二道溝黃金礦業(yè)提升機(jī)無(wú)人值守控制系統(tǒng)的應(yīng)用

高賀朗

摘 ?要：2016年中國(guó)黃金集團(tuán)公司開(kāi)展了“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人”的專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)。要求提升集團(tuán)公司權(quán)屬礦山企業(yè)生產(chǎn)作業(yè)機(jī)械化、自動(dòng)化水平，有效減少高危作業(yè)場(chǎng)所作業(yè)人員。其中特別針對(duì)井下大型固定設(shè)施實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守控制系統(tǒng)。遼寧二道溝黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司響應(yīng)集團(tuán)公司號(hào)召對(duì)新盲豎井提升機(jī)進(jìn)行了無(wú)人值守控制系統(tǒng)的改造。投入運(yùn)行后，提升機(jī)運(yùn)行效率取得了較大提高，實(shí)現(xiàn)了減員增產(chǎn)的預(yù)期目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：提升機(jī);無(wú)人值守;PLC;自動(dòng)化控制

中圖分類(lèi)號(hào)：TD534 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2020）20-0161-02

Abstract： In 2016， China Gold Group launched a special campaign of "replacing and reducing staff by machine and automation". It is required to enhance the level of mechanization and automation of production operations in mining enterprises owned by the group， and effectively reduce the number of workers in high-risk workplaces. Among them， the unattended control system is realized especially for the large-scale underground fixed facilities. Liaoning Erdaogou Gold Mining Co.， Ltd. responded to the group's call to transform the unattended control system of the new blind shaft hoist. After putting into operation， the operation efficiency of the hoist has been greatly improved， and the expected goal of reducing staff and increasing production has been achieved.

Keywords： hoist; unattended; PLC; automatic control

引言

礦井提升機(jī)是礦山生產(chǎn)建設(shè)的咽喉設(shè)備。在人力成本逐年上升、節(jié)能減排的要求日益嚴(yán)苛的情況下，如何提高提升機(jī)的運(yùn)行效率是礦山企業(yè)面臨的重要課題。對(duì)現(xiàn)有提升機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行改造提高自動(dòng)化運(yùn)行水平，無(wú)疑是一條投資少見(jiàn)效快的捷徑。

二道溝黃金礦業(yè)位于遼寧省北票市，新盲豎井塔式多繩摩擦式提升機(jī)擔(dān)負(fù)該企業(yè)擴(kuò)大產(chǎn)能，提高效益的重要任務(wù)。其提升方式為箕斗罐籠混合提升，改造前只能手動(dòng)操作且經(jīng)常面臨箕斗礦石提升和人員運(yùn)輸?shù)念l繁切換，提升效率低，對(duì)力能源消耗嚴(yán)重。電控系統(tǒng)改造迫在眉睫。

1 提升機(jī)電控系統(tǒng)改造方案說(shuō)明

在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和降低改造成本的前提下，對(duì)電控系統(tǒng)的改造基于硬件和軟件兩方面。即對(duì)原電控系統(tǒng)的PLC程序重新編程，通過(guò)算法實(shí)現(xiàn)電控系統(tǒng)的全自動(dòng)運(yùn)行;增加提升信號(hào)系統(tǒng)、箕斗定重裝載控制系統(tǒng)、提升機(jī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)、無(wú)人值守控制臺(tái)、相關(guān)傳感器等硬件設(shè)施。

1.1 原設(shè)備基本數(shù)據(jù)（見(jiàn)表1）

1.2 硬件改造方案說(shuō)明

為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)提升機(jī)機(jī)械設(shè)備、電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控及提升機(jī)遠(yuǎn)程操控。在硬件上采取以下改造措施：a.提升機(jī)硐室內(nèi)安裝提升機(jī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)，配套煙霧報(bào)警器、閘瓦間隙傳感器、安裝于提升機(jī)及附屬設(shè)備的溫度傳感器以及電動(dòng)泄油閥臺(tái)?；趥鞲衅餍盘?hào)，綜合監(jiān)控系統(tǒng)獲取提升機(jī)硐室及提升機(jī)、主電動(dòng)機(jī)的相關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信將相關(guān)信息發(fā)送到提升機(jī)電控系統(tǒng)的主控PLC。b.各中段安裝中段信號(hào)箱，及罐籠到位傳感器、鎖罐開(kāi)關(guān)、安全門(mén)電磁鎖、安全門(mén)檢測(cè)傳感器。c.設(shè)置井口信號(hào)房并安裝無(wú)人值守控制臺(tái)，能夠?qū)μ嵘龣C(jī)及其附屬設(shè)備、提升機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，也能夠在井口遠(yuǎn)程操控提升機(jī)。d.安裝箕斗定重裝載控制系統(tǒng)，安裝控制臺(tái)、配套稱(chēng)重傳感器及皮帶跑偏開(kāi)關(guān)、機(jī)械到位傳感器等。

提升機(jī)主電控系統(tǒng)作為通信主站、提升機(jī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)、提升信號(hào)系統(tǒng)、箕斗定重裝載制系統(tǒng)均作為子站，通過(guò)Profinet網(wǎng)絡(luò)通信，構(gòu)成統(tǒng)一整體，同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換，各項(xiàng)數(shù)據(jù)及控制參數(shù)傳輸至無(wú)人值守控制臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)的遠(yuǎn)程智能控制。[1]

1.2.1 提升機(jī)房綜合監(jiān)控系統(tǒng)

系統(tǒng)以西門(mén)子S7-1200PLC作為控制核心，配套觸摸屏作為上位監(jiān)控顯示。系統(tǒng)具備以下子系統(tǒng)功能：a.火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測(cè)：在1#、2#箱式變、高壓開(kāi)關(guān)柜、低壓電源柜、PLC控制柜、1#、2#傳動(dòng)柜、控制室、提升機(jī)頂部安裝煙霧報(bào)警器，對(duì)提升機(jī)硐室全方位監(jiān)控。b.溫度監(jiān)測(cè)：指對(duì)提升機(jī)軸承、主電動(dòng)機(jī)軸承及繞組、液壓站油箱、潤(rùn)滑站油箱、制動(dòng)閘盤(pán)溫度監(jiān)測(cè)。c.閘瓦間隙監(jiān)測(cè)：在盤(pán)形制動(dòng)器上安裝非接觸式位移傳感器，有效測(cè)量行程為8mm，精度達(dá)0.02mm。精確記錄閘瓦與制動(dòng)閘盤(pán)的間隙;另配備一個(gè)位移傳感器，用于測(cè)量制動(dòng)閘盤(pán)偏擺幅值。

1.2.2 提升機(jī)信號(hào)系統(tǒng)

信號(hào)系統(tǒng)由中段信號(hào)箱、罐籠到位傳感器、鎖罐開(kāi)關(guān)、電磁鎖、安全門(mén)監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)構(gòu)成。其基于Profinet通訊總線技術(shù)與提升機(jī)主控系統(tǒng)構(gòu)成了一體的網(wǎng)絡(luò)化PLC控制系統(tǒng)?？山粨Q數(shù)據(jù)量大，交換速度快。能夠?qū)⑻嵘ハ?、方向、提升?lèi)別、各中段到位傳感器信號(hào)、各中段安全門(mén)狀態(tài)、鎖罐狀態(tài)等信號(hào)傳輸至主控系統(tǒng)。

1.2.3 箕斗定重裝載控制系統(tǒng)

裝載控制系統(tǒng)包含：裝載控制臺(tái)、皮帶跑偏開(kāi)關(guān)、稱(chēng)重傳感器、計(jì)量斗閘門(mén)開(kāi)關(guān)到位傳感器溜嘴開(kāi)關(guān)到位傳感器、振動(dòng)放礦機(jī)閘門(mén)開(kāi)關(guān)到位傳感器。

系統(tǒng)安裝調(diào)試后，實(shí)現(xiàn)了箕斗定重裝載的檢修、手動(dòng)、自動(dòng)操作。用在自動(dòng)操作時(shí)，可實(shí)現(xiàn)裝載無(wú)人值守，與提升機(jī)控制系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，自動(dòng)發(fā)出開(kāi)車(chē)、停車(chē)信號(hào)。[2]

1.2.4 無(wú)人值守控制臺(tái)

無(wú)人值守控制臺(tái)內(nèi)安裝有ET200M遠(yuǎn)程IO站，與提升機(jī)主控系統(tǒng)通過(guò)Profinet通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控和控制功能?？刂婆_(tái)上面板安裝有大小兩個(gè)觸摸屏，用以提供動(dòng)態(tài)的提升機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控畫(huà)面，包括：箕斗和罐籠的位置、速度數(shù)據(jù)、主電動(dòng)機(jī)電樞電流、勵(lì)磁電流等提升機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù);另外具有參數(shù)設(shè)置、信號(hào)系統(tǒng)、車(chē)房狀態(tài)、箕斗裝載、故障診斷、故障記錄等子畫(huà)面。

1.3 軟件改造說(shuō)明

為適用于提升機(jī)的無(wú)人值守控制，必須重新編寫(xiě)PLC系統(tǒng)程序。針對(duì)此次改造項(xiàng)目，編程需要考慮兩方面：一是兼容原提升機(jī)電控系統(tǒng)硬件;二是針對(duì)礦井的深度、提升機(jī)運(yùn)行速度、提升類(lèi)別、客戶使用要求來(lái)定制應(yīng)用功能。

1.3.1 PLC控制系統(tǒng)硬件概述

控制系統(tǒng)硬件由前文所述各子系統(tǒng)的PLC、光纖交換機(jī)、路由器等構(gòu)成，如圖1。PLC之間通過(guò)Pofinet通訊總線協(xié)議以光纖為介質(zhì)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。[3]

1.3.2 提升機(jī)無(wú)人值守控制系統(tǒng)程序說(shuō)明

系統(tǒng)程序劃分三部分：a.主控程序。運(yùn)行于硐室控制臺(tái)內(nèi)的主從CPU內(nèi)，是提升機(jī)全自動(dòng)運(yùn)行控制的核心程序，通過(guò)接收來(lái)自提升機(jī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)故障判斷、報(bào)警，同時(shí)能夠自動(dòng)采取提升機(jī)減速制動(dòng)、緊急制動(dòng)等操作;根據(jù)井口無(wú)人值守控制臺(tái)發(fā)來(lái)的去向、提升類(lèi)別信息自動(dòng)判斷運(yùn)行方向、自動(dòng)設(shè)置運(yùn)行速度、生成提升機(jī)運(yùn)行速度包絡(luò)線。罐籠（箕斗）到達(dá)目的地，自動(dòng)減速爬行，并精確停車(chē)。b.提升信號(hào)聯(lián)鎖程序。運(yùn)行于無(wú)人值守控制臺(tái)的PLC內(nèi)。實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)發(fā)、直發(fā)、集中控制、箕斗罐籠提升類(lèi)別切換、發(fā)出罐籠箕斗去向信號(hào)等功能。c.定重裝載控制程序。這部分程序運(yùn)行于裝載控制臺(tái)的PLC內(nèi)，具有裝載稱(chēng)重顯示、與提升信號(hào)系統(tǒng)通訊、箕斗裝載檢修、手動(dòng)、自動(dòng)的裝載控制功能。

2 提升機(jī)無(wú)人值守控制系統(tǒng)應(yīng)用效果及經(jīng)濟(jì)性分析

2.1 使用效果

系統(tǒng)改造完成，經(jīng)過(guò)調(diào)試運(yùn)行?？蓪?shí)現(xiàn)提升機(jī)硐室及定重裝載站無(wú)人值守的自動(dòng)運(yùn)行。

在箕斗提升模式下，裝載站自動(dòng)裝礦，稱(chēng)重檢測(cè)到達(dá)裝礦重量，停止裝礦，機(jī)械聯(lián)鎖到位后，自動(dòng)發(fā)出提升信號(hào)，提升機(jī)自動(dòng)提升至卸礦位置;箕斗卸載到位后，裝載站發(fā)出下放信號(hào)，提升機(jī)自動(dòng)下放至裝礦位置。罐籠運(yùn)行時(shí)，中段操作工通過(guò)中段信號(hào)箱發(fā)出去向位置和開(kāi)車(chē)信號(hào)，經(jīng)井口信號(hào)工確認(rèn)轉(zhuǎn)發(fā)后，提升機(jī)自動(dòng)運(yùn)行，到達(dá)去向位置自動(dòng)減速停車(chē)。

改造后的控制系統(tǒng)基于網(wǎng)絡(luò)通信，有效的減少了設(shè)備之間的接線，簡(jiǎn)化了控制回路，設(shè)備維護(hù)人員通過(guò)上位監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行診斷，降低了日常維修難度。

2.2 經(jīng)濟(jì)性分析

系統(tǒng)改造后，在自動(dòng)運(yùn)行模式下，有效的提高了日提升循環(huán)數(shù)，提高了日產(chǎn)量，箕斗提升日產(chǎn)量增產(chǎn)達(dá)30%。將原絞車(chē)司機(jī)崗位取消保留信號(hào)工崗位，原絞車(chē)司機(jī)崗位兩個(gè)班組每班兩人，每日工資4000元，預(yù)計(jì)每年可節(jié)省工資19.2萬(wàn)元。

3 結(jié)束語(yǔ)

提升機(jī)無(wú)人值守控制系統(tǒng)是工業(yè)3.0自動(dòng)化技術(shù)的典型應(yīng)用，提高了設(shè)備運(yùn)行的效率、增加了產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排、減員增效的效果。在此基礎(chǔ)上，未來(lái)結(jié)合工業(yè)4.0網(wǎng)絡(luò)云技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)礦井提升機(jī)的遠(yuǎn)程診斷、數(shù)據(jù)分析功能。通過(guò)對(duì)提升機(jī)設(shè)備運(yùn)行大數(shù)據(jù)的云分析，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備應(yīng)用、故障處理的合理分析。為企業(yè)進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)能、降低能源消耗奠定基礎(chǔ)。

中國(guó)黃金集團(tuán)遼寧二道溝黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司對(duì)豎井提升機(jī)無(wú)人值守控制系統(tǒng)的改造達(dá)到了預(yù)期的效果，改造后提高了生產(chǎn)效率、減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)優(yōu)化了人員編制，真正實(shí)現(xiàn)了降本增效，安全生產(chǎn)的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

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