物联网技术在煤炭运销集团化管控中的应用研究∗

刘 屹 谭章禄

(中国矿业大学(北京),北京市海淀区,100083)

★煤炭科技·机电与信息化★

物联网技术在煤炭运销集团化管控中的应用研究∗

刘 屹 谭章禄

(中国矿业大学(北京),北京市海淀区,100083)

针对煤炭企业集团在煤炭运销中面临的管理难度大、处理效率低以及管理风险高等问题,提出将RFID技术和传感技术等物联网技术应用于煤炭企业运销业务管控,分析了煤炭运销集团化管控的必要性,介绍了物联网技术在煤炭运销管控中的应用,详细阐述了物联网管控技术的实现方式。应用物联网技术改进煤炭企业运销管理能够从根本上解决煤炭公路运输中的车辆作弊、途中窃换和煤种置换等问题,符合当前技术发展趋势和我国煤炭企业的现实需求,具有广阔的应用前景。

物联网 煤炭运销 集团化管控 无线射频识别

1 煤炭运销集团化管控的必要性

伴随着煤炭企业的发展,煤炭企业集团的运销业务呈现出以下特点:

(1)地域分布广导致管理难度增大。近10年来,煤炭企业集团加速扩张,大型煤炭企业集团的矿区资源往往分布于我国多个不同省份,甚至有些企业已经在不同国家进行了业务布局,同时煤炭企业还在港口城市布局销售节点,这使得煤炭企业的运销业务地域分布极为广阔,管理的难度大幅增加,依靠传统的管理手段已经难以满足现实需求。

(2)业务种类繁杂和缺少有效协调导致业务处理效率低。煤炭运销方式包括公路运输、铁路运输和水路运输;运销作业类型分为公路地销、铁路直销、内部调运、入选和自用;运销业务涉及煤炭储、装、运和洗选加工等多个环节,各环节又发生于不同地域,环节之间相对独立,缺乏有效衔接;集团企业的各二级单位存在作业流程不统一、单据不规范以及数据上报不及时和不准确等问题。这些问题的存在使得煤炭企业集团运销业务处理效率难以得到保障。

(3)人为干预和控制业务流程和数据导致管控风险增加。由于运销业务客观上的复杂性和管理不到位,运销业务各环节存在人为干预和控制业务数据和流程的现象,如煤场管理中的车辆作弊和内外勾结问题就普遍存在于煤炭企业,因此,煤炭企业集团运销业务的管控风险越来越大。

当前煤炭行业正处于困难时期,企业经营压力骤增,而煤炭运销直接关系到煤炭企业的经营成本和经营效益,煤炭企业应该积极改变发展理念,通过精细化管理降低经营成本,因此,煤炭企业集团对煤炭运销业务实施集中管控具有现实意义。

2 物联网技术在煤炭运销管控中的应用

物联网技术是在互联网技术的基础上延伸和扩展而形成的一种网络技术,其用户端可以延伸和扩展到任何的物品和物品之间,从而实现信息交换和通讯。在运销管控技术的研究、设计、开发和应用过程中,通过广泛应用RFID射频识别与智能IC卡识别技术、重量传感技术、红外探测和激光探测技术以及数字化网络视频监控技术等一系列物联网核心技术,可以解决集团化管控的各类难题。

2.1 RFID射频识别与智能IC卡识别技术

RFID射频识别与智能IC卡识别都是非接触式的自动识别技术,读写装置可通过特定频率的无线信号自动识别载有芯片的目标对象并获取相关数据,识别工作无须任何人工干预,能够适应各种恶劣环境。RFID射频识别技术可识别具有一定速度的运动物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便;智能IC卡识别则用于对特定个体的短距离精确识别。

根据技术特性和应用目的的不同,可以设计和研发基于RFID射频识别技术的电子标牌用于对车辆的精准识别、基于RFID射频识别技术的微芯密签用于承载各类运销数据围堵运输漏洞以及基于智能IC卡识别的智能过磅一卡通用于对车辆和司机的识别并存储相关信息,还可将RFID技术应用于对铁路车辆的自动识别,彻底改变传统手工抄号的低效方式。

2.2 重量传感技术

传感技术依靠各类传感器获取信息,在物联网的技术体系中具有基础性的作用。在对运销业务的管控中,通过对原有重量计量装置进行改造和升级,可实现对运输车辆重量信息的实时感应、传递、存储和分析处理。

2.3 红外探测和激光探测技术

红外探测和激光探测技术在煤炭运销管理中也有广泛应用空间,根据实际情况采用红外探测技术和激光探测技术可实现对运输车辆的定位,解决在煤炭运输过磅过程中常见的车辆不完全上磅和多个车辆同时上磅等棘手的问题。同时,还可将红外探测技术应用于煤炭铁路运输管理中,实现对铁路车厢的定位。高能量脉冲激光及光谱分析技术可用于运销过程中对煤质的实时在线连续检测。

2.4 数字化网络视频监控技术

数字网络视频监控系统是基于网络的第三代全数字智能视频监控系统,以普通计算机为操作平台,集实时监视、多画面分割显示、云台控制监视、录象、画面切换、视频报警、报警联动、回放检索、画面处理、打印及网络远程传输等多功能于一体,具有广泛的用途,代表监控系统的发展方向。

在煤炭企业运销集团化管控中,对各矿井原有视频监控系统进行升级和扩建,使各生产矿井、选煤厂、发运站、港口等运销节点的监控前端设备符合数字化网络视频监控的要求,通过数字视频录像机、视频交换机、流媒体转发服务器、磁盘矩阵等核心设备实现在广域网对视频信息的综合利用。

3 物联网技术在汾西矿业集团运销管控中的应用

3.1 应用背景

汾西矿业集团有存量生产矿井12座,整合矿井28座,集运站4个,选煤厂5个,区域分布于山西省晋中、吕梁、临汾、长治、忻州5个地级市所属的13个县市。由于区域分布分散,铁路专用线建设滞后,煤炭产品主要依靠公路运输方式进行内部调运和销售。该集团产品以低硫低磷低灰高发热量的主焦煤、肥煤和瘦煤为主,煤炭产品品质高,煤炭产品的价值也较高。

煤炭产品公路运输需经历空车称重－装载机装煤－重车称重－煤质检验－核查出场等多个环节,如果是内部调运还需在收货地点对煤炭产品进行计量和检验,并与发货点信息进行核对。各环节中存在较大的管理风险:一是采用两辆皮重不同的套牌车辆同时进入煤场,皮重较大的作为空车称重,皮重轻的则装煤后称重,一次运输可偷煤0.5～2 t;二是煤场内部装载机司机与货车司机相互勾结,将优质煤种装在底部,而将品质低的煤种装在上部,运走了优质煤种但运销系统中却记录为低品质煤种;三是在内部调运途中也存在非常大的管控风险,司机想尽办法将煤炭窃换从中牟利。

在引入物联网技术前,该集团尝试采用GPS系统对运输车辆进行监控,但由于山区道路GPS信号较差且GPS设备需车辆提供电源,由司机人为断电或信号中断导致该系统没有取得预期的管控效果。

3.2 物联网管控技术实现方式

针对困扰汾西矿业集团的公路运销管控难题,笔者所在项目团队对每一个问题深入分析发生问题的根本原因,采取治本方式利用物联网技术从根本上解决上述问题。

3.2.1 电子车牌解决车辆作弊问题

通过对车辆套牌问题的分析,可以发现产生该问题的根本原因是车辆识别的方式存在漏洞。一般的过磅称重系统采用拍照自动识别车牌信息或通过司机的智能IC卡获取车辆信息。但无论是车牌还是智能IC卡均比较容易被复制,从而导致智能IC卡和车辆脱离无法与车辆有效绑定。

为了解决该问题,引入基于RFID技术的电子车牌。电子车牌内置RFID芯片,读写器可通过915 MHz频段远距离获取芯片信息。现场实际测试数据显示电子车牌在煤场环境下距离读写器5～10 m即可被读写器识别,具有良好的环境适应性。电子车牌通过防撕设计,使其张贴在货车挡风玻璃上一旦被撕下则芯片即被破坏,确保电子车牌与货车本身的绝对绑定。

3.2.2 微芯密签解决调运途中窃换问题

通过对调运途中窃换煤炭问题的分析,可以发现该问题产生的根本原因有两个方面:一方面是由于发货端与收货端的信息通讯不畅通,导致两端的数据核验需要根据纸质单据携带的信息进行判断,而纸质单据及其中的信息极易伪造,导致两端信息不对称,无法及时发现途中窃换煤炭的行为;另一方面是由于采用封条或塑料制一次性扎条来封锁货运车厢,而封条或扎条均极易被伪造,导致车辆到达收货地点时表面上车辆施封完整,但其实在途中已经实施了窃换行为。

调运途中的煤炭窃换问题给汾西矿业集团造成极大的经济损失,也是本解决方案重点研究解决的关键问题。为此,专门设计了用于对车辆进行施封的载有RFID芯片的微芯密签,以此代替封条或扎条对货运车辆进行施封作业。在施封作业环节,微芯密签中写入了发货端的运销数据,代替纸质单据用于无网络传输条件的收货端和发货端的信息传递。微芯密签经过特殊设计,施封后一旦被破坏其中的信息便不可被读取。货运车辆到达目的地后,通过对微芯密签中的信息进行检查和校验,如果微芯密签芯片中的信息、电子车牌中的信息、收货端称重信息以及通过网络传输至中心云服务器中存储的信息校验一致,则认为货运车辆途中未经非法解封,允许收货端实施解封作业,放行车辆进行卸料;反之,如果信息不一致、无法读取或微芯密签芯片和电路被破坏,则给予报警,需经人工排查授权后车辆才可卸料。借助微芯密签进行内部调运管控的流程如图1所示。

图1 内部调运管控原理示意图

3.2.3 高能脉冲激光在线检测煤质解决煤种置换问题

通过对内外勾结在煤场装煤过程中实施煤种置换行为的分析,可以发现该问题产生的根本原因是受限于现有装备和技术条件,发货端和收货端开展煤质检验的方式均采用抽检方式,而且需经过人工采样、制样和检验流程,检验数据也并未并入运销管理系统,这就为煤种置换提供了可乘之机。

为了解决该问题,引入高能脉冲激光在线煤质检测技术,将该煤质检测装置布置于重车过磅称重的磅台入口处上方,对驶入磅台的每辆货运车辆所载煤炭产品的灰分、水分和发热量等指标进行连续实时在线检测,并将全部数据与运销系统有效集成。高能脉冲激光煤质检测技术的引入使得系统能够自动发现煤场装车环节的煤种置换行为,有效解决这一问题。同时,每辆车在完成发货称重环节进行车辆施封时,将该车辆的准确煤质数据存储到微芯密签中,在收货端称重环节同样对煤质进行连续检测,并与记载在微芯密签中的发货端煤质数据进行比对,可以发现运输途中的换煤问题,可作为微芯密签防窃换技术的补充,保障煤炭调运途中的绝对安全。

4 效益分析

该技术的应用在解决了困扰汾西矿业集团的运销管控难题的同时,为该集团运销业务的日常处理和综合管理带来诸多有益的变化,有效提升业务处理效率和科学管理水平,促进该集团形成一流的卓越管理体系,实现显著的社会效益和经济效益。

4.1 社会效益分析

(1)实时感知,提高业务处理效率。借助先进的物联网技术和对技术的有效利用,实现车辆识别、车辆定位、司乘人员识别、重量信息、煤质信息采集与传递的自动化与智能化,实现关键业务数据和相关信息的实时自动采集,有效控制了业务处理中人为操作的风险,大大提高运销调度业务处理效率。

(2)综合分析与处理,掌握科学数据实现科学管理。物联网技术的应用为汾西矿业集团提供了大量的数据,这些数据不仅具有很好的实时性,而且较传统方式获取的信息也更为准确。实时准确的数据为综合分析与处理提供了很好的基础,科学管理要依靠对数据的综合分析与处理,而信息的捕获与功能的实现恰恰是靠物联网技术提供了有力的支撑。目前,汾西矿业集团已经开始将运用物联网技术产生的煤质信息应用于该集团的配煤策略和销售决策分析。

(3)应用科技构建卓越管理体系。科技用也改变了汾西矿业集团传统的管理体系。在过去,发现和处理问题靠人、靠制度,现如今,物联网技术为发现和处理问题提供了新的手段。相对于传统的“人防”手段,“技防”措施更具有科学性和可持续性。科技应用使得汾西矿业集团在煤炭运销业务的管控中构建起了集“技防”、“人防”和科学的管理制度于一体的卓越管理体系。

4.2 经济效益分析

基于物联网技术的煤炭运销集团化管控技术通过技术攻关、现场试验和推广应用,已经应用在汾西矿业集团全部12座存量矿井、4个集运站和5个选煤厂,完成对近100处运销节点的升级和改造,每一处煤场出入口和磅房均已安装RFID读写装置,发运量集中的2个矿井和收货量集中的2个选煤厂完成了煤质在线检测装备的部署。目前,该技术支撑着汾西矿业集团每年超过1000万t煤炭产品的内部调运和超过2000万t的煤炭产品公路销售业务。该项技术应用以来,汾西矿业集团的内部调运窃换率由3%下降到0.5%,煤场内部车辆作弊率和煤种置换率分别由2%和1%下降到0%,经测算,该技术使用一年即可挽回2350万元的直接经济损失,项目的投资回收期为0.4 a,不足半年即可收回投资,符合当前技术发展趋势和企业现实需求,具有广阔的应用前景。

[1] 谭章禄,赵敦超,吕明.智能型煤炭企业运销调度系统研究[J].煤炭工程,2013(7)

[2] 谭章禄,常金明,刘浩.基于物联网技术的煤矿运销调度管理信息系统的研究与设计[J].中国煤炭,2012(10)

[3] 王勇.基于物联网的煤炭运销智能管控系统设计[J].工矿自动化,2014(8)

[4] 张小艳,蔡攀亮.大型煤炭企业运销信息化框架研究[J].工矿自动化,2014(4)

[5] 许金立,邓延伟.煤炭物流信息平台构建研究[J].中国煤炭,2013(2)

[6] 董崇远,张文涛,国继征.辅助运输车辆信息化管理系统的研究与应用[J].中国煤炭,2014(2)

[7] 吴洪刚.我国大型煤炭企业与物流业联动发展探析[J].中国煤炭,2010(7)

Research and application of internet of things in group management and control on coal transportation and marketing

Liu Yi,Tan Zhanglu
(China University of Mining and Technology,Beijing,Haidian,Beijing 100083,China)

Aimed at difficulty in management,low efficiency and high risk of management on coal transportation and marketing in coal mines,the internet of things,together with radio frequency identification and sensing technique,was put forward for the management of transportation and marketing.Moreover,the necessity of group management on coal transportation and marketing was analyzed,the application of the internet of things in the management and control on coal transportation and marketing was introduced,and its realization pattern was expounded. The application of the internet of things can fundamentally solve the vehicle cheating,the theft during transportation and coal displacement.Thereby,the internet of things is in line with the current trend of technological development and the actual demands of coal enterprises in China.

internet of things,coal transportation and marketing,group management and control,radio frequency identification

TD561

A

刘屹(1984－),男,山东济南人,博士,现为中国矿业大学(北京)博士后,主要研究方向为企业信息化与智能管理。

(责任编辑 路 强)

国家自然科学基金资助项目(61471362),中央高校基本科研业务费资助项目(2011YG02)