巴潤礦業(yè)公司智能調(diào)度指揮系統(tǒng)的研究

田野

(1.內(nèi)蒙古科技大學,內(nèi)蒙古包頭 014010;2.內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司巴潤礦業(yè)分公司,內(nèi)蒙古包頭 014080)

巴潤礦業(yè)公司智能調(diào)度指揮系統(tǒng)的研究

田野

(1.內(nèi)蒙古科技大學,內(nèi)蒙古包頭 014010;2.內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司巴潤礦業(yè)分公司,內(nèi)蒙古包頭 014080)

卡車智能調(diào)度系統(tǒng)控制的設備為礦車和電鏟。系統(tǒng)通過計算機對裝、運、卸的全過程進行控制與管理,自動實現(xiàn)各種生產(chǎn)資源的合理配置利用,從而實現(xiàn)效率最高,消耗最低, 產(chǎn)量最大的智能派車的目標。并為進一步促進采場加強生產(chǎn)組織;提高采場安全管理水平;加強設備管理能力;加強企業(yè)管理,促進管理提升;實現(xiàn)提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、提升管理、決策水平并為數(shù)字礦山奠定基礎。

卡車智能調(diào)度系 合理配置 提高效率 降低成本

1 引言

目前，露天礦智能調(diào)度指揮系統(tǒng)在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應用，已經(jīng)成為增加露天礦經(jīng)濟效益、提高現(xiàn)代化管理水平的一個重要的技術發(fā)展方向。露天礦智能調(diào)度指揮系統(tǒng)由調(diào)度中心、通訊及差分系統(tǒng)、車載智能終端三部分構成。系統(tǒng)加速了礦山信息化和數(shù)字化建設的步伐，因而是21世紀現(xiàn)代化礦山建設體系的必然要求和重要發(fā)展方向。國外有100多個露天礦采用卡車優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)，經(jīng)統(tǒng)計，可提高生產(chǎn)效率6%～32%。露天礦智能調(diào)度指揮系統(tǒng)作為數(shù)字礦山建設的重要組成部分，集成了GPS和GIS技術。該系統(tǒng)能夠接收GPS位置信息并收集設備各種狀態(tài)信息，通過無線通信系統(tǒng)將這些數(shù)據(jù)實時地傳送到調(diào)度中心，由計算機進行快速決策運算，并將調(diào)度命令發(fā)送給各裝運設備，從而實現(xiàn)動態(tài)優(yōu)化調(diào)度。另外，卡車、電鏟以及生產(chǎn)設備運行的信息和航跡在2維和3維GIS上可以可視化監(jiān)視，從而實現(xiàn)實時動態(tài)管理以及輔助決策分析。

圖1

圖3

露天礦智能調(diào)度指揮系統(tǒng)實現(xiàn)了優(yōu)化卡車運輸，降低總運輸功和采裝與運輸設備的等待時間，節(jié)能降耗，有效提高采裝與運輸效率；實現(xiàn)電鏟、卡車、鉆機調(diào)度，優(yōu)化生產(chǎn)，合理配礦，提高資源利用率；及時應對生產(chǎn)中出現(xiàn)的突發(fā)事件，以實現(xiàn)及時響應生產(chǎn)、及時調(diào)整生產(chǎn)和安全生產(chǎn)。 “露天礦智能調(diào)度指揮系統(tǒng)”通過采用現(xiàn)代高新技術和符合露天礦生產(chǎn)實際的最優(yōu)化模型，徹底改變了傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理模式，是露天礦生產(chǎn)管理模式的一場革命。

2 目的和意義

巴潤礦業(yè)公司作為包鋼(集團)公司資源的主要生產(chǎn)基地，承載著公司1/3左右的原料輸出任務，如何使生產(chǎn)高效穩(wěn)步運行，關系著礦山又快又好發(fā)展乃至公司的命運，而礦山公路運輸是露天礦的主要薄弱環(huán)節(jié)，是制約礦山生產(chǎn)能力和效益的重要因素。大型礦山由于作業(yè)范圍廣、采場移動道路變化快，控制的難度大。隨著采場逐漸深步開采，開采條件日趨惡劣，運距和提升高度增加，使運輸成本逐步攀升。目前大多數(shù)露天礦山的運輸成本占總成本的35%左右，有的競高達60%，因此礦山運輸已成為制約礦山降低成本、提高經(jīng)濟效益的關鍵所在。故如何撇棄傳統(tǒng)的低效高耗生產(chǎn)調(diào)度方式，選擇一種科學的調(diào)度指揮系統(tǒng)，如何使鏟、車配比最合理，行車路徑最優(yōu)，如何實現(xiàn)自動、及時、高效安排礦山設備生產(chǎn)作業(yè)，是亟待解決的重大課題。

意義就是能夠充分挖掘卡車的運輸能力，提高運輸效率，優(yōu)化卡車的運行路線，減少輪胎損耗及油耗；能夠解決卡車運輸過程中的無序運行問題，保證生產(chǎn)調(diào)度合理進行；能夠減少人為因素，杜絕作弊、消極怠工情況；合理配比礦產(chǎn)資源，實現(xiàn)地質模型的數(shù)字化和采掘計劃的科學自動生成?？傊瑥母鱾€角度實現(xiàn)采礦運輸作業(yè)的節(jié)能提產(chǎn)，降本增效。并可作為數(shù)字化礦山的平臺，適應當前礦山數(shù)字化、精細化管理的發(fā)展需要，全面提高礦山管理水平。

3 卡車智能調(diào)度系統(tǒng)總體

根據(jù)巴潤礦業(yè)公司調(diào)度室、采場和卸料的布置情況，公司的網(wǎng)絡情況及管理目標，設計卡車智能調(diào)度系統(tǒng)由三部分組成：數(shù)據(jù)采集與通訊系統(tǒng)(以下簡稱GPS系統(tǒng))，調(diào)度與管理信息系統(tǒng)，核心調(diào)度軟件系統(tǒng)。系統(tǒng)總體結構圖如圖。

3.1 數(shù)據(jù)采集與通訊系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集與通訊系統(tǒng)的主要功能是完成實時數(shù)據(jù)與信息的采集、通訊，其基本組成包括車載計算機系統(tǒng)、無線數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)和GPS定位系統(tǒng)。

(1)車載終端系統(tǒng)。移動式車載智能終端系統(tǒng)安裝于巴潤礦業(yè)公司采區(qū)作業(yè)現(xiàn)場的卡車、電鏟、鉆機等主要設備上。用于實時、多任務、分布式計算，采集生產(chǎn)設備運行狀態(tài)及監(jiān)控信息，實時地將信息傳遞給調(diào)度室總控服務器和設備司機。車載智能終端系統(tǒng)主要包括圖像顯示/觸摸屏輸入控制盤和移動式計算機等。

(2)無線數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)。在巴潤礦業(yè)公司采場布置無線通訊系統(tǒng)，用于為總控服務器系統(tǒng)和車載計算機系統(tǒng)間提供可靠的無線數(shù)據(jù)通訊。

(3)GPS定位系統(tǒng)。根據(jù)巴潤礦業(yè)公司設備點位監(jiān)控和卡車調(diào)度優(yōu)化的要求，安裝GPS定位系統(tǒng)跟蹤卡車、電鏟、鉆機的位置，通過無線數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)送至中央計算機系統(tǒng)。

3.2 調(diào)度與管理信息系統(tǒng)

根據(jù)巴潤礦業(yè)公司的生產(chǎn)管理需求，設計信息與控制的中心：調(diào)度與管理信息系統(tǒng)?；贕PS系統(tǒng)采集的各種實時數(shù)據(jù)和信息，其主要任務是對接收到的數(shù)據(jù)進行分解、存儲、發(fā)送等處理，并對露天礦裝、運、卸的全部目標、全部過程進行實時的生產(chǎn)管理和調(diào)度管理，以實現(xiàn)各種資源的合理配置，使系統(tǒng)在優(yōu)化的狀態(tài)下運行。調(diào)度與管理信息系統(tǒng)的基本功能有以下幾項：

(1)數(shù)據(jù)庫的存儲與實時更新；

(2)生產(chǎn)調(diào)度過程的監(jiān)控；

(3)調(diào)度申請與調(diào)度指令的實時管理；

(4)電子地圖的實時顯示與回放顯示；

(5)數(shù)據(jù)查詢與報表統(tǒng)計。

3.3 核心調(diào)度軟件系統(tǒng)

根據(jù)巴潤礦業(yè)公司生產(chǎn)約束及設備管理情況，設計在卡車智能調(diào)度系統(tǒng)中，核心調(diào)度軟件系統(tǒng)采用了自主設計的一種卡車優(yōu)化調(diào)度模型，該模型由最短路算法、車流規(guī)劃模型和實時調(diào)度準則組成。

為了實現(xiàn)整體設計的目標，整個核心調(diào)度軟件系統(tǒng)分為三個主要模塊：最短路算法模塊，車流規(guī)劃模型模塊和實時調(diào)度準則模塊。它們之間的關系如圖2所示。

3.4 系統(tǒng)組成

智能終端：為了適應巴潤礦業(yè)公司采區(qū)低溫、高振動、粉塵等惡劣環(huán)境，采用車、鏟、鉆通用的工業(yè)級軍品智能終端，終端配置工業(yè)級X86構架、800MHZ的CPU，512M內(nèi)存和8.4英寸顯示屏。

無線通訊系統(tǒng)：由于巴潤礦業(yè)公司采區(qū)將近40平方公里，為了實現(xiàn)無線通訊全覆蓋和考慮未來的采場擴展，在采場周圍搭建9座通訊塔和2個移動小車負責采場的無線通訊覆蓋，通訊電臺選用美國STRIX產(chǎn)品進行無線覆蓋，通訊基站采用太陽能和市電雙路供電，主基站采用市電和UPS雙路供電，形成不間斷和無盲區(qū)的無線通訊系統(tǒng)。為保證整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡帶寬，設計兩座落地主基站。覆蓋采區(qū)、排土場、破碎站、保養(yǎng)間、修理廠房等重要點位。

100M/1000M網(wǎng)絡通信系統(tǒng)：巴潤礦業(yè)公司的網(wǎng)絡系統(tǒng)比較完善，因此無線通訊兩座主基站通過12芯的鎧裝光纖接入到機房的思科交換機，然后和總控服務器、調(diào)度員工作站形成網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)，再接入到公司現(xiàn)在的局域網(wǎng)絡。

GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)：通過全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，采用工業(yè)級GPS定位模塊進行定位，確保車鏟定位精度在2米。

網(wǎng)絡安全和管理系統(tǒng)：巴潤礦業(yè)公司統(tǒng)一部署的防病毒軟件，但是上網(wǎng)管理混亂經(jīng)常造成網(wǎng)絡異常，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定和網(wǎng)絡安全可控，安裝公司統(tǒng)一布置的防病毒軟件，并增加上網(wǎng)行為管理系統(tǒng)，提升網(wǎng)絡的安全穩(wěn)定性和記錄各種網(wǎng)絡訪問，便于監(jiān)控網(wǎng)絡運行狀態(tài)和異常。

4 系統(tǒng)實施后的效益效果

人工調(diào)度時采用圍繞電鏟固定配車(定鏟派車)的調(diào)度方法，這種方法對調(diào)度指揮人員的工作經(jīng)驗和技能的要求較高，且不能從全局、全過程進行優(yōu)化；檢測與通訊方式落后；各種信息嚴重滯后，不能應對復雜時變的生產(chǎn)環(huán)境。

人工調(diào)度方式存在以下弊端：

(1)不能平衡調(diào)度目標(鏟、車、卸點)的全局資源。

(2)裝、卸點出現(xiàn)故障之后調(diào)整時間長，影響作業(yè)效率。

直接效益：

(1)生產(chǎn)效率的提高。1)通過最短路徑算法，實現(xiàn)卡車運輸距離最短。2)通過合理的車流配置，實現(xiàn)車不等鏟，鏟不待車。充分發(fā)揮電鏟的裝車能力；3)信息傳遞及時準確，車鏟發(fā)生故障后可以及時轉移車流，克服人工調(diào)度的滯后性，提高生產(chǎn)效率。4)合理準確配礦。5)系統(tǒng)實施后，通過路徑優(yōu)化，礦車運距減少，礦車油耗、備件消耗、零星材料消耗等會有明顯的減少。6)全自動的調(diào)度系統(tǒng)減少了調(diào)度層次，降低了調(diào)度人員的作業(yè)強度。

綜合以上因素，結合巴潤礦業(yè)公司實際規(guī)模及作業(yè)設備數(shù)量，礦車調(diào)度系統(tǒng)應用后車鏟綜合效率可提高10%。

(2)通過先進的技術手段，采集了大量的原始數(shù)據(jù)，從而徹底杜絕偷懶、瞞報、虛報產(chǎn)量等現(xiàn)象，提高管理水平。

(3)在調(diào)度室對生產(chǎn)情況一目了然，徹底改變了管理人員只有到現(xiàn)場才能夠獲取這些信息的現(xiàn)狀，大大提高系統(tǒng)的反應速度。

(4)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡化，實現(xiàn)多專業(yè)的遠程管理。

間接效益：

(1)為采礦信息化、數(shù)字化建設奠定堅實基礎。

(2)通過項目的實施，培養(yǎng)技術人員。

5 結語

露天礦智能調(diào)度指揮系統(tǒng)通過采用多種現(xiàn)代高新技術，對傳統(tǒng)的人工調(diào)度系統(tǒng)及管理體制進行改造，通過采集生產(chǎn)設備動態(tài)信息，實時監(jiān)控和優(yōu)化調(diào)度卡車、電鏟等設備的運行，從而形成一種信息化、智能化、自動化的新型現(xiàn)代調(diào)度控制系統(tǒng)和全方位的采礦生產(chǎn)管理控制自動化決策平臺。露天礦智能調(diào)度指揮系統(tǒng)強調(diào)的是運輸設備的系統(tǒng)性，調(diào)度的最優(yōu)化、自動化和智能化，信息交流的及時性和交互性，以及服務的廣泛性。露天礦智能調(diào)度指揮系統(tǒng)綜合運用計算機技術、 現(xiàn)代通訊技術、全球衛(wèi)星定位(GPS)技術、系統(tǒng)工程理論和最優(yōu)化技術等先進手段，建立生產(chǎn)監(jiān)控、智能調(diào)度、生產(chǎn)指揮管理系統(tǒng)，對生產(chǎn)采裝設備、移動運輸設備、卸載點及生產(chǎn)現(xiàn)場進行實時監(jiān)控和優(yōu)化管理。

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