礦井“電梯式”自動(dòng)載人提升技術(shù)研究

王建林 賈英杰

河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司廟溝鐵礦 河北秦皇島 066000

1 廟溝鐵礦提升系統(tǒng)“電梯式”運(yùn)行項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容

1.1 提升機(jī)“電梯式”運(yùn)行系統(tǒng)組成

全自動(dòng)（“電梯式”無(wú)人值守）、半自動(dòng)、手動(dòng)、驗(yàn)繩、檢修操作方式，同時(shí)具有操車系統(tǒng)監(jiān)控功能，形成閉鎖系統(tǒng)。

1.2 信號(hào)系統(tǒng)集成

“電梯式”無(wú)人值守信號(hào)系統(tǒng)主要由井口信號(hào)、各水平信號(hào)以及罐籠信號(hào)等三大系統(tǒng)組成。井口信號(hào)、井下信號(hào)及監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集中到井口控制中心，提升機(jī)信號(hào)系統(tǒng)與提升機(jī)控制系統(tǒng)互為閉鎖。信號(hào)系統(tǒng)采用先進(jìn)PLC和遠(yuǎn)程I/O單元構(gòu)成，通過(guò)分布式總線，以無(wú)線網(wǎng)關(guān)或光纖連接以便靈活調(diào)整和擴(kuò)展，網(wǎng)絡(luò)為環(huán)網(wǎng)形式，任意段通訊系統(tǒng)意外中斷時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警并通過(guò)環(huán)網(wǎng)切換，避免全系統(tǒng)停車。

提升任務(wù)及種類：提物（礦石、材料、設(shè)備），提人，特運(yùn)；驗(yàn)繩及檢修，對(duì)罐（慢上，慢下）。礦井提升信號(hào)系統(tǒng)在各分水平設(shè)有獨(dú)立信號(hào)臺(tái)，能夠滿足對(duì)水平運(yùn)行的要求，各水平信號(hào)發(fā)至地面控制系統(tǒng)，并在井口信號(hào)室、井下信號(hào)室、罐籠有數(shù)字顯示與音響提示，各中段信號(hào)間要有“可直接語(yǔ)音通話”功能等[1]。

罐籠內(nèi)部包括充電裝置、無(wú)線視頻監(jiān)控裝置、無(wú)線語(yǔ)音對(duì)講裝置、選層裝置、照明等。罐籠內(nèi)部設(shè)有無(wú)線基站，選用工業(yè)級(jí)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)構(gòu)建無(wú)線網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)，副井各水平設(shè)有水平基站，罐籠和基站之間實(shí)時(shí)通訊和數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的分布式網(wǎng)絡(luò)控制和統(tǒng)一管理。

礦井提升系統(tǒng)的可編程控制器采用千兆以太網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行通訊，交換機(jī)需采用2光8電交換機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)網(wǎng)冗余。

礦井提升機(jī)的控制系統(tǒng)采用ABB公司的ACS880系列原裝交直變頻柜，能夠滿足提升機(jī)四象限運(yùn)行控制要求。

2 控制系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 PLC選型及控制方式

本系統(tǒng)采用西門(mén)子公司新研發(fā)的S7-1500系列產(chǎn)品，保證提升機(jī)控制系統(tǒng)和監(jiān)視系統(tǒng)具有很高的可靠性。

本設(shè)計(jì)的礦井提升機(jī)“電梯式”運(yùn)行采用2臺(tái)PLC，分別完成提升機(jī)的工藝控制及監(jiān)控任務(wù)。其中1臺(tái)PLC起主控作用，另1臺(tái)PLC起監(jiān)控作用，雖然2臺(tái)PLC承擔(dān)不同任務(wù)，但都具有對(duì)提升機(jī)運(yùn)行的安全監(jiān)控功能，因而本系統(tǒng)具有雙重監(jiān)控功能，構(gòu)成高安全可靠提升系統(tǒng)。

主控PLC主要負(fù)責(zé)采集提升機(jī)的提升機(jī)行程信號(hào)、操作聯(lián)鎖信號(hào)、閘控信號(hào)和井筒信號(hào)聯(lián)絡(luò)等信號(hào)，同時(shí)具有完善的監(jiān)控功能，能夠及時(shí)顯示重要故障、報(bào)警等。監(jiān)控PLC的作用是實(shí)時(shí)監(jiān)視提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，從而保證提升機(jī)安全可靠運(yùn)行[2]。

主控、監(jiān)控PLC都能夠同時(shí)完整的監(jiān)視提升機(jī)控制系統(tǒng)，構(gòu)成了提升機(jī)的多重監(jiān)控功能，極大地提高了提升機(jī)的安全性和可靠性。

提升機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)配有以太網(wǎng)和ProfibusDP總線，本系統(tǒng)能夠隨時(shí)根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展，并且能夠具備遠(yuǎn)程控制功能。

2.2 CPU 選型

主控PLC采用CPU1516-2PN/DP處理器模板，主要負(fù)責(zé)采集操作、檢查信號(hào)以及操作和連鎖邏輯控制功能。監(jiān)控PLC采用CPU1516-2PN/DP處理器模板，具有通訊接口及計(jì)數(shù)器，完成監(jiān)控功能、通訊、位置、速度檢測(cè)。所有處理器模板都具有Profibus DP和以太網(wǎng)通訊接口，可與礦區(qū)管理網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視及控制。

2.3 提升機(jī)控制方式

廟溝鐵礦提升機(jī)“電梯式”運(yùn)行控制系統(tǒng)采用以太網(wǎng)絡(luò)和PROFIBUSDP現(xiàn)場(chǎng)總線方式網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。以太網(wǎng)絡(luò)將操作員站和所有PLC聯(lián)網(wǎng)（包括主控PLC、監(jiān)控PLC、信號(hào)系統(tǒng)），操作員站通過(guò)以太網(wǎng)與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將各系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)在畫(huà)面上顯示和記錄。PROFIBUSDP現(xiàn)場(chǎng)總線負(fù)責(zé)連接主控、監(jiān)控可編程控制器、I/O站及傳動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)各系統(tǒng)的控制和信號(hào)通信。

2.4 提升信號(hào)系統(tǒng)

“電梯式”提升機(jī)信號(hào)系統(tǒng)要嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《豎井罐籠提升信號(hào)系統(tǒng)安全技術(shù)要求》（GB16541）進(jìn)行設(shè)計(jì)。在副井的井口、井底分別設(shè)置1臺(tái)信號(hào)臺(tái)，在控制機(jī)房設(shè)有顯示屏。信號(hào)設(shè)備選用防潮、防水的防護(hù)型等級(jí)，信號(hào)顯示柜安裝在各井口的絞車房?jī)?nèi)。通信網(wǎng)絡(luò)采用鎧裝屏蔽光纜連接，提高系統(tǒng)可靠性，避免電磁干擾。信號(hào)系統(tǒng)與操車系統(tǒng)之間的聯(lián)鎖信號(hào)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)接，提升信號(hào)系統(tǒng)配置一套備用系統(tǒng)，備用系統(tǒng)只能發(fā)出“緊?！?、“上提”、“下放”、“停車”、四個(gè)聲光信號(hào)。

2.5 UPS 電源

為確保自動(dòng)化控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行及故障信息記錄，提升機(jī)配置一臺(tái)UPS不間斷電源裝置，可有效防止電網(wǎng)電源波動(dòng)時(shí)對(duì)操作控制系統(tǒng)的干擾。UPS規(guī)格為3kVA，10分鐘后備。

2.6 檢測(cè)設(shè)備

采用3臺(tái)編碼器，分別安裝在電動(dòng)機(jī)和導(dǎo)向輪上，以滿足傳動(dòng)系統(tǒng)、自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)提升機(jī)速度、位置檢測(cè)及監(jiān)視的需要。2臺(tái)安裝于電動(dòng)機(jī)軸上，檢測(cè)信號(hào)分別連接于傳動(dòng)裝置和PLC裝置。1臺(tái)安裝于導(dǎo)向輪上，信號(hào)連接于PLC裝置[3]。

2.7 軸承及電機(jī)溫度檢測(cè)

提升機(jī)電機(jī)繞組和軸承安裝溫度檢測(cè)裝置，溫度檢測(cè)裝置采用Pt100鉑熱電阻，溫度變化通過(guò)熱電阻提供4-20ma電流信號(hào)接入PLC系統(tǒng)。對(duì)電機(jī)溫度溫度進(jìn)行監(jiān)視，對(duì)超溫故障進(jìn)行聲光報(bào)警，并與提升機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行閉鎖。

3 結(jié)語(yǔ)

廟溝鐵礦提升系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“電梯式”運(yùn)行后，增加一套計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)主要對(duì)提升系統(tǒng)的運(yùn)行控制、監(jiān)視、數(shù)據(jù)和資料進(jìn)行管理，操作畫(huà)面采用西門(mén)子WinCC。操作站通過(guò)網(wǎng)絡(luò)采集PLC的過(guò)程數(shù)據(jù)，以圖文方式在彩色監(jiān)視器上顯示，實(shí)現(xiàn)對(duì)具體生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)視、監(jiān)控、報(bào)警以及記錄。