劉躍峰

(魯中礦業(yè)有限公司，山東 濟(jì)南 271113)

0 引言

井下原礦品位無(wú)法直觀判斷，礦石和礦渣無(wú)法準(zhǔn)確分離，一起提升到地面進(jìn)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(jì)量檢測(cè)人員，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)，準(zhǔn)確檢測(cè)礦量和品位，有效指導(dǎo)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(cè)自動(dòng)化項(xiàng)目包含計(jì)量系統(tǒng)、信息化管理系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)三個(gè)子系統(tǒng)。

計(jì)量系統(tǒng)采用無(wú)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(wú)需現(xiàn)場(chǎng)操作，便可自動(dòng)計(jì)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(jì)，采用網(wǎng)頁(yè)形式顯示。從計(jì)量系統(tǒng)獲取計(jì)量數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫(kù)中，并根據(jù)用戶需求進(jìn)行修正和過(guò)濾數(shù)據(jù)、打印報(bào)表等操作，還可以在軟件界面監(jiān)控井下計(jì)量系統(tǒng)各硬件設(shè)備運(yùn)行情況并在異常情況時(shí)報(bào)警。

監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)查看或回放一段時(shí)間內(nèi)礦車(chē)通過(guò)重車(chē)秤和空車(chē)秤的監(jiān)控畫(huà)面。

2 系統(tǒng)籌備

2.1 原礦檢測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)要求

1)標(biāo)識(shí)卡；車(chē)頭、車(chē)廂識(shí)別率≥99.5%；

2)體積檢測(cè)重復(fù)性誤差≤1.5%；

3)實(shí)現(xiàn)井下無(wú)人值守，數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸。

2.2 檢測(cè)流程設(shè)計(jì)

井下原礦自動(dòng)檢測(cè)流程設(shè)計(jì)，見(jiàn)圖1。

圖1 井下原礦自動(dòng)檢測(cè)流程設(shè)計(jì)

3 方案實(shí)施

3.1 主要硬件設(shè)備的安裝調(diào)試

3.1.1 激光雷達(dá)

體積檢測(cè)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(shí)反映實(shí)際的狀態(tài)，故決定采用紅外波段激光探測(cè)礦石高度。每個(gè)水平安裝雷達(dá)一部，安裝在重車(chē)秤后方8 m的巷道頂部，通過(guò)掃描計(jì)算，可以得到礦車(chē)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(chǎng)所不同，結(jié)合公司現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和自動(dòng)化應(yīng)用需求，選擇支持較長(zhǎng)讀寫(xiě)距離和高讀寫(xiě)速度的超高頻讀卡器每個(gè)水平安裝讀卡器兩部，空車(chē)秤和重車(chē)秤各一，將井下每一臺(tái)磨電車(chē)頭對(duì)應(yīng)讀卡器的高度安裝計(jì)量卡，使得礦車(chē)通過(guò)讀卡器時(shí)，計(jì)量卡的信息被采集到，以確認(rèn)礦車(chē)身份。

3.1.3 標(biāo)識(shí)卡

百分之百動(dòng)態(tài)讀取成功是標(biāo)識(shí)卡選擇的目標(biāo)，它直接決定著無(wú)人自動(dòng)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(dòng)、磁場(chǎng)環(huán)境等影響因素，地表識(shí)別率高的標(biāo)識(shí)卡在井下環(huán)境未必能夠滿足百分之百的識(shí)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(jìn)行測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 標(biāo)示卡測(cè)試情況統(tǒng)計(jì)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(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù),見(jiàn)圖2，每個(gè)水平兩塊，分別安裝在重車(chē)秤和空車(chē)秤后方，當(dāng)?shù)V車(chē)通過(guò)兩秤后，即時(shí)顯示相應(yīng)的計(jì)量信息，方便礦車(chē)司機(jī)確認(rèn)本列車(chē)的計(jì)量數(shù)據(jù)是否正常，讀卡是否成功。

圖2 LED顯示屏實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)

3.1.5 實(shí)時(shí)監(jiān)控

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)每個(gè)水平兩部，可在網(wǎng)絡(luò)上查詢實(shí)時(shí)監(jiān)控畫(huà)面及回放錄像。重車(chē)秤安裝在秤前方5 m的巷道頂部支架上，空車(chē)秤安裝在秤后方8 m的巷道頂部支架上。

3.1.6 遠(yuǎn)程控制

網(wǎng)絡(luò)繼電器每個(gè)水平一臺(tái)，在電流不超標(biāo)的情況下，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制多路設(shè)備的電源，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(chē)經(jīng)過(guò)重車(chē)測(cè)量點(diǎn)時(shí)，井下計(jì)量系統(tǒng)能完整接收到毛重?cái)?shù)據(jù)；雷達(dá)能完整測(cè)量礦車(chē)體積數(shù)據(jù)并被井下計(jì)量系統(tǒng)接收；讀卡器能正確識(shí)別安裝在車(chē)頭的計(jì)量卡信息；礦車(chē)完全通過(guò)雷達(dá)后，LED1顯示屏能顯示卡號(hào)、總體積、總毛重。同一列礦車(chē)經(jīng)過(guò)空車(chē)測(cè)量點(diǎn)后，井下計(jì)量系統(tǒng)能完整接收到皮重?cái)?shù)據(jù)，并根據(jù)計(jì)量卡號(hào)自動(dòng)匹配毛重?cái)?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(hào)、總凈重。

2)計(jì)量系統(tǒng)采用模板識(shí)別的方式，通過(guò)比對(duì)激光雷達(dá)采集到的圖像，可以判斷通過(guò)電子秤的是車(chē)頭還是車(chē)廂。如果未識(shí)別，將會(huì)在管理系統(tǒng)中進(jìn)行二次識(shí)別，確保車(chē)頭、車(chē)廂識(shí)別準(zhǔn)確度99%以上。

3)無(wú)人值守情況下，必須能夠識(shí)別礦車(chē)是否倒車(chē)，通過(guò)重量與體積檢測(cè)數(shù)據(jù)上傳的先后順序，計(jì)量系統(tǒng)可以判斷通過(guò)電子秤的礦車(chē)是否倒車(chē)。

4)列車(chē)停在重車(chē)秤時(shí)(雷達(dá)下)，計(jì)量系統(tǒng)中的體積測(cè)量模塊檢測(cè)到數(shù)據(jù)相同，判定為停車(chē)，并將停車(chē)部分?jǐn)?shù)據(jù)刪除保留有效數(shù)據(jù)。計(jì)量列車(chē)停在空車(chē)秤時(shí)，因沒(méi)有雷達(dá)，計(jì)量系統(tǒng)無(wú)法自動(dòng)識(shí)別列車(chē)是否已完成計(jì)量，當(dāng)列車(chē)開(kāi)始行駛后，計(jì)量系統(tǒng)將正常運(yùn)行(記錄并上傳數(shù)據(jù))。

5)稱(chēng)重得到的重量數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)與激光雷達(dá)檢測(cè)到的體積個(gè)數(shù)不符時(shí)，計(jì)量系統(tǒng)會(huì)正常記錄與上傳，將在管理系統(tǒng)中進(jìn)行二次處理，車(chē)節(jié)數(shù)以體積個(gè)數(shù)為準(zhǔn)進(jìn)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(shí)時(shí)查看當(dāng)日的井下計(jì)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(lèi)查詢，也可以將全部條件結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)萬(wàn)能查詢。

7)管理系統(tǒng)中的“設(shè)備監(jiān)測(cè)”欄，制作了-350、-450、-500三個(gè)水平的監(jiān)測(cè)動(dòng)畫(huà)，包括重車(chē)秤、空車(chē)秤、激光雷達(dá)、重車(chē)讀卡器、空車(chē)讀卡器五個(gè)主要設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，一旦哪個(gè)設(shè)備出現(xiàn)通訊異常，畫(huà)面上代表設(shè)備的圖案顏色會(huì)發(fā)生變化并閃爍，還會(huì)發(fā)出報(bào)警音進(jìn)行提醒，方便操作人員及時(shí)處理故障。

8)管理系統(tǒng)中的“生產(chǎn)計(jì)量報(bào)表”里面，“實(shí)時(shí)產(chǎn)量數(shù)據(jù)”表可以查看井下的實(shí)時(shí)過(guò)秤記錄，自動(dòng)更新。還集成了“日?qǐng)?bào)表”、“周報(bào)表”、 “旬報(bào)表”、 “月報(bào)表”、 “季報(bào)表”、 “年報(bào)表”，需要查詢數(shù)據(jù)時(shí)，只要點(diǎn)進(jìn)去即可看到(個(gè)別表需要選擇日期或者年份)，方便了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)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(gè)水平的網(wǎng)絡(luò)繼電器開(kāi)關(guān)，登錄后可以遠(yuǎn)程控制井下三個(gè)水平所有檢測(cè)設(shè)備的電源，在出現(xiàn)故障時(shí)可以遠(yuǎn)程重啟設(shè)備以排除故障。

經(jīng)不斷測(cè)試、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題、再次測(cè)試，使得系統(tǒng)逐步完善，基本實(shí)現(xiàn)了井下三個(gè)水平原礦的檢測(cè)自動(dòng)化。

4 項(xiàng)目驗(yàn)收

4.1 功能性實(shí)現(xiàn)情況

井下原礦檢測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)功能測(cè)試情況，見(jiàn)表2。

表2 井下原礦檢測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)功能測(cè)試情況

4.2 技術(shù)指標(biāo)完成情況

4.2.1 車(chē)頭與車(chē)廂識(shí)別率

測(cè)試方案：隨機(jī)抽取7月任意兩天全天的測(cè)試數(shù)據(jù)。統(tǒng)計(jì)管理系統(tǒng)中單節(jié)車(chē)頭與車(chē)廂信息；查看計(jì)量系統(tǒng)中的圖像，人工識(shí)別車(chē)頭與車(chē)廂信息，對(duì)比記錄分析。(注：車(chē)頭識(shí)別與車(chē)速有關(guān)，車(chē)速小于3 km/h與大于8 km/h的列車(chē)不統(tǒng)計(jì)。)抽取了2日測(cè)試數(shù)據(jù)，見(jiàn)表3。

表3 7.22日和7.31日測(cè)試數(shù)據(jù)

結(jié)論：前后磨電車(chē)頭識(shí)別率100%，車(chē)節(jié)數(shù)識(shí)別率100%，合格。

4.2.2 體積精度測(cè)試

體積精度測(cè)試采用掛有5節(jié)礦車(chē)的列車(chē)進(jìn)行6次重復(fù)測(cè)量，取正向行駛的測(cè)量結(jié)果。5節(jié)礦車(chē)分別為：2節(jié)空車(chē)、1節(jié)砝碼車(chē)、1節(jié)半載車(chē)、1節(jié)滿載車(chē)，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 體積精度測(cè)試

由表4可見(jiàn)，空車(chē)體積有負(fù)數(shù)也有正值，是因?yàn)榫萝?chē)廂的尺寸不完全一致，加上長(zhǎng)時(shí)間使用輕微變形導(dǎo)致與體積模型略有差值。由于空車(chē)真實(shí)體積太小，體積波動(dòng)被放大，無(wú)代表性，未計(jì)算。

砝碼車(chē)檢測(cè)的平均體積為4.040 m3，人工計(jì)算得出體積為4.031 m3，差值為0.009 m3。體積波動(dòng)為0.42%，精度較高。

半載礦車(chē)檢測(cè)體積為2.744 m3，人工計(jì)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(dòng)較砝碼車(chē)大，為1.24%，未超差(1.50%)。

滿載礦車(chē)檢測(cè)體積為3.859 m3，體積波動(dòng)與砝碼車(chē)相近，為0.52%。

4.2.3 體積重復(fù)性測(cè)試

體積重復(fù)性測(cè)試采用掛有4節(jié)礦車(chē)的列車(chē)進(jìn)行6次重復(fù)測(cè)量，取正向行駛的測(cè)量結(jié)果，分別計(jì)算體積波動(dòng)，并對(duì)新舊系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。4節(jié)礦車(chē)分別為：2節(jié)半載車(chē)、2節(jié)滿載車(chē)。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5～8。

表5 半載礦車(chē)1標(biāo)定試驗(yàn)

表6 半載礦車(chē)2標(biāo)定試驗(yàn)

表7 滿載礦車(chē)1標(biāo)定試驗(yàn)

表8 滿載礦車(chē)2標(biāo)定試驗(yàn)

由上表數(shù)據(jù)可知，體積測(cè)量重復(fù)性較好，體積波動(dòng)均小于1.50%。

5 效益

5.1 節(jié)省人工成本

原來(lái)軌道衡重量品位檢測(cè)崗位實(shí)施三班倒作業(yè)，計(jì)量人員共計(jì)19人，自動(dòng)化控制及數(shù)據(jù)共享實(shí)施后，保留5人負(fù)責(zé)自動(dòng)檢測(cè)管理系統(tǒng)的維護(hù)、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(wàn)元人工成本計(jì)算，每年可節(jié)約人工成本14×6=84萬(wàn)元。

5.2 節(jié)省打印及維護(hù)費(fèi)用

自動(dòng)化控制實(shí)現(xiàn)后每年節(jié)約的打印用品及維護(hù)費(fèi)用3萬(wàn)元。

項(xiàng)目實(shí)施后每年可節(jié)省費(fèi)用87萬(wàn)元。

6 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的試運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。該新系統(tǒng)易學(xué)易會(huì)，操作方便，信息傳輸能力強(qiáng)，不僅滿足了生產(chǎn)需要，而且實(shí)現(xiàn)了井下無(wú)人值守，節(jié)省了人工成本，效益顯著，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了井下原礦檢測(cè)的實(shí)時(shí)可視，值得在同類(lèi)礦物自動(dòng)化檢測(cè)中推廣應(yīng)用。