矿用单轨吊调度系统设计与应用研究

卢志刚

（山西焦煤西山煤电马兰矿，山西 古交 030200）

煤炭作为推动经济和社会发展的重要保障资源，其需求总量逐年提高，煤炭掘进工作量也不断增加，对煤炭生产设备的要求越来越高[1]。单轨吊作为一种采区辅助运输装置，需要与其他煤炭运输设备配合使用[2]。单轨吊组成涉及电动机、传动系统、控制系统，均采用安全防爆元器件，具有在复杂环境下生产作业的能力[3]。与此同时，单轨吊具有检修容易、运输灵活和可靠性高等突出的优势，现已成为煤炭运输工作不可或缺的设备[4]。但是，由于井下环境复杂多变，单轨吊定位监控问题一直困扰着煤炭生产企业，偶尔还会出现堵塞和撞车事故，极大地限制了煤炭企业的工作效率[5-6]。因此，针对某煤炭企业单轨吊运行现状开发一套调度系统，对于提高单轨吊的利用率等具有重要的意义。

根据煤矿井下单轨吊实际运行过程中存在的问题，分析单轨吊调度系统应该具备的功能要求，以满足企业对单轨吊的调度要求，提高单轨吊的利用效率。首先单轨吊调度系统需要能够实时显示井下单轨吊机车监测数据，包括速度、位置、温度等；
其次是具有完成基站基础信息、车辆、矿区、地图等相关信息的管理功能；
之后是具有故障警告功能，即在通信失败时发出故障报警并将故障信息进行存储；
最后能够完成调度信息数据的读取、分析和存储功能，以供工作人员查询历史数据，将数据存入数据库，指导设备维护和管理使用。

2.1 总体结构

图1 调度系统总体结构

基于单轨吊调度系统设计需求分析结果，完成了调度系统总体结构设计，如图1所示，调度系统主要组成包括单轨吊系统客户端、单轨吊系统服务器、Flex授权服务器和数据库等。单轨吊系统客户端主要采集井下单轨吊自身的运行状态数据，及时上传服务器；
单轨吊系统服务器主要负责数据的分析和处理，之后进行数据存储和显示；
Flex授权服务器支持客户端设计，完成调度系统访问权限的设置与授权；
数据库用于存储单轨吊运行数据，以便工作人员需要时随时调取查阅。

2.2 单轨吊系统服务器设计

单轨吊系统服务器运行功能要求能够及时接收zigbee基站上传的机车、道岔主控器、RFID定位、基站状态参数数据等信息，紧随其后完成数据信息的分析和处理。服务器工作时会接收到较大的信息量，包括基站AP信息数据、单轨吊位置信息及其运行状态参数信息、岔道主控器状态信息，对上述各种信息进行处理之后保存至数据库，同时，上传位置信息和报警情况至客户端，实现单轨吊数据信息的实时共享。单轨吊系统服务器功能模块关系如下页图2所示。

2.3 Flex授权服务器设计

Flex授权服务器主要用于开发客户端使用，因为服务器需要提供授权才能正常使用，才能接入互联网进而访问网络中的web客户端。Flex授权服务器的授权工作结构组成如下页图3所示。由图3可以看出，Flex授权服务器授权时首先进行数据解析，之后通过TCP通信将信息传输至客户端，通信使用的是843端口，具有数据双向传输功能。

图2 功能模块关系

图3 系统结构组成

2.4 单轨吊系统客户端

单轨吊系统客户端工作时能够实时为用户输出形象生动的巷道图，把井下单轨吊所处的具体位置数据实时显示出来，并且能够对单轨吊的历史行进轨迹进行显示。同时，通过客户端还能够实时监测井下各个基站、机车、岔道、交通等的状态信息。调度人员能够可视化地完成井下单轨吊的调度，可以由客户端设置相关操作指令，包括岔道变换、交通信号等切换、单轨吊移动等，具有远程操作控制功能。通过单轨吊系统客户端管理人员能够统计司机的登机时间、单轨吊运行情况，进而便于司机考勤的统计，同时也能够直接打印提取单轨吊相关的各类报表等。

数据库作为调度系统中的重要组成部分，结构组成的合理性与否直接关系着调度系统运行的效率和功能实现的连贯性。合理的数据结构能够很好地保证数据信息的处理速度和时效性，确保单轨吊相关数据的实时传输和信息共享，降低因为信息滞后产生失误调度情况。数据库设计之前，不仅需要了解用户需求，还要考虑未来数据库的可扩展性，下面进行数据库设计工作。

3.1 概念模型设计

实体关系图示是系统数据库概念模型设计的主要表示形式，即常说的E-R图。实体关系图是一种用以表示数据库静态结构的概念模式，具体涉及关系、属性和实体3个概念，以此表达数据的基本结构。此处的单轨吊调度系统的实体包括用户、单轨吊、基站、地图、道岔、位置等，概念模型E-R模型如图4所示。

图4 概念模型E-R模型

3.2 逻辑结构设计

基于概念结构、设计结构开展逻辑结构设计工作，规定各个概念需要的信息，以数据表格的形式保存至数据库。用户信息需要用户编号和名称、单轨吊编号、登录姓名及密码等；
单轨吊信息包括编号及车牌号、网络状态、车速状态等；
基站信息包括编号及编码、基站名称、ZigbeeIp地址、更新时间等；
地图信息包括编号和名称、背景颜色、偏移比例和数值等；
道岔信息包括编号和控制器方向、道岔显示器方向、交通指示灯状态等；
定标信息包括定标编号、名称和类型、地图编号、所属基站编号、偏移量等。

人机交互界面作为单轨吊调度系统的重要组成部分，主要实时显示井下单轨吊运行状态参数数据及位置，同时，调度人员也可以通过人机交互界面远程调度单轨吊进行规定的工作。单轨吊调度系统中最为核心的部分是地图显示区域，如图5所示。图5中能够显示矿区示意图、道岔、信号灯状态等，需要进行文字说明的进行了文字标注；
基站状态需要标识的采用红色和绿色两种状态进行区别，前者表示异常，后者表示正常；
道岔标注了状态、方向、报警、断网等信息，双击道岔可以查看道岔的状态和强制改变方向；
红绿灯用颜色区别，双击红绿灯可以查看红绿灯的状态和强制变灯；
机车状态包括正常、离线和报警，鼠标放在机车，可以查看机车的状态数据。鼠标双击机车，可以远程控制机车。

图5 单轨吊系统实时车辆系统界面

为了验证导轨吊调度系统设计的可行性，将其应用于某煤炭企业进行试运行，跟踪记录系统工作情况。应用结果表明，调度系统运行稳定可靠，实现了井下单轨吊远程监测和调度的功能。统计结果显示，调度系统的投入使用，提高了单轨吊近10%的有效工作时间，导轨吊系统故障率降低了近6%，通过系统报警信息可以很快确定单轨吊系统的故障位置，减少了近3%的故障排除时间，降低了煤炭的生产成本，取得了很好的应用效果。

单轨吊作为煤炭井下运输的关键辅助设备，其工作效率直接关系井下运输设备的工作效率，必须引起高度重视。针对某煤炭企业单轨吊运行现状，开发了一套调度系统，应用结果表明，系统工作稳定可靠，实现了单轨吊状态监测和远程调度的功能。统计结果显示，应用单轨吊调度系统，使单轨吊实际工作效率提高近10%，故障率降低了近6%，减少了近3%的故障排除时间，降低了煤炭的生产成本，具有很好的应用前景。