＊馮永軍

（中陽縣發(fā)展和改革局 山西 033400）

目前，國內(nèi)多數(shù)地區(qū)的煤炭生產(chǎn)運(yùn)作模式仍以井工開采的方式，井工開采的運(yùn)輸模式通常為傳送帶與軌道礦車相互輔助，其中軌道輔助運(yùn)輸是針對大粒徑礦渣運(yùn)輸?shù)闹饕绞?。隨著圍內(nèi)煤礦需求的逐漸增長，各地區(qū)煤礦的產(chǎn)能壓力隨之上升，因此進(jìn)一步提高煤礦的生產(chǎn)能力成為多數(shù)煤礦企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)，在此環(huán)境下，部分煤礦企業(yè)嘗試引入了智能化軌道運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)，在礦車調(diào)度方面實(shí)現(xiàn)了高效化，但在實(shí)際應(yīng)用過程中，仍然存在不少問題，因此，積極開展礦井軌道運(yùn)輸?shù)闹悄芑O(jiān)控優(yōu)化研究對于實(shí)現(xiàn)煤礦企業(yè)生產(chǎn)的提質(zhì)增效具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1.國內(nèi)外軌道運(yùn)輸系統(tǒng)的發(fā)展概述

煤礦運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)的出現(xiàn)始于20世紀(jì)中期，目前整體信息化程度較高，不同地區(qū)的系統(tǒng)發(fā)展已經(jīng)呈現(xiàn)代差趨勢。在歐洲地區(qū)，相似運(yùn)輸系統(tǒng)以法國CCT63/40以及CMM-20為核心。隨后，德國Siemens公司的聯(lián)合英國相關(guān)部門進(jìn)行升級(jí)改造，并出現(xiàn)第二代煤礦監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)包含中控裝置、操作設(shè)備、監(jiān)控視頻以及礦井的車輛和其他信息傳輸設(shè)備，系統(tǒng)主要依靠程序自動(dòng)控制駕駛系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)合數(shù)據(jù)定位系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)設(shè)程序進(jìn)行整體控制，整體經(jīng)濟(jì)性較為優(yōu)秀[1]。我國在60年代引入類似煤礦運(yùn)輸控制系統(tǒng)，經(jīng)過研究后進(jìn)行升級(jí)，并附加了對應(yīng)的繼電器控制裝置，進(jìn)而解決了我國在相關(guān)領(lǐng)域中的設(shè)備有無問題。在80年代，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展社會(huì)各界的能源需求逐漸增加，礦井產(chǎn)量逐漸增長，礦井運(yùn)輸，國內(nèi)針對礦井開采的實(shí)際需求引入了西方的機(jī)車監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)在技術(shù)方面率先采用了微波和紅外傳感技術(shù)，整體控制精度較高，但受我國礦井作業(yè)環(huán)境影響，煤井的復(fù)雜電磁環(huán)境對傳感器的信息傳遞產(chǎn)生一定影響，因而不適用于我國礦井的實(shí)際開采工作[2]。為進(jìn)一步提升我國礦井運(yùn)管控制的精度，國內(nèi)高校和科研單位結(jié)合相關(guān)經(jīng)驗(yàn)于技術(shù)成果進(jìn)行深度研發(fā)，對現(xiàn)有礦井運(yùn)輸控制系統(tǒng)進(jìn)行深度改進(jìn)，現(xiàn)階段具備成熟技術(shù)體系的運(yùn)管系統(tǒng)有合肥的KJ15A型礦井軌道運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)，常州自動(dòng)所研制的KJ3Z單板機(jī)運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)。結(jié)合現(xiàn)階段軌道智能運(yùn)輸?shù)幕締栴}，軌道運(yùn)管監(jiān)控系統(tǒng)將逐漸走向輕量化、自主化的發(fā)展道路。具體形式將呈現(xiàn)為高精度的車輛定位，同時(shí)結(jié)合智能算法對車輛進(jìn)行調(diào)度管控，從而合理規(guī)劃機(jī)車軌道運(yùn)輸路線，盡可能提高整體運(yùn)載效率，保障礦機(jī)車的安全調(diào)度[3]。幾類系統(tǒng)監(jiān)控性能對比如表1。

表1 上述幾類系統(tǒng)的監(jiān)控性能對比

2.機(jī)車運(yùn)輸優(yōu)化調(diào)度研究

井下軌道車輛是提高煤礦生產(chǎn)效率的重要工具，但受煤礦井下錯(cuò)蹤復(fù)雜的環(huán)境限制，運(yùn)輸效率有限，因此，如何保證運(yùn)輸?shù)V機(jī)車在有限區(qū)域內(nèi)繼續(xù)高效調(diào)動(dòng)運(yùn)輸成為眾多礦企研究的重要方向，積極提高礦井軌道機(jī)車的調(diào)度效率，進(jìn)而形成產(chǎn)量優(yōu)勢對于企業(yè)快速占據(jù)市場主動(dòng)權(quán)意義重大。早期階段的煤礦井下機(jī)車主要由管理人員進(jìn)行按需分配，調(diào)度方案通常采用手動(dòng)方式進(jìn)行運(yùn)輸任務(wù)安排。此類車輛調(diào)度安排方式僅針對基礎(chǔ)的運(yùn)輸任務(wù)制定，對于潛在運(yùn)輸任務(wù)缺少考慮，同時(shí)忽視了多種外部影響因素對機(jī)車運(yùn)輸效率的影響，不僅影響機(jī)車調(diào)度路線的最優(yōu)路徑規(guī)劃工作，同時(shí)在各類資源消費(fèi)比方面處于明顯劣勢地位。另外，缺少針對性的運(yùn)輸機(jī)車優(yōu)化調(diào)配方案，導(dǎo)致各類機(jī)車無法實(shí)現(xiàn)最高效運(yùn)輸，部分機(jī)車處于閑置狀態(tài)。就機(jī)車運(yùn)輸調(diào)度優(yōu)化而言，其核心在于把控時(shí)間和空間因素對于車輛運(yùn)行路徑造成的實(shí)際影響問題，在調(diào)度過程中，應(yīng)結(jié)合運(yùn)輸?shù)膶?shí)際情況不斷優(yōu)化外部影響因素，部分煤礦的采區(qū)與車輛停放區(qū)域相距較遠(yuǎn)，由于礦井運(yùn)輸車的自身?xiàng)l件限制，在分別進(jìn)入各個(gè)生產(chǎn)區(qū)域的過程中，要求管理人員結(jié)合區(qū)域位置進(jìn)行考慮，確保在遠(yuǎn)距離采區(qū)配送任務(wù)中實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)輸與低耗運(yùn)輸。目前礦車優(yōu)化調(diào)度的研究多集中于地理因素，針對相關(guān)運(yùn)輸機(jī)車的優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)的開發(fā)與研究的工作尚處于發(fā)展階段。某型車輛調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路如圖1。

圖1 某型車輛調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路圖

3.運(yùn)輸智能監(jiān)控與優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

某地區(qū)煤電公司的下屬煤礦礦井井深為400m，開采區(qū)域據(jù)地表375m，該企業(yè)煤炭年產(chǎn)量230萬噸，開采設(shè)備智能化程度較低，用于煤炭運(yùn)輸?shù)墓ぞ叨酁槠н\(yùn)輸和軌道機(jī)車輔助的符合運(yùn)載方式。

(1)系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對該煤礦井下當(dāng)前礦車運(yùn)輸?shù)托实膯栴}，礦機(jī)車運(yùn)輸過程中位置信息傳輸精度較差以及礦機(jī)車運(yùn)輸過程中需手動(dòng)調(diào)整車簾的轉(zhuǎn)轍機(jī)信號(hào)機(jī)等問題，筆者制定了礦機(jī)車運(yùn)輸調(diào)度的具體系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路。首先根據(jù)運(yùn)輸?shù)V機(jī)車運(yùn)輸路線對現(xiàn)有的調(diào)度策略進(jìn)行調(diào)整，重新劃定車輛行進(jìn)路線，隨后結(jié)合新的路線規(guī)劃方案應(yīng)用西門子PLC為主控制器的車輛調(diào)度控制單元，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)以及智能控制算法等相關(guān)技術(shù)重新調(diào)整礦井運(yùn)輸機(jī)車各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)的傳輸方式與現(xiàn)監(jiān)測方式，同時(shí)引入對應(yīng)的后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)和信號(hào)機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，并將兩項(xiàng)設(shè)備生成的各類狀態(tài)數(shù)據(jù)通過專用數(shù)據(jù)鏈回傳到地面調(diào)度室及逆行分析、處理與儲(chǔ)存。在滿足數(shù)據(jù)傳輸要求以及礦機(jī)車運(yùn)輸路勁規(guī)劃后，對區(qū)間閉鎖控制方案進(jìn)行調(diào)整，從而進(jìn)一步優(yōu)化運(yùn)輸?shù)V機(jī)車的基礎(chǔ)調(diào)度與運(yùn)管監(jiān)控方案，進(jìn)而大幅提升礦井機(jī)車的整體生產(chǎn)運(yùn)輸效率，同時(shí)降低車輛駕駛員的工作強(qiáng)度，提高車輛的自動(dòng)化程度與運(yùn)行精度。

①系統(tǒng)工作設(shè)計(jì)思路

該系統(tǒng)主要憑借在軌道內(nèi)測的傳感器車輛運(yùn)行的各項(xiàng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集，結(jié)構(gòu)主要由主副兩組控制單元，借助控制分站實(shí)現(xiàn)對區(qū)域內(nèi)的傳感器、轉(zhuǎn)轍機(jī)、信號(hào)機(jī)等設(shè)備的數(shù)據(jù)收集工作，同時(shí)控制分站結(jié)合相關(guān)調(diào)度指令對轉(zhuǎn)轍機(jī)和信號(hào)機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。主要控制單元通過專用網(wǎng)絡(luò)與地面連接，以此實(shí)現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)交換，當(dāng)后臺(tái)管理人員結(jié)合運(yùn)輸任務(wù)下達(dá)對應(yīng)的車輛調(diào)度指令后，系統(tǒng)將直接采集線路中的傳感器儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，同時(shí)明確該條線路的信號(hào)機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)，當(dāng)線路狀態(tài)滿足運(yùn)輸?shù)幕緱l件后，副控制單元?jiǎng)t根據(jù)狀態(tài)數(shù)據(jù)自動(dòng)控制某一運(yùn)輸區(qū)段閉鎖，同時(shí)相關(guān)車輛信號(hào)同步調(diào)度開啟，當(dāng)轉(zhuǎn)轍機(jī)完成對應(yīng)動(dòng)作后，相關(guān)動(dòng)作信號(hào)同步傳回副控制單元內(nèi)部，PLC系統(tǒng)則根據(jù)回傳信號(hào)在此判斷對應(yīng)線路是否具備運(yùn)輸基本條件，若車輛位置確定，則開啟運(yùn)輸指令，若并未到位，則證明電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)或軌道存在問題，應(yīng)派遣專業(yè)人員進(jìn)行故障確認(rèn)，并對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行重啟檢測，確保進(jìn)路開放順序正常。主控制單元通過專用網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳遞相關(guān)信息，對運(yùn)輸?shù)V機(jī)車運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤檢測，同時(shí)將采集的相關(guān)數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)胶笈_(tái)數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)調(diào)度員參照具體運(yùn)輸工作方案進(jìn)行車輛調(diào)運(yùn)時(shí)，只需要在上位機(jī)監(jiān)控界面上操作既可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

②機(jī)車定位工作設(shè)計(jì)思路

為提高井下作業(yè)礦車的監(jiān)控精度以及轉(zhuǎn)轍機(jī)的控制精度，以此滿足礦車高效率運(yùn)輸，合理確定機(jī)車位置至關(guān)重要，針對此類問題，礦機(jī)車引入了RFID區(qū)域無線信號(hào)覆蓋和軌道計(jì)軸器的多重定位模式。RFID通過數(shù)據(jù)網(wǎng)以及無線信號(hào)實(shí)現(xiàn)車輛定位識(shí)別，在需要定位的礦機(jī)車上加裝對應(yīng)的具有唯一性的數(shù)據(jù)標(biāo)簽，在機(jī)車開展任務(wù)的途中通過特殊數(shù)據(jù)標(biāo)簽與頂部的標(biāo)簽讀卡器進(jìn)行信息交互，讀卡器同步位置信息傳輸，當(dāng)攜帶特殊數(shù)據(jù)標(biāo)簽的礦機(jī)車到達(dá)讀卡器的信號(hào)收集范圍內(nèi)時(shí)，數(shù)據(jù)標(biāo)簽將自動(dòng)實(shí)現(xiàn)與讀卡器進(jìn)行數(shù)據(jù)互聯(lián)，進(jìn)而借助局域網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息的后臺(tái)傳遞，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)車的定位。

③機(jī)車運(yùn)輸優(yōu)化調(diào)度設(shè)計(jì)思路

結(jié)合礦井機(jī)車的具體優(yōu)化需求，設(shè)計(jì)人員需在確保各個(gè)采區(qū)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的前提下提供一定數(shù)量的礦機(jī)車同時(shí)確保整個(gè)路徑最短。實(shí)現(xiàn)此目的需首先確定各個(gè)采區(qū)的實(shí)際需求，并結(jié)合相對距離與位置信息，結(jié)合數(shù)據(jù)調(diào)度算法進(jìn)行方案優(yōu)化，在進(jìn)行實(shí)際運(yùn)輸調(diào)度過程中，必須優(yōu)先進(jìn)行位置數(shù)據(jù)交互，然后針對最短運(yùn)輸方案進(jìn)行對應(yīng)相關(guān)影響因素篩查，進(jìn)而優(yōu)化對應(yīng)方案，確保篩選后的方案可滿足機(jī)車運(yùn)輸最短路徑要求。調(diào)度員根據(jù)優(yōu)化方案進(jìn)行人工篩查，隨后進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)指令下達(dá)任務(wù)安排，礦機(jī)車根據(jù)調(diào)度路線進(jìn)行軌道進(jìn)路區(qū)間的逐段申請和逐段開放。

(2)系統(tǒng)功能

軌道運(yùn)輸智能監(jiān)控與優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)的自身功能較為復(fù)雜，可大幅提升運(yùn)輸效率與安全性，對于現(xiàn)代煤炭企業(yè)的生產(chǎn)具有重要的輔助作用，因此系統(tǒng)自身功能是否齊全，影響著整個(gè)運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)使用效果。礦井運(yùn)管調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)具備基礎(chǔ)的線路顯示功能，從而實(shí)現(xiàn)線路的可視化監(jiān)測，并進(jìn)行車輛控制。通過實(shí)時(shí)測定軌道狀態(tài)以及機(jī)車運(yùn)行狀況，并結(jié)合系統(tǒng)提供的對應(yīng)運(yùn)輸調(diào)度規(guī)劃可滿足日常運(yùn)輸功能要求。本系統(tǒng)在車輛數(shù)據(jù)與軌道狀態(tài)的監(jiān)控基礎(chǔ)上，同時(shí)拓展了車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)輸監(jiān)控功能，引入了集散分布式控制單元以及高精度主控器，結(jié)合對應(yīng)優(yōu)化方案制定豐富的優(yōu)化策略，并結(jié)合車輛位置數(shù)據(jù)以及視頻監(jiān)控信號(hào)進(jìn)一步提高系統(tǒng)精確性與可靠性。

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面應(yīng)滿足礦機(jī)車運(yùn)輸任務(wù)情況對不同區(qū)域礦車調(diào)度的實(shí)際需求，以此保證各個(gè)生產(chǎn)區(qū)域的生產(chǎn)工作順利進(jìn)行，因此設(shè)計(jì)過程中應(yīng)滿足以下系統(tǒng)功能要求。

①機(jī)車定位功能系統(tǒng)

應(yīng)具備完整的地面監(jiān)控功能，同時(shí)通過數(shù)據(jù)鏈實(shí)時(shí)定位井下機(jī)車的位置分布情況以及周邊區(qū)域的車輛分布情況，避免丟車問題出現(xiàn)，以此提高調(diào)度員對機(jī)車管理工作的整體效率與實(shí)際效果。

②手自一體的聯(lián)網(wǎng)控制功能系統(tǒng)

按照預(yù)定運(yùn)輸調(diào)度任務(wù)內(nèi)容，系統(tǒng)將通過自檢方式確定進(jìn)路是否通暢，并安排最近距離運(yùn)輸單位進(jìn)路，并聯(lián)的轉(zhuǎn)轍機(jī)與信號(hào)機(jī)則協(xié)同進(jìn)行對應(yīng)的信號(hào)控制，鎖定其余規(guī)劃線路，以此維護(hù)整體運(yùn)輸路線穩(wěn)定。當(dāng)需要增加運(yùn)輸車輛時(shí)，為提高整體安全性，調(diào)度員可通過數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)直接調(diào)整轉(zhuǎn)轍機(jī)或信號(hào)機(jī)進(jìn)而調(diào)整車輛動(dòng)作，以此滿足運(yùn)輸任務(wù)變動(dòng)需求。當(dāng)PLC控制器出現(xiàn)故障時(shí)，后臺(tái)管理人員應(yīng)結(jié)合具體線路規(guī)劃內(nèi)容對相關(guān)線路上的電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)進(jìn)行人為干預(yù)，以此提高整個(gè)系統(tǒng)的安全性。

③可視化監(jiān)控顯示功能系統(tǒng)

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)建立由地面調(diào)度室統(tǒng)一監(jiān)控的可視化數(shù)據(jù)顯示終端，通過終端可實(shí)時(shí)了解運(yùn)輸?shù)V機(jī)車的當(dāng)前運(yùn)輸狀態(tài)、任務(wù)進(jìn)度以及前進(jìn)線路、所在區(qū)域、車輛載重、車皮數(shù)等相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)根據(jù)任務(wù)路線明確當(dāng)前軌道轉(zhuǎn)轍機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)以及信號(hào)機(jī)的所處狀態(tài)數(shù)據(jù)，區(qū)段的軌道路況，以此簡化調(diào)度員對機(jī)車數(shù)據(jù)檢測的工作強(qiáng)度，提高整體效率。

④故障的自動(dòng)化檢測報(bào)警系統(tǒng)

該系統(tǒng)應(yīng)具備一定的自我檢測報(bào)警能力，通過副控制分站實(shí)時(shí)收集的設(shè)備和傳感器狀態(tài)信息，并統(tǒng)一傳輸?shù)胶笈_(tái)終端系統(tǒng)中，當(dāng)設(shè)備故障時(shí)后臺(tái)系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)知故障類型進(jìn)行對應(yīng)語音報(bào)警提示，要求后臺(tái)管理人員迅速開展設(shè)備運(yùn)維管控工作，降低運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)獲取并上傳對應(yīng)故障數(shù)據(jù)，以便后期進(jìn)行分析整理。

⑤運(yùn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與調(diào)取系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫可記錄周期時(shí)間內(nèi)的機(jī)車的運(yùn)行和調(diào)度數(shù)據(jù)信息，管理人員可通過手動(dòng)查詢方式確定數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的某一時(shí)間段的礦車任務(wù)進(jìn)度以及實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，為后續(xù)提高機(jī)車運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)效能提供數(shù)據(jù)分析樣本，同時(shí)該系統(tǒng)應(yīng)具備針對不同任務(wù)自動(dòng)生成數(shù)據(jù)報(bào)表的功能，統(tǒng)計(jì)機(jī)車活動(dòng)的熱點(diǎn)區(qū)域，從而車輛活動(dòng)熱力圖的輔助下強(qiáng)化對車輛的運(yùn)輸管理，對生產(chǎn)情況進(jìn)行及時(shí)的了解和總結(jié)。

⑥遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理功能系統(tǒng)

借助物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可直接實(shí)現(xiàn)單車的調(diào)度控制，確保運(yùn)輸監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，提高管理效能，在礦局域網(wǎng)上的各臺(tái)終端均可通過物聯(lián)網(wǎng)對運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行訪問。

⑦機(jī)車導(dǎo)航功能系統(tǒng)

各類礦機(jī)車應(yīng)具有對應(yīng)的車輛導(dǎo)航控制系統(tǒng)，為機(jī)車司機(jī)提供清晰的車輛行駛方向、車輛位置、軌道占用等數(shù)據(jù)，同時(shí)顯示機(jī)車實(shí)況與現(xiàn)場道岔信號(hào)機(jī)的狀態(tài)，指導(dǎo)機(jī)車司機(jī)安全運(yùn)輸。

⑧視頻監(jiān)控功能系統(tǒng)

通過安裝在車輛內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控單元，可將視頻信號(hào)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)胶笈_(tái)控制室中，從而方便管理人員實(shí)時(shí)了解井下礦機(jī)車的所處狀態(tài)，調(diào)度員結(jié)合回傳的視頻數(shù)據(jù)內(nèi)容以及對應(yīng)調(diào)度方案實(shí)現(xiàn)車輛的安全管理調(diào)度。

4.結(jié)束語

礦井機(jī)車是提高煤礦生產(chǎn)效率的重要運(yùn)輸工具，積極開展礦井軌道運(yùn)輸智能監(jiān)控與優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)研究對于提高企業(yè)的市場競爭力，縮小企業(yè)的生產(chǎn)成本規(guī)模，保證井下作業(yè)人員的安全性，降低礦井機(jī)車能源消耗浪費(fèi)具有重要意義。