛控制相對應的智能閘道控制器進行全面的放行，反之則自動報警。道閘放行后，車輛入倉下磅，通過稱重傳感器與算法服務器實現(xiàn)一磅式空磅計量及重磅計量。

裝車管理平臺運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采集車輛位置，車廂高度，空車、重車載重，物料堆載狀態(tài)等信息［4］。運用人工智能技術(shù)分析判斷車斗內(nèi)物料裝載情況。現(xiàn)場配置超聲波雷達、點云雷達、載重傳感器等硬件設備，感知信息傳輸至算法服務器，后臺裝車邏輯算法以雷達點云數(shù)據(jù)進行建模，識別關鍵控制問題，輔助PLC 控制系統(tǒng)進行自動裝車控制。

3 車載無線通信終端構(gòu)成及功能

車載無線通信終端主要由若干個模塊組成，如MCU（Microcontroller Unit）模塊、GPS 模塊、GPRS 模塊和RFID 模塊等。

MCU 模塊輔助車載無線終端迅速地完成當前位置的數(shù)據(jù)解析和封裝，對于關鍵性的數(shù)據(jù)及時調(diào)度上傳處理，是當前整個車載無線終端的控制中心，也是車載終端的核心。

GPS 模塊在進行信息獲取的情況下可對常用的各類協(xié)議數(shù)據(jù)格式進行全面輸出，判斷當前運煤車輛自身的實時位置，反饋給控制臺。

GPRS 模塊基于分組模式進行相對應的數(shù)據(jù)業(yè)務處理，同時本身也具有標準的AT 命令集，可以通過運行窗口對當前的MCU 進行全面的連接，保持和當前監(jiān)控中心自身的通信處理。

RFID 電子標簽模塊可在相對應的頻段進行正常運轉(zhuǎn)，同時也具有相對應的自動應答與自動重發(fā)功能，可以與當前的煤礦計量裝車系統(tǒng)的RFID 遠距離讀卡器進行數(shù)據(jù)交換和通信，能夠保證當前運輸車輛自身的電子標簽ID 信息被迅速識別與放行。

4 計量管理平臺構(gòu)成與功能

對于整套系統(tǒng)來說，計量管理平臺是整個系統(tǒng)的核心樞紐，也是信息交換的中樞所在。這個平臺對于整個系統(tǒng)內(nèi)部的所有數(shù)據(jù)都進行存儲和管理，包括數(shù)據(jù)集成、存儲以及發(fā)布3 個關鍵模塊。

計量管理系統(tǒng)平臺需要通過接口接入其他業(yè)務管理系統(tǒng)的信息，如ERP 或物料發(fā)運管理平臺等，進而實現(xiàn)對運煤、運矸業(yè)務的邏輯判斷。車輛進場與裝車前，對裝車業(yè)務相關信息進行有效驗證，如訂單、物料種類、車牌號［3］、載重等，用以輔助裝車計量控制過程。

在現(xiàn)場部署方面，現(xiàn)場筒倉下加裝定制化地上衡，倉下地上衡配置柱式傳感器，將質(zhì)量信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y量的電信號輸出，數(shù)據(jù)傳至智能小站算法服務器進行分析處理，按預裝量進行定量裝車，聯(lián)合現(xiàn)場設備實現(xiàn)倉下一磅式空、重計量管理。

5 裝車管理平臺構(gòu)成及功能

在遠程集中裝車技術(shù)基礎上，通過加入人工智能應用，實現(xiàn)可代替人工操作的智能定量裝車。現(xiàn)場部署以PLC 控制器為核心的控制終端，直接接入或通過現(xiàn)有系統(tǒng)改造實現(xiàn)關鍵設備的遠程控制與數(shù)據(jù)采集，如配電柜、液壓站、閘板、料位計、倉下放料設備等，以成熟的控制技術(shù)實現(xiàn)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)采集、遠程設備控制、設備聯(lián)動控制等功能。現(xiàn)場部署以組態(tài)軟件為核心的上位機控制終端，作為現(xiàn)場設備的遠程控制與展示中心。以AI 技術(shù)為支撐，準確獲取車輛狀態(tài)與實時裝貨狀態(tài)，通過算法服務器數(shù)據(jù)分析，代替人工實現(xiàn)裝車過程中相關設備的全自動控制［4-5］。

自動裝車控制功能主要包括車輛定位、車型識別、車輛糾偏、自動移車提醒、溢料檢測等，同時系統(tǒng)還可支持就地控制與遠程控制功能。所有控制與數(shù)據(jù)通過上位機系統(tǒng)進行集中展現(xiàn)。車輛定位方面，應用激光雷達建模，自動裝車檢測算法可實時定位車輛位置。車型識別方面，系統(tǒng)通過算法檢測車體平面，區(qū)分車頭車身，自動識別高欄板車、低欄板車、雙節(jié)車等。車輛糾偏方面，系統(tǒng)通過學習，分析裝車過程中不同車型的裝車情況，記錄每種車型的最佳裝車位置，當車輛進入倉下過程中，通過語音實時提示司機調(diào)整車輛位置，對車輛進行糾偏，從而減少調(diào)車時間，提高效率。在自動移車提醒方面，系統(tǒng)結(jié)合裝車料位高度及車輛位置綜合分析，通過語音、現(xiàn)場提示屏幕信息、指示燈等方式與司機交互，提示司機移車或停車，實現(xiàn)無人值守自動提示司機調(diào)整車輛進行配合操作。溢料檢測方面，裝車過程中系統(tǒng)實時檢測車廂邊緣與車尾物料狀態(tài)，當出現(xiàn)危險料位或檢測到司機異常行駛時，及時控制設備停止運行，并語音對司機進行相應提示，防止溢料情況發(fā)生。裝車實時畫面與系統(tǒng)平臺展示見圖2。

6 運銷管理平臺構(gòu)成及功能

運銷管理平臺集成合同訂單、二維碼計劃派車、車輛現(xiàn)場發(fā)運、智能停車場、智能門禁、集中監(jiān)控、結(jié)算統(tǒng)計、手機App 智能等功能。從客戶的管理、合同的簽訂、客戶價格的控制等基礎性的功能，到煤炭計劃、發(fā)運、結(jié)算等核心業(yè)務功能，到統(tǒng)計分析等數(shù)據(jù)管理，對煤炭運銷業(yè)務的各個環(huán)節(jié)進行了全面、嚴格的現(xiàn)代信息化管控，最大限度地降低人工操作所帶來的弊端和工作強度，提高領導決策能力，加快煤炭發(fā)運速度，便于調(diào)整生產(chǎn)計劃和銷售策略，搶抓市場機遇［6］。

為了維護相應的數(shù)據(jù)安全，數(shù)據(jù)存儲到相應的SQL 數(shù)據(jù)庫中，同時數(shù)據(jù)庫被設置為雙機熱備份與災備恢復模式。管理人員可進行主機和備用機的數(shù)據(jù)庫同步，如果出現(xiàn)各類異常情況就可以進行切換，盡最大可能保證當前系統(tǒng)內(nèi)部的持續(xù)運行與自身數(shù)據(jù)構(gòu)建下的完整性和連續(xù)性，使數(shù)據(jù)丟失能降到最低。而災備恢復則采用了相應的虛擬技術(shù)，把對應的數(shù)據(jù)進行不同存儲設備的分散保存。一旦系統(tǒng)出現(xiàn)各類問題時，就可以利用數(shù)據(jù)快照技術(shù)和緩存技術(shù)對數(shù)據(jù)進行全面的恢復處理。

系統(tǒng)整體采用B/S 模式，支持IE、Chrome、Firefox、360 等主流瀏覽器。系統(tǒng)在成熟技術(shù)的基礎上設計構(gòu)建先進的體系架構(gòu)，使系統(tǒng)在穩(wěn)定運行的前提下實現(xiàn)性能的飛躍。系統(tǒng)建設平臺基于JavaEE，集成JMS、CXF、JPA 等多個中間件，能夠有效支撐起整個系統(tǒng)的軟件環(huán)節(jié)。

7 實踐應用效果

一磅式無人計量裝車系統(tǒng)的研究與應用，為大唐集團龍王溝煤礦優(yōu)質(zhì)產(chǎn)能釋放奠定基礎。系統(tǒng)投用后，在減人增效方面，系統(tǒng)升級改造后倉下實現(xiàn)了無人計量放料，每班減少了計量，而裝車集控崗位只用4 個人，提高了計量與裝運效率，也做到減人提效。在防范風險方面，通過一卡通與多種防作弊手段，防止司機與相關工作人員串通作弊等風險。在保障安全方面，取消現(xiàn)場放煤、放矸人員，降低現(xiàn)場安全風險，提高現(xiàn)場安全管理水平。在工作環(huán)境改善方面，工作人員脫離了環(huán)境較差的現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境，改為調(diào)度室遠程集中管控，降低工作勞動強度，提高工作幸福指數(shù)。在經(jīng)濟效益方面，每班減少現(xiàn)場作業(yè)人員4 個人，一天可減少作業(yè)人員12 個人，每年節(jié)省人工成本約120 萬元，提高了企業(yè)經(jīng)濟效益。

8 結(jié)語

本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一磅式無人計量裝車系統(tǒng)的研究與應用，詳細闡述了系統(tǒng)的設計架構(gòu)、各分部系統(tǒng)的功能及實踐應用成效。系統(tǒng)通過提高經(jīng)濟效益、工作效率以及安全管理水平，節(jié)約勞動力資源，可為同行業(yè)或者類似行業(yè)帶來一定的思路和借鑒。