邢玲玲

（甘肅畜牧工程職業(yè)技術(shù)職業(yè)學(xué)院，甘肅 武威 733006）

1 金屬礦山溜井放礦系統(tǒng)技術(shù)改造的意義

金屬礦山井下一般都分布著眾多的用于存放礦石的溜井或主井，運(yùn)輸班進(jìn)班前，需對溜井或主井井深進(jìn)行測量，其目的和作用在于以下三個(gè)方面：①通過井深的測量數(shù)據(jù)，估算井筒里礦石的儲量；②根據(jù)各井筒的礦石儲量合理安排生產(chǎn)調(diào)度；③由于溜井的落差一般都比較高，為了避免卸礦時(shí)，礦石落下產(chǎn)生的重量沖擊力損壞溜井井壁或井底放礦設(shè)施，卸礦前要盡量保證溜井底部預(yù)留一定量的礦石，以緩沖礦石從高處落下產(chǎn)生的沖擊力。

目前，許多老舊的金屬礦山的測量手段采用測繩的方式實(shí)現(xiàn)，測試工具簡單，一根帶刻度的長繩，一個(gè)重錘，一個(gè)繞線盤。但在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中出現(xiàn)許多不可預(yù)料的問題，如測繩的刻度易磨損（用了一段時(shí)間后無法看清深度標(biāo)識）且易斷、測量時(shí)繩子容易被礦石絞纏等問題，再加上每班都需要派人到各個(gè)溜井進(jìn)行人工測量，勞動強(qiáng)度大（一日三班，每班一次），效率不高。

在自動測量技術(shù)領(lǐng)域中，針對非接觸式固體物料位置測量主要應(yīng)用的技術(shù)手段有超聲波測距，視頻檢測測距，紅外測距等，但都因溜井物料的檢測環(huán)境惡劣，粉塵嚴(yán)重、濕度大，檢測結(jié)果很難做到穩(wěn)定可靠。

目前關(guān)于金屬物料位置測量的儀器中，雖然在液體物料位置測量中取得了很大成績，但固體物料位置測量一直是一個(gè)難題，很難有一個(gè)準(zhǔn)確可靠的最佳測量方式。過去以接觸式物理儀器測量為主，但是這種機(jī)械式測量故障多，壽命短，自動化程度低，不適合惡劣環(huán)境下的測距要求。近年來非接觸式物體位置計(jì)在測量固體物料時(shí)顯現(xiàn)出各自特點(diǎn)，使固體物料測量水平得到顯著提高。其中激光物料位置計(jì)以其高精度、對惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)在各種物料位置測量中得到了廣泛應(yīng)用。

2 原金屬礦山溜井放礦系統(tǒng)存在的問題

某金屬礦山的基本情況是：副井井口標(biāo)高1020，井底標(biāo)高-5，井下共有9個(gè)中段。其中生產(chǎn)主要集中在530、450、350、250、150中段，在450至150中段有3條階段溜井，用于放礦，由于溜井條數(shù)較多，每條溜井管理需要大量人力，而且存在著較多的工作不可靠等問題，系統(tǒng)工作效率較低。

3 改造的具體思路

為減少人力，提高各條溜井利用效率，對溜井物料位置及放礦實(shí)現(xiàn)無人值守自動運(yùn)行，即：溜井放礦機(jī)可以根據(jù)上下溜井內(nèi)的物料位置實(shí)現(xiàn)自動開停中段放礦機(jī)，同時(shí)為了提高放礦機(jī)的工作效率，預(yù)留接口在150中段將來還能夠根據(jù)溜井物料位置與梭車位置實(shí)現(xiàn)自動開停放礦機(jī)。

為保證測量準(zhǔn)確，采用物料位置計(jì)對溜井內(nèi)物料進(jìn)行精確的檢測，物料位置計(jì)數(shù)據(jù)在放礦時(shí)信號進(jìn)行屏蔽，并采用降塵技術(shù)及措施。3條溜井頂部安裝激光測量裝置。在每個(gè)放礦機(jī)位置安裝一臺PLC，PLC接收測量到的礦石位置信號并根據(jù)礦石位置信號確定放礦機(jī)的開關(guān)。為保證系統(tǒng)能夠較好的監(jiān)控，系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)都會上傳到上位機(jī)，并且由PLC完成所有的邏輯判斷和控制動作，系統(tǒng)同時(shí)設(shè)有觸摸屏，井下操作通過觸摸屏輕松實(shí)現(xiàn)設(shè)備的操作與相關(guān)信息的獲取。系統(tǒng)的具體硬件構(gòu)成見上圖1所示。

圖1 硬件構(gòu)成圖

4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)主要硬件選型

此系統(tǒng)的核心器件主要有PLC和激光物料位置測量儀。PLC的選擇主要考慮其輸入輸出點(diǎn)數(shù)、運(yùn)算能力、通信接口等幾個(gè)因素，在此系統(tǒng)中共有啟動、停止、系統(tǒng)急停等5組數(shù)字量輸入信號和系統(tǒng)運(yùn)行、放礦機(jī)放礦允許等4組輸出信號。

除此之外，系統(tǒng)還要處理物料位置測量量儀送來的物料位置模擬量信號，考慮到系統(tǒng)還需與上位機(jī)及觸摸屏進(jìn)行通訊，故選擇性價(jià)比較高的西門子200系列PLC，具體選擇PLC的型號是CPU226并外加模擬量處理模塊EM231一塊。激光物料位置測量儀選擇PT100系列工業(yè)激光測距傳感器。

PT100系列工業(yè)激光測距傳感器是CASATI公司的代表性產(chǎn)品，是一款長距離髙精度的在工業(yè)場合使用的產(chǎn)品。PT100系列產(chǎn)品是基于激光飛行時(shí)間檢測原理設(shè)計(jì)的，應(yīng)用了當(dāng)今先進(jìn)的數(shù)字化背景抑制技術(shù)，大大提髙了測量精度和抗干擾能力。此系列傳感器具有外形尺寸小，易于安裝，參數(shù)設(shè)置功能齊全，操作方便，帶有 M12的標(biāo)準(zhǔn)的接插件等特點(diǎn)，特別適合礦井這種特殊的場合，在此系統(tǒng)中具體選擇的型號是FBM400-PT100。

4.2 系統(tǒng)硬件資源分配

系統(tǒng)的硬件資源分析具體見下表1所示。

表1 系統(tǒng)I/O分配表

4.3 系統(tǒng)輸入輸出原理圖設(shè)計(jì)

金屬礦山溜井放礦系統(tǒng)的輸入輸出信號主要分成三部分，具體如下圖2所示。

（1）數(shù)字量輸入：分為系統(tǒng)的啟動、停止、急停、故障和手/自動模式選擇信號。

（2）數(shù)字量輸出：分為系統(tǒng)的準(zhǔn)備就序、運(yùn)行指示、放礦機(jī)開啟、梭車到位信號。

（3）模擬量輸入：激光料位儀檢測到的溜井內(nèi)礦石信號轉(zhuǎn)換為4-20mA的電流信號。

圖2 系統(tǒng)輸入輸出原理圖

4.4 系統(tǒng)下位機(jī)程序設(shè)計(jì)

金屬礦山溜井放礦系統(tǒng)下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)過程中主要設(shè)計(jì)的問題是上位機(jī)與下位機(jī)的通訊、下位機(jī)對礦井內(nèi)已有礦石的精確測量及相應(yīng)的邏輯處理。程序的具體流程圖如下圖3所示。

圖3 系統(tǒng)下位機(jī)程序流程圖

5 結(jié)語

溜井放礦系統(tǒng)是構(gòu)成金屬礦山安全生產(chǎn)系統(tǒng)的重要系統(tǒng)之一，合理的對溜井放礦進(jìn)行實(shí)時(shí)的自動化改造，大大提高了放礦的效率，減少了溜井放礦系統(tǒng)的維修次數(shù)，對確保金屬礦山安全生產(chǎn)和高效運(yùn)行具有重要而深遠(yuǎn)的影響。系統(tǒng)自改造以后，運(yùn)行平穩(wěn)正常，為礦山帶來了可觀的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。