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關(guān)鍵詞： 物聯(lián)網(wǎng) 煤炭運銷 智能管控 系統(tǒng)設(shè)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(shè)。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(yīng)的信息傳感設(shè)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(shè)備識別與對應(yīng)的定位跟蹤等功能，并在數(shù)據(jù)收集基礎(chǔ)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(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)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(wù)相關(guān)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(wù)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(yù)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(shè)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(wù)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(shè)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(shè)備，如語音提示設(shè)備、室外全彩LED 顯示屏等，語音設(shè)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(luò)傳輸機制更進一步實現(xiàn)不同設(shè)備、不同機器之間的相關(guān)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(yīng)的車輛下達相關(guān)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(guān)數(shù)據(jù)全面識別的技術(shù)。這種技術(shù)可以通過相應(yīng)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(yù)。

1.3 GPS（Global Positioning System）技術(shù)

GPS 技術(shù)可對當前的設(shè)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(shè)備的其他相關(guān)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(chǔ)［3］。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)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(yīng)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(guān)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(yīng)車輛調(diào)度等任務(wù)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(yīng)的數(shù)據(jù)訪問接口，可以讓使用這套設(shè)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(shè)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(yīng)的檢測設(shè)備為裝車計量點提供針對性的遠距離識別驗證服務(wù)；（4）連接對應(yīng)的無線網(wǎng)絡(luò)，隨時進行相對應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(wù)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?，F(xiàn)場配置超聲波雷達、點云雷達、載重傳感器等硬件設(shè)備，感知信息傳輸至算法服務(wù)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(guān)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(guān)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(yīng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)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?zāi)K可在相對應(yīng)的頻段進行正常運轉(zhuǎn)，同時也具有相對應(yīng)的自動應(yīng)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(guān)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(wù)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(wù)的邏輯判斷。車輛進場與裝車前，對裝車業(yè)務(wù)相關(guān)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(wù)器進行分析處理，按預(yù)裝量進行定量裝車，聯(lián)合現(xiàn)場設(shè)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(chǔ)上，通過加入人工智能應(yīng)用，實現(xiàn)可代替人工操作的智能定量裝車?，F(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(guān)鍵設(shè)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(shè)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(shè)備控制、設(shè)備聯(lián)動控制等功能?，F(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(shè)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(wù)器數(shù)據(jù)分析，代替人工實現(xiàn)裝車過程中相關(guān)設(shè)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(yīng)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(shè)備停止運行，并語音對司機進行相應(yīng)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(chǔ)性的功能，到煤炭計劃、發(fā)運、結(jié)算等核心業(yè)務(wù)功能，到統(tǒng)計分析等數(shù)據(jù)管理，對煤炭運銷業(yè)務(wù)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(lǐng)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(yīng)的數(shù)據(jù)安全，數(shù)據(jù)存儲到相應(yīng)的SQL 數(shù)據(jù)庫中，同時數(shù)據(jù)庫被設(shè)置為雙機熱備份與災(zāi)備恢復(fù)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(zāi)備恢復(fù)則采用了相應(yīng)的虛擬技術(shù)，把對應(yīng)的數(shù)據(jù)進行不同存儲設(shè)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(fù)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(chǔ)上設(shè)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(shè)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(yīng)用效果

一磅式無人計量裝車系統(tǒng)的研究與應(yīng)用，為大唐集團龍王溝煤礦優(yōu)質(zhì)產(chǎn)能釋放奠定基礎(chǔ)。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(guān)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(yīng)用，詳細闡述了系統(tǒng)的設(shè)計架構(gòu)、各分部系統(tǒng)的功能及實踐應(yīng)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。