露天礦卡車智能調度解決方案

背景

露天礦山采區作業范圍廣，地點移動變化大，設備狀態變化快，采用傳統的生產調度與生產組織方式不能及時、全面、準確掌握現場作業條件頻繁變化的情況，調度員靠個人經驗調整生產，無法保障采礦生產過程的優化與高效率。人工收集信息、手工計算數據，數據準確性低，響應及時性差；人工執行配礦計劃調度車輛，混礦品位波動大。為了提高生產效益，降低生產消耗，必須立足于對大規模生產的全局進行統籌管理，立足于對生產的實時信息進行最優的實時調度，形成科學智能的計算機調度系統，這樣才能從根本上解決生產管理過程的問題，以確保實現高效高產的生產目標。

2001年，北京速力科技有限公司承接國家科技部“十五”科技攻關課題，開始自主研發卡車智能調度系統，2002年該于首鋼水廠鐵礦實施，2003年通過國家驗收。經過二十多年潛心研究，已經發展至第五代卡車智能調度系統，并取得了如下成績：

2006年北京市科委鑒定為“國內首創、國際先進”

2007年獲得國家科技進步二等獎；

2011年取得露天采礦GPS卡車智能調度系統著作權

2012年取得“高精度GPS牙輪鉆機自動布孔系統”發明專利

2019年獲得建筑材料科學技術獎二等獎；

2019年獲得“露天采場智能配礦系統”計算機軟件著作登記權證書。

2019年 “露天礦燃油智能管控系統及關鍵技術研究” 冶金礦山科學技術三等獎。

解決方案

系統架構

系統綜合利用全球衛星定位技術，無線通訊技術、云技術、人工智能和數據分析等技術，對采場空間范圍內裝、運、卸全過程進行智能管控。

系統由智能終端、控制中心、無線通訊系統三部分組成。

功能架構

系統采用模塊化設計由眾多子模塊組成，包括：智能調度、二維電子地圖、三維電子地圖、智能報表、智能配礦、燃油管控、防碰撞、防疲勞駕駛、倒車影像、車載視頻、胎壓管理、稱重管理、大屏幕、視頻監控、鉆機高精度自動布孔等模塊。

網絡架構

系統網絡包括局域網絡和采場無線網絡。

根據礦山實際情況，采場無線網絡支持MESH、4G自組網、5G自組網、4G公網、5G公網等方式實現采場的無線覆蓋，并結合礦山管理網、控制網，實現多網合一，統一管理。

智能終端

智能終端安裝在采場移動設備上，具有防水、防塵、防過熱、抗震等功能，適應工業現場能力強，對過壓、過流、過熱、欠壓具有自保護功能。采用彩色觸摸屏菜單式操作，具有定位功能、設備狀態自動識別、調度功能車輛狀態報告功能、為其他設備代發信息、系統建立功能、計算功能、通訊功能、導航功能、接口功能、信息緩存功能、語音播報提示功能、信息查詢、設備維護管理、報警功能、系統接口等功能。

生產指揮中心

生產指揮中心是采礦智能調度和未來智慧礦山系統建設的大腦，負責露天礦的生產指揮，對礦區生產進行總體協調，執行上級生產計劃、管理等相關功能，是整個露天礦生產的現場直接指揮機構。

實施功能及優化提升

智能調度

實時對數據進行動態采集，綜合20多個約束因子，無需人為干涉，對車輛動態智能調度。

設備狀態監控

系統由北斗、GPS 跟蹤系統自動進行位置監測，自動采集生產設備任何時間點的信息，如位置、狀態、速度、方向、物料等,并隨時在軟件界面展現。

調度圖表

系統能夠實時自動生成各種生產數據統計報表，包括人員產量報表、車鏟產量報表、設備運距查詢、超速情況等，并以餅狀圖、柱狀圖、曲線圖等直觀方式展示，為生產決策提供依據。

管理業務駕駛艙

管理業務駕駛艙為管理者提供更全面、更直觀、更具指導意義的決策數據。

智能配礦

根據露天礦開采現狀、開采計劃和爆堆品位分布，按照設定的礦量、品位約束條件，在多個爆堆之間進行優化計算得出最優的配礦方案，并可通過波動調節旋鈕尋求配礦精細度和生產效率之間最佳平衡點。

油耗管控

系統主要由油罐車控制裝置、受油車身份識別裝置、受油車燃油消耗采集裝置、車載終端、數據傳輸網絡和中央管控中心組成?？梢詫崿F加油站、油罐車、自卸礦車及工程機械的油料流動和消耗的實時跟蹤，能夠有效防止加油過程中的油料的非正常損耗。

稱重管理

系統采用激光雷達測量技術，將掃描設備安裝在礦車必經之路的龍門吊上，當礦車以一定的速度勻速經過龍門吊下方時，激光雷達測量儀對礦車的車斗以扇形角度進行輪廓掃描，得出車斗所裝載礦石的體積圖像和數據。

胎壓管理

礦用車輛輪胎作為礦山運營投入的三大消耗品之一，很多礦用輪胎報廢屬于輪胎早期失效,甚至自燃、爆炸、出現生命安全。胎壓管理系統可以實時監測輪胎運行狀態，及時發現輪胎故障，預防爆胎等突發事故，保障安全高效生產。

防碰撞

利用GPS 定位技術、無線通訊技術，并輔以語音報警和預測算法等技術，充分解決礦區作業空間復雜、作業強度大、盲區多、車型復雜以及人員長時間作業等因素造成的車輛碰撞事故等多種困擾生產管理者的問題，為露天礦的正常生產提供可靠的安全保障。

防疲勞系統

對駕駛員的危險駕駛行為進行分析預警及司機人臉考勤，采集的視頻用于主機執行危險駕駛行為分析智能算法，可檢測包含開車抽煙、打電話、不目視前方、疲勞駕駛等行為，及時發出報警提醒司機。

倒車影像

卡車倒車時通過智能終端展示倒車的影像，確保司機倒車安全。

鉆機高精度布孔

利用厘米級高精度多系統衛星定位技術實現牙輪鉆機鉆桿位置精確定位，實現牙輪鉆機布孔、穿孔過程，提高布孔、穿孔作業的自動化控制水平和精度，達到管理過程精細化、控制過程數字化。

應用效果與經濟效益

厘米級高精度定位鉆機自動布孔系統

系統簡介

厘米級高精度衛星定位鉆自動布孔系統主要利用高精度北斗、GPS、GLONASS多星系統實現鉆機精確定位。系統軟件與數字地質軟件、模擬爆破軟件數據共享，通過無線網絡將布孔位置下發到鉆機智能終端上。鉆機智能終端根據布孔位置自動找到孔位，達到誤差允許范圍時提示開始鉆孔，鉆孔完成后將穿孔坐標、孔深、穿孔性質等數據上傳到中心控制室，為數字地質軟件提供原始數據，免去原來由測量人員實地測量擺石堆及鉆孔后驗收的工作。

系統將高精度定位技術應用到鉆機布孔、穿孔過程，提高布孔、穿孔作業的自動化控制水平和穿孔精度，達到管理過程精細化、控制過程數字化。

圖：系統原理

系統基本功能

高精度定位鉆機自動布孔系統主要包四個部分組成：

第一部分：鉆機檢測數據

根據鉆機本體設備協議，采集空壓機氣壓、油溫、油壓、油位，電機電壓、電流等數據。

采集穿孔深度數據。

采集孔位傾角數據。

第二部分：厘米級高精度智能終端

該部分主要完成定位信息采集、穿孔定位、鉆機狀態信息采集，同時與地面控制中心通訊。

圖：厘米級高精度智能終端

第三部分：差分基準站

差分基準站GPS +北斗+ GLONASS多星系統坐標并與基準坐標比較，將TRK差分信息通過無線網絡以一定的規約發送到智能終端，提高定位精度。

圖：差分基準站

第四部分：管控中心

該部分主要完成鉆機數據分析、數學模型運算、與數字地質系統交換鉆穿孔孔位坐標、電子地圖等功能。

圖：電子地圖與數據統計

投入后的效益及效果

使用新技術手段解決了復雜生產過程的自動控制問題，加快了向自動化與信息化邁進的步伐，在實現企業科技進步的前提下提高了管理水平，并通過提高生產能力擴大規模經濟效益，同時，通過降低消耗獲取直接利益，實現低能耗的節約型企業建設。系統投入后達到的效益、效果：

1、采礦信息化重要組成：是采礦業工藝向自動化、信息化邁進的進一步延伸，是采礦業自動化、信息化組成的一部分。

2、降低穿孔成本：提高穿孔作業效率，提高穿孔質量和爆破質量，降低穿孔廢孔率和爆破根塊率，進而提高鏟裝作業效率等具有積極的作用，可降低穿爆成本10~14%。

3、提高穿孔精度：運用高精度定位系統做引導，改變了傳統的生產方式，使對孔誤差達到最小。實踐證明，運用高精度定位系統鉆機形成的爆區孔網合格率達到100%。

4、提高設備作業效率：以GPS定位系統引導鉆機對孔，消除了雨、雪、霧、白天、夜間的影響因素，實現了鉆機全天候作業，提高了設備作業效率。

5、提高測量工作效率：實現了自動布孔、自動測量坐標、自動上傳坐標，免除了中間過程，提高了測量工作效率和測量精度，并實現了生產過程數據共享。

6、精確孔底控制：在保證鉆孔的水平定位精度的同時，還能對穿孔深度進行動態跟蹤，使所穿孔深精確控制在同一個水平面或在一個水平角的坡面內。

燃油智能管理系統

背景

目前，國內大多數露天采礦在礦物運輸過程中使用重型卡車，為保證生產安全有序，同時還需要大量的大型工程機械，在采礦生產成本中燃油消耗所占比重在30%以上。然而，企業在油料使用環節還存在著管理不科學、浪費嚴重等狀況。油料管理水平的高低，將關系到企業的直接經濟效益和經營生產安全。在目前國家大力提倡節能環保、降低碳排放的條件下，露天礦燃油智能管控就變得更加重要。

系統功能

燃油智能管控系統，是專門針對露天礦山企業油罐車、加油站成品油輸出以及各種車輛燃油消耗過程實時管控而開發的一套監控管理系統。它即可以與礦車調智能度系統集成，也可以單獨組成獨立系統，有效地監控油罐車、加油站成品油輸出和各種生產車輛燃油消耗的實時狀況，還能為受油設備提供最優的加油方案。   系統通過對成品從油輸出環節到消耗的環節的實時管控，從而規范和監督成品油輸出、消耗各個環節的操作行為，防止違規操作，杜絕浪費，為企業管理提供科學依據。

系統總體架構

系統由管控中心、無線通訊網絡、車載智能設備等組成。

圖：系統總體架構

管控方案

燃油輸出管控

燃油輸出管控是露天礦燃油智能管理系統的核心之一。由受油設備身份識別模塊、燃油輸出控制模塊、燃油輸出量采集模塊和罐體油位監控模塊四個部分，結合地理位置信息、無線通訊模塊及車載終端組成。

圖：燃油輸出管控

受油設備身份識別

受油設備身份識別模塊用于識別受油設備的合法身份，通過身份識別后的受油設備，啟動燃油輸出控制，如果是系統管控的車輛可以正常加油，非系統管控車輛加油功能自動關閉，避免燃油非正常流失。

燃油輸出控制

燃油輸出控制模塊與車載終端的開關量接口連接。在受油設備通過合法身份識別后，啟動加油允許，加油允許為DC 24V高電平時，控制加油開關電磁閥打開，為受油設備加油；未通過合法身份識別的設備，加油允許為0V低電平，電磁閥關閉，不能加油。

燃油輸量出采集

油罐車在總油庫加注完燃油后，油罐車燃油輸出管控系統就開始對罐體內燃油進行實時管控，非正常情況燃油輸出，系統有記錄、有報警，保證成品油輸出環節的非正常流失。

罐體油位監控

罐體油位監控模塊采用油位計，將油位計安裝在油罐車的罐體和地下儲油罐體中，通過RS485接口與車載終端RS485接口連接，實時監控罐體燃油剩余量。罐體油位監控一方面為加油員提供罐體燃油剩余量，避免人工檢查導致的不安全隱患；另一方面為后續加油調度指派車輛控制流率。

油罐車、加油機終端

油罐車、加油機終端主要負責輸出油量的采集、受油設備身份識別，實時與管控中心數據交換。

圖：油罐車、加油機終端軟件

受油設備燃油消耗管控

燃油消耗管控是露天礦燃油智能管理系統的核心之二。受油設備燃油消耗管控主要是通過控制加油量、消耗量來實現對燃油的管控。通過給受油設備配備身份識別卡，在加油時通過身份識別來啟動油罐車、加油機的加油過程。在燃油消耗方面通過對燃油消耗實時采集和異常報警，杜絕燃油非正常損耗。

異常報警

燃油報警具備高、低限報警和瞬變報警功能，當加油過程中達到規定高限時，自動報警，避免溢燃油導致的非正常損失；在車輛運行時，燃油低于規定低限時，自動報警，避免因燃油不足導致的設備故障，同時啟動加油調度；當燃油量瞬間發生驟變時，自動報警，避免燃油非正常損耗。

智能加油調度

智能加油調度是露天礦燃油智能管理系統的核心之三。加油調度有其特殊性，即：油罐車不能作為固定點目標來處理，在加油調度中受油設備的目標終點既不能是油罐車也不能是某一固定目標地點，必須是將油罐車與某一固定目標點綁定。因此，在加油調度中要實時掌控油罐車的空間地理位置和當前狀態，才能實現智能加油調度。

管控中心

管控中心的主要作用是通過對現場控制設備的實時數據采集，運用科學的管理手段，實時管控燃油的輸出與消耗，提升企業的油料管理水平，降低燃油消耗，達到節能減排的目的。

統計分析

系統可根據各油罐車、自卸礦車、工程機械車載終端提供的原數據，自動生成各種管理分析報表，對油料相關管理指標進行統計分析。主要有以下報表：

油罐車進出油量綜合統計；

加油員提加油量綜合統計；

受油設備加油量綜合統計；

受油設備消耗量綜合統計；

單位班次用油量綜合統計；

單位班組用油量綜合統計；

運輸設備噸公里單耗等。

圖：統計分析

經濟效益及效果

系統已經成功應用多個大型露天礦山企業，取得了良好的經濟效益和社會效益。以某露天礦為例，測算測算如下經濟效益。

第一   直接經濟效益

通過對燃油輸出設備設備嚴密的自動化、智能化管控手段，精確控制燃油輸出設備的燃油輸出量，利用無線網絡實現數據實時上傳；同時對燃油消耗設備的燃油實時消耗進行全天候的智能管控，精確分析和統計燃油消耗，為生產指揮及時準確提供數據支撐，實現內燃設備的智能調度指揮，燃油成本降低了0.005升tKm,按2016年度223715848tKm計算，節約燃油1118579.24升，按平均柴油單價5.5元/升計算，年經濟效益615.22萬元。

第二   間接效益和社會（環境）效益

系統通過對成品從油輸從出環節到消耗的環節的實時管控，從而規范和監督成品油輸出、消耗各個環節的操作行為，杜絕浪費，實現了節能減排的目的。按每升柴油（10號）排放CO2：2.6765kg計算，每年減少碳排放約2993877Kg，為保護環境做出貢獻。

配電室無人值守系統解決方案

背景

變電所是供電系統的重要組成，變電所的安全運行關系著企業的安全生產，也關系企業的經濟運行。面對井下復雜的地質條件、惡劣的作業環境，變電所無人值守是適應企業的發展需要，變電所無人值守能有效的降低人員的使用，降低企業成本。

建設目標

為了提高全礦自動化控制水平，提高勞動生產率，對生產設備進行監控，并采取相應的技術措施，實現對電氣設備及系統的參數如電流、電壓、功率等的監測，以及對電氣設備的運行狀態、預報及故障信號的監控，通過計算機網路，送至總控制室。

系統組成

各水平變電所設置采集控制站，采集中央變電所綜保系統和變電所裝設的多功能監測裝置系統的各種數據，將各配電回路電氣數據如電流、電壓、功率等傳到控制系統。

通信網絡

通過RS485或以太網的方式，采集綜保系統和多功能電表數據

采集控制站

在各個水平變電所設置控制站，能夠處理采集上來的信息，能夠通過控制站進行遠程停送電。

監控主機

地表控制中心放置監控主機，實時顯示井下個變電所數據，用于設置參數、顯示報警、遠程控制停送電等，生成生產用電報表。

系統效果

高、低壓配電室無人值守；

數據自動采集；

遠程停送電，降低人員勞動強度。

生產智能MES系統解決方案

系統背景

隨著科學技術的高速發展，全球工業進入了一個新的發展時期，德國提出了“工業4.0”，美國提出了“先進制造業國家戰略計劃”、日本提出了“科技工業聯盟”、英國提出了“工業2050戰略”，中國也提出了“中國制造2025”。第四次工業革命亦為MES的推廣提供了機會， ERP和PCS在制造企業的廣泛應用也為MES提供良好的基礎，但就目前來說，對MES的認識及實施因行業的不同而存在差異，也因地區的不同而出現發展的不平衡，因此各行業、各企業應根據自身的條件和特點，選擇適合自己發展的MES，解決傳統制造信息系統和過程控制系統之間的缺少信息連接的問題，因此，制造企業中實施MES具有極其重要的意義。

首先，MES不僅是工業4.0落地的重要環節，更是兩化深度融合的有效手段，得到了越來越多企業的重視，MES已成為企業轉型升級、持續發展的核心管理系統。

第二，礦山行業當前市場形勢，需要企業精細管理的深度落實，這就需要實施能夠實現廠礦、車間生產管理信息化、制造執行過程監控信息化的MES。

第三，礦山生產過程監控不便，過程控制穩定性難以達標。MES 實現了廠礦、車間生產過程透明化，管理科學化，能夠及時找出影響產品品質和消耗成本的問題根源，提高計劃的實時性和靈活性，同時又能改善生產線的產出效率，從而使工藝線打出設計能力或超出設計能力的產出。

建設目標

生產制造執行MES系統解決方案為企業提供了生產過程透明化管理的有效途經，是以生產管理為核心的信息化管理系統，幫助企業建立集成的生產現場過程控制透明化管理平臺,以及搭建完善的生產過程數據庫，從而滿足企業對生產過程的實時監控與全面追溯需求，通過數據統計分析達到不斷改善產品產出與品質，從而達到企業持續提升企業的市場影響力的需求。

系統組成及架構

MES系統以生產工藝為主線；以自動化、計量、能源等工業實時數據為基礎；貫穿生產、質量、調度、設備、技術、采購、銷售、能源等專業管理業務；涵蓋計劃管理、技術管理、產品發運、生產調度、生產控制、產品庫存、物料管理、設備管理、能源管理、質量管理、計量管理、系統管理十二個功能模塊。

應用效果效益

主要的管理效果體現如下：

管理水平顯著提升

強化集中管理，形成協作機制，促進協同管理

弱化職能式管理，加強流程式管理。

促進規范化標準化管理，提高執行力。

促進精細管理，加強管理力度。

提高管理透明度，增加管理約束力。

管理效率顯著提高

系統能夠實時、動態反映生產、計量、質量、物流等數據，可以隨時查詢和應用。

數據和信息從最基層的計量、質檢、設備獲取或系統自動生成，數據不落地，保持數據和信息的及時性、準確性。

各級領導、管理人員從大量的、重復性的、低管理含量的工作中解脫出來。

過去需要采用手工方式、花費大量人力和時間的工作，現在借助信息化手段，轉化成簡單、短暫的動作，工作效率成百上千倍的提高。

管理基礎得到加強

提供真實準確的數據。由人工錄入轉變為通過自動化儀器儀表直接采集到系統二級庫中進行加工整理，實現數據不落地、保障數據真實性。

加快數據分析和反應速度。系統自動形成可視化看板，實時隨地關注現場生產實時情況。