智慧礦山之提升機集中控制實現(xiàn)措施研究

李春波

（招金礦業(yè)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(jiān)總局下發(fā)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(jiān)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(xiàn)無人值守系統(tǒng)，采用智能監(jiān)測與自動控制技術，應用集智能電網管理、排水智能監(jiān)控、變頻伺服按需通風控制、提升系統(tǒng)管控、礦井中央集控平臺等為一體的礦井無人值守系統(tǒng)，代替人工井下現(xiàn)場值守。在這種背景下，提升機集中控制正是傳統(tǒng)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(tǒng)一集中控制，實現(xiàn)現(xiàn)場提升機系統(tǒng)的自動啟動、加速、減速、停車功能，與視頻遠程監(jiān)控、語音通訊、綜合調度等多系統(tǒng)相結合，實現(xiàn)提升機系統(tǒng)的多級聯(lián)動控制，減少人員數量，實現(xiàn)現(xiàn)場提升機系統(tǒng)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(tǒng)由三部分構成：現(xiàn)場級的提升機智能化控制系統(tǒng)、管理級的提升機集中控制系統(tǒng)以及集中監(jiān)視和通訊系統(tǒng)。本文主要討論前兩部分即現(xiàn)場級自動化升級和集中控制系統(tǒng)。

2.1 提升機現(xiàn)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(wěn)定運行，對現(xiàn)場的設備進行完善改造，實現(xiàn)現(xiàn)場級的提升機自動控制，包含現(xiàn)場原提升機電控系統(tǒng)硬件進行完善。現(xiàn)場原提升機電控系統(tǒng)軟件進行升級完善。增加現(xiàn)場設備及環(huán)境在線監(jiān)測系統(tǒng)。完善視頻監(jiān)視系統(tǒng)，增加高清網絡攝像頭，確保提升系統(tǒng)的重點區(qū)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(tǒng)，礦方只要開通與外網連接外線TCP/IP，電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時技術人員可以進行遠程故障診斷，協(xié)助處理提升機電控故障增加遠程集控操作臺，實現(xiàn)多套提升系統(tǒng)的遠程集中控制。

2.2 提升機現(xiàn)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(tǒng)，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(fā)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(xiàn)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(yōu)先，提升機出現(xiàn)故障，維護人員轉到本地方式可優(yōu)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(tǒng)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(xiàn)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(tài)。

（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(jiān)控，實現(xiàn)無人值守。

（10）語音播報與對講系統(tǒng)。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(tǒng)，提升機電控系統(tǒng)的各種運行狀態(tài)以語音方式進行現(xiàn)場自動播報，提示現(xiàn)場人員注意提升機當前運行狀態(tài)；同時集控操作員也可以在集控室對現(xiàn)場發(fā)出人工語音提示。語音播報有助于提高整個系統(tǒng)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(tài)，顯示內容涵蓋提升機控制系統(tǒng)所涉及的狀態(tài)、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(fā)送至整個控制系統(tǒng)。

（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(tǒng)，能在人機界面實時監(jiān)測料位變化發(fā)出滿倉報警，停止繼續(xù)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(tǒng)。對于箕斗提升，在卸載站增加一套機器視覺系統(tǒng)。

2.3 提升機現(xiàn)場自動化升級軟件完善

通過對現(xiàn)有提升機控制系統(tǒng)軟件進行升級，實現(xiàn)現(xiàn)場級的提升機自動運行。

（1）主控系統(tǒng)PLC 軟件實現(xiàn)本地與遠程之間無擾切換沒有斷續(xù)和擾動。

（2）在就地或調度中心均實現(xiàn)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(xiàn)連續(xù)速度包絡線監(jiān)測保護和逐點速度監(jiān)測保護功能。同時，還能完成定點速度監(jiān)視、井筒開關監(jiān)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(xiàn)場PLC 控制系統(tǒng)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(xiàn)場溫度、煙霧等信號的實時數據。

（5）增加CP343 模塊，系統(tǒng)間通過ProfiNet 進行數據及信號交換，實現(xiàn)了提升系統(tǒng)網絡化集散控制。此外，現(xiàn)場條件具備時，系統(tǒng)具有遠程診斷功能，方便現(xiàn)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(fā)生故障時，每個環(huán)節(jié)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(tǒng)集成，并提供系統(tǒng)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(tǒng)和9 套視頻監(jiān)控系統(tǒng)。構架光纖環(huán)網通訊線路，9 套提升機電控系統(tǒng)分別與集中控制室之間單獨形成光纖環(huán)網通訊，通過光纖實現(xiàn)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(wěn)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(tǒng)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(tǒng)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(tài)畫面及監(jiān)控系統(tǒng)信息，為系統(tǒng)提供信號指示及安全狀態(tài)指示。

（4）電機電流、系統(tǒng)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(fā)光管）等，直觀提供運行狀態(tài)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(zhí)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(tài)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(xiàn)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(tǒng)有人機交互系統(tǒng)GC-WinMC 系統(tǒng)、礦山生產嵌入式報表系統(tǒng)、礦山生產管理系統(tǒng)三大部分構成。上位機監(jiān)控系統(tǒng)通過專用的網通通訊協(xié)議，實時采集提升機相關數據，通過統(tǒng)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(tǒng)的運行狀態(tài)，為系統(tǒng)提供先進的預警功能。當故障發(fā)生后，通過語音提示及系統(tǒng)故障的優(yōu)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(xiàn)的時間、位置、原因，以及相應的處理方案。視頻監(jiān)視系統(tǒng)借用現(xiàn)有視頻資源，再根據需要在提升系統(tǒng)重點區(qū)域或關鍵部位增加高清網絡攝像頭后實時監(jiān)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(xiàn)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(xiàn)生產數據和監(jiān)測數據的檢測、優(yōu)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(xiàn)礦山行業(yè)由人力資源型向經濟技術性的發(fā)展。為傳統(tǒng)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。