礦用單軌吊調度系統設計與應用研究

盧志剛

（山西焦煤西山煤電馬蘭礦，山西 古交 030200）

引言

煤炭作為推動經濟和社會發展的重要保障資源，其需求總量逐年提高，煤炭掘進工作量也不斷增加，對煤炭生產設備的要求越來越高[1]。單軌吊作為一種采區輔助運輸裝置，需要與其他煤炭運輸設備配合使用[2]。單軌吊組成涉及電動機、傳動系統、控制系統，均采用安全防爆元器件，具有在復雜環境下生產作業的能力[3]。與此同時，單軌吊具有檢修容易、運輸靈活和可靠性高等突出的優勢，現已成為煤炭運輸工作不可或缺的設備[4]。但是，由于井下環境復雜多變，單軌吊定位監控問題一直困擾著煤炭生產企業，偶爾還會出現堵塞和撞車事故，極大地限制了煤炭企業的工作效率[5-6]。因此，針對某煤炭企業單軌吊運行現狀開發一套調度系統，對于提高單軌吊的利用率等具有重要的意義。

1 單軌吊調度系統功能需求分析

根據煤礦井下單軌吊實際運行過程中存在的問題，分析單軌吊調度系統應該具備的功能要求，以滿足企業對單軌吊的調度要求，提高單軌吊的利用效率。首先單軌吊調度系統需要能夠實時顯示井下單軌吊機車監測數據，包括速度、位置、溫度等；其次是具有完成基站基礎信息、車輛、礦區、地圖等相關信息的管理功能；之后是具有故障警告功能，即在通信失敗時發出故障報警并將故障信息進行存儲；最后能夠完成調度信息數據的讀取、分析和存儲功能，以供工作人員查詢歷史數據，將數據存入數據庫，指導設備維護和管理使用。

2 系統設計

2.1 總體結構

圖1 調度系統總體結構

基于單軌吊調度系統設計需求分析結果，完成了調度系統總體結構設計，如圖1所示，調度系統主要組成包括單軌吊系統客戶端、單軌吊系統服務器、Flex授權服務器和數據庫等。單軌吊系統客戶端主要采集井下單軌吊自身的運行狀態數據，及時上傳服務器；單軌吊系統服務器主要負責數據的分析和處理，之后進行數據存儲和顯示；Flex授權服務器支持客戶端設計，完成調度系統訪問權限的設置與授權；數據庫用于存儲單軌吊運行數據，以便工作人員需要時隨時調取查閱。

2.2 單軌吊系統服務器設計

單軌吊系統服務器運行功能要求能夠及時接收zigbee基站上傳的機車、道岔主控器、RFID定位、基站狀態參數數據等信息，緊隨其后完成數據信息的分析和處理。服務器工作時會接收到較大的信息量，包括基站AP信息數據、單軌吊位置信息及其運行狀態參數信息、岔道主控器狀態信息，對上述各種信息進行處理之后保存至數據庫，同時，上傳位置信息和報警情況至客戶端，實現單軌吊數據信息的實時共享。單軌吊系統服務器功能模塊關系如下頁圖2所示。

2.3 Flex授權服務器設計

Flex授權服務器主要用于開發客戶端使用，因為服務器需要提供授權才能正常使用，才能接入互聯網進而訪問網絡中的web客戶端。Flex授權服務器的授權工作結構組成如下頁圖3所示。由圖3可以看出，Flex授權服務器授權時首先進行數據解析，之后通過TCP通信將信息傳輸至客戶端，通信使用的是843端口，具有數據雙向傳輸功能。

圖2 功能模塊關系

圖3 系統結構組成

2.4 單軌吊系統客戶端

單軌吊系統客戶端工作時能夠實時為用戶輸出形象生動的巷道圖，把井下單軌吊所處的具體位置數據實時顯示出來，并且能夠對單軌吊的歷史行進軌跡進行顯示。同時，通過客戶端還能夠實時監測井下各個基站、機車、岔道、交通等的狀態信息。調度人員能夠可視化地完成井下單軌吊的調度，可以由客戶端設置相關操作指令，包括岔道變換、交通信號等切換、單軌吊移動等，具有遠程操作控制功能。通過單軌吊系統客戶端管理人員能夠統計司機的登機時間、單軌吊運行情況，進而便于司機考勤的統計，同時也能夠直接打印提取單軌吊相關的各類報表等。

3 數據庫設計

數據庫作為調度系統中的重要組成部分，結構組成的合理性與否直接關系著調度系統運行的效率和功能實現的連貫性。合理的數據結構能夠很好地保證數據信息的處理速度和時效性，確保單軌吊相關數據的實時傳輸和信息共享，降低因為信息滯后產生失誤調度情況。數據庫設計之前，不僅需要了解用戶需求，還要考慮未來數據庫的可擴展性，下面進行數據庫設計工作。

3.1 概念模型設計

實體關系圖示是系統數據庫概念模型設計的主要表示形式，即常說的E-R圖。實體關系圖是一種用以表示數據庫靜態結構的概念模式，具體涉及關系、屬性和實體3個概念，以此表達數據的基本結構。此處的單軌吊調度系統的實體包括用戶、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 邏輯結構設計

基于概念結構、設計結構開展邏輯結構設計工作，規定各個概念需要的信息，以數據表格的形式保存至數據庫。用戶信息需要用戶編號和名稱、單軌吊編號、登錄姓名及密碼等；單軌吊信息包括編號及車牌號、網絡狀態、車速狀態等；基站信息包括編號及編碼、基站名稱、ZigbeeIp地址、更新時間等；地圖信息包括編號和名稱、背景顏色、偏移比例和數值等；道岔信息包括編號和控制器方向、道岔顯示器方向、交通指示燈狀態等；定標信息包括定標編號、名稱和類型、地圖編號、所屬基站編號、偏移量等。

4 人機交互界面

人機交互界面作為單軌吊調度系統的重要組成部分，主要實時顯示井下單軌吊運行狀態參數數據及位置，同時，調度人員也可以通過人機交互界面遠程調度單軌吊進行規定的工作。單軌吊調度系統中最為核心的部分是地圖顯示區域，如圖5所示。圖5中能夠顯示礦區示意圖、道岔、信號燈狀態等，需要進行文字說明的進行了文字標注；基站狀態需要標識的采用紅色和綠色兩種狀態進行區別，前者表示異常，后者表示正常；道岔標注了狀態、方向、報警、斷網等信息，雙擊道岔可以查看道岔的狀態和強制改變方向；紅綠燈用顏色區別，雙擊紅綠燈可以查看紅綠燈的狀態和強制變燈；機車狀態包括正常、離線和報警，鼠標放在機車，可以查看機車的狀態數據。鼠標雙擊機車，可以遠程控制機車。

圖5 單軌吊系統實時車輛系統界面

5 應用效果評價

為了驗證導軌吊調度系統設計的可行性，將其應用于某煤炭企業進行試運行，跟蹤記錄系統工作情況。應用結果表明，調度系統運行穩定可靠，實現了井下單軌吊遠程監測和調度的功能。統計結果顯示，調度系統的投入使用，提高了單軌吊近10%的有效工作時間，導軌吊系統故障率降低了近6%，通過系統報警信息可以很快確定單軌吊系統的故障位置，減少了近3%的故障排除時間，降低了煤炭的生產成本，取得了很好的應用效果。

6 結語

單軌吊作為煤炭井下運輸的關鍵輔助設備，其工作效率直接關系井下運輸設備的工作效率，必須引起高度重視。針對某煤炭企業單軌吊運行現狀，開發了一套調度系統，應用結果表明，系統工作穩定可靠，實現了單軌吊狀態監測和遠程調度的功能。統計結果顯示，應用單軌吊調度系統，使單軌吊實際工作效率提高近10%，故障率降低了近6%，減少了近3%的故障排除時間，降低了煤炭的生產成本，具有很好的應用前景。