一种矿石自动运输调度方法及系统

本发明涉及工矿铁路运输监控技术领域，特别涉及一种矿石自动运输调度方法及系统。

当前，在“机械化换人、自动化减人、智能化无人”的绿矿山建设大潮中，工矿铁路“轨道运输无人化”正在作为科技强安行动的一个重要环节，强力推进电机车远程遥控、有轨运输智能化调度与控制、无线通信等技术。有关单位相继推出具有远程遥控或全自动无人驾驶功能的有轨运输电机车，辅助各种配套手段，逐步实现了井下运输装备的远程遥控控制。

针对地下金属矿石流生产工艺过程，已有的运输调度模型基本都是针对人工或遥控驾驶系统，依赖于操作人员视觉范围内的信号安全控制，对多装备集作业的动态安全参数计算也是依赖于人的一般判断行为和操控行为。单机装备遥控化或者智能化只能作为基础技术条件，亟需实现矿石采运系统的多装备集无人化作业。

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，实现矿石运输系统的无人化作业。

为实现以上目的，本发明采用一种矿石自动运输调度方法，包括如下步骤：

记录当前溜井的铲运记录信息，并根据铲运记录信息计算溜井的矿石品位及容量跟踪曲线；

对溜井的矿石品位及容量跟踪曲线进行跟踪计算，并在溜井矿石容量超过容限设定值时，生成派车申请；

根据派车申请，按照目标矿石品位产量，生成运输作业路径序列；

根据运输作业路径序列，在放矿装车区域，进行自动放矿控制与机车驾驶控制联动，以及在卸矿区域，实现洒水联控的车速自适应控制。

进一步地，所述铲运记录信息包括铲运机每趟铲运矿石量Cj＝[C1,C2,...,Cn]、铲运矿石品位PCj＝[PC1,PC2,...,PCn]以及铲运目的地采区溜井号Li＝[L1,L2,...,Lm]；

所述生成的矿石品位及容量跟踪曲线其中，j为铲运机编号；tij为某一t时间段，i号采区溜井接收到的若干铲运机1-j的铲运量；tji为某一t时段，某一j号铲运机铲运到i号采区溜井的次数，该次数用x表示；tLi为某一t时间段若干机车L1-Li来装矿；TLi为某一趟Li机车转运的矿石量，Pc为这趟转运的矿石品位的量，Pcj为j号铲运机铲运的矿石的品位含量。

进一步地，所述根据派车申请，按照目标矿石品位产量，生成运输作业路径序列，包括：

根据接收到的派车申请，对待执行的机车进行派车任务分配，授予某一机车作业任务；

该机车根据自身位置起点、装矿点和卸矿点，并结合其它车辆的实时作业路径，生成行车许可的占用预占用进路路径信息和行车限速曲线。

进一步地，所述根据运输作业路径序列，在放矿装车区域，进行自动放矿控制与机车驾驶控制联动，以及在卸矿区域，实现洒水联控的车速自适应控制，包括：

按照所述运输作业路径序列，执行车辆自主调度，自动控制电机车到溜井放矿装车作业区，与溜井对位，与放矿机自动联动；

在卸矿区域，控制电机车实现洒水联控和车速自适应控制，按照一定的速度惯性通过卸矿区域。

进一步地，所述根据接收到的派车申请，对待执行的机车进行派车任务分配，授予某一机车作业任务，包括：

根据每条采区溜井的矿石品位及容量跟踪曲线以及每列机车的装卸运疲劳度，得到作业优先级；

根据接收到的派车申请，按照作业优先级，对待执行的机车进行派车任务分配，授予某一机车作业任务。

进一步地，所述疲劳度和所述优先级按如下方法约定：

在当班次作业趟数N相等的情况下，按每列车的入厂投用累计投运时间T、重载累计里程Lm以及轻载累计里程Ln三者顺序比较，较小者优先分配作业任务；

在当班次同时存在多条待执行的作业任务时，在所述排序的基础上，优先分配当班某趟作业任务路径的距离K值较大的作业任务。

另一方面，采用一种矿石自动运输调度系统，包括：铲运记录装置、自动放矿装车装置、车载自动控制单元和自动卸矿单元，铲运记录装置与自动放矿装车装置连接，自动放矿装车装置与车载自动控制单元连接进行双向通信，车载自动控制单元和自动卸矿单元连接，其中：

铲运记录装置用于记录当前溜井的铲运记录信息，并根据铲运记录信息计算溜井的矿石品位及容量跟踪曲线；

自动放矿装车装置用于对溜井的矿石品位及容量跟踪曲线进行跟踪计算，并在溜井矿石容量超过容限设定值时，向所有车载自动控制单元发送派车申请；

车载自动控制单元根据自动放矿装车装置发送的派车申请，按照目标矿石品位产量，获得运输作业路径，并根据运输作业路径向自动放矿装车装置发送车皮对位放矿管控指令，以及向自动卸矿单元发送洒水联控、车速自适应控制指令；

在放矿装车区域，自动放矿装车装置根据车皮对位放矿管控指令，进行自动放矿控制与机车驾驶控制联动；

在卸矿区域，自动卸矿单元根据洒水联控、车速自适应控制指令，实现洒水联控的车速自适应控制。

进一步地，所述铲运记录信息包括铲运机每趟铲运矿石量Cj＝[C1,C2,...,Cn]、铲运矿石品位PCj＝[PC1,PC2,...,PCn]以及铲运目的地采区溜井号Li＝[L1,L2,...,Lm]；

所述生成的矿石品位及容量跟踪曲线其中，j为铲运机编号；tij为某一t时间段，i号采区溜井接收到的若干铲运机1-j的铲运量；tji为某一t时段，某一j号铲运机铲运到i号采区溜井的次数，该次数用x表示；tLi为某一t时间段若干机车L1-Li来装矿；TLi为某一趟Li机车转运的矿石量，Pc为这趟转运的矿石品位的量，Pcj为j号铲运机铲运的矿石的品位含量。

进一步地，所述车载自动控制单元包括分布式智能处理模块，分布式智能处理模块用于根据每条采区溜井的矿石品位及容量跟踪曲线和目标矿石品位产量，进行分布式运算，生成运输作业路径序列，分布式智能处理模块包括任务分配单元、注册单元和运输作业路径序列生成单元，其中：

任务分配单元用于根据接收到的派车申请和机车的排序情况为待执行的机车车载自动控制单元，授予某一机车作业任务；

注册单元用于向自动放矿装车装置和自动卸矿单元注册控制链路；

运输作业路径序列生成单元用于根据自身位置起点、装矿点和卸矿点，并结合其它车辆的实时作业路径，生成行车许可的预占用进路路径信息和行车限速曲线。

进一步地，所述任务分配单元包括作业优先级计算子单元和任务分配子单元，其中：

作业优先级计算子单元用于根据每条采区溜井的矿石品位及容量跟踪曲线以及每列机车的装卸运疲劳度，得到作业优先级；

任务分配子单元用于根据接收到的派车申请，按照作业优先级，对待执行的机车进行派车任务分配，授予某一机车作业任务。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：本发明建立了具有矿石品位矿仓矿量全局跟踪的、分布式智能运算的车通信网络，实现了“铲→装→运→卸”运输系统的无人化自主调度，具有优越的可用性。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：

图1是一种矿石自动运输调度方法的流程图；

图2是一种矿石自动运输调度系统的结构图；

图3是车载自动控制单元的结构图；

图4是输入单元电路的结构图；

图5是输入单元电路自诊断采样时序图；

图6是输出单元电路的结构图；

图7是一种矿石自动运输调度系统的整体工作流程图。

为了更进一步说明本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。

如图1所示，本实施例公开了一种矿石自动运输调度方法，包括如下步骤S1至S4：

S1、记录当前溜井的铲运记录信息，并根据铲运记录信息计算溜井的矿石品位及容量跟踪曲线；

S2、对溜井的矿石品位及容量跟踪曲线进行跟踪计算，并在溜井矿石容量超过容限设定值时，生成派车申请；

S3、根据派车申请，按照目标矿石品位产量，生成运输作业路径序列；

S4、根据运输作业路径序列，在放矿装车区域，进行自动放矿控制与机车驾驶控制联动，以及在卸矿区域，实现洒水联控的车速自适应控制。

进一步地，上述步骤S1中，所述铲运记录信息包括铲运机每趟铲运矿石量Cj＝[C1,C2,...,Cn]、铲运矿石品位量PCj＝[PC1,PC2,...,PCn]以及铲运目的地采区溜井号Li＝[L1,L2,...,Lm]；

所述生成的矿石品位及容量跟踪曲线其中，j为铲运机编号；tij为某一t时间段，i号采区溜井接收到的若干铲运机1-j的铲运量；tji为某一t时段，某一j号铲运机铲运到i号采区溜井的次数，该次数用x表示；tLi为某一t时间段若干机车L1-Li来装矿；TLi为某一趟Li机车转运的矿石量，Pc为这趟转运的矿石品位的量，Pcj为j号铲运机铲运的矿石的品位含量。

进一步地，上述步骤S2中，每条采区溜井的自动放矿装车装置根据矿石品位及容量跟踪曲线Li(t)≥LA，LA为生产设定值，说明i号溜井内的矿石已经符合派运条件，生成派车申请。

进一步地，上述步骤S3：根据派车申请，按照目标矿石品位产量，生成运输作业路径序列，包括如下细分步骤S31至S32：

S31、根据接收到的派车申请，对待执行的机车进行派车任务分配，授予某一机车作业任务；

S32、该机车根据自身位置起点、装矿点和卸矿点，并结合其它车辆的实时作业路径，生成行车许可的占用预占用进路路径信息和行车限速曲线。

进一步地，上述步骤S31：根据接收到的派车申请，对待执行的机车进行派车任务分配，授予某一机车作业任务，具体包括如下细分步骤：

根据每条采区溜井的矿石品位及容量跟踪曲线以及每列机车的装卸运疲劳度，得到作业优先级；

根据接收到的派车申请，按照作业优先级，对待执行的机车进行派车任务分配，授予某一机车作业任务。

其中，所述疲劳度和所述优先级按如下方法约定：

在当班次作业趟数N相等的情况下，按每列车的入厂投用累计投运时间T、重载累计里程Lm以及轻载累计里程Ln三者顺序比较，较小者优先分配作业任务；

在当班次同时存在多条待执行的作业任务时，在所述排序的基础上，优先分配当班某趟作业任务路径的距离K值较大的作业任务。

进一步地，上述步骤S4：根据运输作业路径序列，在放矿装车区域，进行自动放矿控制与机车驾驶控制联动，以及在卸矿区域，实现洒水联控的车速自适应控制，包括如下细分步骤S41至S42：

S41、按照所述运输作业路径序列，执行车辆自主调度，自动控制电机车到溜井放矿装车作业区，与溜井对位，与放矿机自动联动；

S42、在卸矿区域，控制电机车实现洒水联控和车速自适应控制，按照一定的速度惯性通过卸矿区域。

如图2所示，本实施例公开了一种矿石自动运输调度系统，包括：铲运记录装置、自动放矿装车装置、车载自动控制单元和自动卸矿单元，铲运记录装置与自动放矿装车装置连接，自动放矿装车装置与车载自动控制单元连接进行双向通信，车载自动控制单元和自动卸矿单元连接，其中：

铲运记录装置用于记录当前溜井的铲运记录信息，并根据铲运记录信息计算溜井的矿石品位及容量跟踪曲线；

自动放矿装车装置用于对溜井的矿石品位及容量跟踪曲线进行跟踪计算，并在溜井矿石容量超过容限设定值时，向所有车载自动控制单元发送派车申请；

车载自动控制单元根据自动放矿装车装置发送的派车申请，按照目标矿石品位产量，获得运输作业路径，并根据运输作业路径向自动放矿装车装置发送车皮对位放矿管控指令，以及向自动卸矿单元发送洒水联控、车速自适应控制指令；

在放矿装车区域，自动放矿装车装置根据车皮对位放矿管控指令，进行自动放矿控制与机车驾驶控制联动；

在卸矿区域，自动卸矿单元根据洒水联控、车速自适应控制指令，实现洒水联控的车速自适应控制。

需要说明的是，自动放矿装车装置和自动卸矿单元通过千兆光纤通信接口构成矿石"铲装运卸"运输系统主干通信网络，铲运记录装置、车载自动控制单元通过WiFi通信接口与主干通信网络连接，铲运记录装置与自动放矿装车装置建立通信数据链接，车载自动控制单元与自动放矿装车装置和自动卸矿单元之间建立通信数据链接。

在本系统中，铲运记录装置可配置为1-16台，自动放矿装车装置可配置为1-60台，车载自动控制单元可配置为1-10台，自动卸矿单元可配置为1-3台。

具体地，铲运记录装置工作于采区溜井上口的胶轮车巷道运输区域，安装在无人驾驶铲运机上，用于记录铲运记录信息，并铲运记录信息生成矿石品位及容量跟踪曲线。其中：

铲运记录信息包括铲运机每趟铲运矿石量Cj＝[C1,C2,...,Cn]、铲运矿石品位PCj＝[PC1,PC2,...,PCn]以及铲运目的地采区溜井号Li＝[L1,L2,...,Lm]；

所述生成的矿石品位及容量跟踪曲线其中，j为铲运机编号；tij为某一t时间段，i号采区溜井接收到的若干铲运机1-j的铲运量；tji为某一t时段，某一j号铲运机铲运到i号采区溜井的次数，该次数用x表示；tLi为某一t时间段若干机车L1-Li来装矿；TLi为某一趟Li机车转运的矿石量，Pc为这趟转运的矿石品位的量，Pcj为j号铲运机铲运的矿石的品位含量。

铲运记录装置将矿石品位及容量跟踪曲线发送至Li号自动放矿装车装置，由自动放矿装车装置实时发送给所有的车载自动控制单元TLi＝[W1,W2,...,Wn]，其中PC为生产目标品位，Wn为TLi号机车牵引的车皮ID号，mmax＝60，nmax＝12。

具体地，具体地，以3号铲运机(j＝3)在1号采区溜井的记录过程为例，采区溜井矿石量由溜井上口的铲运机铲运数据和溜井下口的放矿数据决定。设某班次只有3号铲运机在1号采区溜井作业，则j＝tij＝1，铲运次数x＝tji＝100、品位为PC3，转运次数y＝tLi＝20，则装溜井的矿石量为100×C3，转运量为20×TL3，矿石品位及容量跟踪曲线实时数据为

具体地，自动放矿装车装置安装在采区溜井的下口，接受来自车载自动控制单元的车皮对位放矿管控，进行自动放矿控制与机车驾驶控制精准联动，具体方法已由申请人另一篇专利“CN 106696973 B基于矿石品位的配矿调度系统及其控制方法”描述。

具体地，车载自动控制单元依托车载障碍物识别防护，根据来自自动放矿装车装置的申请，按照目标矿石品位产量，自动获得运输作业路径，执行车辆无人驾驶指令、放矿机自动放矿指令，在放矿装车区域，实施车皮自动对位放矿管控，进行自动放矿控制与机车驾驶控制精准联动；在卸矿区域，向自动卸矿单元实施洒水联控、车速自适应控制。如图3所示，车载自动控制单元安装在车辆驾驶室，包括输入单元电路、输出单元电路和分布式智能处理模块。

其中，如图4所示，输入单元电路采用故障实时自诊断设计，电路中设置自检信号产生电路和开关量输入检测电路，将检测信号与开关量叠加，采用硬件滤波与软件滤波相结合的方式，如图5所示，被检开关量与自检信号并联接入到开关量输入检测电路的输入端子A，若A端为V2高电平，将触发光电隔离器件导通，从而使输入检测电路的输入端B为V1的高电平；反之，若A端为低电平，则输入检测电路的输入端B处于低电平，从而确保了输入检测结果是可信的。

表1输入检测电路自诊断状态安全措施表

序号 工作状态 检测序列 安全措施 1 开关闭合 00110000，…… 正常工作 2 开关断开 00000000，…… 导向安全侧 3 信号采集电路开路故障 00000000，…… 导向安全侧 4 信号采集电路短路故障 11111111，…… 导向安全侧 5 脉冲自检电路开路故障 00000000，…… 导向安全侧 6 脉冲自检电路短路故障 11111111，…… 导向安全侧 7 自检脉冲频率偏移故障 0x00～0xFF 导向安全，触发安全状态

为了使CPU可以根据采样时序图的改变，完成对电路输入状态的实时自诊断检测，如表1所示，以参考信号作为时钟基准，在每一个参考信号的上升沿触发之后，CPU读取一个周期输入信号B端的电平信息，并与自检信号波形对比，若自检信号相同则采集电路无故障；若出现其他的检测序列，则可以判断出接口失电、采集电路开路与短路、检测脉冲开路与短路、检测脉冲频偏等故障。当且仅当无人化设定开关处于安全检测状态，通过分布式智能处理模块，将若干无人驾驶车辆构建为无人化运输系统。

具体地，如图6所示，输出单元电路采用电路采用故障安全设计，电路具备线路检测功能，可检测出与受控对象间连接线路的短路或开路异常状态和输出执行结果，当输出电路模块检测到自身危险故障时，可以使输出导向安全侧。本实施例如图6所示，采用内在式和反应式故障安全原理设计，处理器有两路输出端分别控制电磁阀的正、负端，设置两路回测，交叉互检对方的输出，同时还设置一路回测用于检测电磁阀的执行状态，当处于驱动激励状态时，执行结果回测端口也能检测到参考信号，从而确保控制输出是安全可靠的。

具体地，如图7所示，分布式智能处理模块用于根据每条采区溜井的矿石品位及容量跟踪曲线和目标矿石品位产量，进行分布式运算，生成运输作业路径序列，分布式智能处理模块包括任务分配单元、注册单元和运输作业路径序列生成单元，其中：

任务分配单元用于根据接收到的派车申请和机车的排序情况为待执行的机车车载自动控制单元，授予某一机车作业任务；

注册单元用于向自动放矿装车装置和自动卸矿单元注册控制链路；

运输作业路径序列生成单元用于根据自身位置起点、装矿点和卸矿点，并结合其它车辆的实时作业路径，生成行车许可的预占用进路路径信息和行车限速曲线。

具体地，所述任务分配单元包括作业优先级计算子单元和任务分配子单元，其中：

作业优先级计算子单元用于根据每条采区溜井的矿石品位及容量跟踪曲线以及每列机车的装卸运疲劳度，得到作业优先级；

任务分配子单元用于根据接收到的派车申请，按照作业优先级，对待执行的机车进行派车任务分配，授予某一机车作业任务。

优选地，“疲劳度”和“优先级”按如下方法约定：

条件一：每列车的入厂投用累计投运时间T、重载累计里程Lm、轻载累计里程Ln；

条件二：当班次的作业趟数N，当班某趟作业任务路径的距离K；

当当班次作业趟数N相等的情况下，按T、Lm、Ln三者顺序比较，较小者优先分配作业任务；

当当班次同时存在多条待执行的作业任务时，在T、Lm、Ln三者排序的基础上，优先分配K值较大的作业任务。

进一步地，车载自动控制单元在车载障碍物识别防护下，控制自动放矿装车装置和自动卸矿单元按如下步骤工作：

(1)按照运输作业路径序列，执行车辆自主调度，自动控制电机车到溜井放矿装车作业区；

(2)溜井放矿装车作业区，执行‘车辆→溜口’精准对位，与放矿机自动联控；

(3)在卸矿区域，向自动卸矿单元发出洒水联控，并进行车速自适应控制，以一定的速度惯性通过卸矿区域。

需要说明的是，本实施例中设计的车载自动控制单元，采用自诊断和故障安全设计技术，引入分布式资源抢占管理策略，对设备工作模式、系统运行等级进行了规范表达，使单机装备达到了SIL4的功能安全等级，进而实现了“铲→装→运→卸”运输装备的系统级无人化作业，具有优越的安全性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。