智能化汽车装车计量系统的应用

王 月，赵 鹏

(霍州煤电集团 吕临能化有限公司选煤厂， 山西 吕梁 033200)

为提高大型煤炭企业煤炭产品进、出厂精细化、透明化管理水平，矿区运销管理已从人工方式过渡到无人值守磅房、汽车快速装车站等方式[1]，车辆自动识别技术、网络通讯技术、PLC控制技术、数据库处理分析技术、视频监控技术等在运销管理方面得到了一定的推广和应用，提高了运销管理效率和自动化水平[2]. 但是，在车辆计量、装车环节仍存在问题：基于RFID的车辆识别技术，以IC卡为信息载体，未形成闭环控制[3]；车辆信息录入、票据打印环节采用人工方式，效率低，未真正做到无人化；态势感知能力差，需人工巡检设备，处理故障周期长；产、运、销环节数据不能共享，数据准确性、实效性差，造成信息孤岛，不能高效传递，影响管理层决策，无法从根本上消除误装、偷盗煤等现象[4].

吕临能化选煤厂是一座入洗能力10.0 Mt/a的特大型炼焦煤选煤厂,产品种类多、外运量大、装车点多，票据管理、数据管理和现场管理难度大。基于上述问题，在借鉴无人值守磅房技术基础上，通过整合车辆智能识别、自动化计量、定量装车、数据分析、视频监控、自助票据打印、定制化APP等技术，研究开发了一套智能化汽车装车计量系统，以实现装车、计量全流程智能化，提高运销管理水平，填补传统磅房管理漏洞，提高产、运、销环节数据时效性和准确性，减员增效。

1 系统总体架构

汽车智能装车计量系统由应用层、数据汇聚层、设备层组成[5]，3个层面相互衔接，系统总体架构见图1.

图1 系统总体架构图

1) 应用层设计。

应用层包括该系统的主要功能：车辆信息登记、装车流程监测、记录查询、数据分析、票据打印、移动端查询、权限管理等。

2) 数据汇聚层设计。

数据汇聚层包括数据服务器、硬盘录像机、PLC等设备。所有的用户信息、装车信息等数据都存储在数据服务器中；装车时所有的视频信息都存储在硬盘录像机中；PLC进行逻辑控制，通过逻辑判断，控制信号灯、引导车辆上磅、计量及联锁装车站等。

3) 设备层设计。

设备层是实现系统功能的基础。设备层包括高清摄像机、车牌识别摄像机、广播终端、红绿灯、红外对射栅栏、地磅、自助登记、打印终端等。

2 系统网络结构

该系统中，应用程序PC、数据服务器、硬盘录像机、自助打印机、车辆识别摄像机、监控摄像机、语音终端、地磅、定量装车站、PLC控制器之间的连接使用星型网线结构[6]，并且将视频网与信息网划分到不同Vlan中，避免视频网占用过多带宽，影响整个系统的稳定。对于距离相对较远的设备，在原有的光纤网络基础上进行连接。地磅计量数据使用串口通信方式进入应用程序。PLC控制器与红绿灯、红外对射栅栏采用控制电缆连接，系统网络结构图见图2.

该网络结构简单，连接方便，管理和维护都相对容易，而且扩展性强，不仅实现了系统中各数据的连接，同时最大可能地保证了网络的稳定性。

图2 系统网络结构图

3 系统功能及特点

3.1 系统功能

1) 车辆自助登记。

运销管理部门向用户发派车单指令，用户通过PC终端或移动端提前一日预先录入分派车辆的车牌号、车型、产品种类、用户名等信息，经确认后自动上传至选煤厂装车计量系统数据库，作为该车辆进厂、装车的依据。

2) 车辆自动识别。

车辆在入口处，通过摄像头自动识别车辆身份及车型(与自助登记信息对比)，确认车辆合规即与登记信息一致，信号灯变绿、语音自动提示进厂、道闸开启，车辆进厂，同时自动在数据库中新增一条进厂记录，车辆自动识别示意图见图3.

图3 车辆自动识别示意图

3) 自动计量。

车辆入厂后在计量环节，通过车牌识别系统识别出车牌号，检测车辆身份；车辆身份合规，通过红绿灯引导系统引导车辆上磅；通过红外对射栅栏、计量系统判断车辆上磅是否完成。系统自动判断后，称出车辆重量，并自动调用该车辆历史数据中车辆信息进行对比，重量误差在合理值区间内，判定车辆空重无作弊，将空车车重写入数据库中，车辆计量示意图见图4.重车计量与空车计量环节相同[7].

图4 车辆计量示意图

4) 定量装车。

在装车环节，通过车牌识别系统识别出车牌号，自动读取该车辆相关信息(空重、煤种、用户名等)；通过摄像机判断该车辆所装煤种与汽车装车站煤种是否一致，如一致则车辆身份检测合格，道闸抬杆引导车辆进入定量装车站，装车系统自动读取该车辆信息、计算净重，预先在定量仓配仓。车辆进入装车区域后通过语音提示引导司机进入装车位，进行定量装车。判断不一致定量仓闸板自动关闭，装车流程结束，语音自动提示司机离开装车区域，并提醒值机员。装车完成后，系统自动语音提示引导车辆离开装车区域, 定量装车示意图见图5.

图5 定量装车示意图

5) 移动端在线监控。

在APP上在线监控视频、跟踪装车流程、查询历史数据；查看地磅、装车站运行参数，系统运行故障时可自动报警提示，取消人工巡视环节。

6) 自助打印。

完成全部装车计量流程后，车辆司机在门房自助终端上输入车牌号，自助终端打印装车票据。

3.2 系统特点

1) 多举措防作弊，通过红外对射栅栏、数据库信息分析功能防止车辆不规则上磅、车牌贴牌、换牌等恶意作弊现象的发生。在装车环节通过车辆识别技术，实现车牌与装车站定量仓闸板联锁，避免误装和偷盗煤等现象。

2) 车辆排队管理，系统支持车辆按进厂顺序排队管理，避免拥堵。

3) 在车辆入厂时一次扫描车辆信息，后续计量、装车环节信息自动上传至数据库，无限次扫描调用信息进行比对、确认，信息确认一致继续流程，信息确认不一致停止后续流程并自动语音提示。

4) 系统自动写入车辆计量信息，在装车环节自动生成装载量，装车站自动按照装载量进行定量配装。装车、计量完成后，自动将装车记录发送到自助终端，司机自助打印票据。

5) 该系统选用PLC代替I/O控制卡。I/O控制卡可靠性较低，配置复杂，使用PLC控制器可以提高系统整体可靠性，也有利于系统的升级改造。

6) 合理规划网络结构，使用管理型交换机，将网络划分到不同的VLAN，实现将视频网与装车信息分离。避免视频网络占用过多带宽，影响装车信息的传递，导致信息丢包等。

7) 建立信息发布平台，采用定制移动端APP随时查看计量、装车全流程，在移动端上可随时调取视频监控；移动端形成产品外运图表，可查看日、月、年销售数据及余量。

8) 移动端整合道闸、地磅、装车站等设备运行信号，在移动端可随时查看并具有故障报警功能，彻底代替人工巡检，提高系统运行稳定性。

9) 高效的数据整理、分析能力和历史数据查询，可自定义报表进行精准推送和信息发布。

4 实施效果

该系统自投用以来，运行可靠、稳定，提高了装车、计量、票据管理各环节效率。

1) 减少了人员数量，降低了管理成本。在进厂、出厂4个磅房处每班减员8人，2个门房处每班减员2人，2个汽车装车站处每班减员4人，按照3班运行模式可减员42人，按照人均工资5万元/年计算，每年可节支210万元。

2) 提高了工作效率，移动端预先录入车辆信息，车辆识别、计量、装车、票据打印整个流程实现了智能化，解决了车辆排队、现场管理混乱等问题。

3) 提高了运销管理环节信息的准确性和时效性，通过信息发布平台进行信息精确推送，提高了决策准确性，便于生产管理，移动端可实时查看运销数据。同时通过权限管理功能，彻底规避传统磅房、装车等环节的弊端，最大限度减少了人为干预带来的问题。

5 结 语

吕临能化选煤厂通过整合车辆智能识别、自动化计量、定量装车、网络通讯、数据分析、视频监控、自助票据打印、定制化APP等技术，构建了一套智能化汽车装车计量系统，实现了车辆识别、计量、装车、票据打印、数据管理等各环节智能化，与传统磅房、无人值守磅房比较，系统运行可靠、效率高、态势感知能力强、数据准确性和实效性高，提高了选煤厂管理层决策效率和运销管理水平。