一种矿山提升系统矿石装载控制方法及系统与流程

本发明属于采矿领域，具体而言，涉及一种矿山提升系统矿石装载控制方法及系统。

背景技术：

提升系统是矿山的咽喉，井下开采出的矿石都经由提升系统提升至地面处理，安全高效的矿石装载和提升系统对矿山尤为重要。矿石装载和提升系统通常采用人工手动操作，每装一斗矿要依次按皮带、振动漏斗、油泵、扇形门、卷扬开车信号等设备的启动和停止按钮，装矿时还要时刻关注计量斗装矿石的重量、注意卷扬箕斗是否到位等。长时间的机械式重复操作，操作工会形成身体和精神上的双重疲劳，容易造成误操作和效率不高的现象，影响到设备安全和矿石提升量。

技术实现要素：

本申请实施例提供了一种矿山提升系统矿石装载控制方法及系统，大大提高了装载站的运行效率和安全可靠性。

第一方面，本申请实施例提供了一种矿山提升系统矿石装载控制方法，包括：

验证装载站的设备是否正常运行，如果是，接收自动装载的信号进入自动运行；

接收启动信号，安全回路闭合，产生自动装载初次启动信号，启动信号启动皮带机，皮带机接触器闭合后将辅助触点反馈到控制单元中；所述控制单元检测到辅助触点反馈信号后，启动矿石给料机，矿石给料机将正常启动的反馈信号发送给控制单元；

矿石给料机将振动漏斗内的矿石放到皮带上装入计量斗中，计量斗装有电子称测量装入计量斗中的矿石量，当计量斗装矿重量达到设定值时，控制单元发出停止矿石给料机和皮带机的信号；

等待卷扬箕斗运行到下停车点装矿位置，当卷扬箕斗到达下停车点时，将矿石放入卷扬箕斗中；

控制单元向卷扬系统发送开车信号，所述卷扬系统开车上行，通过卷扬箕斗将矿石提升至地面；控制单元向卷扬系统发送开车信号的同时，发出自动装载循环启动信号，将皮带机启动，开始自动装载，进入下一个循环。

其中，所述等待卷扬箕斗运行到下停车点装矿位置，当卷扬箕斗到达下停车点时，将矿石放入卷扬箕斗中，包括：

皮带机和矿石给料机停止后，系统等待卷扬箕斗运行到下停车点装矿位置；

当卷扬箕斗到达下停车点时，箕斗下位信号灯亮，液压油泵电机启动，准备向计量斗的扇形门油缸供油，油泵电机正常启动两秒后，控制单元发出打开扇形门指令，打开扇形门的电磁阀打开，液压油进入油缸顶开计量斗扇形门，矿石放入卷扬箕斗中；

当计量斗内矿石重量低于5吨时，系统发出扇形门打开正常的信号，当扇形门碰到扇形门开到位的接近开关，电磁阀断电停止继续打开扇形门；

停扇形门信号发出两秒钟之后，控制单元发出关扇形门信号，控制关扇形门的电磁阀动作，液压油将扇形门油缸反向推动，关闭扇形门，直到扇形门关到位开关动作。

其中，所述等待卷扬箕斗运行到下停车点装矿位置，当卷扬箕斗到达下停车点时，将矿石放入卷扬箕斗中，还包括：

当计量斗内矿石重量低于0.8吨时，系统判定计量斗内矿石全部倒入箕斗，发出停止电磁阀信号。

其中，所述验证装载站的设备是否正常运行，包括：

用手动方式装载一次矿石并放入箕斗中，验证装载站所有设备是否正常运行。

其中，所述安全回路包括以下条件和各种故障检测保护：计量斗重量数据跳变、计量斗重量数据回退、皮带机故障、给矿机故障、扇形阀停止、皮带机停止、给矿机停止、给矿机1#2#选择、皮带机或给矿机、装载站油泵接触器故障、计量斗满接近开关故障、计量系统坏或无矿、皮带机启动失败、装载超时、给矿机启动失败、扇形门打开失败、扇形门关闭失败、自动控制扇形门失败、卷扬停车检修、矿仓满退出自动、皮带被压。

其中，还包括：

监控装载系统自动运行时的设备状态：设备运行的反馈信号是否正常；设备是否在规定时间内完成规定动作；如果设备起动信号发出后没有设备起动正常的反馈信号，或者规定时间内没有完成预定动作，就会报故障退出自动运行并发出声音报警。

其中，还包括：

在皮带支架下安装接近开关，接近开关与控制单元连接，当皮带上堆积矿石过多，导致皮带支架下沉而使接近开关动作时，控制单元发出矿石给料机停止信号，皮带机继续运行预设时间后退出自动运行。

其中，包括：

当下停车开关动作，且停车深度正确、深度校正点的校正深度正确时，箕斗下位信号灯亮。

其中，还包括：

在计量斗上安装料位计，当电子秤故障时，所述料位计控制装载量；所述控制单元通过算法检测电子秤是否正常。

第二方面，本申请提供了一种矿山提升系统矿石装载控制系统，所述控制系统被配置为：

验证装载站的设备是否正常运行，如果是，接收自动装载的信号进入自动运行；

接收启动信号，安全回路闭合，产生自动装载初次启动信号，启动信号启动皮带机，皮带机接触器闭合后将辅助触点反馈到控制单元中；所述控制单元检测到辅助触点反馈信号后，启动矿石给料机，矿石给料机将正常启动的反馈信号发送给控制单元；

矿石给料机将振动漏斗内的矿石放到皮带上装入计量斗中，计量斗装有电子称测量装入计量斗中的矿石量，当计量斗装矿重量达到设定值时，控制单元发出停止矿石给料机和皮带机的信号；

等待卷扬箕斗运行到下停车点装矿位置，当卷扬箕斗到达下停车点时，将矿石放入卷扬箕斗中；

控制单元向卷扬系统发送开车信号，所述卷扬系统开车上行，通过卷扬箕斗将矿石提升至地面；控制单元向卷扬系统发送开车信号的同时，发出自动装载循环启动信号，将皮带机启动，开始自动装载，进入下一个循环。

本申请实施例矿山提升系统矿石装载控制方法及系统具有如下有益效果：本发明使操作工从机械重复的操作中解放出来，实现了矿石提升系统井下装载站的自动化运行，并大大提高了装载站的运行效率和安全可靠性，杜绝了人工疲劳引起的误操作等一系列安全隐患。

附图说明

图1为本申请实施例矿山提升系统矿石装载控制方法流程示意图；

图2为本申请实施例矿山提升系统矿石装载控制方法另一种流程示意图；

图3为本申请实施例矿山提升系统矿石装载控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请进行进一步的介绍。

在下述介绍中，术语“第一”、“第二”仅为用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下述介绍提供了本发明的多个实施例，不同实施例之间可以替换或者合并组合，因此本申请也可认为包含所记载的相同和/或不同实施例的所有可能组合。因而，如果一个实施例包含特征a、b、c，另一个实施例包含特征b、d，那么本申请也应视为包括含有a、b、c、d的一个或多个所有其他可能的组合的实施例，尽管该实施例可能并未在以下内容中有明确的文字记载。

下面的描述提供了示例，并且不对权利要求书中阐述的范围、适用性或示例进行限制。可以在不脱离本申请内容的范围的情况下，对描述的元素的功能和布置做出改变。各个示例可以适当省略、替代或添加各种过程或组件。例如所描述的方法可以以所描述的顺序不同的顺序来执行，并且可以添加、省略或组合各种步骤。此外，可以将关于一些示例描述的特征组合到其他示例中。

本发明采用可编程控制系统(plc)对装载系统的设备进行控制，可以实现装载系统的自动化。具体方案为：将井下装载站的装载设备的控制线路接入卷扬电控系统的plc中，根据装载站设备运行的控制工艺对plc进行编程，实现装载站的自动化控制，并与卷扬提升系统的自动化联动，实现矿石装载、卷扬提升的全自动化运行。首先将必要的控制按钮、输出点、故障点、装载计量系统电子称的数据接入plc。其次要对plc系统进行编程。本发明的重点是对plc的软件编程，通过完善的程序实现对设备的安全、可靠地控制，实现装载系统自动、安全、高效地运行。plc系统为西门子s7-300,控制程序由s7梯形图编写。

如图1-2所示，本申请矿山提升系统矿石装载控制方法包括：s101，验证装载站的设备是否正常运行，如果是，接收自动装载的信号进入自动运行；s103，接收启动信号，安全回路闭合，产生自动装载初次启动信号，启动信号启动皮带机，皮带机接触器闭合后将辅助触点反馈到控制单元中；控制单元检测到辅助触点反馈信号后，启动矿石给料机，矿石给料机将正常启动的反馈信号发送给控制单元；s105，矿石给料机将振动漏斗内的矿石放到皮带上装入计量斗中，计量斗装有电子称测量装入计量斗中的矿石量，当计量斗装矿重量达到设定值时，控制单元发出停止矿石给料机和皮带机的信号；s107，等待卷扬箕斗运行到下停车点装矿位置，当卷扬箕斗到达下停车点时，将矿石放入卷扬箕斗中；s109，控制单元向卷扬系统发送开车信号，卷扬系统开车上行，通过卷扬箕斗将矿石提升至地面；控制单元向卷扬系统发送开车信号的同时，发出自动装载循环启动信号，将皮带机启动，开始自动装载，进入下一个循环。下面进行详细介绍。

装载系统自动运行执行回路产生装载系统自动运行时各种设备的自动启动和自动停止信号，程序控制装载系统的各个设备按照装载系统的工艺流程自动启动和停止。程序同时产生各种控制设备的监控信号，在每一步骤起动信号发出以后，延时一定时间检测这一步骤是否启动成功，只有相应设备启动运行正常后，程序才自动发出下一步骤的启动信号，避免装载系统无意义的空转。

s101，验证装载站的设备是否正常运行，如果是，接收自动装载的信号进入自动运行。

进入装载自动之前必须先用手动方式装载一次矿石并放入箕斗中，验证装载站所有设备都是可以正常运行的，才可以将转换开关打到自动装载进入自动运行。

s103，接收启动信号，安全回路闭合，产生自动装载初次启动信号，启动信号启动皮带机，皮带机接触器闭合后将辅助触点反馈到控制单元中；控制单元检测到辅助触点反馈信号后，启动矿石给料机，矿石给料机将正常启动的反馈信号发送给控制单元。

转换开关打到自动运行后，按启动自动装载按钮，自动转载安全回路闭合并自保，这时立即产生一个自动装载初次启动信号，启动信号立即启动皮带机，皮带机接触器闭合后有一个辅助触点反馈到plc中，如果程序在两秒钟后检测这个信号反馈信号，说明皮带机启动正常，就立即启动矿石给料机，矿石机给料也有反馈信号接入plc中，提示矿石机给料启动正常。

s105，矿石给料机将振动漏斗内的矿石放到皮带上装入计量斗中，计量斗装有电子称测量装入计量斗中的矿石量，当计量斗装矿重量达到设定值时，控制单元发出停止矿石给料机和皮带机的信号。

矿石机给料运行时将振动漏斗内的矿石放到皮带上装入计量斗中，计量斗装有电子称测量装入计量斗中的矿石量，当计量斗装矿重量达到设定值7.5吨时，程序自动发出停止矿石机和皮带机信号。

s107，等待卷扬箕斗运行到下停车点装矿位置，当卷扬箕斗到达下停车点时，将矿石放入卷扬箕斗中。

皮带机和矿石给料机停止后，系统等待卷扬的箕斗运行到下停车点装矿位置。当卷扬箕斗到达下停车点时，箕斗下位信号灯亮，液压油泵电机立即自动启动，准备向计量斗的扇形门油缸供油，油泵电机正常启动两秒后，程序发出打开扇形门指令，打开扇形门的电磁阀立即打开，液压油进入油缸顶开计量斗扇形门，矿石就放入卷扬箕斗中，当计量斗内矿石重量低于5吨时，系统发出扇形门打开正常的信号，当扇形门打开到一定程度时，碰到扇形门开到位的接近开关，电磁阀立即断电停止继续打开扇形门。当计量斗内矿石重量低于0.8吨时，系统判定计量斗内矿石即将全部到箕斗，也会发出一个停止电磁阀信号，以防开到位接近开关坏不能停止扇形门。停扇形门信号发出两秒钟之后，程序发出一个关扇形门信号，控制关扇形门的电磁阀动作，液压油将扇形门油缸反向推动，关闭扇形门，直到扇形门关到位开关动作。

s109，控制单元向卷扬系统发送开车信号，卷扬系统开车上行，通过卷扬箕斗将矿石提升至地面；控制单元向卷扬系统发送开车信号的同时，发出自动装载循环启动信号，将皮带机启动，开始自动装载，进入下一个循环

扇形门关到位接近开关动作后，程序自动发出一个装载站--卷扬自动开车信号，开车信号发出后，卷扬立即自动开车上行，将矿石提升至地面。在开车信号发出的同时，程序也发出了一个自动装载循环启动信号，自动将皮带机启动，开始自动装载，进入了下一个循环。

将装载系统的各个设备故障点、各种保护和必要的运行条件做成一个安全回路，回路中包括以下条件和各种故障检测保护：计量斗重量数据跳变、计量斗重量数据回退、皮带机故障、给矿机故障、扇形阀停止、皮带机停止、给矿机停止、给矿机1#2#选择、皮带机或给矿机、装载站油泵接触器故障、计量斗满接近开关故障、计量系统坏或无矿、皮带机启动失败、装载超时、给矿机启动失败、扇形门打开失败、扇形门关闭失败、自动控制扇形门失败、卷扬停车检修、矿仓满退出自动、皮带被压。装载站进入自动运行后，装载站设备按下停止按钮、系统程序检测到故障就断开安全回路退出自动运行，并发出声光报警通知操作工处理。

本申请矿山提升系统矿石装载控制方法还包括：监控装载系统自动运行时的设备状态：设备运行的反馈信号是否正常；设备是否在规定时间内完成规定动作；如果设备起动信号发出后没有设备起动正常的反馈信号，或者规定时间内没有完成预定动作，就会报故障退出自动运行并发出声音报警。

程序监控装载系统自动运行时的设备状态：设备运行的反馈信号是否正常；设备是否在规定时间内完成规定动作。如果设备起动信号发出后没有设备起动正常的反馈信号，或者规定时间内没有完成预定动作，就会报故障退出自动运行并发出声音报警。这样就避免了装载系统始终卡在某一步骤不能进行下一步骤的现象。同时程序会判断出是哪个步骤启动失败，并在卷扬操作室的监控电脑wincc界面的装载站页面上显示运行和故障信息，同时把电脑显示器图像转换成视频信号传送到井下装载站操作室的视频监视器上，装矿操作工可以实时查看装载系统运行状态、故障信息以及当前故障处理方法的提示信息。每个控制过程最少做了两种不同的监控程序保证系统的可靠性，自动控制过程中设备一旦出现异常立即就可以做出报警并退出自动运行。同时监控程序还参考了放矿操作工的一些操作经验和操作习惯，模拟人工操作时的一些高效、智能、安全的操作方式，让设备运行更高效更安全。计量斗重量数据跳变、计量斗重量数据回退这两个故障就是模拟操作工在装载时观察计量称的数据，在手动操作时如果操作工发现数据突然跳变由很小变成很大，或者是一个较大的数据突然又变小，就会判定计量称肯定坏了。在自动装载时程序一直记录和分析计量斗装矿的重量数据变化，数据出现大的跳变和回退时，就立即报故障退出自动运行。皮带机启动失败、给矿机启动失败、扇形门打开失败、扇形门关闭失败、自动控制扇形门失败，这几个故障是从操作工的角度出发设置的，每一步的操作过后一定时间内，观察设备的启动、停止的反馈情况，没有相应的反馈信号那一定就是设备控制失败了。计量系统坏或无矿、装载超时这两个故障也是监视计量系统和装载系统是否正常的重要标志，启动自动装载运行到设定时间，还没有装载到设定的重量，要么是振动漏斗堵了没矿石下来，要么是计量称坏掉了。

装载系统自动化运行时的风险控制

装载系统自动化运行中主要有3个风险：

第一个风险是振动漏斗放矿太快导致矿石溢出皮带。在皮带支架下安装接近开关，皮带上堆积矿石过多，会导致皮带支架下沉而使接近开关动作，这时程序会立即停矿石给料电机，皮带继续运行1分钟后退出自动运行。

第二个风险是箕斗没到下位正确的装载位置，下位灯却亮了(通常是因为卷扬箕斗位置的深度数字错误、停车开关和深度校正开关故障造成)，箕斗下位一亮系统就自动打开扇形门放矿，这时矿石将会误放到井底。为防止这种情况的发生，需要修改箕斗下位的条件，原来只是下停车开关动作就箕斗下位亮，现在还增加了停车深度正确和深度校正点的校正深度正确两个条件，基本可以杜绝误放矿到井底的现象。

第三个风险是装矿计量斗电子秤坏。硬件方面是在计量斗上安装一台料位计，电子秤一旦坏了，料位计可以起到控制装载量的作用，软件方面是程序通过几种算法检测电子秤是否正常：主要有装载超时、数据跳变、数据回退。同时控制程序可以通过电子秤的状态判断出料位计是否正常，可以实现料位计和电子称互相监视是否正常的作用。通过这些保护保证了系统能够检测出电子秤是否失效，以确保计量斗和箕斗不会过载。

本申请矿山提升系统矿石装载控制方法还包括：在皮带支架下安装接近开关，接近开关与控制单元连接，当皮带上堆积矿石过多，导致皮带支架下沉而使接近开关动作时，控制单元发出矿石给料机停止信号，皮带机继续运行预设时间后退出自动运行。

本申请矿山提升系统矿石装载控制方法包括：当下停车开关动作，且停车深度正确、深度校正点的校正深度正确时，箕斗下位信号灯亮。

本申请矿山提升系统矿石装载控制方法还包括：在计量斗上安装料位计，当电子秤故障时，料位计控制装载量；控制单元通过算法检测电子秤是否正常。

本发明将井下装载站的操作由人工手动操作改为plc系统自动控制。使操作工从机械重复的操作中解放出来，实现了矿石提升系统井下装载站的自动化运行，并大大提高了装载站的运行效率和安全可靠性，杜绝了人工疲劳引起的误操作等一系列安全隐患。本申请矿石提升系统实现卷扬和装载站全自动化运行后，提升量较之以前有了10％以上的提高。

本发明将装载站的控制设备接入plc系统，和对plc系统的软件编程，通过完善的程序实现对设备的安全、可靠地控制，实现装载系统自动、安全、高效地运行。

如图3所示，本申请提供了一种矿山提升系统矿石装载控制系统，该控制系统被配置为：

验证装载站的设备是否正常运行，如果是，接收自动装载的信号进入自动运行；

接收启动信号，安全回路闭合，产生自动装载初次启动信号，启动信号启动皮带机，皮带机接触器闭合后将辅助触点反馈到控制单元中；控制单元检测到辅助触点反馈信号后，启动矿石给料机，矿石给料机将正常启动的反馈信号发送给控制单元；

矿石给料机将振动漏斗内的矿石放到皮带上装入计量斗中，计量斗装有电子称测量装入计量斗中的矿石量，当计量斗装矿重量达到设定值时，控制单元发出停止矿石给料机和皮带机的信号；

等待卷扬箕斗运行到下停车点装矿位置，当卷扬箕斗到达下停车点时，将矿石放入卷扬箕斗中；

控制单元向卷扬系统发送开车信号，卷扬系统开车上行，通过卷扬箕斗将矿石提升至地面；控制单元向卷扬系统发送开车信号的同时，发出自动装载循环启动信号，将皮带机启动，开始自动装载，进入下一个循环。

本申请中，矿山提升系统矿石装载控制系统实施例与矿山提升系统矿石装载控制方法实施例基本相似，相关之处请参考矿山提升系统矿石装载控制方法实施例的介绍。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例的技术方案可借助软件和/或硬件来实现。本说明书中的“单元”和“模块”是指能够独立完成或与其他部件配合完成特定功能的软件和/或硬件，其中硬件例如可以是fpga(field－programmablegatearray，现场可编程门阵列)、ic(integratedcircuit，集成电路)等。

本发明实施例的各处理单元和/或模块，可通过实现本发明实施例所述的功能的模拟电路而实现，也可以通过执行本发明实施例所述的功能的软件而实现。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。

在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

以上介绍仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。