副井PLC 提升電控系統(tǒng)智能優(yōu)化設(shè)計(jì)

◎ 河北鋼鐵集團(tuán)沙河中關(guān)鐵礦有限公司 劉陽(yáng)

傳統(tǒng)模式的副井提升控制系統(tǒng)操作崗位較多，有提升工、信號(hào)工等等。提升工和井口信號(hào)工分為不同的崗位，每個(gè)水平都需要設(shè)置信號(hào)工，信號(hào)傳輸和顯示都受到崗位的限制，難以實(shí)現(xiàn)共享。隨著智能化、信息化技術(shù)的發(fā)展，對(duì)提升系統(tǒng)的模式提出了新的更高的要求。

一、傳統(tǒng)模式提升控制系統(tǒng)

1.電控系統(tǒng)構(gòu)成。傳統(tǒng)模式下副井提升電氣控制系統(tǒng)，采用2 套PLC 進(jìn)行邏輯功能控制，一套作為主要電氣控制系統(tǒng)的PLC，另一套作為監(jiān)控電控系統(tǒng)的PLC。對(duì)提升機(jī)運(yùn)行的數(shù)據(jù)（如減速區(qū)域減速信號(hào)、上下過(guò)卷信號(hào)、速度包絡(luò)線等）主要控制系統(tǒng)PLC，監(jiān)控系統(tǒng)控制PLC 都會(huì)實(shí)時(shí)采集并進(jìn)行對(duì)比，實(shí)現(xiàn)兩條控制線多重保護(hù)功能。

圖1.提升機(jī)操作系統(tǒng)

主要控制PLC 系統(tǒng)是指完成提升機(jī)從電機(jī)加速階段、額定設(shè)置速度階段、減速階段、爬行階段一直到提升系統(tǒng)停車的整個(gè)提升機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的邏輯控制，以及必要的保護(hù)，并且與傳動(dòng)系統(tǒng)、閘控系統(tǒng)等其他系統(tǒng)實(shí)時(shí)的相互校核一些重要的信號(hào)，如距離、速度等信息在誤差允許的范圍內(nèi)的一致性，共同完成對(duì)提升機(jī)所有設(shè)備有效控制的系統(tǒng)。

輔助控制系統(tǒng)是指對(duì)系統(tǒng)的高低壓的供電電源，以及對(duì)控制回路的接口和潤(rùn)滑站等輔助部分的系統(tǒng)。調(diào)速系統(tǒng)是指根據(jù)主要控制PLC 系統(tǒng)發(fā)出的命令，使提升機(jī)的電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)、加速運(yùn)行、減速運(yùn)行、停止運(yùn)行以及額定設(shè)置運(yùn)行控制的系統(tǒng)，采用停機(jī)時(shí)給定20% 勵(lì)磁電流暖磁，啟動(dòng)時(shí)額定恒勵(lì)磁電流給定、電樞換向12 脈動(dòng)串聯(lián)無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。

監(jiān)控控制PLC 系統(tǒng)是指在對(duì)提升機(jī)電控系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的一些主要數(shù)據(jù)，其中包括信號(hào)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況、提升機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中一些關(guān)鍵參數(shù)以及關(guān)鍵參數(shù)的包絡(luò)曲線、提升機(jī)司機(jī)操作過(guò)程的信息監(jiān)控顯示，與主要控制PLC 進(jìn)行位置、速度等關(guān)鍵控制參數(shù)的實(shí)時(shí)對(duì)比，并將關(guān)鍵的數(shù)據(jù)、信息進(jìn)行記錄存檔，以備需要查閱之需的系統(tǒng)。

提升機(jī)控制臺(tái)是電控系統(tǒng)的集中控制操作終端，負(fù)責(zé)對(duì)提升機(jī)系統(tǒng)的集中操作、監(jiān)控，運(yùn)行過(guò)程中的位置、電流、速度等信號(hào)以及各個(gè)保護(hù)功能的集中顯示。

2.運(yùn)行模式。傳統(tǒng)的電控系統(tǒng)控制模式有自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)、檢修、回收等模式。自動(dòng)工作控制模式指的是沒(méi)有人為干預(yù)的自動(dòng)運(yùn)行方式，目前國(guó)內(nèi)副井提升系統(tǒng)主要擔(dān)負(fù)運(yùn)輸人員或設(shè)備的功能，對(duì)安全性要求較高，因不可控因素較多，多數(shù)不采取自動(dòng)運(yùn)行這種運(yùn)行方式；半自動(dòng)工作控制模式指的提升機(jī)司機(jī)與信號(hào)工確認(rèn)運(yùn)行環(huán)境與人員安全狀態(tài)后，按下啟動(dòng)鍵，提升機(jī)將會(huì)依照給定的速度開(kāi)始運(yùn)行的一個(gè)控制過(guò)程；手動(dòng)工作控制模式指的是提升機(jī)司機(jī)通過(guò)操作手柄給出設(shè)定的提升機(jī)速度，提升機(jī)根據(jù)設(shè)定的速度完成提升運(yùn)行的過(guò)程；檢修工作控制模式是指在提升機(jī)檢修工作過(guò)程中，提升機(jī)司機(jī)通過(guò)控制手柄控制提升機(jī)運(yùn)行速度，檢修運(yùn)行速度給定一般設(shè)定為0.3m/s～0.5m/s 運(yùn)行；罐籠回收運(yùn)行模式是指提升機(jī)在井口或井底區(qū)域罐籠發(fā)生過(guò)限位故障停車的異常情況下，對(duì)提升機(jī)故障進(jìn)行消除后，使用回收模式，對(duì)提升機(jī)罐籠進(jìn)行上、下操作，從而離開(kāi)限位位置。

通常情況下，提升機(jī)房控制室和井口信號(hào)房分別設(shè)置，分別配備操作人員，各個(gè)水平還需要配備信號(hào)工。

3.存在的問(wèn)題。隨著自動(dòng)化和信息化技術(shù)的發(fā)展以及理念的提升，傳統(tǒng)的副井提升電控系統(tǒng)存在的一些問(wèn)題也暴露出來(lái)，一是提升系統(tǒng)信號(hào)崗位多、人員多，從而造成人工成本居高不下；二是副井提升機(jī)房及井口房等設(shè)備分散，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控和管理；三是罐籠內(nèi)外不能聯(lián)系，沒(méi)有監(jiān)控和數(shù)據(jù)顯示等，存在一定的安全隱患。

二、智能化電控系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

針對(duì)傳統(tǒng)模式提升電控系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)，對(duì)電控系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而達(dá)到智能化控制。

1.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，將原有PROFIBUS-DP 總線通訊方式系統(tǒng)改造為光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)通訊，提高通訊速度、通訊可靠性、抗干擾能力、防沖擊能力、安全性和維護(hù)性。任何一段網(wǎng)絡(luò)中斷，系統(tǒng)也能通過(guò)環(huán)網(wǎng)繼續(xù)保持通訊正常，使系統(tǒng)安全性大大提高。

2.優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)的視頻監(jiān)控和數(shù)據(jù)監(jiān)控信號(hào)，在配電室和提升機(jī)房等設(shè)備運(yùn)行地點(diǎn)增加攝像頭，監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行；在電機(jī)、減速機(jī)及滾筒等設(shè)備增加測(cè)溫和振動(dòng)傳感器，監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)；同時(shí)在機(jī)房?jī)?nèi)增加煙霧傳感器等。所有模擬量信號(hào)都經(jīng)過(guò)專用4-20MA 模擬量隔離模塊進(jìn)行隔離，采集到PLC 系統(tǒng)中。

3.增加集中操作臺(tái)多套提升系統(tǒng)合并崗位。為了方便崗位人員的合并，在井口房區(qū)域增加提升系統(tǒng)操作臺(tái)、打點(diǎn)信號(hào)操作箱和操作裝置控制箱，遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)具備與提升機(jī)硐室操作系統(tǒng)相同的全部功能。各操作系統(tǒng)間聯(lián)鎖并設(shè)置轉(zhuǎn)換裝置，不得同時(shí)進(jìn)行操作。各操作臺(tái)均配備PLC及工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)通訊與主要控制PLC 系統(tǒng)，這樣可以更大可能節(jié)省操作人員。

圖2.采控中心示意圖

4.增加語(yǔ)音對(duì)講功能。罐籠內(nèi)和井口增加無(wú)線通訊系統(tǒng)、無(wú)線充電及供電系統(tǒng)等，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)顯示提升機(jī)運(yùn)行的行程、速度、安全回路等重要信息和信號(hào)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)罐籠內(nèi)和地面的語(yǔ)音對(duì)講及視頻功能。罐籠內(nèi)增設(shè)了人臉識(shí)別技術(shù)，控制下井人數(shù)和下井人員的權(quán)限。

三、智能化電控系統(tǒng)特點(diǎn)

提升電控系統(tǒng)經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，除具備原有系統(tǒng)的功能外，還具備了如下特點(diǎn)：

1.實(shí)現(xiàn)了在罐籠內(nèi)通過(guò)面板操作，選擇罐籠的去向、開(kāi)車、停車等操作控制及對(duì)深度和各水平的顯示功能，系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)了電梯式操作。

2.罐籠全行程無(wú)線通訊，實(shí)現(xiàn)了在罐籠內(nèi)和井口集控操作人員實(shí)時(shí)語(yǔ)音通話及視頻監(jiān)控。

3.實(shí)現(xiàn)了罐籠內(nèi)操作人員權(quán)限管理和人臉識(shí)別管理，控制了上下罐籠的人數(shù)，保證了人員上下井的安全。

4.電池定點(diǎn)無(wú)線充電，日常無(wú)需對(duì)電池進(jìn)行更換和做特別的維護(hù)。

5.實(shí)現(xiàn)了對(duì)罐籠簾門(mén)、阻車器的智能控制以及檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)卷簾門(mén)和阻車器及提升系統(tǒng)運(yùn)行中的連鎖，使設(shè)備運(yùn)行更安全。

6.實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)維護(hù)功能，增加數(shù)據(jù)發(fā)布功能，和遠(yuǎn)程診斷服務(wù)平臺(tái)相連接，利用先進(jìn)的云技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通訊、數(shù)據(jù)傳輸、云計(jì)算等最新技術(shù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)權(quán)限設(shè)置，能夠監(jiān)控提升機(jī)運(yùn)行，通過(guò)數(shù)據(jù)發(fā)布協(xié)助現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)。

四、結(jié)論

副井PLC 提升電控系統(tǒng)進(jìn)行智能優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)房及井下各中段無(wú)人值守，實(shí)現(xiàn)了減員增效。副井井口房、信號(hào)房實(shí)現(xiàn)集中控制，提高了效率。罐籠內(nèi)人員實(shí)現(xiàn)權(quán)限識(shí)別，操作上實(shí)現(xiàn)電梯式控制模式。整體來(lái)看，對(duì)副井PLC 提升電控系統(tǒng)進(jìn)行智能優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以使系統(tǒng)的安全系數(shù)和舒適程度大大提高，是電控系統(tǒng)發(fā)展的方向。