基于PLC的金屬礦山溜井放礦系統技術改造

邢玲玲

（甘肅畜牧工程職業技術職業學院，甘肅 武威 733006）

1 金屬礦山溜井放礦系統技術改造的意義

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，運輸班進班前，需對溜井或主井井深進行測量，其目的和作用在于以下三個方面：①通過井深的測量數據，估算井筒里礦石的儲量；②根據各井筒的礦石儲量合理安排生產調度；③由于溜井的落差一般都比較高，為了避免卸礦時，礦石落下產生的重量沖擊力損壞溜井井壁或井底放礦設施，卸礦前要盡量保證溜井底部預留一定量的礦石，以緩沖礦石從高處落下產生的沖擊力。

目前，許多老舊的金屬礦山的測量手段采用測繩的方式實現，測試工具簡單，一根帶刻度的長繩，一個重錘，一個繞線盤。但在實際應用當中出現許多不可預料的問題，如測繩的刻度易磨損（用了一段時間后無法看清深度標識）且易斷、測量時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溜井進行人工測量，勞動強度大（一日三班，每班一次），效率不高。

在自動測量技術領域中，針對非接觸式固體物料位置測量主要應用的技術手段有超聲波測距，視頻檢測測距，紅外測距等，但都因溜井物料的檢測環境惡劣，粉塵嚴重、濕度大，檢測結果很難做到穩定可靠。

目前關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難題，很難有一個準確可靠的最佳測量方式。過去以接觸式物理儀器測量為主，但是這種機械式測量故障多，壽命短，自動化程度低，不適合惡劣環境下的測距要求。近年來非接觸式物體位置計在測量固體物料時顯現出各自特點，使固體物料測量水平得到顯著提高。其中激光物料位置計以其高精度、對惡劣環境的適應能力強在各種物料位置測量中得到了廣泛應用。

2 原金屬礦山溜井放礦系統存在的問題

某金屬礦山的基本情況是：副井井口標高1020，井底標高-5，井下共有9個中段。其中生產主要集中在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現無人值守自動運行，即：溜井放礦機可以根據上下溜井內的物料位置實現自動開停中段放礦機，同時為了提高放礦機的工作效率，預留接口在150中段將來還能夠根據溜井物料位置與梭車位置實現自動開停放礦機。

為保證測量準確，采用物料位置計對溜井內物料進行精確的檢測，物料位置計數據在放礦時信號進行屏蔽，并采用降塵技術及措施。3條溜井頂部安裝激光測量裝置。在每個放礦機位置安裝一臺PLC，PLC接收測量到的礦石位置信號并根據礦石位置信號確定放礦機的開關。為保證系統能夠較好的監控，系統中所有數據都會上傳到上位機，并且由PLC完成所有的邏輯判斷和控制動作，系統同時設有觸摸屏，井下操作通過觸摸屏輕松實現設備的操作與相關信息的獲取。系統的具體硬件構成見上圖1所示。

圖1 硬件構成圖

4 系統硬件設計

4.1 系統主要硬件選型

此系統的核心器件主要有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數、運算能力、通信接口等幾個因素，在此系統中共有啟動、停止、系統急停等5組數字量輸入信號和系統運行、放礦機放礦允許等4組輸出信號。

除此之外，系統還要處理物料位置測量量儀送來的物料位置模擬量信號，考慮到系統還需與上位機及觸摸屏進行通訊，故選擇性價比較高的西門子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系列工業激光測距傳感器。

PT100系列工業激光測距傳感器是CASATI公司的代表性產品，是一款長距離髙精度的在工業場合使用的產品。PT100系列產品是基于激光飛行時間檢測原理設計的，應用了當今先進的數字化背景抑制技術，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，參數設置功能齊全，操作方便，帶有 M12的標準的接插件等特點，特別適合礦井這種特殊的場合，在此系統中具體選擇的型號是FBM400-PT100。

4.2 系統硬件資源分配

系統的硬件資源分析具體見下表1所示。

表1 系統I/O分配表

4.3 系統輸入輸出原理圖設計

金屬礦山溜井放礦系統的輸入輸出信號主要分成三部分，具體如下圖2所示。

（1）數字量輸入：分為系統的啟動、停止、急停、故障和手/自動模式選擇信號。

（2）數字量輸出：分為系統的準備就序、運行指示、放礦機開啟、梭車到位信號。

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

圖2 系統輸入輸出原理圖

4.4 系統下位機程序設計

金屬礦山溜井放礦系統下位機軟件設計過程中主要設計的問題是上位機與下位機的通訊、下位機對礦井內已有礦石的精確測量及相應的邏輯處理。程序的具體流程圖如下圖3所示。

圖3 系統下位機程序流程圖

5 結語

溜井放礦系統是構成金屬礦山安全生產系統的重要系統之一，合理的對溜井放礦進行實時的自動化改造，大大提高了放礦的效率，減少了溜井放礦系統的維修次數，對確保金屬礦山安全生產和高效運行具有重要而深遠的影響。系統自改造以后，運行平穩正常，為礦山帶來了可觀的生產經濟效益。