井下原礦檢測自動化系統(tǒng)簡述

劉躍峰

(魯中礦業(yè)有限公司，山東 濟南 271113)

0 引言

井下原礦品位無法直觀判斷，礦石和礦渣無法準確分離，一起提升到地面進行選別，造成資源的不合理利用。使用此系統(tǒng)，可以替代井下計量檢測人員，實現(xiàn)自動檢測，準確檢測礦量和品位，有效指導生產(chǎn)，合理利用資源，降本增效。

1 系統(tǒng)概述

井下原礦檢測自動化項目包含計量系統(tǒng)、信息化管理系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)三個子系統(tǒng)。

計量系統(tǒng)采用無人值守方案，并最大程度利用原有設(shè)備，節(jié)省成本。該方案無需現(xiàn)場操作，便可自動計量井下各工區(qū)的出礦情況。

信息化管理系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)設(shè)計，采用網(wǎng)頁形式顯示。從計量系統(tǒng)獲取計量數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫中，并根據(jù)用戶需求進行修正和過濾數(shù)據(jù)、打印報表等操作，還可以在軟件界面監(jiān)控井下計量系統(tǒng)各硬件設(shè)備運行情況并在異常情況時報警。

監(jiān)控系統(tǒng)可以實時查看或回放一段時間內(nèi)礦車通過重車秤和空車秤的監(jiān)控畫面。

2 系統(tǒng)籌備

2.1 原礦檢測自動化系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)要求

1)標識卡；車頭、車廂識別率≥99.5%；

2)體積檢測重復性誤差≤1.5%；

3)實現(xiàn)井下無人值守，數(shù)據(jù)自動傳輸。

2.2 檢測流程設(shè)計

井下原礦自動檢測流程設(shè)計，見圖1。

圖1 井下原礦自動檢測流程設(shè)計

3 方案實施

3.1 主要硬件設(shè)備的安裝調(diào)試

3.1.1 激光雷達

體積檢測儀器在不斷地更新?lián)Q代，因激光方向性好，不易發(fā)散，采樣頻率高，更能真實反映實際的狀態(tài)，故決定采用紅外波段激光探測礦石高度。每個水平安裝雷達一部，安裝在重車秤后方8 m的巷道頂部，通過掃描計算，可以得到礦車中礦石的體積。

3.1.2 讀卡器(RFID)

讀卡器按工作頻率分為低頻、高頻和超高頻三種，根據(jù)其使用的場所不同，結(jié)合公司現(xiàn)場環(huán)境和自動化應(yīng)用需求，選擇支持較長讀寫距離和高讀寫速度的超高頻讀卡器每個水平安裝讀卡器兩部，空車秤和重車秤各一，將井下每一臺磨電車頭對應(yīng)讀卡器的高度安裝計量卡，使得礦車通過讀卡器時，計量卡的信息被采集到，以確認礦車身份。

3.1.3 標識卡

百分之百動態(tài)讀取成功是標識卡選擇的目標，它直接決定著無人自動化后續(xù)方案的選擇與執(zhí)行。井下巷道作業(yè)環(huán)境不同于地表，存在粉塵、震動、磁場環(huán)境等影響因素，地表識別率高的標識卡在井下環(huán)境未必能夠滿足百分之百的識別要求。選擇地表常用的一般射頻卡和ETAG-T611抗干擾射頻卡進行測試，測試數(shù)據(jù)見表1。

表1 標示卡測試情況統(tǒng)計表

結(jié)果一般射頻卡成功率不能滿足要求，因此選取抗干擾射頻卡。

3.1.4 顯示設(shè)備

使用LED顯示屏實時顯示數(shù)據(jù),見圖2，每個水平兩塊，分別安裝在重車秤和空車秤后方，當?shù)V車通過兩秤后，即時顯示相應(yīng)的計量信息，方便礦車司機確認本列車的計量數(shù)據(jù)是否正常，讀卡是否成功。

圖2 LED顯示屏實時顯示數(shù)據(jù)

3.1.5 實時監(jiān)控

網(wǎng)絡(luò)攝像機每個水平兩部，可在網(wǎng)絡(luò)上查詢實時監(jiān)控畫面及回放錄像。重車秤安裝在秤前方5 m的巷道頂部支架上，空車秤安裝在秤后方8 m的巷道頂部支架上。

3.1.6 遠程控制

網(wǎng)絡(luò)繼電器每個水平一臺，在電流不超標的情況下，可以通過網(wǎng)絡(luò)控制多路設(shè)備的電源，實現(xiàn)遠程控制設(shè)備重啟，排除故障。

3.2 軟件系統(tǒng)的功能與調(diào)試

1)一列礦車經(jīng)過重車測量點時，井下計量系統(tǒng)能完整接收到毛重數(shù)據(jù)；雷達能完整測量礦車體積數(shù)據(jù)并被井下計量系統(tǒng)接收；讀卡器能正確識別安裝在車頭的計量卡信息；礦車完全通過雷達后，LED1顯示屏能顯示卡號、總體積、總毛重。同一列礦車經(jīng)過空車測量點后，井下計量系統(tǒng)能完整接收到皮重數(shù)據(jù)，并根據(jù)計量卡號自動匹配毛重數(shù)據(jù)，形成完整記錄后上傳信息化管理系統(tǒng)；LED2顯示屏能顯示卡號、總凈重。

2)計量系統(tǒng)采用模板識別的方式，通過比對激光雷達采集到的圖像，可以判斷通過電子秤的是車頭還是車廂。如果未識別，將會在管理系統(tǒng)中進行二次識別，確保車頭、車廂識別準確度99%以上。

3)無人值守情況下，必須能夠識別礦車是否倒車，通過重量與體積檢測數(shù)據(jù)上傳的先后順序，計量系統(tǒng)可以判斷通過電子秤的礦車是否倒車。

4)列車停在重車秤時(雷達下)，計量系統(tǒng)中的體積測量模塊檢測到數(shù)據(jù)相同，判定為停車，并將停車部分數(shù)據(jù)刪除保留有效數(shù)據(jù)。計量列車停在空車秤時，因沒有雷達，計量系統(tǒng)無法自動識別列車是否已完成計量，當列車開始行駛后，計量系統(tǒng)將正常運行(記錄并上傳數(shù)據(jù))。

5)稱重得到的重量數(shù)據(jù)個數(shù)與激光雷達檢測到的體積個數(shù)不符時，計量系統(tǒng)會正常記錄與上傳，將在管理系統(tǒng)中進行二次處理，車節(jié)數(shù)以體積個數(shù)為準進行匹配。

6)管理系統(tǒng)的重要功能之一就是查詢檢索，除了可以實時查看當日的井下計量數(shù)據(jù)，管理系統(tǒng)還可以按礦區(qū)、工區(qū)、水平、班次精確查詢，或者按速度、日期、品位分類查詢，也可以將全部條件結(jié)合在一起，實現(xiàn)萬能查詢。

7)管理系統(tǒng)中的“設(shè)備監(jiān)測”欄，制作了-350、-450、-500三個水平的監(jiān)測動畫，包括重車秤、空車秤、激光雷達、重車讀卡器、空車讀卡器五個主要設(shè)備的實時狀態(tài)監(jiān)測，一旦哪個設(shè)備出現(xiàn)通訊異常，畫面上代表設(shè)備的圖案顏色會發(fā)生變化并閃爍，還會發(fā)出報警音進行提醒，方便操作人員及時處理故障。

8)管理系統(tǒng)中的“生產(chǎn)計量報表”里面，“實時產(chǎn)量數(shù)據(jù)”表可以查看井下的實時過秤記錄，自動更新。還集成了“日報表”、“周報表”、 “旬報表”、 “月報表”、 “季報表”、 “年報表”，需要查詢數(shù)據(jù)時，只要點進去即可看到(個別表需要選擇日期或者年份)，方便了數(shù)據(jù)統(tǒng)計方面的工作。

9)管理系統(tǒng)中的“系統(tǒng)管理”界面集成了-350、-450、-500三個水平的網(wǎng)絡(luò)繼電器開關(guān)，登錄后可以遠程控制井下三個水平所有檢測設(shè)備的電源，在出現(xiàn)故障時可以遠程重啟設(shè)備以排除故障。

經(jīng)不斷測試、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、再次測試，使得系統(tǒng)逐步完善，基本實現(xiàn)了井下三個水平原礦的檢測自動化。

4 項目驗收

4.1 功能性實現(xiàn)情況

井下原礦檢測自動化系統(tǒng)功能測試情況，見表2。

表2 井下原礦檢測自動化系統(tǒng)功能測試情況

4.2 技術(shù)指標完成情況

4.2.1 車頭與車廂識別率

測試方案：隨機抽取7月任意兩天全天的測試數(shù)據(jù)。統(tǒng)計管理系統(tǒng)中單節(jié)車頭與車廂信息；查看計量系統(tǒng)中的圖像，人工識別車頭與車廂信息，對比記錄分析。(注：車頭識別與車速有關(guān)，車速小于3 km/h與大于8 km/h的列車不統(tǒng)計。)抽取了2日測試數(shù)據(jù)，見表3。

表3 7.22日和7.31日測試數(shù)據(jù)

結(jié)論：前后磨電車頭識別率100%，車節(jié)數(shù)識別率100%，合格。

4.2.2 體積精度測試

體積精度測試采用掛有5節(jié)礦車的列車進行6次重復測量，取正向行駛的測量結(jié)果。5節(jié)礦車分別為：2節(jié)空車、1節(jié)砝碼車、1節(jié)半載車、1節(jié)滿載車，測試結(jié)果見表4。

表4 體積精度測試

由表4可見，空車體積有負數(shù)也有正值，是因為井下車廂的尺寸不完全一致，加上長時間使用輕微變形導致與體積模型略有差值。由于空車真實體積太小，體積波動被放大，無代表性，未計算。

砝碼車檢測的平均體積為4.040 m3，人工計算得出體積為4.031 m3，差值為0.009 m3。體積波動為0.42%，精度較高。

半載礦車檢測體積為2.744 m3，人工計算得出的體積為2.787 m3，差值為0.043 m3。由于基數(shù)小，體積波動較砝碼車大，為1.24%，未超差(1.50%)。

滿載礦車檢測體積為3.859 m3，體積波動與砝碼車相近，為0.52%。

4.2.3 體積重復性測試

體積重復性測試采用掛有4節(jié)礦車的列車進行6次重復測量，取正向行駛的測量結(jié)果，分別計算體積波動，并對新舊系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行對比。4節(jié)礦車分別為：2節(jié)半載車、2節(jié)滿載車。測試結(jié)果見表5～8。

表5 半載礦車1標定試驗

表6 半載礦車2標定試驗

表7 滿載礦車1標定試驗

表8 滿載礦車2標定試驗

由上表數(shù)據(jù)可知，體積測量重復性較好，體積波動均小于1.50%。

5 效益

5.1 節(jié)省人工成本

原來軌道衡重量品位檢測崗位實施三班倒作業(yè)，計量人員共計19人，自動化控制及數(shù)據(jù)共享實施后，保留5人負責自動檢測管理系統(tǒng)的維護、異常數(shù)據(jù)的審核，可節(jié)約14人的人工成本，按每人每年6 萬元人工成本計算，每年可節(jié)約人工成本14×6=84萬元。

5.2 節(jié)省打印及維護費用

自動化控制實現(xiàn)后每年節(jié)約的打印用品及維護費用3萬元。

項目實施后每年可節(jié)省費用87萬元。

6 結(jié)語

經(jīng)過幾個月的試運行，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)準確。該新系統(tǒng)易學易會，操作方便，信息傳輸能力強，不僅滿足了生產(chǎn)需要，而且實現(xiàn)了井下無人值守，節(jié)省了人工成本，效益顯著，同時實現(xiàn)了井下原礦檢測的實時可視，值得在同類礦物自動化檢測中推廣應(yīng)用。