多金属井下铲运机自动计量系统的设计与实现

刘宏发，吴飞

（湖南柿竹园有色金属有限责任公司，湖南郴州423037）

多金属井下铲运机自动计量系统的设计与实现

刘宏发，吴飞

（湖南柿竹园有色金属有限责任公司，湖南郴州423037）

长期以来，柿竹园公司多金属井下铲运机出矿采用人工计量的形式来完成。这种方式存在计量效率低、浪费人力成本、计量不准确、作业环境差等诸多问题。结合铲运机装载量电子秤技术、无线射频技术、2．4GWIFI技术、组网技术等，完成了多金属井下铲运机自动计量系统的设计与开发，该系统实现了无人值守自动计量和远程实时监控，在实际生产运用中效果显著。

自动计量；实时监控；电子秤；WIFI

随着科学技术的进步和现代化生产的不断推进，生产设备正在朝着自动化、大型化、智能化方向发展，在矿山型企业也是如此［1］。柿竹园公司多金属矿井下日供矿量达7 000t，有近20台铲运机进行日常铲矿作业。但长期以来，多金属井下铲运机出矿采用人工计量的形式来完成。这种方式存在计量效率低、浪费人力成本、计量不准确、作业环境差等诸多问题。面对日益激烈的市场竞争，向科技创新要效益，向节能降耗要发展，已经成为矿山型企业发展的趋势。多金属井下铲运机自动计量系统的设计与实现成为我们的必然选择［2］。

1 整体架构设计

多金属井下铲运机自动计量系统主要包括三大部分：铲运机装载量称重系统、信号的自动识别与传输系统、中央监控系统，实现对多金属井下铲运机的远程实时监控和无人值守自动计量。其中，由铲运机装载量称重系统记录铲运机出矿量数据。信号的自动识别与传输系统对溜井名称、铲运机司机、铲运机号进行识别，并连同出矿量数据一起通过光纤传递给中央监控中心。中央监控中心完成数据入库，数据统计、查询及报表打印等。多金属井下铲运机自动计量系统总体设计图如图1所示。

2 系统设计与实现

2．1 铲运机装载量称重系统设计与实现

1）系统组成

铲运机装载量称重系统，主要利用的是装载量电子秤技术，是一种高精密度的动态计量高科技设备，是计算机技术和传感器技术的科学结合。称重系统主要由定高传器、油路传感器、电子秤、设备箱（光纤收发器）组成［3］。称重系统组成图如图2所示。

图1 多金属井下铲运机自动计量系统总体设计图Fig．1 Overall design diagram of scraper automatic measurement system in multi－metal mine

图2 称重系统组成图Fig．2 Composition diagram of weighing system

2）工作原理

工作原理为：通过称重传感器测量铲运机从举升缸进油管和回油管中取样油压差，然后运用数学模型软件将压力差转换为重量信号，显示在电子秤电子显示屏上。

3）系统实现

定高传感器的目的为判断和测速，油路传感器的目的是为了称重和补偿，电子秤功能主要为接收信号、显示数据和设置，设备箱主要功能是传输信号到识别系统。铲车在举斗和收斗的两次过程中定高器两个闭合，形成回路，通过油路传感器称重量值进行判断数据是否无效。同时，定高传感器通过速度的测定与油路传感器一起对加速过程进行称重补偿。经过称重补偿的有效数据通过信号传输到电子秤上进行显示。最后，这些数据传输到设备箱，通过其发射装置对外发射，经信号识别和传输系统传输到中央监控中心显示管理。

2．2 信号识别与传输系统设计

1）无线通讯技术的选用

基于多金属井下复杂不利的环境条件，以及铲运机在铲矿过程中的高速移动性，我们在无线通讯技术的选择上更侧重于覆盖性广、穿透性好，高速、可移动的传输方式。2．4GWIFI技术很好地解决了这一问题，它接入快捷、传输速度快、构建方式简单，完全符合多金属井下信号识别与传输的需要［4］。

2）信号识别的实现

信号识别主要为铲运机司机的识别、铲运机车号的识别、溜井号的识别、称重信息的识别。对于主要部分称重系统的识别我们应用2．4GWIFI技术，而对于铲运机司机的识别、铲运机车号的识别、溜井号的识别，我们应用到了无线射频技术和网络IP地址技术［5－6］。

3）信号传输的实现

系统采用传输速率为100M的工业环形以太网组网，所有设备基于TCP/IP协议传输数据，环形局域网具有单边断线网络自动切换的特点，适合对可靠性要求很高的系统。如图3所示。

图3 数据传输组网示意图Fig．3 Schematic diagram of data transmission network

2．3 中央监控系统设计

1）中央监控系统架构设计

中央监控系统根据业务范围分为三个层次，分别是数据层、应用层和访问层。数据层包括两台热备份数据库服务器，主要功能是存储重量数据，并为应用服务器和Web服务器提供服务。应用层包括两台热备份应用服务器、视频服务器和Web服务器，主要的功能包括：接收终端层所有计量终端发送的重量信息，保存到数据库服务器；接收视频终端发送的实时图像信息，并保存到视频服务器；响应访问层用户请求，实现数据和图像的查询和操作。访问层是本系统的最终用户，实时监控产量数据的查询统计等功能。中央监控系统架构图如图4所示。

图4 中央监控系统架构图Fig．4 Diagram of central monitoring system architecture

2）中央监控系统实现

中央监控系统接收基础数据，并对基础数据进行管理，在显示屏上显示。根据现场实际情况，监控中心人员可以通过语音对话系统对铲运车司机进行生产调度。最后，实现报表打印，经铲运机司机确认后存入数据库。同时，中央监控系统，还能实现历史数据查询、网上实时监控，数据统计等功能。

3 结论

多金属井下铲运机自动计量系统，经过在柿竹园公司的生产实践，各项指标均满足多金属井下铲运机计量的要求，实现了自动计量、远程实时监控，且运行故障率低、计量准确，大大节约了人力、物力成本，效果显著。本系统的设计与实现是多学科交叉应用的典范，提高了多金属井下铲运机计量的自动化、智能化水平，也为其他同类矿山企业设备自动化、智能化发展提供了范例，具有一定的理论价值和现实意义。

［1］窦秀忍．静态衡无人值守远程集中计量系统的设计与实现［D］．长沙：湖南大学，2011．

［2］刘宏发．多金属井下铲运机自动计量系统的设计与实现［D］．长沙：中南大学，2014．

［3］祁波，曲少飞．GAM无人值守自动计量管理系统［C］//第十届称重技术研讨会论文集．上海：称重科技，2011：133－135．

［4］姚军．基于WI－FI的煤矿井下接入平台的研究与设计［D］．西安：西安科技大学，2007．

［5］何希才．传感器技术及应用［M］．北京：北京航空航天大学出版社，2006．

［6］林志文，李杨，刘松风．基于信息的开放式自动测试系统技术结构分析［J］．计算机测量与控制，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

刘宏发（1966－），男，工程师，测绘工程专业，主要从事多金属井下出配矿管理工作。