机车快速定量自动装矿系统的应用

张俊彦，高军强

（甘肃电气装备集团工业自动化工程有限公司，甘肃兰州730050）

某矿矿石生产终端输出分为两个系统，采用胶带输送和保温矿存储跳转方式，最后通过保温矿仓对机车进行装矿作业。两个矿区分别有9个和8个保温矿仓，其中一个矿仓为补矿矿仓，其余矿仓为装矿矿仓。矿仓下方均有两条装矿铁路线路，利用矿仓两侧的装车闸门分别对两条线的机车进行装矿，装矿不同时进行，同一时间段只对一条线进行装矿和补矿作业。由现场作业人员选择装矿线路，然后指挥机车将矿车皮推入矿仓下，再由装矿人员通过感观确定矿车皮到达装矿位置后，控制放矿闸门将保温矿仓内的碎石装入车皮，当达到装矿矿量要求后停止装矿。现场共有两名装矿人员，第一名装矿人员负责第一次装矿操作，第一次装矿完成后由第二名作业人员根据所需矿量，操作另一个保温矿仓装矿闸门进行二次装矿，通过两次装矿完成粗装作业。当所有矿车皮完成粗装矿作业后，机车牵引矿车皮驶出矿仓，同时补矿系统根据轨道衡对车皮进行称重，根据称重结果进行相应补矿作业，当所有矿车皮完成补矿作业后整个装矿过程结束。目前这种人工作业存在判断不准确、装矿误差大、对操作人员身体损害大等缺陷。加之装矿闸门为全开或全关模式，无法实现精准控制。快速定量机车自动装矿系统的应用，将实现作业现场无人值守，全自动高效定量装车，大大提高了劳动生产率，满足了安全生产和环境职业健康管理体系的要求。

1 快速定量机车自动装矿系统概述

该快速定量机车自动装矿系统共分为车皮检测定位系统、变频驱动胶带输送系统、电子皮带秤称重系统、视频监控系统、矿仓出料口电液闸门系统、PLC控制系统、自动装矿计算机综合控制系统七个系统。

1.1 车皮检测定位系统

采用轨道安装的低车速高灵敏度车轮传感器对驶过车轮进行检测，每组两个传感器。在矿线头部和尾部各安装一组传感器，用以检测车皮驶入和驶出矿线，并对整列车皮和机车头进行准确车轴数。在每个矿仓下料口下方安装一组传感器，用于检测车皮位置、车速，为装矿位置判断和装矿速度提供数据支撑。

1.2 变频驱动胶带输送系统

在每个矿仓下安装两条变频驱动胶带输送机，分别运送矿仓两个下矿口的矿石，采用变频驱动可以根据所需要装矿量和车速实时调节胶带机带速，以达到精确装矿的要求。

1.3 电子皮带秤称重系统

在胶带输送机底部安装高精度动态电子皮带秤，可实时称量胶带输送机的输送矿量，系统能够及时准确地掌握车皮所装矿量，也能够根据输送矿量及时调整胶带输送机带速，以达到精确装矿的要求。

1.4 视频监控系统

在胶带输送机和矿线下矿口安装高清网络摄像机，控制室操作人员可及时全方位看到现场设备运行和装矿过程视频，及时掌握装矿实时状况，为高效安全装矿作业提供最直接的视频影像。视频监控系统拓扑图如下图1所示：

图1 视频监控系统拓扑图

1.5 矿仓出料口电液闸门系统

在矿仓底部出料口处安装电液推杆闸门，由现场人工手动操作控制电液推杆，电液推杆推拉闸板控制矿仓出料口，主要作用是为了矿仓内部检修或出料口下部设备检修时完全关闭闸板，保障下方作业人员安全。电子皮带秤在校秤和秤清零时也需要关闭出矿闸板，方便校秤和秤清零。并在闸门下方安装斜下料导槽，可以降低矿仓出口矿石对胶带输送机的压力。

1.6 PLC控制系统

PLC（可编程程序逻辑控制器）在系统中属于控制中间中转层设备，主要负责车轮传感器信号检测、胶带输送机电气信号检测和变频器控制，将现场采集到的各种电信号传送至控制计算机，同时根据控制计算机的指令控制现场电气设备，如变频器等。PLC内部程序不仅有信号采集和控制功能，还具有系统容错和突出情况应急功能，当控制计算机系统出现故障时能够及时停止装矿，并发出报警信号，以便现场人员及时结束装矿流程，并采取相应的处理措施。

1.7 自动装矿计算机综合控制系统

综合控制系统是整个快速自动装矿系统的核心，由自动定量装矿软件系统和控制主机组成，控制主机通过通讯链路与PLC系统和电子皮带秤进行连接，能够将数据及时传送至自动定量装矿系统，属系统硬件部分。自动定量装矿软件系统为铁路机车装料系统专业软件，是整个自动定量装矿系统的控制核心，具备实现自动定量装矿系统要求的所有功能。

2 快速定量机车自动装矿系统功能

（1）全自动定量快速装矿功能。

（2）车轮检测、车轮计数、车皮判断、车速检测、机车运行方向判断功能。

（3）车皮位置检测及定位，能够准确检测车皮到达下矿口准确位置，确保装矿时的安全性，杜绝将矿石装在车皮外部或机头位置。

（4）胶带输送机驱动变频器控制，能够根据机车行驶速度和车皮内矿量及时调整运转速度，确保将装矿量控制在要求范围内。

（5）胶带输送机过矿量计量，能够准确及时的计量出胶带输送机的瞬时过矿量和总过矿量，为自动控制系统控制装矿量提供数据。

（6）主装矿仓、备用装矿仓设定，装矿作业前操作人员根据生产要求设置好主装矿和备用装矿仓，一般设定两个主装矿仓和一个备用矿仓，矿仓可任意设置。

（7）车轮传感器、胶带输送机变频器、通讯系统、电子皮带秤在控制系统中具有容错功能，如果有传感器、变频器、通讯系统故障，要能够转入纠错应急程序。

（8）机车正向、反向行驶均可装矿。

（9）数据报表功能，对装矿时间、每台胶带输送机总输送矿量和单节车皮装矿量、每节车皮装矿量、整列车总装矿量、每个矿仓出矿量等生产数据进行详细记录，并能够按照生产要求进行查询和生成报表，也可对装矿数据进行分析。

（10）变频器、电子皮带秤数据通讯网络采用环网结构，当某一个或几个节点出现通讯故障时不影响其它设备的正常通讯。

（11）装矿现场全方位视频监控，在胶带输送机和车皮上方下矿口处安装高清红外摄像机，可对所有胶带输送机和车皮内装矿情况进行监控，操作人员通过监控大屏实时掌握装矿情况和设备运行情况。

（12）操作方式为系统自动、系统手动、现场手动三种。系统自动时由系统自动控制装矿作业的全过程，车位判断、矿量计算、胶带输送机控制均由系统自行控制，人工不参与。系统手动时由控制室操作人员在控制计算机端进行远程手动作业，系统可为操作员提供车皮位置、所装矿等数据支持。现场手动时由现场操作人员在操作箱控制装矿，车皮位置和车皮内矿量均由现场操作人员自行掌握，系统完全不参与装矿过程。

（13）中断装矿再起动，当装矿过程中出现机车停车或设备故障等原因阻断装矿流程后，系统能够记忆当时机车位置、车皮内矿量等信息，在故障排队或机车恢复运行时无需机车驶出矿线，可继续故障中断时的装矿作业流程。

3 快速定量机车自动装矿系统装矿作业流程

机车将车皮推至矿仓入口车轮传感器前方（不进入车轮传感器区间）->操作人员设置设备主装矿仓和备用装矿仓->操作员下达开始装矿指令->系统进入装矿自动控制程序->机车按照要求车速推入车皮->系统根据车皮位置和系统设置矿仓控制相应胶带输送机开始装矿->电子皮带秤计量胶带输送机输送矿量->装矿量达到设置要求停止装矿->所有车皮完成装矿作业->机车头和车皮均驶下矿线->系统封闭所有胶带输送机停止动作->机车牵引车皮驶出->当所车皮和机车头驶出矿线后完成装矿->系统统计整列矿车装矿量情况并生成生产报表->完成装矿作业流程。

4 快速定量机车自动装矿系统流程图

快速定量机车自动装矿系统流程图如下图2所示：

图2 快速定量机车自动装矿系统流程图

5 结论

快速定量机车自动装矿系统的关键核心技术为自动定量装矿控制软件系统，控制软件系统能够将车上定位检测系统、变频器驱动胶带输送机、电子皮带秤、PLC控制系统等多个系统进行连接控制和数据传输，能够根据几个系统的反馈数据进行综合运算分析，并控制胶带输送机进行装矿作业。避免了因人工作业误差将矿石装在车皮连接处和机车头部所造成的装矿事故。改进了传统装车工艺的弊端，实现了无人值守功能，达到了安全生产和环境职业健康安全管理体系的要求。大大提高了劳动生产率。