諸華清

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

江西銅業(yè)貴溪冶煉廠選礦車間年處理冶煉爐渣160萬t，每天產(chǎn)出尾礦5500t左右，通過汽車和火車運(yùn)輸，銷售至各水泥生產(chǎn)廠家作為水泥生產(chǎn)原料，車間原有3臺(tái)10t有人駕駛尾礦行車，完成每天產(chǎn)出的尾礦倒運(yùn)及火車裝車任務(wù)，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，裝車數(shù)量已至極限，裝車精度達(dá)不到要求，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境有噪音、粉塵傷害，庫(kù)區(qū)內(nèi)火車裝運(yùn)和汽車裝運(yùn)同時(shí)進(jìn)行，作業(yè)場(chǎng)所環(huán)境復(fù)雜，安全風(fēng)險(xiǎn)高等問題。隨著企業(yè)發(fā)展面臨人力資源成本的上升、減員增效的壓力，一些勞動(dòng)強(qiáng)度大、環(huán)境對(duì)勞動(dòng)者有職業(yè)傷害的特種作業(yè)崗位出現(xiàn)人員緊張態(tài)勢(shì)，因此，尾礦行車實(shí)現(xiàn)無人化、智能化升級(jí)改造既實(shí)現(xiàn)減員增效，提升安全保障，又順應(yīng)國(guó)家提出的2025計(jì)劃即智能化工廠發(fā)展的新趨勢(shì)。

2 尾礦行車升級(jí)改造目標(biāo)

通過智能控制軟件和智能識(shí)別系統(tǒng)對(duì)尾礦行車進(jìn)行整體升級(jí)改造，改造完成后可以提升現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全，實(shí)現(xiàn)行車無人化智能化作業(yè)，提高行車裝車效率和裝車精度，同時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)生成并存儲(chǔ)裝車信息、庫(kù)存管理的日?qǐng)?bào)、月報(bào)功能。由于原有行車使用年限達(dá)15年，行車機(jī)電配置較低，且已近報(bào)廢期限，改造時(shí)新購(gòu)3臺(tái)新行車淘汰原有就行車。該改造項(xiàng)目為邊生產(chǎn)邊改造，且改造過程調(diào)試時(shí)間較長(zhǎng)，方案制定時(shí)必須考慮到生產(chǎn)連續(xù)性，故分兩次更換淘汰原有行車，因此，新行車仍保留了本地操作室人工駕駛操作，考慮智能化后行車使用過程需要點(diǎn)檢、維護(hù)及維修，改造后除實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)無人智能化作業(yè)，也可切換至本地操作室人工駕駛操作，或在遠(yuǎn)控操作中心操作臺(tái)上的任務(wù)終端工控機(jī)選擇指令，通過操作臺(tái)手柄按鈕等對(duì)尾礦行車進(jìn)行操作，便于點(diǎn)檢和維修人員安全上行車進(jìn)行點(diǎn)檢和維修作業(yè)［1］。

3 智能化行車系統(tǒng)概要

智能化行車系統(tǒng)是指通過將行車機(jī)上操作模式改造為智能化系統(tǒng)遠(yuǎn)程無人化智能化運(yùn)行，同時(shí)具備遠(yuǎn)程人工控制功能［2］。通過在行車上安裝先進(jìn)的傳感器，諸如激光掃描儀，激光測(cè)距儀，編碼尺等設(shè)備，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)算，形成空間立體坐標(biāo)系，實(shí)現(xiàn)行車定位精確控制，再由計(jì)算機(jī)模型系統(tǒng)，智能計(jì)算、智能決策生成行車作業(yè)指令，實(shí)現(xiàn)無人化智能化行車系統(tǒng)，即實(shí)現(xiàn)行車由人工駕駛轉(zhuǎn)化成了計(jì)算機(jī)智能控制。

無人行車網(wǎng)路架構(gòu)圖見圖1。每臺(tái)行車大梁上安裝有3臺(tái)激光掃描儀，行車上電氣室內(nèi)配置有機(jī)上PLC及防搖工控機(jī)，機(jī)上與地面通訊采用5.8G無線網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場(chǎng)還安裝有安全從站PLC，負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)安全門的管理。服務(wù)器及控制終端放置在中央控制室內(nèi)［3］。

圖1 網(wǎng)路結(jié)構(gòu)圖

4 無人行車硬件構(gòu)成

無人行車硬件系統(tǒng)主要由四大系統(tǒng)組成，分別是“主機(jī)系統(tǒng)”、“終端系統(tǒng)”、“行車定位系統(tǒng)”及“智能識(shí)別系統(tǒng)”。主機(jī)系統(tǒng)是系統(tǒng)核心，起到了運(yùn)算、建模、決策等功能；終端系統(tǒng)是人機(jī)交互界面，把無人化行車的運(yùn)行情況展現(xiàn)出來；行車定位系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)行車精確控制；智能識(shí)別系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)信息，將信息匯總給主機(jī)系統(tǒng)。

4.1 主機(jī)系統(tǒng)

主機(jī)系統(tǒng)是無人化行車系統(tǒng)的核心系統(tǒng)，包括圖像處理服務(wù)器和應(yīng)用、數(shù)據(jù)主控服務(wù)器，內(nèi)部集成無人化行車過程控制系統(tǒng)軟件、礦位仿真處理軟件及與行車PLC系統(tǒng)、主控遠(yuǎn)程PLC系統(tǒng)的通訊軟件，它負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)通訊、信號(hào)接收發(fā)送和參數(shù)計(jì)算修正等重要工作，以此建立了1套完整的系統(tǒng)內(nèi)部通訊網(wǎng)絡(luò)［4］。

無人行車系統(tǒng)共配置2臺(tái)服務(wù)器，1臺(tái)應(yīng)用及數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，1臺(tái)圖像處理服務(wù)器，全部放置在中控計(jì)算機(jī)房的服務(wù)器機(jī)柜內(nèi)。所有服務(wù)器都選用64位Windows2008操作系統(tǒng)，圖像處理服務(wù)器用于無人化系統(tǒng)中所安裝的所有激光掃描儀的激光數(shù)據(jù)采集和換算；應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器用于運(yùn)行行車無人化系統(tǒng)的應(yīng)用程序，采用DB2數(shù)據(jù)庫(kù)來存儲(chǔ)、管理和控制數(shù)據(jù)。

應(yīng)用與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、圖像處理服務(wù)器、中控PLC控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，讀取圖像處理服務(wù)器數(shù)據(jù)，并用于料堆三維成像及顯示、模型計(jì)算。服務(wù)器硬盤采用RAID磁盤陣列冗余配置，數(shù)據(jù)磁盤配置成RAID5，以兼顧服務(wù)器磁盤的數(shù)據(jù)安全和空間利用率。

4.2 終端系統(tǒng)

無人行車系統(tǒng)操作終端采用5臺(tái)高性能的PC機(jī)，部署在中控室及火車裝車平臺(tái)上?；疖囇b車平臺(tái)部署1臺(tái)觸摸屏一體機(jī)終端，便于現(xiàn)場(chǎng)人員使用，各終端通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接至中控電氣室。兩臺(tái)便攜式終端用于日常維護(hù)。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)的快速以太網(wǎng)(10/100Mbps)體系結(jié)構(gòu)。

4.3 行車定位系統(tǒng)

無人行車定位系統(tǒng)采用編碼尺與激光測(cè)距裝置并行的冗余設(shè)置，在大小車上安裝有編碼尺，通過編碼尺精確定位行車位置，用于無人化系統(tǒng)控制。編碼尺具有抗干擾強(qiáng)，定位精度高等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)輔以激光測(cè)距儀，該設(shè)備主要用于行車間的防碰撞測(cè)距，起到軟件防碰撞后的第二道保護(hù)作用，激光測(cè)距儀具有響應(yīng)快速，定位精準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)，尤其裝車作業(yè)過程中，對(duì)于定位精度要求極高，避免了作業(yè)過程中抓斗和車廂碰撞引起的安全隱患。抓斗控制系統(tǒng)中采用了絕對(duì)值編碼器，分別安裝于起升卷筒與開閉卷筒上，通過編碼器的換算，實(shí)時(shí)計(jì)算抓斗高度及開度，用于抓斗控制，如深挖、四繩平衡等。即編碼尺、激光測(cè)距、絕對(duì)值編碼器共同構(gòu)成了行車定位系統(tǒng)，形成了空間坐標(biāo)系，起到面向散料抓斗行車的精確控制［5］。

4.4 智能識(shí)別系統(tǒng)

尾礦庫(kù)區(qū)、陶瓷過濾機(jī)卸料口和鐵路火車智能識(shí)別采用激光掃描與機(jī)器視覺識(shí)別相輔助的方式。每臺(tái)行車上設(shè)置激光掃描儀、工業(yè)視頻設(shè)備，掃描料場(chǎng)后生成料場(chǎng)圖形，計(jì)算分析后為智能控制系統(tǒng)作業(yè)提供依據(jù)。通過安裝在行車上的3臺(tái)激光掃描儀實(shí)時(shí)掃描整個(gè)尾礦作業(yè)場(chǎng)地，一臺(tái)用于陶瓷過濾機(jī)卸料口掃描，實(shí)時(shí)反饋卸料口高度；一臺(tái)用于尾礦庫(kù)區(qū)掃描，生成實(shí)時(shí)圖像，用于模型系統(tǒng)生成三維庫(kù)區(qū)圖像，精確計(jì)算行車作業(yè)中的取料點(diǎn)及落料點(diǎn)；最后一臺(tái)用于火車車皮的掃描，生成火車車皮三維模型，用于計(jì)算火車裝車過程中精確的裝車坐標(biāo)，執(zhí)行裝車指令。

5 無人行車軟件系統(tǒng)架構(gòu)

5.1 系統(tǒng)架構(gòu)及層次軟件說明

無人行車軟件系統(tǒng)架構(gòu)采用基于PC和PC Server的client/Server體系結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)方案采用業(yè)界流行、符合技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的三層架構(gòu)技術(shù)，由后臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用服務(wù)器及其相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)軟件和中間件軟件組成高可靠、高性能和擴(kuò)展性強(qiáng)的系統(tǒng)，以確保系統(tǒng)在大用戶量訪問下系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速響應(yīng)能力。系統(tǒng)應(yīng)用要滿足前后工序順序、連續(xù)生產(chǎn)的需要，實(shí)時(shí)性要求非常強(qiáng)，后臺(tái)采用企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，系統(tǒng)的前端采用 GUI 圖形界面，界面友好，操作方便。應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的操作系統(tǒng)采用Windows 2008 Server,數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)采用廣泛使用的DB2關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。應(yīng)用程序的開發(fā)使用Microsoft Visual Studio 2012，符合開放的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，具有先進(jìn)性、靈活性、高效性、穩(wěn)定性、安全性、可維護(hù)性等特點(diǎn)。

客戶機(jī)采用性能可靠的高中檔PC機(jī)，以便保證性能可靠和畫面顯示的響應(yīng)速度?？蛻魴C(jī)端操作系統(tǒng)采用Windows 7 Professional，使用Microsoft Visual Studio 2012 和IBM公司的DB2關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行人機(jī)交互界面應(yīng)用的開發(fā)。

5.2 應(yīng)用功能總體說明

無人行車應(yīng)用系統(tǒng)包含了多模塊，主要由“無人化控制系統(tǒng)”、“PLC控制系統(tǒng)”、“火車識(shí)別系統(tǒng)”、“安全防護(hù)系統(tǒng)”和“工業(yè)視屏系統(tǒng)”五部分組成?！盁o人化控制系統(tǒng)”又稱“過程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”，主要負(fù)責(zé)計(jì)算、決策行車作業(yè)指令；“PLC控制系統(tǒng)”又稱“基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)”，該系統(tǒng)負(fù)責(zé)分解并執(zhí)行行車指令；“火車識(shí)別系統(tǒng)”，負(fù)責(zé)提供入場(chǎng)火車信息用于裝車作業(yè)指導(dǎo)；“安全防護(hù)系統(tǒng)”和“工業(yè)視屏系統(tǒng)”共同構(gòu)筑了安全及監(jiān)控管理輔助。

5.2.1 無人化行車控制系統(tǒng)

無人行車控制系統(tǒng)主要包含“抓取作業(yè)規(guī)劃模塊”、“庫(kù)區(qū)三維成像模塊”、“料場(chǎng)布庫(kù)模塊”、“稱重控制模塊”、“防搖控制模塊”、“車皮識(shí)別模塊”、“裝車作業(yè)模塊”、“庫(kù)區(qū)管理模塊”、“行車調(diào)度管理模塊”、“行車沖突管理模塊”、“行車作業(yè)跟蹤管理”、“行車作業(yè)實(shí)際管理”、“行車作業(yè)模式管理”等，功能如下：

（1）抓取作業(yè)規(guī)劃模塊。

通過安裝在行車上靠卸料口端的激光掃描儀，實(shí)時(shí)掃描識(shí)別尾礦庫(kù)區(qū)及過濾機(jī)卸料口尾礦堆存量，礦堆掃描系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別，當(dāng)過濾機(jī)尾礦堆存量達(dá)到設(shè)定位置時(shí)，行車自動(dòng)啟動(dòng)進(jìn)行倒運(yùn)，系統(tǒng)根據(jù)掃描結(jié)果，通知三維成像模塊，模塊計(jì)算出最優(yōu)抓取點(diǎn)，反饋給抓取作業(yè)模塊，行車按最優(yōu)抓取點(diǎn)及路徑進(jìn)行抓取作業(yè)。

（1）庫(kù)區(qū)料堆三維成像模塊。

通過安裝在行車中間的激光掃描儀進(jìn)行料堆三維數(shù)據(jù)采集［6］，形成三維圖形，計(jì)算料堆位置及料堆高度和堆寬，并規(guī)劃抓取、存放點(diǎn)和大小車移動(dòng)路徑策略提供給料場(chǎng)布庫(kù)模塊。當(dāng)需要裝車作業(yè)時(shí)，計(jì)算抓斗抓取點(diǎn)和抓取路徑規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝車作業(yè)。

圖2 庫(kù)區(qū)料位三維掃描成像

（3）料場(chǎng)布庫(kù)模塊。

分析倒運(yùn)布庫(kù)作業(yè)計(jì)劃內(nèi)容并通知庫(kù)區(qū)料堆三維成像系統(tǒng)，計(jì)算堆料的起始、終止地址，確定布庫(kù)模式，計(jì)算完成后生成行車布庫(kù)控制指令，選擇最優(yōu)分配行車執(zhí)行。抓取作業(yè)完成后，根據(jù)掃描儀掃描的圖形結(jié)果，由庫(kù)區(qū)料場(chǎng)三維成像模塊統(tǒng)計(jì)當(dāng)前庫(kù)存剩余空間及本次抓斗放料量，分析落料位置，避免單堆過高或過低，提升空間利用率，達(dá)到庫(kù)區(qū)效率最大化。

（4）稱重控制模塊。

行車裝車時(shí)每次抓完料進(jìn)入火車皮上方，系統(tǒng)自動(dòng)稱重，卸礦后再次稱重，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算兩次差值，即凈重值，并做一次累積計(jì)算，直至火車載重額定值負(fù)1噸以內(nèi)，停止該節(jié)車皮裝車，轉(zhuǎn)入下節(jié)車皮裝車。稱重控制系統(tǒng)除在監(jiān)控中心記錄外，在每臺(tái)行車駕駛室內(nèi)設(shè)置顯示記錄，可人工本地駕駛裝車作業(yè)。

（5）防搖視覺識(shí)別控制模塊。

采用閉環(huán)防搖的方式，變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)牽引大、小車在軌道上運(yùn)動(dòng)，在對(duì)行車大、小車運(yùn)行速度控制的基礎(chǔ)上，通過增加抓斗擺角的檢測(cè)反饋，設(shè)定控制曲線進(jìn)行補(bǔ)償從而實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)高速行走。

圖3 抓斗防搖原理圖

（6）車皮識(shí)別模塊。

讀取火車車皮底部中梁上的電子標(biāo)簽(TAG),獲取電子標(biāo)簽內(nèi)部存儲(chǔ)器中的車號(hào)信息和車皮編組信息，自動(dòng)計(jì)算出整列火車車皮編組情況。通過讀取列車位置定位信息指導(dǎo)行車大車自動(dòng)運(yùn)行到車皮上方并進(jìn)行裝卸作業(yè)［7］。通過安裝在行車上的激光掃描儀，掃描裝載車輛的輪廓外形，利用車皮特征值數(shù)據(jù)，計(jì)算車皮中心位置，實(shí)現(xiàn)車皮實(shí)時(shí)高精度定位，生成相應(yīng)三維圖像，用于計(jì)算裝車策略及防碰撞識(shí)別，并將上述信息反饋系統(tǒng)服務(wù)器。裝車時(shí)系統(tǒng)根據(jù)掃描結(jié)果統(tǒng)計(jì)當(dāng)前裝載車皮剩余空間及當(dāng)前抓斗放料量，分析落料位置，避免單堆過高或過低，為裝車作業(yè)模塊提供生產(chǎn)作業(yè)指導(dǎo)。

（7）裝車作業(yè)模塊。

①裝車信息流向。火車裝車作業(yè)由火車識(shí)別系統(tǒng)發(fā)起，通過RFID及視覺識(shí)別，系統(tǒng)將自動(dòng)識(shí)別駛?cè)胛驳V庫(kù)區(qū)的火車車皮，將火車車皮信息通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接口發(fā)送至數(shù)據(jù)庫(kù)，由HMI界面進(jìn)行讀取訪問，展現(xiàn)在操作終端上。HMI界面通過網(wǎng)絡(luò)通訊及數(shù)據(jù)接口，將人工確認(rèn)后的火車信息，新產(chǎn)業(yè)作業(yè)狀態(tài)等信息發(fā)送給后臺(tái)無人化控制系統(tǒng)，用于裝車指令及倒運(yùn)區(qū)域判定。三維模型通過數(shù)據(jù)接口，將掃描成像后的計(jì)算抓取策略的數(shù)據(jù)發(fā)送給無人化控制系統(tǒng)。再由無人化控制系統(tǒng)進(jìn)行指令下達(dá)，由PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行指令執(zhí)行［8］。

圖4 信息流向示意

②裝車作業(yè)控制流程。

（a）負(fù)責(zé)接收/生成裝車作業(yè)計(jì)劃指令，判定執(zhí)行最優(yōu)任務(wù)的行車；

（b）指令生成后，待車皮識(shí)別模塊確認(rèn)火車停到位完畢；

（c）自動(dòng)對(duì)火車皮進(jìn)行激光掃描，將掃描數(shù)據(jù)發(fā)送給火車形狀識(shí)別模塊；

（d）采用庫(kù)區(qū)料堆三維成像模塊計(jì)算的最優(yōu)抓取策略進(jìn)行抓取作業(yè)；

（e）執(zhí)行抓取作業(yè)同時(shí)激光掃描儀會(huì)實(shí)時(shí)儲(chǔ)存掃描結(jié)果，用于提供下一次抓料作業(yè)計(jì)算使用；

（f）抓取完成后，通過采集抓斗稱重儀的數(shù)據(jù)，送予火車形狀識(shí)別模塊進(jìn)行分析計(jì)算，裝車形狀識(shí)別模塊會(huì)根據(jù)已經(jīng)掃描成像的三維圖形，判斷是否為空車或已經(jīng)裝有物料的車進(jìn)行圖像識(shí)別及計(jì)算，自動(dòng)執(zhí)行生成的最優(yōu)裝車指令；

（g）在裝車過程中掃描儀實(shí)時(shí)記錄掃描結(jié)果，提供給裝車形狀識(shí)別模塊進(jìn)行下一次裝車計(jì)算；循環(huán)執(zhí)行4至7步驟直至接近車皮額定值；

（h）裝車作業(yè)量接近車皮額定值要求，系統(tǒng)計(jì)算剩余裝在量，根據(jù)剩余裝載量，決定最后抓取一斗量，動(dòng)態(tài)調(diào)整最后一抓重量，確定抓斗抓取量和剩余裝載量之間的誤差在整個(gè)車載允許誤差范圍之內(nèi)。

圖5 裝車作業(yè)控制流程

（8）庫(kù)區(qū)管理模塊

①負(fù)責(zé)將作業(yè)區(qū)域劃將劃分為三個(gè)作業(yè)區(qū)域，汽車只在白天裝車，白天不包含汽車裝車區(qū)域，行車在抓料過程中，禁止駛?cè)肫囇b料區(qū)；

②晚間汽車不裝車，系統(tǒng)將整個(gè)庫(kù)區(qū)劃分為三個(gè)作業(yè)區(qū)域，即包含汽車裝車區(qū)域，行車可以駛?cè)肫囇b料區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、抓料和倒運(yùn)作業(yè)；

③提供料堆信息管理，第一次啟動(dòng)的時(shí)候，行車掃描采集劃分區(qū)域內(nèi)的物料堆料數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳輸給服務(wù)器，通過服務(wù)器內(nèi)定制的數(shù)據(jù)算法，將整個(gè)堆場(chǎng)的物料數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和拼接，擬合出整個(gè)料場(chǎng)的物料信息，并計(jì)算出最佳抓料點(diǎn)，汽車裝料區(qū)在白天不進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、抓料和倒運(yùn)作業(yè)；

④提供故障報(bào)警頁(yè)面，當(dāng)行車出現(xiàn)故障時(shí)能及時(shí)診斷故障類型，存儲(chǔ)故障記錄，并報(bào)警提示，故障記錄能長(zhǎng)期保存；

⑤當(dāng)某臺(tái)行車出現(xiàn)故障報(bào)警或其他特殊情況時(shí)，能立即停止該行車所有動(dòng)作，進(jìn)入鎖定狀態(tài)等待人工排除故障，此時(shí)其他行車仍可自動(dòng)作業(yè)并避讓；

⑥生成當(dāng)日庫(kù)存狀況，記錄并保存；

⑦系統(tǒng)保存車皮裝載的歷史信息，自動(dòng)生成裝車日?qǐng)?bào)、月報(bào)；

⑧預(yù)留與工廠智能網(wǎng)絡(luò)的對(duì)接的接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互傳送。

（9）行車調(diào)度管理。行車調(diào)度管理主要包括作業(yè)區(qū)域劃分、作業(yè)任務(wù)分配功能和作業(yè)任務(wù)分配優(yōu)先級(jí)。

①作業(yè)區(qū)域劃分。根據(jù)行車的主要作業(yè)區(qū)域事先確定規(guī)則，進(jìn)行庫(kù)區(qū)的劃分，作為任務(wù)分配的基礎(chǔ)。

②作業(yè)任務(wù)分配優(yōu)先級(jí)。作業(yè)任務(wù)或經(jīng)過分割后的作業(yè)任務(wù)均可被任意一部行車執(zhí)行完成，作業(yè)任務(wù)需要進(jìn)行類別劃分，并為可以執(zhí)行作業(yè)任務(wù)的行車劃分分配優(yōu)先級(jí)，分配優(yōu)先級(jí)可按照實(shí)際作業(yè)情況劃分。當(dāng)作業(yè)區(qū)域行車空閑時(shí)，優(yōu)先為其分配任務(wù)隊(duì)列中該行車優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)。

（10）作業(yè)任務(wù)分配。作業(yè)任務(wù)指令隊(duì)列分為三種：待執(zhí)行指令隊(duì)列、執(zhí)行中指令隊(duì)列及已完成指令隊(duì)列。作業(yè)任務(wù)分配過程中考慮到有些作業(yè)任務(wù)有優(yōu)先級(jí)，需要將待執(zhí)行的作業(yè)任務(wù)指令進(jìn)行排序。

（11）行車沖突管理。在多部行車同時(shí)作業(yè)時(shí)，根據(jù)行車當(dāng)前的狀態(tài)，任務(wù)優(yōu)先級(jí)低的行車避讓任務(wù)優(yōu)先級(jí)高的行車。

（12）行車作業(yè)跟蹤管理。

實(shí)時(shí)跟蹤所有行車作業(yè)的情況。實(shí)時(shí)獲取行車的大車、小車位置、抓斗高度、行車的設(shè)備狀態(tài)、行車操作模式等信息，作為行車跟蹤監(jiān)控的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，在行車運(yùn)行過程中，系統(tǒng)將詳細(xì)記錄相關(guān)信息。

（13）作業(yè)實(shí)績(jī)管理。接收并保存行車指令的執(zhí)行實(shí)績(jī)。

（14）作業(yè)模式管理。行車作業(yè)模式分為自動(dòng)模式、半自動(dòng)模式、人工駕駛模式和監(jiān)控室遠(yuǎn)程駕駛模式，初始模式為人工模式。

表1 行車作業(yè)模式

5.3 無人化PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)行車控制程序，適應(yīng)無人化控制需求。在機(jī)上手動(dòng)操作基礎(chǔ)上增加無人化控制程序。

（1）大車無人化控制模塊，根據(jù)目標(biāo)值控制大車行駛，涉及的連鎖與機(jī)上控制相同，并針對(duì)無人化特點(diǎn)增加相應(yīng)連鎖保護(hù)。

（2）小車無人化控制模塊，根據(jù)目標(biāo)值控制小車行駛，涉及的連鎖與機(jī)上控制相同，并針對(duì)無人化特點(diǎn)增加相應(yīng)連鎖保護(hù)。

（3）抓斗無人化控制模塊，根據(jù)要求控制抓斗升降、抓斗開合，輔助抓斗防傾控制。

（4）抓斗防搖輔助控制模塊，根據(jù)防搖控制器計(jì)算結(jié)果，控制行車運(yùn)行狀況。

（5）新增儀表采集模塊

（6）中控PLC通訊及數(shù)據(jù)處理傳輸模塊

（7）行車防撞，根據(jù)激光防撞信號(hào)，對(duì)行車進(jìn)行減速、停機(jī)等控制，并通過大車位置數(shù)據(jù)，優(yōu)化防撞。

5.4 火車識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)

火車識(shí)別系統(tǒng)通過RFID，針對(duì)移動(dòng)車輛自動(dòng)識(shí)別的專業(yè)設(shè)備，主要用于自動(dòng)采集車輛信息，是實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛實(shí)時(shí)跟蹤管理的關(guān)鍵設(shè)備。

系統(tǒng)可實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地識(shí)別鐵路機(jī)車車號(hào)，車輛車號(hào)、編碼等相關(guān)信息，以及列車進(jìn)入或駛出編組站的車輛編組信息。它對(duì)提高鐵路機(jī)車、車輛的利用率以及運(yùn)輸管理現(xiàn)代化水平有著極其重要的作用。

圖6 系統(tǒng)原理

5.5 工業(yè)監(jiān)控視頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5.5.1 系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

工業(yè)監(jiān)控視頻系統(tǒng)主要由前端系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、控制中心三個(gè)主要部分組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像信號(hào)的采集、顯示、分配、切換、觸發(fā)控制、記錄和重放等基本功能。

圖7 視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成圖

前端由帶變焦鏡頭彩色攝像機(jī)、全方位云臺(tái)、攝像機(jī)安裝立桿等組成，是整個(gè)系統(tǒng)的眼睛。視頻信號(hào)傳輸系統(tǒng)由視頻同軸電纜、光纖、光端機(jī)等組成。近距離、機(jī)房?jī)?nèi)使用視頻電纜，遠(yuǎn)距離使用光纖和光端機(jī)。監(jiān)控中心是整個(gè)系統(tǒng)的核心，是實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)功能的指揮中心。其主要功能為：視頻信號(hào)分配、圖像信號(hào)的切換、圖像信號(hào)的記錄、攝像機(jī)及其輔助部件（如鏡頭、云臺(tái)）的遙控。對(duì)于系統(tǒng)功能的控制操作可通過控制鍵盤來實(shí)現(xiàn)［9］。

5.5.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

整個(gè)庫(kù)區(qū)設(shè)計(jì)一套視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)全庫(kù)區(qū)的監(jiān)控［10］。

操作人員通過監(jiān)控屏畫面可以察看庫(kù)區(qū)情況以及行車的運(yùn)行情況。視頻監(jiān)控系統(tǒng)具備多畫面顯示，可對(duì)所有畫面進(jìn)行固定分配顯示，確保對(duì)各個(gè)區(qū)域進(jìn)行跟蹤監(jiān)控。

每臺(tái)監(jiān)視器顯示四幅或九幅畫面，采集的圖像，通過硬盤錄像機(jī)做統(tǒng)一存儲(chǔ)，滿足一個(gè)月的存儲(chǔ)需求。

5.6 安全管理與警示系統(tǒng)

根據(jù)無人全自動(dòng)行車的要求，為了保證作業(yè)區(qū)的安全生產(chǎn)，在作業(yè)區(qū)設(shè)置安全管理與警示措施。主要用于封閉區(qū)域的安全管理、車輛通道安全管理。

5.6.1 封閉區(qū)域管理

人員進(jìn)入封閉區(qū)域時(shí)，需按下開門按鈕，發(fā)送開門請(qǐng)求給主機(jī)系統(tǒng)。待行車作業(yè)完成后，接收到主機(jī)系統(tǒng)發(fā)送的允許開門指令，設(shè)置開門信號(hào)。人員離開封閉區(qū)域時(shí)，安全門關(guān)閉，發(fā)送門關(guān)閉信號(hào)通知給主機(jī)系統(tǒng)。

5.6.2 設(shè)備連鎖管理

發(fā)送設(shè)備連鎖/解鎖請(qǐng)求給行車控制系統(tǒng)；連鎖反饋并發(fā)送主控制系統(tǒng)［12］。

6 HMI人機(jī)交互界面部分說明

根據(jù)實(shí)際需要，默認(rèn)設(shè)置了四類登入用戶，分別是管理員、中控（操作工）、卡車（新產(chǎn)業(yè)）和火車（京九物流）。不同用戶登入，所看到的界面以及所獲取的權(quán)限不同。其中，管理員擁有該操作系統(tǒng)的最高權(quán)限，可對(duì)主界面和操作界面進(jìn)行查看和操作，還能對(duì)其他用戶信息進(jìn)行管理。京九物流用戶只有確認(rèn)火車裝卸的權(quán)限，新產(chǎn)業(yè)用戶只有查看卡車作業(yè)的權(quán)限，操作工可查看當(dāng)前裝車模式以及火車裝卸的權(quán)限。

7 結(jié)束語(yǔ)

江西銅業(yè)貴溪冶煉廠選礦車間無人化行車成功改造實(shí)現(xiàn)了尾礦庫(kù)區(qū)無人化作業(yè)，既將行車單機(jī)機(jī)上駕駛作業(yè)改變成中控值守監(jiān)視，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)減員增效目標(biāo)，提高了生產(chǎn)效率，提升了選礦車間的自動(dòng)化程度。同時(shí)，又解決了尾礦庫(kù)區(qū)多部門復(fù)雜作業(yè)環(huán)境下安全問題。該項(xiàng)目的成功實(shí)施在同類行業(yè)具有領(lǐng)先性及示范性意義。