智慧礦山之提升機集中控制實現措施研究

李春波

（招金礦業股份有限公司大尹格莊金礦，山東 煙臺 265400）

1 實施背景

2015年6月11 日，國家安監總局下發了關于開展“機械化換人、自動化減人”科技強安專項行動的通知（安監總科技〔2015〕63 號），要求金屬非金屬礦山井下大型固定設施實現無人值守系統，采用智能監測與自動控制技術，應用集智能電網管理、排水智能監控、變頻伺服按需通風控制、提升系統管控、礦井中央集控平臺等為一體的礦井無人值守系統，代替人工井下現場值守。在這種背景下，提升機集中控制正是傳統的就地控制操作方式的合理替代。通過網絡通訊，將多套礦井提升機進行統一集中控制，實現現場提升機系統的自動啟動、加速、減速、停車功能，與視頻遠程監控、語音通訊、綜合調度等多系統相結合，實現提升機系統的多級聯動控制，減少人員數量，實現現場提升機系統的無人值守，提高生產效率，提升礦山自動化、信息化、數字化、智能化科技水平。

2 建設內容

多礦井提升機集中調度與智能控制系統由三部分構成：現場級的提升機智能化控制系統、管理級的提升機集中控制系統以及集中監視和通訊系統。本文主要討論前兩部分即現場級自動化升級和集中控制系統。

2.1 提升機現場主要改造內容

為完成提升機無人值守遠程集中控制的安全穩定運行，對現場的設備進行完善改造，實現現場級的提升機自動控制，包含現場原提升機電控系統硬件進行完善。現場原提升機電控系統軟件進行升級完善。增加現場設備及環境在線監測系統。完善視頻監視系統，增加高清網絡攝像頭，確保提升系統的重點區域和關鍵位置的高清視頻信號全覆蓋，為集中操作提供視頻信號支撐。增加提升機電控遠程服務系統，礦方只要開通與外網連接外線TCP/IP，電控系統出現故障時技術人員可以進行遠程故障診斷，協助處理提升機電控故障增加遠程集控操作臺，實現多套提升系統的遠程集中控制。

2.2 提升機現場自動化升級硬件完善

（1）溫度檢測。增加包括閘盤、液壓站、潤滑站、變壓器的溫度檢測相關檢測開關機信號箱。對提升機閘盤溫度進行檢測，預防閘盤溫度過高而導致閘盤變形。將每臺變壓器的溫度集成到控制系統，并在人機界面顯示溫度值。

（2）煙霧檢測。增加檢測控制室、變頻器室、配電室及卷揚機室的煙霧濃度檢測裝置，能夠確定火災發生的具體地點。

（3）緊急泄油。增加液壓站電動緊急泄油閥，實現緊急情況下液壓站快速泄油。

（4）本地/遠程控制轉換開關。在原操作臺增加本地/遠程控制轉換開關，本地操作優先，提升機出現故障，維護人員轉到本地方式可優先控制提升機。

（5）盤閘檢測。提升機盤閘檢測裝置對提升機盤閘系統進行實時精密的檢測，所有的模擬量數據傳給PLC，提醒設備人員檢修更換設備，防止因閘盤故障出現嚴重的事故。

（6）振動傳感器。檢測提升機軸承振動和電機振動。（7）潤滑站油流傳感器。壓差傳感器，用于檢測潤滑站供油狀態。

（8）冷卻風機風量檢測。主增加電機冷卻風機風量檢測，并在人機界面顯示溫度值。

（9）視頻攝像頭。控制室、變頻器室、配電室及卷揚機室的增加視頻監控，實現無人值守。

（10）語音播報與對講系統。在提升機機房、各中段馬頭門、裝卸載站等關鍵位置增加語音播報與對講系統，提升機電控系統的各種運行狀態以語音方式進行現場自動播報，提示現場人員注意提升機當前運行狀態；同時集控操作員也可以在集控室對現場發出人工語音提示。語音播報有助于提高整個系統的安全性。

（11）中段信號和遙控要罐功能。每個中段水平設有顯示屏，直觀地顯示提升機運行狀態，顯示內容涵蓋提升機控制系統所涉及的狀態、故障、去往等信號。操作人員對手持遙控器的操作，將控制信號發送至整個控制系統。

（12）分配小車自動控制。增加分配小車自動運行功能，當提升機選擇提升礦石種類時，分配小車根據選擇自動到達所對應礦倉，無須人工操作。

（13）卸載站滿料倉保護。將卸載站料倉料位采集到控制系統，能在人機界面實時監測料位變化發出滿倉報警，停止繼續提升礦石。

（14）尾繩檢測。對尾繩檢測進行升級，確保動作靈活準確。

（15）箕斗掛鉤機器視覺系統。對于箕斗提升，在卸載站增加一套機器視覺系統。

2.3 提升機現場自動化升級軟件完善

通過對現有提升機控制系統軟件進行升級，實現現場級的提升機自動運行。

（1）主控系統PLC 軟件實現本地與遠程之間無擾切換沒有斷續和擾動。

（2）在就地或調度中心均實現無人參與的自動提升、完善的保護功能，對于全速超速、井筒兩端減速段超速、上下過卷等安全保護具有多重保護；實現連續速度包絡線監測保護和逐點速度監測保護功能。同時，還能完成定點速度監視、井筒開關監視。

（3）完善提升機安全保護措施，增加閘盤檢測，并修改程序滿足提升機無人值守遠程集中控制的要求。

（4）現場PLC 控制系統加裝子站，增加模擬量、數字量模塊，編寫接入程序，用于檢測現場溫度、煙霧等信號的實時數據。

（5）增加CP343 模塊，系統間通過ProfiNet 進行數據及信號交換，實現了提升系統網絡化集散控制。此外，現場條件具備時，系統具有遠程診斷功能，方便現場設備維護及故障解決，縮短維護處理故障的時間。

（6）安全回路采用軟件與硬件冗余方式，提升機發生故障時，每個環節均能獨立完成停車保護。

（7）具有要罐信號轉接功能。

（8）配合智慧礦山系統集成，并提供系統地址表。

2.4 集中控制操作臺完善

增加5 臺遠程集控操作臺（每個工位控制兩臺提升機，可控制10 套提升設備，其中一臺備用）、2 套上位機系統和9 套視頻監控系統。構架光纖環網通訊線路，9 套提升機電控系統分別與集中控制室之間單獨形成光纖環網通訊，通過光纖實現提升機PLC 之間通訊、上位機通訊、視頻數據通訊，保障數據的快速、穩定傳輸。操作臺內裝有PLC 控制單元，內有Profinet I/O 子站及15 寸真彩觸摸屏（一臺觸摸屏同時顯示兩套提升系統數據），整臺設計綜合考慮各種誤操作，軟件編有各種保護，將誤操作概率降至最低。操作臺具體設備及功能包括：

（1）運行方式選擇開關，使系統運行在自動、手動、檢修等不同工作方式下。

（2）提升方向選擇及手動速度給定。

（3）觸摸屏及指示燈等用于顯示提升機各種信號及組態畫面及監控系統信息，為系統提供信號指示及安全狀態指示。

（4）電機電流、系統電壓、閘壓力、電機溫度指示、提升速度指示、提升位置指示（LED 發光管）等，直觀提供運行狀態指示。

（5）開車減速音響，報警音響及報警解除按鈕、安全電路復位按鈕、安全鎖、測試選擇及執行開關、緊急停車按鈕。

（6）操作臺整體人性化設計，美觀大方，便于操作、觀察。

（7）操作臺高清晰15 寸真彩觸摸屏，具備實時動態參數顯示及故障報警顯示，人機界面友好。

（8）每臺提升機裝有視頻切換裝置，可實現視頻隨罐籠或箕斗自動切換功能。

3 集中控制中心顯示

上位機檢測系統有人機交互系統GC-WinMC 系統、礦山生產嵌入式報表系統、礦山生產管理系統三大部分構成。上位機監控系統通過專用的網通通訊協議，實時采集提升機相關數據，通過統計計算與模糊控制理論，對運行參數進行實時分析，根據系統的運行狀態，為系統提供先進的預警功能。當故障發生后，通過語音提示及系統故障的優先等級，給維護人員準確的第一故障判斷，同時提供給維護人員故障出現的時間、位置、原因，以及相應的處理方案。視頻監視系統借用現有視頻資源，再根據需要在提升系統重點區域或關鍵部位增加高清網絡攝像頭后實時監控畫面進行顯示。

4 結語

目前，大尹格莊金礦提升機中控制一期工程已經安裝完畢，進入運行階段，實現四臺提升機的集中控制，并與前期智慧礦山大數據通訊，實現生產數據和監測數據的檢測、優化。該項技術可以全面提升礦山類設備的綜合自動化水平，實現礦山行業由人力資源型向經濟技術性的發展。為傳統礦山向數字化礦山的轉變奠定了基礎，帶來了良好的經濟效益和社會效益。