露天煤矿配套快速自动装车系统说明书

1引言
对于露天煤矿配套的快速自动装车系统来说，由于装车作业工况较为恶劣，在配煤及装车操作环节中其自动化程度相对较低，仍延续人工计算、手动启停设备进行配煤，利用经验进行装车操作，致使操作人员劳动强度增加，同时还会存在一些不可避免的超载、偏载、亏吨等外运装车风险。

1.1配煤操作环节
目前，针对配煤环节中所存在的主要问题有：
（1）在机车前几节车厢的装载过程中，由于为了满足配煤比的需要，需频繁调整给料机的选定和给料机的给煤量，因此会造成前几节车厢的热值偏差较大。

（2）在配煤过程中，因个别产品仓储不足或一些特殊情况，则导致其所对应给料机给料量的波动，最终造成短时间内配煤比的变化，实际热值偏离目标热值。

由于此配煤过程为人为控制，不但修正配煤比的过程会影响装车目标热值，而且还增加了配煤员的劳动强度。

（3）配煤员与装车操作员配合如果不够默契，则可出现装车效率降低等情况。

若配煤员将上料量调整过大，而装车操作员操作失误次数较多，存在频繁停车、平车等情况时，则容易出现缓冲仓益料风险。

在配煤员及时采取相应停料措施后，则存在带式输送机短时空载运行的耗能问题。

当恢复正常装车后，则存在重新启动给料机上料延时的问题，造成装车效率下降；若配煤员控制上料量较小，或因调度放仓指挥不当所造成的上煤量较少时，则会出现机车等煤现象，不但造成了无用功能耗的增加，而且还造成了装车效率下降等问题。

1.2装车操作环节
目前，露天煤矿配套的快速自动装车系统的装车环节，仍延续较为传统的人工放料装车工艺。

此工艺不但对作业人员的基本素质、熟练度、经验值以及作业过程中精力集中方面有严苛的要求，而且装车作业人员的劳动强度也较其他运行工种大得多。

近年来，大多煤炭生产企业为了降低生产运行风险，加大了对装车超载、偏载的治理，同时也增大了对操作人员所致超、偏载生产事故的处罚力度，因此给装车操作员造成了很大的心理压力。

在装车环节中，存在的主要问题有：
（1）在机车前几节车厢的装载过程中，由于存在因配煤调整所致的热值偏差较大的问题，前几节车厢很难评估装车的物料高度，有可能造成前后偏载的风险。

（2）在正常装载过程中，对装车操作员的精神状态及其对设备状态了解应变掌控能力均有一定的要求，不但要根据装载热值、煤种比例、煤流速度、设备
提升装车系统自动化程度实现精美定量装车
刘海锋
（神华准格尔能源有限责任公司机电管理部，内蒙古鄂尔多斯，010300）
摘要：对于露天煤矿配套的快速自动装车系统来说，由于存在煤质、装车作业工况等客观条件相对较差现实，因此在实现自动、精准装车方面难度较大。

通过综合分析和论证，在配煤、装车所涉及的各个环节，可利用一些实时、高精度、抗煤尘干扰的检验检测设备及其配套的技术，进行整个系统自动化程度的提升，进而实现各仓储产品热值与料位关系之间标记的精细，指导自动配煤闭环调节的精准，自动定位装车的精确，装车质量、效率及节能降耗管理的精益，最终达到高效的精美定量装车。

关键词：快速自动装车系统自动配煤自动装车精准装车
中图分类号：TD67文献标识码：B文章编号：1674-8492（2018）01-032-05
作者简介：刘海锋（1985-），男，工程硕士，工程师，2007年毕业于辽宁工程技术大学，现任神华准格尔能源有限责任公司机电管理部铁路设备管理科副科长，主要从事铁路、选煤设备管理工作。

Tel：E-mail：
第1期
动作响应速度、机车速度等情况进行综合衡量来确定装车溜槽高度的调整，而且还要充分掌握物料体积所占车厢比例，以综合衡量卸料时机，进而杜绝前后偏载现象的发生。

因此，在此装车环节中对人员的精力集中方面要求较高，同时带来的负面效应就是人员的疲劳强度增大。

（3）由于存在装车称重系统、机械、液压方面配合缺陷或门槛值设置不合理等因素，有可能导致装车自动批处理环节不够精准，最终导致系统生产运行缺陷：①自动批处理量低于目标装载重量。

在出现自动批处理量低于目标装载重量时，往往只能通过装车操作员人工手动补料的形式，使得定量仓内物料重量趋于目标装载重量。

在此人工控制环节中，完全依靠个人经验及对设备使用的熟练度进行掌控，往往因装车操作员对超载处罚的畏惧心理，最终致使补料后的装载重量仍低于目标装载重量的现实，最终造成了亏吨现象的出现，进而给公司造成了铁路运输方面运费上的亏损。

同时，还存在过补料的风险造成定量仓内的物料高于目标装载重量。

针对此种情况，往往装车操作员采取人工手动截料操作措施，若截料过多则亏损了公司的运费，如果截料失败则需要停车后人工平车卸料，即存在超载、亏吨的潜在风险，又降低了装车效率。

②自动批处理量高于目标装载重量。

在出现自动批处理量高于目标装载重量时，往往只能通过装车操作员人工手动截料的方式进行临时处置，但截料难度远大于补料，且成功率较低。

通常截料成功后多数为装载亏吨。

2实现精准、高效装车的技术手段及可行性分析
若想实现快速自动装车系统高度自动化控制，实现精准配煤、精准装车，就必须确保所有设计程序的逻辑关系客观、合理，所有现场检测、检验装置灵活可靠，杜绝人为因素的存在和干预。

从指导自动配煤，到精准定位装车、所有配套辅助系统精准工作，必须有一套完整的设计思路并且达到高度集成。

2.1自动、高效、精准配煤理论的研究与分析
若想实现自动配煤，必须保证煤质检验、检测数据的精准性、实时性，同时还要确保所有给料机动作执行的可靠性和其响应速度的迅捷性。

具体指导自动配煤的思路是：以各仓储煤的精准的热值为基准，通过有效的配煤比来控制所选给料机的给煤量，再利用有效的煤质检验、检测数据实时闭环控制微调节各给料机的给煤量，从而实现实际热值在目标热值附近存在微波动，且加权平均等于目标热值的理想配煤结果。

2.1.1保证各仓储煤的热值测量精准的技术手段
若想保证各仓储煤的热值测量精准，必须在上仓带式输送机上安装高精度的在线煤质检测设备（如：中子活化在线煤质分析仪、X射线灰分仪等），以煤质检测设备所测量的实时热值数据作为标准热值依据，并利用不受煤尘干扰的高精度的料位计（如：军用X 波段雷达料位计）或激光雷达扫描技术等进行配合使用，量身定做专业报表软件或利用工控组态软件开发相应报表功能，实时记录热值与料位标记之间关系的报表，见图1。

并且报表要预留接口能够与快速自动装车系统集中控制系统进行无缝对接，实现集中控制系统能够实时准确的读取报表数据。

序号
1
2
3
4
5
6
……
……
……
仓位
1%
2%
3%
4%
5%
6%
……
……
……
1仓热值
4200
4200
4300
4400
4400
4500
……
……
……
2仓热值
3600
3600
3600
3700
3600
3600
……
……
……
3仓热值
4900
4900
5000
5000
4900
4900
……
……
……
装车目标
4300
4300
4300
4300
4300
4300
4300
4300
4300
3/1
1/6
1/6
……
……
……
3/2
7/6
7/6
1/1
6/7
7/6
7/6
……
……
……
2/1
1/6
1/7
2/7
……
……
……
与仓位和热值对应的
实时配煤比
1仓2仓3仓
4500/1%
4400/2%
4300/1%
4200/2%
……
3600/2%
……
3700/1%
3600/3%
4900/2%
……
5000/2%
4900/2%
100%
0%
给料机
快速在线灰分仪
快速装车系统图1各仓储料位与热值关系及与各仓储料位相对应的
实时配煤比报表
2.1.2保证自动配煤精度的技术手段
将产品仓仓储热值报表系统中读取的仓储给料的实时热值情况作为配煤比的已知量，从而计算出实时的配煤比，自动调节所选各给料机的控制频率，进而控制给煤量，保证配煤质量的基本精准，见图2。

再通过安装在装车主带式输送机上的在线煤质检测设
刘海锋：提升装车系统自动化程度实现精美定量装车
序号1 2 3 4 5 6………………仓位
1%
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1仓热值
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4200
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2仓热值
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3仓热值
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5000
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装车目标
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4300
4300
4300
4300
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7/6
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……
……
快速在线灰分仪
快速装车系统
通过在线灰分仪对装车
实际热值的测量，来闭
环微调节配煤比，进而
控制为调节各给料机的
下料量，使得装车热值
趋于目标热值。

按照实时配煤比，自动控
制各给料机的给料频率，
进而控制各仓的放仓量
给料机
与仓储料位
相对应的实
时配煤比
图2配煤比的闭环调节控制原理
·
·33
第1期
备进行实际热值与目标热值的偏差性校验，通过校验值闭环干预并微调节个别给料机的控制频率，进而控制给煤量，从而最终实现精准配煤。

2.2自动、高效、精准装车理论的研究与分析
若想实现自动装车，首先有待解决的就是自动检测车厢位置和溜槽调节高度的问题。

针对于井工矿所配套的快速自动装车系统，其煤质较好且煤尘较少，装载车型统一，因此能够实现自动装载。

而配套于露天开采煤矿的快速自动装车系统，其装车作业工况较为恶劣，而且大多数露天开采煤炭均为低热值煤，大部分产品不适合长距离外运，而就近坑口发电消化又存在装载车型不一的现实状态，一直延续人工卸料装载模式。

由于近年来一些新技术、新工艺、新产品的出现，并在各个行业中得到了较好的使用和验证，因此通过比较分析、综合调研，筛选出技术上可行的能够实现露天煤种自动装车的技术方案。

2.2.1保证车厢位置检测精度的技术手段
通过综合调研，目前市场上利用障碍物探测的方式来检测物体通过位置的手段种类繁多，但能够做到在恶劣环境下进行精准探测而不发生误动作的，经过实践技术成熟的探测装置为数不多，经综合考量，使用“车辆分离光幕”作为火车车厢位置探测装置比较成熟。

目前此探测装置在一般公路收费站、不停车收费系统（ETC ）、海关车辆管理系统等位置均已成功运用多年，技术成熟。

因此，建议使用此类判断正确率高、受环境影响相对较小的设备作为车厢位置检测装置，利用检测信号作为自动卸料的触发信号，具体原理见图3。

列车行走方向
装车溜槽
C80
光束
C80
C80
C80
C80
列车行走方向
列车行走方向C80
C80
C80
C80
车辆分离光幕状态3：光栅由断到通状态
光束由断到通时，触发装车溜槽的提升，控制封尘剂系统，防冻液系统大架的提升及系统的停喷
神华准格尔能源有限责任公司
神华准格尔能源有限责任公司
神华准格尔能源有限责任公司
神华准格尔能源有限责任公司
神华准格尔能源有限责任公司
神华准格尔能源有限责任公司
神华准格尔能源有限责任公司
神华准格尔能源有限责任公司
神华准格尔能源有限责任公司
图3利用车辆分离光幕的控制原理
2.2.2保证按照车型信息自动判断并调节装车溜槽
高度的技术手段
为了保证装车不会出现前后偏载情况，保证装车溜槽在合适高度至关重要。

如果车型统一，则不存在任何难度，然而在装载车型较杂的情况下，就需要经过技术手段进行处理，才能克服此类问题。

（1）加装可靠的溜槽高度探测装置。

此种探测装置及位置检测解决方法有很多，如：采用专用线缆式位置探测装置、视频分析技术、液压缸处增加标尺式位置探测装置、限位开关检测等。

（2）建立各种车型在不同装载目标热值情形与溜槽高度探测装置所对应的探测数据关系的数据库。

将所装车型信息全部进行梳理，并在装载各类车型、不同热值时摸索装车溜槽的最佳放置点，并将溜槽高度探测装置所探测的数据与此车型、煤种进行一一对应，建立最终数据库。

（3）实现车型自动扫描功能。

通过列车扫描仪自动识别车型，自动从数据库中调取溜槽调节高度，最终实现溜槽高度的自适应调节功能，进而实现精准装车，避免前后偏载现象的发生。

2.3解决装车自动批处理精度不高的技术分析
为了防止自动批处理精度不高所致的超载、亏吨等相关问题，首先有待解决的就是装车称重系统及其配套通讯形式的问题。

①针对较早一批建成的装车系统，可将其称重系统改造为采用高精度数字量信号称重传感器及其配套仪表，并将重量信号以数字量形式进行传输，可有效杜绝信号传输过程中的各种干扰量，使得称重及批处理的精准。

②要防范的就是设备故障或信号检测故障，针对此项问题，可在PLC 编程方面进行设计相关故障报警或提醒功能。

如：可在各闸板液压缸动作快慢调整方面做一个计时提醒功能，使得各闸板动作在速度调整方面能够做到有据可寻，在电磁阀、液压缸等控制、执行元件更换或调整值变化时做出相应故障提醒功能，进而做到提前计划检修。

③就是门槛值调整方面，同样也可通过制作经验数据库的形式进行数据灵活自动调取，通过PLC 自检车厢信息、装载热值信息、块末煤比例信息等调取相应的门槛值设置最佳点，进而实现一些列的保障自动批处理精度的技术屏障。

2.4保障防止装车超偏载等辅助分析手段
在列车装载过程中，面对国铁的严要求和列车行进安全方面，所存在的关键不安全因素就是装车的
·
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第1期刘海锋：提升装车系统自动化程度实现精美定量装车
超、偏载问题；而在公司利益角度来说，所存在的关键经济指标是装车的亏吨问题。

通过综合调研，目前国内有比较成型的先进技术，如激光雷达扫描技术，其工作原理为基于成熟的激光——时间飞行原理及多重回波技术，通过实现区域扫描及轮廓测量功能获得物体三维立体数据。

软件系统根据激光雷达得到的三维点云数据，运用高效先进的点云数据处理算法，计算出物料的体积。

具体应用实例见图4。

（a）
（b）
（c）
图4激光雷达扫描技术的应用
由于多数露天煤矿所装载的产品煤为混煤，在物料密度不确定的基础上利用此类扫描技术很难实现重量的准确计算，但在重量预估方面，可以利用此类技术所扫描出的车厢物料体积的对比情况作为一个预判超载、亏吨的依据。

同时，其体积扫描技术可以应用于扫描列车车厢装载表面的评估，可以准确判断是否存在前后、左右偏载情况的发生。

如果再增加一组用于空车皮扫描的此类设备，还可以有效解决冬季冻车底情况的预估，车内杂物的预判等，有效解决人为很难发现的一些装车隐患问题。

3快速自动装车系统中输送机运输系统的节能降耗优化方案分析
通常，快速自动装车系统在装载过程中还存在与机车行进配合的现实问题。

如果机车行进速度与给料系统的给料量、批处理速度、装载速度等不匹配时，则易出现机车等煤或煤等机车等现象的发生。

为避免此类情况的发生，在实现精准配煤自动装车的过程中，还要充分考虑此类因素的影响和制约。

（1）机车速度在无故障或无停车、倒车等异常情况下，一般为恒定状态（用于配合装车的内燃机车一般均有恒速系统），因此只要在工控程序中设定好与机车速度相适应的上料量即可满足装载需要，而且装车系统设有3节车皮装载量的缓冲仓作为缓冲，只要程序设置合理，则正常情况下不会存在配合不佳的情况发生。

（2）若出现仓储紧缺或给料机异常，又必须继续生产的情况，则给料系统的上煤量就会下降，从而满足不了列车正常恒速的装载要求，在实际生产中这种情况还相对较多。

这不但会造成机车等煤，装车效率的下降，还会造成输送机运输系统的欠载运行，最终造成了能效上的浪费。

针对此类问题，可以采取停车等待缓冲仓到达合理料位后继续恒速装载，再停车再等待的间断作业模式完成装载任务。

而在带式输送机能耗浪费方面可以采取“煤矿带式输送机智能视频控制节能技术”，即带式输送机自适应调速技术。

若能利用此项技术，则可做到根据带式输送机的过煤量来自动调节带式输送机的转速及电动机的输出转矩，进而做到节能、降低设备磨损等效果，从而有效降低因输送机运输系统的欠载全速运行，所造成的能效、设备磨损等浪费情况发生。

但为了保证配比的准确性，必须保证配仓带式输送机的速度一致，因此在配仓带式输送机的控制中不建议使用该技术。

4结束语
综上所述，本文针对提升快速自动装车系统的自动化程度，融合了近年来国内众多新技术、新工艺，以此文供相关企业进行参考。

并建议委托专业的团队，对装车系统实现自动装车、配煤所配套的软件及数据库进行量身定制，对配套的工控程序进行功能性定向开发，最终打造出适应于智慧选煤时代的精美装车系统。

参考文献：
［1］刘海锋.快速自动装车系统持续性改进分析［J］.城市建设理论研究，2014，（11）.
［2］刘海锋.提升快速自动装车系统称重及批处理精度的技术手段和管理措施分析［J］.神华科技，2017，15（11）.
［3］薛庆恩.沿空窄煤柱掘巷安全施工的实践与探索［J］.科技与企业，2013，（9）.
［4］吕巍，路鹏，阚占和.大倾角工作面正压通风回撤技术［J］.科技创新与应用，2016，（11）.
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第1期
Improving the Automation Degree of Loading System
and Realizing the Precise Loading
LIU Haifeng
（Electrical Management Department ，Shenhua Jungar Energy Limited Liability Company ，Ordos ，Inner Mongolia ，010300）
Abstract ：For the rapid automatic loading system of assorted open-pit coal mine ，due to there exists rela⁃tively poor reality of coal quality ，loading operation conditions and other objective conditions ，it is more diffi⁃cult to achieve automatic and precise loading.Through comprehensive analysis and demonstration ，we can use some real-time ，high-precision ，anti-coal dust interference testing equipment and supporting technolo⁃gies in all aspects involved in coal blending and loading to enhance the automation degree of the entire sys⁃tem ，so as to realize the fine marking between the heat value and the material level of each warehousing product and guide the precision of automatic closed loop adjustment of coal blending and the precision of au⁃tomatic positioning and loading ，the quality of the loading ，the efficiency and the lean of the energy saving and consumption reduction management ，and finally achieve the high efficiency fine quantitative loading.Key Words ：Fast automatic loading system ；Automatic coal-allocation ；Auto-loading ；Accurate loading
（收稿日期：2017-10-26
责任编辑：马小军）
务数据丢失。

6结论与建议
本设计基于Web Service 技术解决了WMS 系统
与ERP 系统之间的数据交互问题，并且根据榆林神华能源有限责任公司的实际情况设计的WMS 系统与ERP 系统之间接口的实现方法。

这个设计方法可以有效地避免防火墙和网络通信等问题，不仅使数据传输安全稳定可靠，同时也降低了成本，避免了重复开发。

实现了ERP 系统直接调用自动化仓库WMS 系统的上下架功能，仓库管理数据的实时传递，物资存储一次性、自动化、高效化的作业。

随着企业业务量的不断加大以及对数据安全的
要求越来越高，后续还需要对两个系统传递数据过程的不稳定性以及突发性故障恢复后的自动数据传输、数据加密等问题进行持续的分析和研究。

参考文献：
［1］徐舒亮，叶少珍.基于Web 服务的EAI 解决方案探讨［J ］.福州大学
学报，2004.
［2］顾宁，刘家茂，柴晓路.Web Services 原理与研发实践［M ］.北京：
机械工业出版社，2006.
［3］彭麟，邵海龙，等.基于Web Service 的WMS 与ERP 系统接口技
术的研究［J ］.物流技术与应用，2015.
Interface Design and Achievement of ERP System and
Automated Warehouse System
WEN Jiangmin ，BAI Xiaoping
（Material Supply Center ，Yushen Energy Limited Liability Company ，Yulin ，Shaanxi ，719000）
Abstract ：This paper mainly takes the butting of ERP system of Yushen Energy Company and the automat⁃ic warehouse system of the Company's General Material Store as an example ，through the business analysis ，the interface design between ERP system and automated warehouse system based that based on Web Service technology is studied ，in which the technology of providing access to business functions through Web deploy⁃ment is mainly discussed.It can cross the limits of firewall ，server and network broadband ，so that the da⁃ta exchange between different platforms can be realized quickly.
Key Words ：ERP ；Web Service technology ；WMS
（收稿日期：2017-09-20责任编辑：马小军
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