多金屬井下鏟運機自動計量系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

劉宏發(fā)，吳飛

（湖南柿竹園有色金屬有限責任公司，湖南郴州423037）

多金屬井下鏟運機自動計量系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

劉宏發(fā)，吳飛

（湖南柿竹園有色金屬有限責任公司，湖南郴州423037）

長期以來，柿竹園公司多金屬井下鏟運機出礦采用人工計量的形式來完成。這種方式存在計量效率低、浪費人力成本、計量不準確、作業(yè)環(huán)境差等諸多問題。結(jié)合鏟運機裝載量電子秤技術(shù)、無線射頻技術(shù)、2．4GWIFI技術(shù)、組網(wǎng)技術(shù)等，完成了多金屬井下鏟運機自動計量系統(tǒng)的設計與開發(fā)，該系統(tǒng)實現(xiàn)了無人值守自動計量和遠程實時監(jiān)控，在實際生產(chǎn)運用中效果顯著。

自動計量；實時監(jiān)控；電子秤；WIFI

隨著科學技術(shù)的進步和現(xiàn)代化生產(chǎn)的不斷推進，生產(chǎn)設備正在朝著自動化、大型化、智能化方向發(fā)展，在礦山型企業(yè)也是如此［1］。柿竹園公司多金屬礦井下日供礦量達7 000t，有近20臺鏟運機進行日常鏟礦作業(yè)。但長期以來，多金屬井下鏟運機出礦采用人工計量的形式來完成。這種方式存在計量效率低、浪費人力成本、計量不準確、作業(yè)環(huán)境差等諸多問題。面對日益激烈的市場競爭，向科技創(chuàng)新要效益，向節(jié)能降耗要發(fā)展，已經(jīng)成為礦山型企業(yè)發(fā)展的趨勢。多金屬井下鏟運機自動計量系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)成為我們的必然選擇［2］。

1 整體架構(gòu)設計

多金屬井下鏟運機自動計量系統(tǒng)主要包括三大部分：鏟運機裝載量稱重系統(tǒng)、信號的自動識別與傳輸系統(tǒng)、中央監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對多金屬井下鏟運機的遠程實時監(jiān)控和無人值守自動計量。其中，由鏟運機裝載量稱重系統(tǒng)記錄鏟運機出礦量數(shù)據(jù)。信號的自動識別與傳輸系統(tǒng)對溜井名稱、鏟運機司機、鏟運機號進行識別，并連同出礦量數(shù)據(jù)一起通過光纖傳遞給中央監(jiān)控中心。中央監(jiān)控中心完成數(shù)據(jù)入庫，數(shù)據(jù)統(tǒng)計、查詢及報表打印等。多金屬井下鏟運機自動計量系統(tǒng)總體設計圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

2．1 鏟運機裝載量稱重系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

1）系統(tǒng)組成

鏟運機裝載量稱重系統(tǒng)，主要利用的是裝載量電子秤技術(shù)，是一種高精密度的動態(tài)計量高科技設備，是計算機技術(shù)和傳感器技術(shù)的科學結(jié)合。稱重系統(tǒng)主要由定高傳器、油路傳感器、電子秤、設備箱（光纖收發(fā)器）組成［3］。稱重系統(tǒng)組成圖如圖2所示。

圖1 多金屬井下鏟運機自動計量系統(tǒng)總體設計圖Fig．1 Overall design diagram of scraper automatic measurement system in multi－metal mine

圖2 稱重系統(tǒng)組成圖Fig．2 Composition diagram of weighing system

2）工作原理

工作原理為：通過稱重傳感器測量鏟運機從舉升缸進油管和回油管中取樣油壓差，然后運用數(shù)學模型軟件將壓力差轉(zhuǎn)換為重量信號，顯示在電子秤電子顯示屏上。

3）系統(tǒng)實現(xiàn)

定高傳感器的目的為判斷和測速，油路傳感器的目的是為了稱重和補償，電子秤功能主要為接收信號、顯示數(shù)據(jù)和設置，設備箱主要功能是傳輸信號到識別系統(tǒng)。鏟車在舉斗和收斗的兩次過程中定高器兩個閉合，形成回路，通過油路傳感器稱重量值進行判斷數(shù)據(jù)是否無效。同時，定高傳感器通過速度的測定與油路傳感器一起對加速過程進行稱重補償。經(jīng)過稱重補償?shù)挠行?shù)據(jù)通過信號傳輸?shù)诫娮映由线M行顯示。最后，這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆O備箱，通過其發(fā)射裝置對外發(fā)射，經(jīng)信號識別和傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)街醒氡O(jiān)控中心顯示管理。

2．2 信號識別與傳輸系統(tǒng)設計

1）無線通訊技術(shù)的選用

基于多金屬井下復雜不利的環(huán)境條件，以及鏟運機在鏟礦過程中的高速移動性，我們在無線通訊技術(shù)的選擇上更側(cè)重于覆蓋性廣、穿透性好，高速、可移動的傳輸方式。2．4GWIFI技術(shù)很好地解決了這一問題，它接入快捷、傳輸速度快、構(gòu)建方式簡單，完全符合多金屬井下信號識別與傳輸?shù)男枰?］。

2）信號識別的實現(xiàn)

信號識別主要為鏟運機司機的識別、鏟運機車號的識別、溜井號的識別、稱重信息的識別。對于主要部分稱重系統(tǒng)的識別我們應用2．4GWIFI技術(shù)，而對于鏟運機司機的識別、鏟運機車號的識別、溜井號的識別，我們應用到了無線射頻技術(shù)和網(wǎng)絡IP地址技術(shù)［5－6］。

3）信號傳輸?shù)膶崿F(xiàn)

系統(tǒng)采用傳輸速率為100M的工業(yè)環(huán)形以太網(wǎng)組網(wǎng)，所有設備基于TCP/IP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，環(huán)形局域網(wǎng)具有單邊斷線網(wǎng)絡自動切換的特點，適合對可靠性要求很高的系統(tǒng)。如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)傳輸組網(wǎng)示意圖Fig．3 Schematic diagram of data transmission network

2．3 中央監(jiān)控系統(tǒng)設計

1）中央監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)設計

中央監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)業(yè)務范圍分為三個層次，分別是數(shù)據(jù)層、應用層和訪問層。數(shù)據(jù)層包括兩臺熱備份數(shù)據(jù)庫服務器，主要功能是存儲重量數(shù)據(jù)，并為應用服務器和Web服務器提供服務。應用層包括兩臺熱備份應用服務器、視頻服務器和Web服務器，主要的功能包括：接收終端層所有計量終端發(fā)送的重量信息，保存到數(shù)據(jù)庫服務器；接收視頻終端發(fā)送的實時圖像信息，并保存到視頻服務器；響應訪問層用戶請求，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和圖像的查詢和操作。訪問層是本系統(tǒng)的最終用戶，實時監(jiān)控產(chǎn)量數(shù)據(jù)的查詢統(tǒng)計等功能。中央監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 中央監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig．4 Diagram of central monitoring system architecture

2）中央監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)

中央監(jiān)控系統(tǒng)接收基礎數(shù)據(jù)，并對基礎數(shù)據(jù)進行管理，在顯示屏上顯示。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，監(jiān)控中心人員可以通過語音對話系統(tǒng)對鏟運車司機進行生產(chǎn)調(diào)度。最后，實現(xiàn)報表打印，經(jīng)鏟運機司機確認后存入數(shù)據(jù)庫。同時，中央監(jiān)控系統(tǒng)，還能實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)查詢、網(wǎng)上實時監(jiān)控，數(shù)據(jù)統(tǒng)計等功能。

3 結(jié)論

多金屬井下鏟運機自動計量系統(tǒng)，經(jīng)過在柿竹園公司的生產(chǎn)實踐，各項指標均滿足多金屬井下鏟運機計量的要求，實現(xiàn)了自動計量、遠程實時監(jiān)控，且運行故障率低、計量準確，大大節(jié)約了人力、物力成本，效果顯著。本系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)是多學科交叉應用的典范，提高了多金屬井下鏟運機計量的自動化、智能化水平，也為其他同類礦山企業(yè)設備自動化、智能化發(fā)展提供了范例，具有一定的理論價值和現(xiàn)實意義。

［1］竇秀忍．靜態(tài)衡無人值守遠程集中計量系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［D］．長沙：湖南大學，2011．

［2］劉宏發(fā)．多金屬井下鏟運機自動計量系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［D］．長沙：中南大學，2014．

［3］祁波，曲少飛．GAM無人值守自動計量管理系統(tǒng)［C］//第十屆稱重技術(shù)研討會論文集．上海：稱重科技，2011：133－135．

［4］姚軍．基于WI－FI的煤礦井下接入平臺的研究與設計［D］．西安：西安科技大學，2007．

［5］何希才．傳感器技術(shù)及應用［M］．北京：北京航空航天大學出版社，2006．

［6］林志文，李楊，劉松風．基于信息的開放式自動測試系統(tǒng)技術(shù)結(jié)構(gòu)分析［J］．計算機測量與控制，2005，13（9）：894－896．

Design and implementation of the scraper automatic measuring system in multi－metal mine

LIU Hongfa，WU Fei
（Hunan Shizhuyuan Nonferrous Metals Co．，Ltd．，Chenzhou Hunan 423037，China）

For a long time，the scraper ore removal is measured in the form of artificial measurement in multimetal mine of Shizhuyuan Company．There are many problems in this way，such as the waste of human resources，bad work environment，and low working efficiency．Combined with scraper loading electronic weighing technology，radio frequency technology，2．4GWI－FI technology，networking technology and so on，the design and development of the scraper automatic measurement system in multi－metal mine is completed，and the automatic measurement and remote real－time monitoring are realized．The effect is remarkable in the actual production application．

automatic measurement；real－time monitoring；electronic weighing；WIFI

TD422．4

Α

1671－4172（2015）04－0080－02

10．3969/j．issn．1671－4172．2015．04．018

劉宏發(fā)（1966－），男，工程師，測繪工程專業(yè)，主要從事多金屬井下出配礦管理工作。