礦用單軌吊調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

盧志剛

（山西焦煤西山煤電馬蘭礦，山西 古交 030200）

引言

煤炭作為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要保障資源，其需求總量逐年提高，煤炭掘進(jìn)工作量也不斷增加，對(duì)煤炭生產(chǎn)設(shè)備的要求越來(lái)越高[1]。單軌吊作為一種采區(qū)輔助運(yùn)輸裝置，需要與其他煤炭運(yùn)輸設(shè)備配合使用[2]。單軌吊組成涉及電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，均采用安全防爆元器件，具有在復(fù)雜環(huán)境下生產(chǎn)作業(yè)的能力[3]。與此同時(shí)，單軌吊具有檢修容易、運(yùn)輸靈活和可靠性高等突出的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已成為煤炭運(yùn)輸工作不可或缺的設(shè)備[4]。但是，由于井下環(huán)境復(fù)雜多變，單軌吊定位監(jiān)控問(wèn)題一直困擾著煤炭生產(chǎn)企業(yè)，偶爾還會(huì)出現(xiàn)堵塞和撞車事故，極大地限制了煤炭企業(yè)的工作效率[5-6]。因此，針對(duì)某煤炭企業(yè)單軌吊運(yùn)行現(xiàn)狀開發(fā)一套調(diào)度系統(tǒng)，對(duì)于提高單軌吊的利用率等具有重要的意義。

1 單軌吊調(diào)度系統(tǒng)功能需求分析

根據(jù)煤礦井下單軌吊實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題，分析單軌吊調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)該具備的功能要求，以滿足企業(yè)對(duì)單軌吊的調(diào)度要求，提高單軌吊的利用效率。首先單軌吊調(diào)度系統(tǒng)需要能夠?qū)崟r(shí)顯示井下單軌吊機(jī)車監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，包括速度、位置、溫度等；其次是具有完成基站基礎(chǔ)信息、車輛、礦區(qū)、地圖等相關(guān)信息的管理功能；之后是具有故障警告功能，即在通信失敗時(shí)發(fā)出故障報(bào)警并將故障信息進(jìn)行存儲(chǔ)；最后能夠完成調(diào)度信息數(shù)據(jù)的讀取、分析和存儲(chǔ)功能，以供工作人員查詢歷史數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，指導(dǎo)設(shè)備維護(hù)和管理使用。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 總體結(jié)構(gòu)

圖1 調(diào)度系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

基于單軌吊調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求分析結(jié)果，完成了調(diào)度系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖1所示，調(diào)度系統(tǒng)主要組成包括單軌吊系統(tǒng)客戶端、單軌吊系統(tǒng)服務(wù)器、Flex授權(quán)服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)等。單軌吊系統(tǒng)客戶端主要采集井下單軌吊自身的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，及時(shí)上傳服務(wù)器；單軌吊系統(tǒng)服務(wù)器主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的分析和處理，之后進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和顯示；Flex授權(quán)服務(wù)器支持客戶端設(shè)計(jì)，完成調(diào)度系統(tǒng)訪問(wèn)權(quán)限的設(shè)置與授權(quán)；數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)單軌吊運(yùn)行數(shù)據(jù)，以便工作人員需要時(shí)隨時(shí)調(diào)取查閱。

2.2 單軌吊系統(tǒng)服務(wù)器設(shè)計(jì)

單軌吊系統(tǒng)服務(wù)器運(yùn)行功能要求能夠及時(shí)接收zigbee基站上傳的機(jī)車、道岔主控器、RFID定位、基站狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)等信息，緊隨其后完成數(shù)據(jù)信息的分析和處理。服務(wù)器工作時(shí)會(huì)接收到較大的信息量，包括基站AP信息數(shù)據(jù)、單軌吊位置信息及其運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)信息、岔道主控器狀態(tài)信息，對(duì)上述各種信息進(jìn)行處理之后保存至數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)，上傳位置信息和報(bào)警情況至客戶端，實(shí)現(xiàn)單軌吊數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)共享。單軌吊系統(tǒng)服務(wù)器功能模塊關(guān)系如下頁(yè)圖2所示。

2.3 Flex授權(quán)服務(wù)器設(shè)計(jì)

Flex授權(quán)服務(wù)器主要用于開發(fā)客戶端使用，因?yàn)榉?wù)器需要提供授權(quán)才能正常使用，才能接入互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)而訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)中的web客戶端。Flex授權(quán)服務(wù)器的授權(quán)工作結(jié)構(gòu)組成如下頁(yè)圖3所示。由圖3可以看出，F(xiàn)lex授權(quán)服務(wù)器授權(quán)時(shí)首先進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，之后通過(guò)TCP通信將信息傳輸至客戶端，通信使用的是843端口，具有數(shù)據(jù)雙向傳輸功能。

圖2 功能模塊關(guān)系

圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

2.4 單軌吊系統(tǒng)客戶端

單軌吊系統(tǒng)客戶端工作時(shí)能夠?qū)崟r(shí)為用戶輸出形象生動(dòng)的巷道圖，把井下單軌吊所處的具體位置數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，并且能夠?qū)诬壍醯臍v史行進(jìn)軌跡進(jìn)行顯示。同時(shí)，通過(guò)客戶端還能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)井下各個(gè)基站、機(jī)車、岔道、交通等的狀態(tài)信息。調(diào)度人員能夠可視化地完成井下單軌吊的調(diào)度，可以由客戶端設(shè)置相關(guān)操作指令，包括岔道變換、交通信號(hào)等切換、單軌吊移動(dòng)等，具有遠(yuǎn)程操作控制功能。通過(guò)單軌吊系統(tǒng)客戶端管理人員能夠統(tǒng)計(jì)司機(jī)的登機(jī)時(shí)間、單軌吊運(yùn)行情況，進(jìn)而便于司機(jī)考勤的統(tǒng)計(jì)，同時(shí)也能夠直接打印提取單軌吊相關(guān)的各類報(bào)表等。

3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)作為調(diào)度系統(tǒng)中的重要組成部分，結(jié)構(gòu)組成的合理性與否直接關(guān)系著調(diào)度系統(tǒng)運(yùn)行的效率和功能實(shí)現(xiàn)的連貫性。合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能夠很好地保證數(shù)據(jù)信息的處理速度和時(shí)效性，確保單軌吊相關(guān)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和信息共享，降低因?yàn)樾畔螽a(chǎn)生失誤調(diào)度情況。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)之前，不僅需要了解用戶需求，還要考慮未來(lái)數(shù)據(jù)庫(kù)的可擴(kuò)展性，下面進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)工作。

3.1 概念模型設(shè)計(jì)

實(shí)體關(guān)系圖示是系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)概念模型設(shè)計(jì)的主要表示形式，即常說(shuō)的E-R圖。實(shí)體關(guān)系圖是一種用以表示數(shù)據(jù)庫(kù)靜態(tài)結(jié)構(gòu)的概念模式，具體涉及關(guān)系、屬性和實(shí)體3個(gè)概念，以此表達(dá)數(shù)據(jù)的基本結(jié)構(gòu)。此處的單軌吊調(diào)度系統(tǒng)的實(shí)體包括用戶、單軌吊、基站、地圖、道岔、位置等，概念模型E-R模型如圖4所示。

圖4 概念模型E-R模型

3.2 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于概念結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)開展邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，規(guī)定各個(gè)概念需要的信息，以數(shù)據(jù)表格的形式保存至數(shù)據(jù)庫(kù)。用戶信息需要用戶編號(hào)和名稱、單軌吊編號(hào)、登錄姓名及密碼等；單軌吊信息包括編號(hào)及車牌號(hào)、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、車速狀態(tài)等；基站信息包括編號(hào)及編碼、基站名稱、ZigbeeIp地址、更新時(shí)間等；地圖信息包括編號(hào)和名稱、背景顏色、偏移比例和數(shù)值等；道岔信息包括編號(hào)和控制器方向、道岔顯示器方向、交通指示燈狀態(tài)等；定標(biāo)信息包括定標(biāo)編號(hào)、名稱和類型、地圖編號(hào)、所屬基站編號(hào)、偏移量等。

4 人機(jī)交互界面

人機(jī)交互界面作為單軌吊調(diào)度系統(tǒng)的重要組成部分，主要實(shí)時(shí)顯示井下單軌吊運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)及位置，同時(shí)，調(diào)度人員也可以通過(guò)人機(jī)交互界面遠(yuǎn)程調(diào)度單軌吊進(jìn)行規(guī)定的工作。單軌吊調(diào)度系統(tǒng)中最為核心的部分是地圖顯示區(qū)域，如圖5所示。圖5中能夠顯示礦區(qū)示意圖、道岔、信號(hào)燈狀態(tài)等，需要進(jìn)行文字說(shuō)明的進(jìn)行了文字標(biāo)注；基站狀態(tài)需要標(biāo)識(shí)的采用紅色和綠色兩種狀態(tài)進(jìn)行區(qū)別，前者表示異常，后者表示正常；道岔標(biāo)注了狀態(tài)、方向、報(bào)警、斷網(wǎng)等信息，雙擊道岔可以查看道岔的狀態(tài)和強(qiáng)制改變方向；紅綠燈用顏色區(qū)別，雙擊紅綠燈可以查看紅綠燈的狀態(tài)和強(qiáng)制變燈；機(jī)車狀態(tài)包括正常、離線和報(bào)警，鼠標(biāo)放在機(jī)車，可以查看機(jī)車的狀態(tài)數(shù)據(jù)。鼠標(biāo)雙擊機(jī)車，可以遠(yuǎn)程控制機(jī)車。

圖5 單軌吊系統(tǒng)實(shí)時(shí)車輛系統(tǒng)界面

5 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

為了驗(yàn)證導(dǎo)軌吊調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性，將其應(yīng)用于某煤炭企業(yè)進(jìn)行試運(yùn)行，跟蹤記錄系統(tǒng)工作情況。應(yīng)用結(jié)果表明，調(diào)度系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，實(shí)現(xiàn)了井下單軌吊遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和調(diào)度的功能。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，調(diào)度系統(tǒng)的投入使用，提高了單軌吊近10%的有效工作時(shí)間，導(dǎo)軌吊系統(tǒng)故障率降低了近6%，通過(guò)系統(tǒng)報(bào)警信息可以很快確定單軌吊系統(tǒng)的故障位置，減少了近3%的故障排除時(shí)間，降低了煤炭的生產(chǎn)成本，取得了很好的應(yīng)用效果。

6 結(jié)語(yǔ)

單軌吊作為煤炭井下運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵輔助設(shè)備，其工作效率直接關(guān)系井下運(yùn)輸設(shè)備的工作效率，必須引起高度重視。針對(duì)某煤炭企業(yè)單軌吊運(yùn)行現(xiàn)狀，開發(fā)了一套調(diào)度系統(tǒng)，應(yīng)用結(jié)果表明，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，實(shí)現(xiàn)了單軌吊狀態(tài)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程調(diào)度的功能。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，應(yīng)用單軌吊調(diào)度系統(tǒng)，使單軌吊實(shí)際工作效率提高近10%，故障率降低了近6%，減少了近3%的故障排除時(shí)間，降低了煤炭的生產(chǎn)成本，具有很好的應(yīng)用前景。