朱明鈞

（江西銅業(yè)集團有限公司 城門山銅礦，江西 九江 332000）

1 引言

散料抓斗全自動行車系統(tǒng)是目前企業(yè)在工廠管理方面所關(guān)注的一個新趨勢，是智慧礦山數(shù)字礦山的重要組成部分，也是選礦后銅金粉物流高效搬運關(guān)鍵工序的重要環(huán)節(jié)。散料抓斗全自動行車系統(tǒng)的優(yōu)點是可以減少人員配置、加快物流周轉(zhuǎn)、減少物料的丟失和損傷等等。但對散料抓斗全自動行車系統(tǒng)的認識不能只局限于行車自動化的本身。散料抓斗全自動行車系統(tǒng)是一個集成了行車自動化、庫管自動化、運輸工具自動化和穩(wěn)定高效的通訊系統(tǒng)的綜合系統(tǒng)，同時也對物流的管理提出了更高的要求。如果只是關(guān)注于散料抓斗行車自動化，而忽略了與散料抓斗行車運輸相關(guān)的其它系統(tǒng)的構(gòu)建和支持，那么實施散料抓斗全自動行車系統(tǒng)很難獲得成功。

2 系統(tǒng)改造方案設(shè)計

實施散料抓斗全自動行車系統(tǒng)有如下關(guān)鍵工序的設(shè)計：

（1）關(guān)鍵技術(shù)。實施散料抓斗全自動行車系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)有抓斗防傾斜裝置、防擺動裝置、安裝變頻器、安裝精確的重量傳感器稱重裝置、自動3D掃描系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、自動抓斗的類型等等。

（2）安全裝置。從人身安全角度出發(fā)，散料抓斗全自動行車系統(tǒng)要求工作區(qū)域四周安裝圍欄，防止人員進入。如果圍欄被打開，散料抓斗全自動行車系統(tǒng)要自動感知并停止運行。

（3）庫管系統(tǒng)。高效的智能的功能強大的庫管系統(tǒng)是支持散料抓斗全自動行車系統(tǒng)穩(wěn)定運行的必要條件。庫管系統(tǒng)外部連接MES系統(tǒng)、主產(chǎn)線L2系統(tǒng)以接收生產(chǎn)計劃和物料生產(chǎn)實績信息，內(nèi)部與庫區(qū)內(nèi)的產(chǎn)線連接以完成后續(xù)工序的上料和下料的運輸作業(yè)，還要根據(jù)發(fā)貨計劃完成裝車作業(yè)。所以庫管系統(tǒng)必須有自動收料、自動尋址、自動發(fā)貨，自動優(yōu)化運輸路徑等功能?？梢哉f，庫管系統(tǒng)是散料抓斗全自動行車系統(tǒng)的大腦，它的優(yōu)劣直接關(guān)系到散料抓斗全自動行車系統(tǒng)的成功與否。

（4）通訊系統(tǒng)。通訊系統(tǒng)要保證穩(wěn)定高效，否則其它設(shè)備和系統(tǒng)再完美，通訊不穩(wěn)定，散料抓斗全自動行車系統(tǒng)也無法安全運行。通訊系統(tǒng)包括行車與地面通訊的無線網(wǎng)絡(luò)及地面各系統(tǒng)之間通訊的有線網(wǎng)絡(luò)。特別是無線網(wǎng)絡(luò)的搭建。行車自身的設(shè)備造就了復(fù)雜的電子環(huán)境，庫區(qū)內(nèi)的工況與普通環(huán)境不同，系統(tǒng)內(nèi)交互的數(shù)據(jù)量非常大而且實時性很強。以上這些，對無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備質(zhì)量及布局提出了非常高的技術(shù)要求。

3 散料抓斗全自動行車系統(tǒng)設(shè)計

3.1 硬件要求

實施散料抓斗全自動行車系統(tǒng)至少需要安裝下列硬件設(shè)備（見圖1）：

（1）X/Y/Z 這3個維度方向的位置傳感器，精度+/- 5cm以內(nèi)，并增加冗余的X/Y/Z方向的傳感器以保證在某個傳感器故障的情況下散料抓斗全自動行車系統(tǒng)運行暫時不受影響 。

（2）3D激光掃描系統(tǒng)［1］，用于識別物料，定位裝料車輛位置。

（3）車輛識別系統(tǒng)。

（4）防搖擺裝置，以避免抓斗投料時物料灑出車外。

（5）稱重系統(tǒng)，避免車輛裝料出現(xiàn)超載或欠載狀況。

（6）變頻器及電機驅(qū)動系統(tǒng)。

（7）防碰撞系統(tǒng)，防止行車與行車或與墻壁發(fā)生碰撞。

（8）數(shù)據(jù)處理及傳輸系統(tǒng)。

3.2 PLC系統(tǒng)設(shè)計

散料抓斗全自動行車系統(tǒng)要求對所有傳感器的信號進行快速響應(yīng)處理，因此控制系統(tǒng)的CPU處理周期時間必須要很短。為了保證散料抓斗全自動行車系統(tǒng)的安全運行［2］，控制系統(tǒng)需要采用西門子的SIMATIC S7-1200/S7-1500系列產(chǎn)品。

3.3 變頻器

散料抓斗全自動行車系統(tǒng)要求控制行車平穩(wěn)的運行以執(zhí)行作業(yè)，平穩(wěn)的加速及減速需要采用變頻控制模式。原舊行車的大車、小車變頻器為安川變頻器，由于散料抓斗全自動行車需要自動定位及防搖擺功能，將整體更換大小車變頻器［3］。

圖1 散料抓斗全自動行車系統(tǒng)車上設(shè)備配置圖

大小車控制選用的變頻器品牌：ABB,施耐德，西門子，模擬量模塊控制變頻器頻率，從而實現(xiàn)防搖擺、定位等功能。

起升、開閉控制選用的變頻器品牌：GBM專用變頻器，模擬量模塊控制變頻器頻率，從而實現(xiàn)定位、抓斗沉抓、抓斗追繩等功能。

4 倉庫管理系統(tǒng)WMS設(shè)計

智能庫管系統(tǒng)是整個無人料場系統(tǒng)的出入口，也是中央大腦，負責(zé)接收業(yè)主現(xiàn)場計量稱重與銷售系統(tǒng)（也可人工輸入作業(yè)計劃）的出庫計劃。通過接收料堆掃描系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，實時掌握整個料場料堆輪廓，再通過智能調(diào)度系統(tǒng)，將作業(yè)任務(wù)分解成具體的調(diào)度命令，將命令發(fā)往行車完成相應(yīng)作業(yè)任務(wù)。 系統(tǒng)還提供多種管理功能，包括：出料記錄，庫存報表，行車作業(yè)統(tǒng)計，報警查詢統(tǒng)計，行車狀態(tài)監(jiān)控等［4-5］。

4.1 倉庫管理系統(tǒng)（WMS）的功能

倉庫管理系統(tǒng)(WMS)最基本的功能就是裝料車輛到達后進行引導(dǎo)車輛進入指定工位，分配作業(yè)任務(wù)并呼叫自動化行車進行裝料作業(yè)，此外WMS系統(tǒng)還必須滿足下列需求:

（1）識別并引導(dǎo)裝料車輛作業(yè)。

（2）裝料車輛信息存儲數(shù)據(jù)庫。

（3）上傳工單至MES系統(tǒng)。

（4）根據(jù)生產(chǎn)計劃生成裝料作業(yè)指令。

（5）優(yōu)化裝料規(guī)則，自動生成行車作業(yè)指令。

（6）對各種運輸工具的管理。

（7）簡潔友好的人機交互界面，便于地面管理人員操作。

（8）報表及查詢功能。

圖2 無線通訊網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)示意圖

（9）用戶和權(quán)限管理功能。

4.2 倉庫管理系統(tǒng)（WMS）的結(jié)構(gòu)

倉庫管理系統(tǒng)是基于客戶端/服務(wù)器的C/S軟件架構(gòu)。WMS可完全獨立于已有的MES系統(tǒng)運行。WMS擁有自己的數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫使用oracle產(chǎn)品。WMS與L3的生產(chǎn)計劃系統(tǒng)可建立通訊接口，以隨時接收生產(chǎn)下線物料的數(shù)據(jù)。倉庫管理系統(tǒng)需包含原端口應(yīng)用程序、后臺數(shù)據(jù)庫、中間件服務(wù)(用于建立與各系統(tǒng)的接口通訊，分發(fā)電文等)、車輛識別系統(tǒng)等模塊［6］。

5 通訊系統(tǒng)設(shè)計

散料抓斗全自動行車將建立4G LTE5G無線通訊信號覆蓋，行車視頻監(jiān)控通過無線通信方式與中控室系統(tǒng)連接，庫區(qū)固定安裝位置的視頻監(jiān)控通過CPE或光纖與中控室連接，行車信號控制系統(tǒng)通過無線PN以太網(wǎng)方式與中控室連接，車輛裝料位上方的3D激光掃描設(shè)備通過網(wǎng)線連接方式與中控室連接（見圖2）。

散料抓斗全自動行車系統(tǒng)的車上設(shè)備與地面系統(tǒng)之間的通訊只能通過無線傳輸方式，其間時刻都有大量的數(shù)據(jù)交互。散料抓斗全自動行車快速行駛中，必須保證這些數(shù)據(jù)通訊的穩(wěn)定性和連續(xù)性。特別是在不同的通訊節(jié)點之間做接入切換的時候，切換時間要少于100ms。本次采用的通訊方式為工業(yè)以太網(wǎng)模式，確保散料抓斗全自動行車與控制系統(tǒng)間的實時通訊，實時響應(yīng)?；诠I(yè)以太網(wǎng)TCP/IP通訊方式［7］，控制系統(tǒng)出現(xiàn)與無人行車出現(xiàn)斷開連接時，散料抓斗全自動行車將立即停止作業(yè)，確保安全生產(chǎn)。

6 結(jié)語

通過抓斗智能化改造的完成，在礦料運輸?shù)膽?yīng)用中，實現(xiàn)智能抓斗實時數(shù)據(jù)與城門山銅礦數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)實時共享，實現(xiàn)智慧礦山銷售計量系統(tǒng)全無人化。智能抓斗系統(tǒng)與功能強大的中控管理系統(tǒng)相配合，大大提高了城門山銅礦的生產(chǎn)自動化和信息化程度。