本發(fā)明涉及礦山電機(jī)車軌道運(yùn)輸監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于礦石目標(biāo)的配礦調(diào)度系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

礦石品味是指單位體積或單位重量礦石中有用組分或有用礦物的含量，在采礦過程中,提高礦石品味,可以增加精礦售價(jià),使企業(yè)增加利潤。而且從全局觀點(diǎn)看,對節(jié)約能源作用十分大。目前，隨著采掘的不斷深入，不可避免的會遇到礦石的品味高低不同，轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)需要進(jìn)行配礦調(diào)度管理，傳統(tǒng)的方法通常是根據(jù)工人調(diào)度經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行符合礦石目標(biāo)品味的人工定性配礦調(diào)度指揮，對調(diào)度通信的電話的依賴程度高，而且目標(biāo)礦石品味的合格率較低。

而且，目前非煤礦山井下礦石主要采用軌道機(jī)車進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，在進(jìn)行礦石裝車時，由井下工人在礦石裝車區(qū)域現(xiàn)場操作放礦控制器，礦石裝車區(qū)域的粉塵大，環(huán)境惡劣，嚴(yán)重影響了工人的身心健康。

在2015年6月，國家安全監(jiān)管總局下發(fā)<關(guān)于開展“機(jī)械化換人、自動化減人”科技強(qiáng)安專項(xiàng)行動>的通知【安監(jiān)總科技[2015]63號文】，強(qiáng)調(diào)“在大中型礦山，通過采用電機(jī)車遠(yuǎn)程遙控、有軌運(yùn)輸智能化調(diào)度與控制、視頻無線傳輸、信集閉監(jiān)控等技術(shù)，應(yīng)用具有遠(yuǎn)程遙控或全自動無人駕駛功能的有軌運(yùn)輸電機(jī)車，結(jié)合自動放礦、溜井料位監(jiān)測、自動化稱重計(jì)量等配套手段，代替人工駕駛機(jī)車、人工放礦等工藝技術(shù)與裝備，實(shí)現(xiàn)井下有軌運(yùn)輸系統(tǒng)無人操作，減少作業(yè)人員50％以上”。

因此，為了改善工人工作環(huán)境，使礦山有計(jì)劃、有目的地將不同品質(zhì)的礦石相互混合，使其產(chǎn)品既能滿足用戶要求，又能為企業(yè)獲取最大的經(jīng)濟(jì)利益是技術(shù)人員急需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于基于礦石品味的配礦調(diào)度系統(tǒng)及其控制方法，以目標(biāo)礦石品味的合格率。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：第一方面，提供一種基于礦石品味的配礦調(diào)度系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括放礦控制器、車載控制器以及地面調(diào)度服務(wù)器；

放礦控制器通過無線通信接口與車載控制器連接，地面調(diào)度服務(wù)器通過通信網(wǎng)絡(luò)分別與放礦控制器以及車載控制器連接。

第二方面，提供一種上述基于礦石品味的配礦調(diào)度系統(tǒng)的控制方法，該方法包括：

地面調(diào)度服務(wù)器基于預(yù)設(shè)的礦石品味配礦調(diào)度參數(shù)，生成配礦調(diào)度指令；

地面調(diào)度服務(wù)器將生成的配礦調(diào)度指令發(fā)送至放礦控制器和車載控制器；

放礦控制器根據(jù)配礦調(diào)度指令遙控車載控制器以使電機(jī)車運(yùn)行與放礦機(jī)配合完成裝礦操作；

或車載控制器根據(jù)配礦調(diào)度指令遙控放礦控制器使放礦機(jī)執(zhí)行放礦操作與電機(jī)車配合完成裝礦操作。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明存在以下技術(shù)效果：本發(fā)明通過地面調(diào)度服務(wù)器將配礦調(diào)度指令發(fā)送給礦石裝載點(diǎn)的放礦控制器以及電機(jī)車上的車載控制器，該配礦調(diào)度指令包含該礦石裝載點(diǎn)的礦石品味以及在該礦石裝載點(diǎn)的裝礦容量。放礦控制器和車載控制器兩者根據(jù)地面調(diào)度服務(wù)器發(fā)送的配礦調(diào)度指令相互配合，完成放礦操作，在此過程中，礦石裝載點(diǎn)的操作人員可以通過放礦控制器遙控電機(jī)車上的車載控制器，電機(jī)車上的操作人員也可以通過車載控制器遙控礦石裝載點(diǎn)上的放礦控制器，且二者控制權(quán)限可以進(jìn)行分配。因此，在裝礦操作中，只需要礦石裝載點(diǎn)的操作人員或者電機(jī)車上的操作人員即可單獨(dú)的完成裝礦任務(wù)，而不需要礦石裝載點(diǎn)以及電機(jī)車上的操作人員進(jìn)行操作配合來完成裝礦任務(wù)，大大節(jié)省了勞動成本，提高了裝礦效率和合格率，減少了調(diào)度對通信電話的依賴。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例中的一種基于礦石品味的配礦調(diào)度系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一實(shí)施例中另一種基于礦石品味的配礦調(diào)度系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明一實(shí)施例中的車載控制器的工作狀態(tài)流程示意圖；

圖4是本發(fā)明一實(shí)施例中的放礦控制器與車載控制器配合完成放礦操作的工況示意圖；

圖5是本發(fā)明一實(shí)施例中的一種基于礦石品味的配礦調(diào)度系統(tǒng)的控制方法的流程示意圖；

圖6是本發(fā)明一實(shí)施例中的步驟S3的細(xì)分步驟的流程示意圖；

圖7是本發(fā)明一實(shí)施例中的圖像分析模塊進(jìn)行圖像處理的流程示意圖；

圖8是本發(fā)明一實(shí)施例中的車載控制器與放礦控制器配合完成放礦操作的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合圖1至圖8所示，對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)敘述。

如圖1至圖2所示，本實(shí)施例公開了一種基于礦石品味的配礦調(diào)度系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括放礦控制器10、車載控制器20以及地面調(diào)度服務(wù)器30；放礦控制器10通過無線通信接口與車載控制器20連接，地面調(diào)度服務(wù)器30通過通信網(wǎng)絡(luò)分別與放礦控制器10以及車載控制器20連接。

具體地，在工作過程中，將放礦控制器10安裝在放礦機(jī)巷道內(nèi)，用于控制放礦機(jī)振動以將礦石振落在電機(jī)車內(nèi)。地面調(diào)度服務(wù)器30會發(fā)送配礦調(diào)度指令至放礦控制器10中，該出的配礦調(diào)度指令包含有礦石品味的配礦調(diào)度。

具體地，放礦控制器10包括控制主板11、控制顯示模塊12、WIFI模塊13以及電源14；控制顯示模塊12通過RS485通信接口和模式選擇硬件接口與控制主板11連接；WIFI模塊13通過SPI接口與控制主板10連接且WIFI模塊13為802.11/n無線通信接口并與車載控制器20連接；電源14與控制主板11連接為控制主板11供電；控制主板11與振動放礦電氣柜40進(jìn)行雙向連接。

進(jìn)一步地，控制顯示模塊12具體為工業(yè)級液晶顯示觸摸屏，放礦控制器10可以通過操作與其連接的液晶顯示觸摸屏，遙控車載控制器，以對電機(jī)車實(shí)施視距遙控駕駛，同時，放礦控制器10也可以接受車載控制器20的遙控。

在實(shí)際應(yīng)用中，地面調(diào)度服務(wù)器30通過控制主板11上的以太網(wǎng)接口與放礦控制器10連接，地面調(diào)度服務(wù)器30通過以太網(wǎng)接口與放礦控制器10進(jìn)行通信將產(chǎn)生的配礦調(diào)度指令發(fā)送至放礦控制器10，放礦控制器10通過WIFI模塊13將配礦調(diào)度指令傳送至車載控制器20，并根據(jù)放礦控制器10端即礦石裝載點(diǎn)端和車載控制器20端即電機(jī)車端那一端配備有操作人員來確定放礦控制器10和車載控制器20的工作模式以及控制權(quán)限，比如，如果礦石裝載點(diǎn)端配備有操作人員，則確定由礦石裝載點(diǎn)的放礦控制器10控制電機(jī)車端的車載控制器20，如果電機(jī)車端配備有操作人員，則確定電機(jī)車端的車載控制器20控制礦石裝載點(diǎn)端的放礦控制器10。即在本實(shí)施例中，完成裝礦任務(wù)只需要配備一個操作人員即可，與傳統(tǒng)的分別在礦石裝載點(diǎn)、電機(jī)車端配備操作人員相比，節(jié)省了勞動成本，提高了裝礦的工作效率以及配礦的合格率。

具體地，如圖2所示，上述基于礦石品味的配礦調(diào)度系統(tǒng)還包括與控制主板10連接的攝像機(jī)50，電源14還與攝像機(jī)50連接以為攝像機(jī)50供電。

具體地，放礦控制器10還包括遙控操作模塊和圖像分析模塊；遙控操作模塊通過無線通信接口與車載控制器20連接；圖像分析模塊的輸入端與攝像機(jī)50連接以對攝像機(jī)50發(fā)送的模擬信號進(jìn)行處理，圖像分析模塊的輸出端與車載控制器20連接以將處理結(jié)果發(fā)送至車載控制器20。

具體地，該處設(shè)置攝像機(jī)50的目的是為了在裝礦過程中，對用于裝礦的車皮進(jìn)行攝像，圖像分析模塊對攝像機(jī)50拍攝的圖像進(jìn)行處理，從而獲得車皮裝載礦石的輪廓，以判斷該車皮是否裝滿了對應(yīng)品味的礦石。其中，本實(shí)施例中的遙控操作模塊具體為遙控操作按鈕，圖像分析模塊具體為圖像分析儀。

具體地，本實(shí)施例中的遙控放礦控制器采用1oo1D的安全架構(gòu)，具有急?？刂戚敵鼋涌?，采用串聯(lián)式開路安全型接口設(shè)計(jì)；對控制回測采用故障安全設(shè)計(jì)，將檢測信號與回測開關(guān)量疊加，實(shí)現(xiàn)對開關(guān)量輸入檢測回路的實(shí)時在線故障檢測；為了防止遙控操作人員脫崗，對操作行為采取點(diǎn)觸式激勵操作方式，當(dāng)超過15s不操作點(diǎn)觸菜單，則認(rèn)為人員脫崗，自動停止控制輸出，使控制對象進(jìn)入安全狀態(tài)。如此設(shè)計(jì)能充分保證電機(jī)車在執(zhí)行裝礦任務(wù)過程中的安全。

具體地，如圖3所示，本實(shí)施例中通過操作遙控操作按鈕，遙控操作按鈕的工作狀態(tài)包括：關(guān)機(jī)、啟動、待機(jī)、遙控、安全共五種工作狀態(tài)，遙控分為連續(xù)運(yùn)行下的遙控模式和點(diǎn)動運(yùn)行下的遙控模式，在實(shí)際應(yīng)用中，地面調(diào)度服務(wù)器30根據(jù)電機(jī)車的位置信息、攝像機(jī)50錄制的視頻信息以及礦石品位配礦調(diào)度生成配礦調(diào)度指令，以控制電機(jī)車進(jìn)行運(yùn)行，在電機(jī)車運(yùn)行到礦石倉溜口前5-8米時，遙控操作按鈕由連續(xù)運(yùn)行模式轉(zhuǎn)為點(diǎn)動運(yùn)行模式，執(zhí)行車皮序列與裝礦點(diǎn)礦石品位相關(guān)聯(lián)的定點(diǎn)停車遙控指令，將待裝礦石的空車皮停在礦石倉溜口裝車區(qū)域，每次點(diǎn)動運(yùn)行距離0.5m—1.0m，且距離可配置，然后執(zhí)行放礦指令，完成“空車皮-目標(biāo)礦石”的遙控裝車任務(wù)，放礦控制器與車載控制器配合完成放礦操作的工況示意圖如圖4所示。

進(jìn)一步地，本實(shí)施例中的放礦控制器10采用1oo1D安全架構(gòu)，輸出接口為串聯(lián)式開路安全接口，輸入接口為并聯(lián)式閉合安全接口。

如圖5所示，本實(shí)施例公開了一種基于礦石品味的配礦調(diào)度系統(tǒng)的控制方法，該方法包括如下步驟S1至S3：

S1、地面調(diào)度服務(wù)器30基于預(yù)設(shè)的礦石品味配礦調(diào)度參數(shù)，生成配礦調(diào)度指令；

S2、地面調(diào)度服務(wù)器30將生成的配礦調(diào)度指令發(fā)送至放礦控制器10和車載控制器20；

S3、放礦控制器10根據(jù)配礦調(diào)度指令遙控車載控制器20以使電機(jī)車運(yùn)行與放礦機(jī)配合完成裝礦操作；

或車載控制器20根據(jù)配礦調(diào)度指令遙控放礦控制器10使放礦機(jī)執(zhí)行放礦操作與電機(jī)車配合完成裝礦操作。

具體地，步驟S1中預(yù)設(shè)的礦石品味配礦調(diào)度參數(shù)包括編組列車號、與列車號對應(yīng)的車皮序列號、礦石裝載點(diǎn)號以及與礦石裝載點(diǎn)對應(yīng)的礦石品味及礦石容量跟蹤曲線；所述的配礦調(diào)度指令攜帶有編組列車號執(zhí)行的配礦調(diào)度結(jié)果。

其中，編組列車的車皮序列號為T_W＝[W₁,W₂,...,W_i,...,W_n]，其中，T_W為列車號，W_i為T_W列車牽引的車皮號，n_max＝12；礦石裝載點(diǎn)號為[L₁,L₂,...,L_x,...,L_m]，對于L_x號礦石裝載點(diǎn)，m_max＝60，L_xi(t)為該礦點(diǎn)的礦石品位及容量跟蹤曲線，T_W號列車可執(zhí)行的配礦調(diào)度結(jié)果為(t_iy-t_ix)為W_i車皮在L_x點(diǎn)裝載礦石的放礦機(jī)開啟最大允許時間，為W_i車皮在L_x點(diǎn)裝載的礦石量，當(dāng)(t_iy-t_ix)為0時代表W_i車皮不在L_x號礦石裝載點(diǎn)裝載礦石。

進(jìn)一步地，遙控放礦控制器按照礦石裝載點(diǎn)號編碼，作為執(zhí)行調(diào)度指令的受控目標(biāo)，具有全局唯一性編碼，編碼范圍為[L₁,L₂,...,L_x,...,L_m]，m_max＝60，放礦控制器10只接收和執(zhí)行與自己編碼身份L_x相符合的調(diào)度指令，遙控T_W電機(jī)車，按照W_i車皮在L_x點(diǎn)許可的裝載礦石量執(zhí)行，完成在L_x礦石裝載點(diǎn)號許可的[W₁,W₂,...,W_i,...,W_n]車皮裝車。因此，放礦控制器10以及車載控制器20即可根據(jù)接收到的配礦調(diào)度指令將對應(yīng)礦石裝載點(diǎn)處的礦石裝載到對應(yīng)的車皮中。

具體地，步驟S3具體為：在電機(jī)車運(yùn)行過程中，車載控制器20根據(jù)遙控操作模塊15下發(fā)的工作狀態(tài)指令，控制電機(jī)車按照當(dāng)前的工作作態(tài)進(jìn)行運(yùn)行。其中，所述的工作狀態(tài)包括安全狀態(tài)、關(guān)機(jī)狀態(tài)、啟動狀態(tài)、待機(jī)狀態(tài)、連續(xù)運(yùn)行的遙控狀態(tài)和點(diǎn)動運(yùn)行下的遙控狀態(tài)。其中遙控操作模塊的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件如表1所示：

表1

進(jìn)一步地，如圖6所示，步驟S3中的電機(jī)車進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)時，具體包括如下細(xì)分步驟S31至S32：

S31、電機(jī)車運(yùn)行到離礦石倉溜口5-8米時，通過裝礦控制器10或者車載控制器20控制電機(jī)車由連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)入點(diǎn)動運(yùn)行狀態(tài)；

S32、進(jìn)入點(diǎn)動運(yùn)行狀態(tài)時，裝礦控制器10或者車載控制器20控制電機(jī)車按照預(yù)定的移動距離逐步移動到待裝礦區(qū)域。

具體地，步驟S32還包括：

車載控制器20根據(jù)安裝在軌道上的定點(diǎn)檢測裝置發(fā)送的位置信息判斷車皮與礦石倉溜口之間的位置關(guān)系；

在車皮與礦石倉溜口對準(zhǔn)時，裝礦控制器10或者車載控制器20控制電機(jī)車停車、放礦機(jī)開始放礦以進(jìn)行裝礦操作；

圖像分析模塊16對攝像機(jī)50發(fā)送的模擬信號進(jìn)行處理，得到車皮裝載礦石的輪廓以判斷所述車皮是否裝滿對應(yīng)品味的礦石；

如果裝滿，則裝礦控制器10或者車載控制器20控制電機(jī)車以點(diǎn)動狀態(tài)運(yùn)行使下一車皮移動到與該車皮相符的裝載點(diǎn)。

其中，如圖7所示，圖像分析模塊進(jìn)行圖像處理的具體包括：圖像分析模塊接收來自攝像頭的模擬信號，電路將PAL制式解碼出來，得到數(shù)據(jù)流，然后進(jìn)行去隔行操作，得到標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)，再對標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)進(jìn)行算法處理，進(jìn)而獲得車皮裝載礦石的輪廓，判斷是否裝滿，將判斷結(jié)果發(fā)送給車載控制器20。車載控制器20在得知當(dāng)前車皮已經(jīng)裝滿了對應(yīng)品味的礦石時，控制電機(jī)車進(jìn)行移動，以使下一車皮移動到對應(yīng)編號的礦石裝載點(diǎn)。

具體地，如圖4，以放礦控制器10遙控電機(jī)車端的車載控制器20為例，當(dāng)電機(jī)車到了礦車裝礦區(qū)域，由于架線不連續(xù)，需要降弓操作，空車皮對位，然后放礦裝車，此過程由放礦控制器10在該區(qū)域遙控執(zhí)行機(jī)頭機(jī)尾主從切換、準(zhǔn)確停車和放礦裝車，具體步驟如圖8所示：

(1)在運(yùn)行到礦石倉溜口前5-8米時，有連續(xù)運(yùn)行模式進(jìn)入點(diǎn)動運(yùn)行，根據(jù)安裝在電機(jī)車運(yùn)行軌道上的定點(diǎn)檢測裝置FPDD₁發(fā)出的信息，T1A車載控制器收到信息，列車前機(jī)頭T1A車載控制器(主狀態(tài))自主安全處理，通知后機(jī)頭EPB_T1B自動升弓；

(2)在5米以內(nèi)時惰性運(yùn)行，然后前機(jī)頭EPB_T1A自動降弓，此時列車尾部的后機(jī)頭T1B車載控制器由牽引“從狀態(tài)”轉(zhuǎn)為“主狀態(tài)”；

(3)在點(diǎn)動運(yùn)行放礦裝車期間，當(dāng)前機(jī)頭T1A越過溜口5-10米時，此處軌道安裝的定點(diǎn)檢測裝置FPDD₂會自動觸發(fā)前機(jī)頭EPB_T1A升弓、通知后機(jī)頭EPB_T1B降弓，此時再次切換前后機(jī)頭的主從狀態(tài)，前機(jī)頭T1A車載控制器為主，后機(jī)頭T1B車載控制器為從；

(4)此時遙控放礦操作員根據(jù)視頻監(jiān)視圖像，遠(yuǎn)程操作后機(jī)頭制動緩慢運(yùn)行，逐漸減速，直到符合該裝載點(diǎn)礦石品位的W_x車皮1/3部位與礦石倉溜口對準(zhǔn)、停車。

(5)發(fā)送接通放礦機(jī)電源指令，開始放礦，此時密切觀察視頻圖像車皮是否裝滿，符合礦石裝載曲線后點(diǎn)動牽引車皮。

(6)遙控電機(jī)車發(fā)送點(diǎn)動運(yùn)行指令，執(zhí)行點(diǎn)動運(yùn)行方式，到W_x車皮2/3部位，此時密切觀察視頻圖像車皮是否裝滿，W_x車皮裝滿后，同樣發(fā)送點(diǎn)動運(yùn)行指令，移位到符合該裝載點(diǎn)的下一車皮，重復(fù)(4)～(6)。

需要說明的是，通過分別對同一車皮的1/3部位和2/3部位進(jìn)行裝礦，可以保證充分的利用車皮的容量，提高了車皮的裝礦利用率。