二道溝黃金礦業(yè)提升機無人值守控制系統(tǒng)的應用

高賀朗

摘 ?要：2016年中國黃金集團公司開展了“機械化換人、自動化減人”的專項行動。要求提升集團公司權(quán)屬礦山企業(yè)生產(chǎn)作業(yè)機械化、自動化水平，有效減少高危作業(yè)場所作業(yè)人員。其中特別針對井下大型固定設(shè)施實現(xiàn)無人值守控制系統(tǒng)。遼寧二道溝黃金礦業(yè)有限責任公司響應集團公司號召對新盲豎井提升機進行了無人值守控制系統(tǒng)的改造。投入運行后，提升機運行效率取得了較大提高，實現(xiàn)了減員增產(chǎn)的預期目標。

關(guān)鍵詞：提升機;無人值守;PLC;自動化控制

中圖分類號：TD534 ? ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：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苛的情況下，如何提高提升機的運行效率是礦山企業(yè)面臨的重要課題。對現(xiàn)有提升機電控系統(tǒng)進行改造提高自動化運行水平，無疑是一條投資少見效快的捷徑。

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擔負該企業(yè)擴大產(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，改造前只能手動操作且經(jīng)常面臨箕斗礦石提升和人員運輸?shù)念l繁切換，提升效率低，對力能源消耗嚴重。電控系統(tǒng)改造迫在眉睫。

1 提升機電控系統(tǒng)改造方案說明

在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和降低改造成本的前提下，對電控系統(tǒng)的改造基于硬件和軟件兩方面。即對原電控系統(tǒng)的PLC程序重新編程，通過算法實現(xiàn)電控系統(tǒng)的全自動運行;增加提升信號系統(tǒng)、箕斗定重裝載控制系統(tǒng)、提升機綜合監(jiān)控系統(tǒng)、無人值守控制臺、相關(guān)傳感器等硬件設(shè)施。

1.1 原設(shè)備基本數(shù)據(jù)（見表1）

1.2 硬件改造方案說明

為實現(xiàn)遠程對提升機機械設(shè)備、電氣設(shè)備運行狀態(tài)的實時監(jiān)控及提升機遠程操控。在硬件上采取以下改造措施：a.提升機硐室內(nèi)安裝提升機綜合監(jiān)控系統(tǒng)，配套煙霧報警器、閘瓦間隙傳感器、安裝于提升機及附屬設(shè)備的溫度傳感器以及電動泄油閥臺?；趥鞲衅餍盘枺C合監(jiān)控系統(tǒng)獲取提升機硐室及提升機、主電動機的相關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)通信將相關(guān)信息發(fā)送到提升機電控系統(tǒng)的主控PLC。b.各中段安裝中段信號箱，及罐籠到位傳感器、鎖罐開關(guān)、安全門電磁鎖、安全門檢測傳感器。c.設(shè)置井口信號房并安裝無人值守控制臺，能夠?qū)μ嵘龣C及其附屬設(shè)備、提升機房內(nèi)設(shè)備運行狀態(tài)進行監(jiān)控，也能夠在井口遠程操控提升機。d.安裝箕斗定重裝載控制系統(tǒng)，安裝控制臺、配套稱重傳感器及皮帶跑偏開關(guān)、機械到位傳感器等。

提升機主電控系統(tǒng)作為通信主站、提升機綜合監(jiān)控系統(tǒng)、提升信號系統(tǒng)、箕斗定重裝載制系統(tǒng)均作為子站，通過Profinet網(wǎng)絡(luò)通信，構(gòu)成統(tǒng)一整體，同時通過網(wǎng)絡(luò)交換，各項數(shù)據(jù)及控制參數(shù)傳輸至無人值守控制臺，實現(xiàn)對提升機的遠程智能控制。[1]

1.2.1 提升機房綜合監(jiān)控系統(tǒng)

系統(tǒng)以西門子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.火災報警監(jiān)測：在1#、2#箱式變、高壓開關(guān)柜、低壓電源柜、PLC控制柜、1#、2#傳動柜、控制室、提升機頂部安裝煙霧報警器，對提升機硐室全方位監(jiān)控。b.溫度監(jiān)測：指對提升機軸承、主電動機軸承及繞組、液壓站油箱、潤滑站油箱、制動閘盤溫度監(jiān)測。c.閘瓦間隙監(jiān)測：在盤形制動器上安裝非接觸式位移傳感器，有效測量行程為8mm，精度達0.02mm。精確記錄閘瓦與制動閘盤的間隙;另配備一個位移傳感器，用于測量制動閘盤偏擺幅值。

1.2.2 提升機信號系統(tǒng)

信號系統(tǒng)由中段信號箱、罐籠到位傳感器、鎖罐開關(guān)、電磁鎖、安全門監(jiān)測開關(guān)構(gòu)成。其基于Profinet通訊總線技術(shù)與提升機主控系統(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、提升類別、各中段到位傳感器信號、各中段安全門狀態(tài)、鎖罐狀態(tài)等信號傳輸至主控系統(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、皮帶跑偏開關(guān)、稱重傳感器、計量斗閘門開關(guān)到位傳感器溜嘴開關(guān)到位傳感器、振動放礦機閘門開關(guān)到位傳感器。

系統(tǒng)安裝調(diào)試后，實現(xiàn)了箕斗定重裝載的檢修、手動、自動操作。用在自動操作時，可實現(xiàn)裝載無人值守，與提升機控制系統(tǒng)聯(lián)動，自動發(fā)出開車、停車信號。[2]

1.2.4 無人值守控制臺

無人值守控制臺內(nèi)安裝有ET200M遠程IO站，與提升機主控系統(tǒng)通過Profinet通訊協(xié)議實現(xiàn)對提升機的遠程集中監(jiān)控和控制功能。控制臺上面板安裝有大小兩個觸摸屏，用以提供動態(tài)的提升機遠程監(jiān)控畫面，包括：箕斗和罐籠的位置、速度數(shù)據(jù)、主電動機電樞電流、勵磁電流等提升機實時運行數(shù)據(jù);另外具有參數(shù)設(shè)置、信號系統(tǒng)、車房狀態(tài)、箕斗裝載、故障診斷、故障記錄等子畫面。

1.3 軟件改造說明

為適用于提升機的無人值守控制，必須重新編寫PLC系統(tǒng)程序。針對此次改造項目，編程需要考慮兩方面：一是兼容原提升機電控系統(tǒng)硬件;二是針對礦井的深度、提升機運行速度、提升類別、客戶使用要求來定制應用功能。

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、路由器等構(gòu)成，如圖1。PLC之間通過Pofinet通訊總線協(xié)議以光纖為介質(zhì)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。[3]

1.3.2 提升機無人值守控制系統(tǒng)程序說明

系統(tǒng)程序劃分三部分：a.主控程序。運行于硐室控制臺內(nèi)的主從CPU內(nèi)，是提升機全自動運行控制的核心程序，通過接收來自提升機綜合監(jiān)控系統(tǒng)、信號系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)故障判斷、報警，同時能夠自動采取提升機減速制動、緊急制動等操作;根據(jù)井口無人值守控制臺發(fā)來的去向、提升類別信息自動判斷運行方向、自動設(shè)置運行速度、生成提升機運行速度包絡(luò)線。罐籠（箕斗）到達目的地，自動減速爬行，并精確停車。b.提升信號聯(lián)鎖程序。運行于無人值守控制臺的PLC內(nèi)。實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)發(fā)、直發(fā)、集中控制、箕斗罐籠提升類別切換、發(fā)出罐籠箕斗去向信號等功能。c.定重裝載控制程序。這部分程序運行于裝載控制臺的PLC內(nèi)，具有裝載稱重顯示、與提升信號系統(tǒng)通訊、箕斗裝載檢修、手動、自動的裝載控制功能。

2 提升機無人值守控制系統(tǒng)應用效果及經(jīng)濟性分析

2.1 使用效果

系統(tǒng)改造完成，經(jīng)過調(diào)試運行。可實現(xiàn)提升機硐室及定重裝載站無人值守的自動運行。

在箕斗提升模式下，裝載站自動裝礦，稱重檢測到達裝礦重量，停止裝礦，機械聯(lián)鎖到位后，自動發(fā)出提升信號，提升機自動提升至卸礦位置;箕斗卸載到位后，裝載站發(fā)出下放信號，提升機自動下放至裝礦位置。罐籠運行時，中段操作工通過中段信號箱發(fā)出去向位置和開車信號，經(jīng)井口信號工確認轉(zhuǎn)發(fā)后，提升機自動運行，到達去向位置自動減速停車。

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，簡化了控制回路，設(shè)備維護人員通過上位監(jiān)控系統(tǒng)可以對設(shè)備運行狀況進行診斷，降低了日常維修難度。

2.2 經(jīng)濟性分析

系統(tǒng)改造后，在自動運行模式下，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30%。將原絞車司機崗位取消保留信號工崗位，原絞車司機崗位兩個班組每班兩人，每日工資4000元，預計每年可節(jié)省工資19.2萬元。

3 結(jié)束語

提升機無人值守控制系統(tǒng)是工業(yè)3.0自動化技術(shù)的典型應用，提高了設(shè)備運行的效率、增加了產(chǎn)量，實現(xiàn)了節(jié)能減排、減員增效的效果。在此基礎(chǔ)上，未來結(jié)合工業(yè)4.0網(wǎng)絡(luò)云技術(shù)，可以實現(xiàn)礦井提升機的遠程診斷、數(shù)據(jù)分析功能。通過對提升機設(shè)備運行大數(shù)據(jù)的云分析，可以實現(xiàn)設(shè)備應用、故障處理的合理分析。為企業(yè)進一步提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)能、降低能源消耗奠定基礎(chǔ)。

中國黃金集團遼寧二道溝黃金礦業(yè)有限責任公司對豎井提升機無人值守控制系統(tǒng)的改造達到了預期的效果，改造后提高了生產(chǎn)效率、減輕了工人勞動強度，同時優(yōu)化了人員編制，真正實現(xiàn)了降本增效，安全生產(chǎn)的目標。

參考文獻：

[1]王鵬.恒源煤礦主井提升機無人值守智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究和應用[J].能源技術(shù)與管理，2018（43）：134-135.

[2]王新，郭俊.一種可控箕斗定量裝載設(shè)備的設(shè)計與應用[J].煤礦開采，2018（8）：36-38，24.

[3]崔堅，等.西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信指南（下冊）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005，199-222.