破碎车间料车定位存在问题及技术选型分析

2024-07-04 13:55

摘要：

本文深入探讨了矿山破碎车间料车无人值守的定位需求，对多种定位技术的原理和特点进行了细致对比，并综合考虑破碎车间的实际工况、人员配置以及管理模式，深入分析常规定位传感器在料车定位中的应用特性、优势以及可能存在的问题。

一、 引言

当前，众多矿山破碎车间的自动料车系统未能达成预期效果，自动运行仍需依赖人工干预。在系统遭遇故障时，无法提供有效的数据来支撑故障分析和责任判定，更难以寻得有效的解决办法，往往只是简单地将问题归咎于管理不善、使用不当和环境问题。

本文旨在深入分析破碎车间料车无人值守的定位需求，并详细阐述多项常规定位传感器的特点及适用场景。目前适合破碎车间的料车无人值守技术无论定位检测技术、料仓料位检测技术及PLC控制技术都很成熟，本文主要从定位技术进行描述，同时鉴于定位技术选择涉及诸多技术参数的考量，致力于协助业主、设计单位以及项目实施方达成料车无人值守的最优方案，同时确保具备较高的性价比，为选型工作提供参考依据。

二、 料车定位主要需求分析

(一) 定位精度

首先，需要对料车的定位精度需求加以分析。定位精度是定位传感器检测精度、机械执行以及上位机控制程序等多种因素共同作用的结果。在探讨定位精度时，应当避免将其与传感器的检测精度直接等同。厂家所标注的检测精度通常是在理想环境并静态状况下检测数据与实际数据的误差值，甚至有些厂家将分度值作为检测精度，而料车定位精度则是料车位置检测、数据接收和命令下发延时、机械执行、外部因素干扰等误差的叠加。在实际实施过程中，还需要考虑定位设备安装本身存在的误差、料车运行过程中（如皮带拉拽）产生的偏摆所导致的误差。基于料车定位的这些特点，PLC 需要预估料车停车惯性距离，料车惯性与驱动方式（工频或变频）、运行速度、运行方向（轨道不平整导致不同运行方向惯性不一致）和负载有关，精准定位需要提前进行减速和停车操作。

料车的精准定位，能够减少并避免溜槽下料口与料位测量点间距过大而造成的溢料现象，提高布料效率，提高料仓有效容积，有些用户对不能实现自动卸料理解为料位测量精度问题，当前高粉尘环境料位测量技术很成熟，只是我们在实施过程中没有注重技术细节，设备、环境和控制系统配合不协调不合理，导致自动化程度不高。

破碎车间的定位精度一般100—200mm 即可满足要求，为实现这一目标，需要综合考虑检测精度、更新频率、环境适应性，因此建议定位传感器的检测精度选择小于 50mm，检测频率大于 50HZ，并且适合高粉尘、振动、高温环境。

(二) 设备状态代码

安全运行是自动料车的基本前提，系统需要实时监测设备状态、设备间通讯状态等，以保障系统的安全运行。同时，在出现故障时能够实现快速诊断，快速恢复，有助于查找故障发生的原因，设备状态代码是连锁保护的基础功能，料车无人自动运行只有对各种可能出现状态的监测和保护形成闭环，这样系统的安全性才能得到保障，才能杜绝安全事故，提升生产作业率。

(三) PLC趋势

PLC 趋势能够记录设备状态、料车位置、料车运行、岗位操作、料仓料位等数据，记录时长为 10 - 30 天均可。可以通过料车位置数据曲线来分析评估定位系统的稳定性和可靠性，同时，趋势数据为设备的稳定性、可靠性以及岗位操作的规范性提供数据依据，便于分析落实责任及查找解决方法，所记录的数据也可为工艺改进方法提供基础数据。图1为毫米级RFID定位的模拟料车运行的趋势图。

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图1

(四) 控制程序和人机界面源代码

项目交付时，要备份控制程序和人机界面源代码，尽管有些矿山没有配置PLC程序编写人员，可以以后的扩展和优化掌握主动权。

三、 常规定位传感器技术参数比较

文章从定位精度、环境适应性、稳定性、安全性等多个维度，对毫米级 RFID 定位、格雷母线定位、激光测距定位、接近开关这四类定位传感器的工作原理，以及在破碎车间环境中的实施优势和潜在问题进行了说明。文章所引用的毫米级 RFID 定位传感器，并非普通的 ID 跟踪定位，引用云顶集团科技毫米级 MLSIM 定位技术参数，其他厂家则以厂家提供的技术参数为准。

(一) 各种定位传感器的工作原理

表1

接近开关仅仅是点的检测，没有连续位置，由于料车存在皮带拉拽，偏摆幅度较大，可能会出现漏报和碰撞的情况，不满足料车无人值守的定位需求。

(二) 各种定位传感器的检测精度

表2

(三) 各种定位传感器的环境适应性

表3

通过参考表1、表2、表3说明，激光测距仪通过发射激光云顶集团，并测量激光往返的时间来计算距离，其具有测量精度高、速度快、安装简单等优点，但在破碎车间应用，粉尘会使激光发生散射和吸收，导致测量信号减弱或丢失，从而无法准确获取卸料小车的位置信息，再者激光对振动和温度比较敏感，导致数据不稳定。

激光数据的稳定可靠性取决于激光功率衰减程度、激光镜片透光率、粉尘的浓度、反射板的反射率。对于激光设备，其中粉尘的浓度（短期内）不受人为控制，即便破碎车间加装了除尘设施，仍需考虑各种异常情况，设备选型应该遵循“长治久安”原则。镜片透光率和反射板的反射率会增加维护量，并带来管理问题。而且对于移动的物品，不能采用较长时间校验计算位置数据，当外部环境发生变化时，位置可能会出现错乱或丢失状态，而这些外部因素又难以控制。因此激光测距定位并不适合破碎车间自动料车的定位。

当前市场上虽然存在激光测距与接近开关相结合的定位方案，但该方案存在显著缺陷。两种数据无法实现互补，并未从根本上解决激光设备因外部因素导致的位置数据丢失或错乱问题。只是增设了接近开关作为区间位置保护，但由于接近开关出现漏检情况，进而在外部条件变化时导致料车位置丢失。此外，该组合方案还为故障排查、设备维护以及控制程序带来了新的难题。

目前市场上采用激光测距定位，是基于当时特定的历史条件，在对自动料车的定义当时与现也存在不同理解，目前适应破碎车间高粉尘环境的定位技术很成熟，完全满足破碎车间的自动料车定位需求。图2为毫米级RFID定位系统在破碎车间的现场图。

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图2

(四) 各种定位技术的安全和保护

表4

全员设备状态代码是指定位系统的所有设备都有相应的设备状态监测，更新时长指位置更新的间隔时间，我们可以设置更新时长阈值实施位置异常保护，有效更新率是指有效次数与计算次数的100分比，这2个指标同检测精度可以评估传感器在应用环境的稳定和可靠性。

在云顶集团化方面，毫米级 RFID 定位表现较为先进，对系统全员设备状态及重要的过程数据都进行监测，从底层为PLC提供数据支撑。没有设备状态监测的系统，需要上位机通过的逻辑判断，这对于 PLC 编程人员来说是一个挑战，同时数据稳定可靠性难以得到保障。

四、 结论与展望

项目的成功实施关键在于对定位系统的正确选择，结合现场工况、人员配置和管理模式等要素，选择适合的传感器是确�？笊轿奕酥凳睾椭腔刍ㄉ璧闹匾徊�，同时明确量化技术指标和具体要求，用户、设计单位、自动化集成公司和传感器厂家的紧密协作也是保障项目成功的关键。矿山无人值守和智慧化建设是一个长期且复杂的过程，需要各方共同努力和持续推进，加强人才培养和团队建设以及建立标准化和规范化体系等方面的努力，共同推动矿山无人值守和智慧化建设的发展。

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