基于大型礦山倉(cāng)儲(chǔ)管理的自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

韓 勇

（河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司機(jī)電檢修分公司，河北 唐山 063000）

為了提高礦產(chǎn)物流的效率，各種新型技術(shù)被運(yùn)用在礦山物流的各個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中。信息化的發(fā)展大致為自上而下想現(xiàn)場(chǎng)層擴(kuò)展?jié)B透。而自動(dòng)化則是自下而上，從底層局部自動(dòng)化想車(chē)間乃至整個(gè)礦產(chǎn)企業(yè)經(jīng)營(yíng)決策的自動(dòng)化方向發(fā)展。使得自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)常成為信息化與自動(dòng)化的交匯點(diǎn)和信息集成環(huán)節(jié)[1]。礦山倉(cāng)儲(chǔ)管理實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化是網(wǎng)絡(luò)與硬件設(shè)備的集成，同時(shí)也是信息與應(yīng)用的集成，最終實(shí)現(xiàn)礦山倉(cāng)儲(chǔ)管理的功能集成。本文對(duì)礦山倉(cāng)儲(chǔ)管理自動(dòng)化進(jìn)行分析，加強(qiáng)對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)管理自動(dòng)化控制的穩(wěn)定性，可以很好的降低人力資源成本。

1 倉(cāng)儲(chǔ)管理運(yùn)行現(xiàn)狀

礦體在碎礦車(chē)間進(jìn)行破碎處理后，經(jīng)皮帶傳送至礦倉(cāng)內(nèi)，由布料小車(chē)和振動(dòng)篩對(duì)各個(gè)礦倉(cāng)的布料和卸料進(jìn)行自動(dòng)控制，再進(jìn)入球磨車(chē)間。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，礦倉(cāng)料位信息對(duì)于布料小車(chē)自動(dòng)控制至關(guān)重要。小車(chē)要根據(jù)料位信息，對(duì)料位不足的礦倉(cāng)進(jìn)行布料，料滿(mǎn)后停止，繼續(xù)對(duì)其他礦倉(cāng)加料。礦倉(cāng)下方用于卸料的振動(dòng)篩也需要根據(jù)料位情況，來(lái)確定哪些開(kāi)啟，哪些關(guān)閉。如果料位不準(zhǔn)，則很難對(duì)布料小車(chē)和振動(dòng)篩進(jìn)行自動(dòng)控制。

由于現(xiàn)場(chǎng)工況惡劣，操作不當(dāng)，維護(hù)不便，運(yùn)行設(shè)備易損等一系列因素，目前無(wú)法穩(wěn)定的通過(guò)料位計(jì)來(lái)反映實(shí)際料位，布料小車(chē)以及振動(dòng)篩也無(wú)法連續(xù)進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行。因此現(xiàn)場(chǎng)需要安排大量人力看守設(shè)備，如果料位計(jì)出現(xiàn)問(wèn)題，則需手動(dòng)操縱布料小車(chē)和振動(dòng)篩，以滿(mǎn)足生產(chǎn)的連續(xù)性。大大提高了人力成本，降低了自動(dòng)化水平，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)高粉塵環(huán)境對(duì)工人的健康也會(huì)產(chǎn)生不利影響。

綜合上述分析，大型礦山倉(cāng)儲(chǔ)管理自動(dòng)化水平高，但是自動(dòng)化穩(wěn)定性和連續(xù)性差，因此需要人員長(zhǎng)期駐守設(shè)備旁，以免因?yàn)樽詣?dòng)化設(shè)備故障導(dǎo)致的停產(chǎn)狀況發(fā)生。而倉(cāng)儲(chǔ)管理環(huán)節(jié)自動(dòng)化穩(wěn)定性及連續(xù)性差的關(guān)鍵在于料位監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)，因此若要改善這一點(diǎn)，則必須從礦產(chǎn)料位監(jiān)測(cè)這一環(huán)節(jié)入手。

2 倉(cāng)儲(chǔ)管理監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀及不同料位計(jì)的對(duì)比分析

2.1 研山倉(cāng)儲(chǔ)材料監(jiān)測(cè)方法

礦產(chǎn)當(dāng)前料位監(jiān)測(cè)采用雷達(dá)料位計(jì)，其原理如下

雷達(dá)料位計(jì)的發(fā)射裝置發(fā)出高頻脈沖電磁波，電磁波遇到物體表面反射，產(chǎn)生回波，回波回傳至料位器傳感器，傳感器接收到信號(hào)后，由其內(nèi)部的處理器對(duì)此信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，得出當(dāng)前料位位置。如圖1所示，礦倉(cāng)滿(mǎn)位距離物料表面的距離D與脈沖的時(shí)間行程T之間的關(guān)系為：D=C×T/2，其中C代表光速。由于空罐的高度E已知，則料位L為：L=E-D=E-C×T/2。

通過(guò)在控制系統(tǒng)中輸入料位計(jì)距離礦倉(cāng)底部的高度E，滿(mǎn)倉(cāng)高度F以及其他相關(guān)參數(shù)，系統(tǒng)將自動(dòng)對(duì)料位計(jì)發(fā)出及返回的信號(hào)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為4mA～20mA的電信號(hào)輸出。信號(hào)傳遞到控制室，由計(jì)算機(jī)統(tǒng)一處理，自動(dòng)控制布料小車(chē)及振動(dòng)篩工作。

圖1 雷達(dá)料位計(jì)原理

2.2 不同倉(cāng)儲(chǔ)位置優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

雖然市場(chǎng)上料位計(jì)種類(lèi)眾多，方法不一，但是礦山倉(cāng)儲(chǔ)位置，筒倉(cāng)高，粉塵多，擾動(dòng)強(qiáng)，維護(hù)不便，顧此處只討論適合高粉塵環(huán)境下的非接觸式倉(cāng)儲(chǔ)位計(jì)。

（1）雷達(dá)料位計(jì)。研山礦產(chǎn)倉(cāng)儲(chǔ)管理目前即采用雷達(dá)料位計(jì)監(jiān)測(cè)礦倉(cāng)內(nèi)料位，其優(yōu)缺點(diǎn)如下。優(yōu)點(diǎn)：①非接觸式測(cè)量，部件不易損壞。②可以適應(yīng)高溫、高壓、蒸汽及粉塵等惡劣的生產(chǎn)環(huán)境。③精度高，壽命長(zhǎng)，可靠性好。缺點(diǎn)：①雷達(dá)料位計(jì)需安裝在礦倉(cāng)頂部，出現(xiàn)故障維修不便。②礦山倉(cāng)儲(chǔ)儲(chǔ)物一般為固態(tài)，導(dǎo)致料位計(jì)需要根據(jù)固體物堆角的角度安裝，安裝不便，并且每個(gè)礦倉(cāng)堆角不盡相同，安裝時(shí)無(wú)法統(tǒng)一，導(dǎo)致實(shí)際測(cè)量料位并不準(zhǔn)確。③料位計(jì)距離進(jìn)料口過(guò)近或罐內(nèi)有其他結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生虛假反射，影響實(shí)際測(cè)量。

圖2 雷達(dá)料位計(jì)安裝示意圖

（2）稱(chēng)重式料位計(jì)。稱(chēng)重料位計(jì)同樣可以用于高粉塵的料位監(jiān)測(cè)，分為稱(chēng)重式和貼附式兩種，其優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)如下。優(yōu)點(diǎn)：①對(duì)罐體內(nèi)部結(jié)構(gòu)無(wú)要求。②不受筒倉(cāng)高度限制。③監(jiān)測(cè)料位的同時(shí)可以測(cè)量質(zhì)量/體積。④貼附式安裝更換簡(jiǎn)便缺點(diǎn)：①對(duì)罐體支撐有要求，需要有明確的主受力支撐結(jié)構(gòu)。②只能根據(jù)重量推算物料面，真實(shí)物料面狀況無(wú)法得知。

（3）γ射線(xiàn)料位計(jì)。γ射線(xiàn)料位計(jì)，是利用物料對(duì)γ射線(xiàn)的阻擋作用進(jìn)行物位測(cè)量的儀表。優(yōu)點(diǎn)：①不受被測(cè)物體形態(tài)影響，被測(cè)物質(zhì)既可以為粉末或顆粒固體，也可以為液體。②對(duì)溫度、壓力、粉塵、粘度、腐蝕的適應(yīng)性在所有料位計(jì)中最高。缺點(diǎn)：①存在安全隱患，放射源污染環(huán)境。②放射源衰減使料位控制不可靠。③受筒倉(cāng)高度影響大。

3 倉(cāng)儲(chǔ)管理自動(dòng)控制優(yōu)化方案

3.1 設(shè)計(jì)思路

綜合以上分析，結(jié)合實(shí)際情況，礦山倉(cāng)儲(chǔ)管理自動(dòng)控制優(yōu)化設(shè)計(jì)的思路應(yīng)為：沿用當(dāng)前自動(dòng)化控制方式，加裝雙重料位計(jì)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)，將現(xiàn)場(chǎng)駐守人員撤銷(xiāo)，改為中控室統(tǒng)一控制，維修人員定期巡檢的模式。

3.2 方案簡(jiǎn)介

通過(guò)對(duì)不同料位計(jì)優(yōu)勢(shì)和不足的分析發(fā)現(xiàn)，采用雷達(dá)料位計(jì)+貼附式稱(chēng)重料位計(jì)的方式組合為最優(yōu)方式。其中雷達(dá)料位計(jì)為主監(jiān)測(cè)料位計(jì)，同時(shí)根據(jù)稱(chēng)重傳感器的數(shù)據(jù)對(duì)雷達(dá)料位計(jì)的監(jiān)測(cè)進(jìn)行修正，兩者配合提高準(zhǔn)確率。當(dāng)其中一者出現(xiàn)問(wèn)題，不能正常工作時(shí)，整個(gè)流程依然可以根據(jù)另外一個(gè)料位計(jì)的監(jiān)測(cè)反饋繼續(xù)工作，不會(huì)中斷。

4 結(jié)論

自動(dòng)化程度高，但是自動(dòng)化穩(wěn)定性低，系統(tǒng)采用了應(yīng)用廣泛的快速交換式技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)管理與監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用，通過(guò)軟件集成實(shí)現(xiàn)了倉(cāng)儲(chǔ)管理與控制的高度自動(dòng)化，可提高自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)的效率。在自動(dòng)化技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)的同時(shí)，注重自動(dòng)化的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，尤其是在惡劣工況及維護(hù)不易的情況下，如何保證自動(dòng)化控制流程的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)降低人力成本將起到越來(lái)越重要的作用。