礦井提升機無線巡視監(jiān)控系統(tǒng)思想概述

劉相楠，王榮剛，孔棟，楊立東，張建霄

（1.營盤壕煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000；2.山東德爾泰克，山東 濟南 250031）

2016年12 月國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布的《煤炭工業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》要求，到2020年，建成集約、安全、高效、綠色的現(xiàn)代煤炭工業(yè)體系，煤礦信息化、智能化建設(shè)取得新進展，建成一批先進高效的智慧煤礦。

2017年國家發(fā)改委發(fā)布《安全生產(chǎn)“十三五”規(guī)劃》，要求在礦山領(lǐng)域?qū)嵤皺C械化換人、自動化減人”，推廣應(yīng)用工業(yè)機器人、智能裝備等，減少危險崗位人員數(shù)量和人員操作。推動礦山企業(yè)建設(shè)安全生產(chǎn)智能裝備、在線監(jiān)測監(jiān)控、隱患自查自改自報等安全管理信息系統(tǒng)。

2018年（兗礦集團發(fā)〔2018〕92號）《兗礦集團有限公司關(guān)于深入推進“三化”融合發(fā)展的指導(dǎo)意見》，2019年（鄂營煤發(fā)〔2019〕35號）《鄂爾多斯市營盤壕煤炭有限公司關(guān)于深入推進“三化”融合發(fā)展的實施意見》等，對主井提升系統(tǒng)，需要以可靠的數(shù)字化硬件設(shè)備、高效的軟件、安全高速的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、可靠穩(wěn)定的狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)，優(yōu)化控制工藝及流程，積極推動主提升機運行維護管理云平臺建設(shè)，實現(xiàn)對主提升機全過程動態(tài)監(jiān)控，數(shù)據(jù)實時查詢。

1 研究開發(fā)內(nèi)容

按照“三化融合”工作目標，為保障主井提升機自動化運行無人值守期間，提升機司機的巡檢時對提升機運行狀態(tài)、運行數(shù)據(jù)和視頻畫面的有效監(jiān)控，需要研究應(yīng)用一套提升機無線巡視監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)對礦井提升機運行實現(xiàn)信息化管理，將提升機運行數(shù)據(jù)、畫面、操作臺信號和視頻監(jiān)控傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)平臺，巡檢人員在巡檢設(shè)備的同時，對提升機運行進行實時監(jiān)控，將現(xiàn)場信息化監(jiān)控管理與無線智能終端信息化監(jiān)控相結(jié)合，并能實現(xiàn)在特殊情況下，對提升機進行急停和閉鎖下一次提升的操作，提高提升機運行的安全可靠性，為提升系統(tǒng)三化融合和無人自動化運行創(chuàng)造條件。

1.1 無線終端設(shè)備監(jiān)測界面確定

（1）重要參數(shù)篩選。分析提升機各運行參數(shù)，涉及到當前提升機安全的，必須實時傳送到無線終端設(shè)備。對于產(chǎn)量、提升鉤數(shù)等數(shù)據(jù)，可以定時發(fā)送，或不予發(fā)送。（2）監(jiān)測界面的確定。因為參數(shù)眾多，必須進行分頁顯示，每頁的底部設(shè)置頁面切換按鈕。無線終端設(shè)備開機后，自動運行監(jiān)控軟件，監(jiān)控軟件默認的第一頁為主畫面，在主畫面上繪制箕斗在井筒中的位置，井筒開關(guān)的位置，顯示箕斗的運行速度和定子電流、勵磁電流。其它畫面包括中壓配電、低壓配電、液壓制動系統(tǒng)、裝卸載和信號系統(tǒng)、主回路、設(shè)備上電啟動等。

1.2 西門子基于以太網(wǎng)的HMI人機接口遠程控制技術(shù)sm@rtaccess

SIMATIC WinCC Runtime Advanced和SIMATIC面板選件用于不同SIMATIC HMI系統(tǒng)間通訊。用于下列SIMATIC HMI的系統(tǒng)：

第二代精簡面板（帶以太網(wǎng)接口）

精智面板(Comfort Panel)

第二代移動式面板

TP 177B PN/DP，OP 177B PN/DP

TP 277，OP 277

MP 177，MP 277，MP 377

WinCC Runtime Advanced

SIMATIC HMI系統(tǒng)間可進行遠程操作監(jiān)控；還允許對分布式操作員站或具有總站或控制室的解決方案進行客戶機/服務(wù)器組態(tài)。由于可在工廠范圍內(nèi)對信息進行訪問，因此可實現(xiàn)本地操作、可視化和數(shù)據(jù)處理。統(tǒng)一的信息流提供了對所有過程狀態(tài)的概覽。

許可證：必須在服務(wù)器人機界面設(shè)備上安裝“SIMATIC WinCC Sm@rtServer for Panel”或“SIMATIC WinCC Sm@rtServer for Basic Panel” 或“SIMATIC WinCC Sm@rtServer for WinCC Runtime Advanced”授權(quán)。

精智/移動面板V14或更高版本以及Runtime Advanced V14 SP1或更高版本不再需要單獨許可證。用于組態(tài)運行選項的工程組態(tài)系統(tǒng)不需要授權(quán)。

注意：如果使用Sm@rtServer選件訪問操作員站，則應(yīng)采取合適的保護措施（包括IT安全，例如網(wǎng)絡(luò)分段），以確保系統(tǒng)的安全運行。用于遠程訪問人機界面系統(tǒng)的靈活解決方案，服務(wù)與維護人員可對機器設(shè)備進行全局訪問，從而可以快速消除故障或停產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，避免現(xiàn)場服務(wù)呼叫。操作員控制和機器監(jiān)控的范圍廣泛，如圖1所示，一個操作員可監(jiān)控多個操作站。

圖1 Sm@rtClient 設(shè)計應(yīng)用：協(xié)調(diào)操作多個操作員站

從一個中心站可實現(xiàn)操作員控制以及機器級的人機界面系統(tǒng)監(jiān)控（如圖2所示），通過Internet/Intranet對機器設(shè)備/工廠進行遠程維護及服務(wù)。

圖2 Sm@rtClient 顯示應(yīng)用：從一個中心站可實現(xiàn)操作員控制以及機器級的人機界面系統(tǒng)監(jiān)控。

協(xié)調(diào)操作多個操作員站：如圖3所示，通過主站進行HMI 應(yīng)用程序和控制器的通訊。對于需要更多人機界面設(shè)備的較大型機器設(shè)備，可從這里激活“Sm@rtClients”。隨后，Sm@rtClients可以訪問主站及過程。這些訪問過程可確保在任意給定時刻只有一個操作員系統(tǒng)能夠主動訪問該過程。嵌入到過程畫面中的一個可組態(tài)畫面對象(Sm@rtClient display)代表相關(guān)人機界面系統(tǒng)(Sm@rtServer)的畫面。強大的標準功能，使得可用戶友好和靈活的顯示操作。

圖3 通過工業(yè)以太網(wǎng)或intranet/Internet 可實現(xiàn) SIMATIC HMI系統(tǒng)的遠程操控功能。

操作站的遠程控制：如圖4所示，通過HMI系統(tǒng)進行HMI 應(yīng)用程序和控制器的通訊。使用Sm@rtService，機器/系統(tǒng)中的HMI系統(tǒng)可遠程操作。1個訪問過程保證了每次只有1個操作員（本地機器或遠程通過Internet Explorer）處于訪問的激活狀態(tài)。訪問HMI系統(tǒng)，Microsoft Internet Explorer V6.0 SP1或更高版本是足夠的。

圖4 通過工業(yè)以太網(wǎng)或intranet/Internet 可實現(xiàn) SIMATIC HMI系統(tǒng)的遠程操控功能

1.3 基于西門子sm@rtaccess技術(shù)的礦井提升機無線巡檢監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

將裝卸載系統(tǒng)、閘控系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、提升機控制系統(tǒng)的監(jiān)控屏或上位機通過商用VPN無線路由器聯(lián)網(wǎng)，同時將視頻系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入，并通過POE交換機和AP熱點形成覆蓋主井塔各層的WIFI網(wǎng)絡(luò)（如圖5）。

圖5 礦井提升機無線巡視監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

在裝卸載系統(tǒng)、閘控系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)的監(jiān)控屏或上位機安裝西門子基于以太網(wǎng)HTTP協(xié)議的遠程控制軟件sm@rtserver和授權(quán)，在提升機上位機創(chuàng)建畫面，畫面嵌入遠程控制客戶端sm@rtclient子窗口，將上述子系統(tǒng)監(jiān)控畫面完全嵌入提升機的上位機，使提升機上位機成為一個主控站。

在提升機的上位機上同時安裝sm@rtserver遠程控制軟件和授權(quán)，使其具備遠程監(jiān)控的功能。在IOS或Android系統(tǒng)的移動終端安裝sm@rtclient和視頻客戶端APP，并做好相應(yīng)的配置。巡檢人員在主井塔范圍內(nèi)通過移動終端和WIFI網(wǎng)絡(luò)，可以隨時監(jiān)控提升機的運行狀態(tài)，必要時可以對提升機進行急停或閉鎖操作。通過移動終端可以遠程操作裝卸載系統(tǒng)。云服務(wù)網(wǎng)關(guān)從上位機通過OPC協(xié)議獲取數(shù)據(jù)，通過云平臺向指定的微信賬號推送報警和設(shè)備狀態(tài)信息。

2 關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

（1）設(shè)備運行數(shù)據(jù)的整理和上傳。

（2）無線傳輸與接收技術(shù)。

（3）巡檢定位技術(shù)。

（4）無線遠程快速操作技術(shù)。

2.2 創(chuàng)新點

（1）實現(xiàn)提升機運行數(shù)據(jù)上傳，并設(shè)計編制運行畫面，可以在手機上或平板電腦上顯示與操作臺同樣的畫面。（2）在主井塔十層范圍內(nèi)，實現(xiàn)無線網(wǎng)路覆蓋，任何地點都能高速連接網(wǎng)絡(luò)。（3）巡檢人員在各個設(shè)備現(xiàn)場可以將現(xiàn)場設(shè)備運行情況進行記錄，并可以上傳現(xiàn)場照片和視頻，管理人員可以根據(jù)巡檢記錄上傳時間考核巡檢人員的工作情況。（4）在巡檢中發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常或其他重要故障時，可對提升機進行緊?；蜷]鎖下一鉤提升的操作。對卸載設(shè)備可實現(xiàn)遠程手動操作。