智慧礦山之提升機(jī)集中控制實(shí)現(xiàn)措施研究

李春波

（招金礦業(yè)股份有限公司大尹格莊金礦，山東 煙臺(tái) 265400）

1 實(shí)施背景

2015年6月11 日，國(guó)家安監(jiān)總局下發(fā)了關(guān)于開(kāi)展“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人”科技強(qiáng)安專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)的通知（安監(jiān)總科技〔2015〕63 號(hào)），要求金屬非金屬礦山井下大型固定設(shè)施實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守系統(tǒng)，采用智能監(jiān)測(cè)與自動(dòng)控制技術(shù)，應(yīng)用集智能電網(wǎng)管理、排水智能監(jiān)控、變頻伺服按需通風(fēng)控制、提升系統(tǒng)管控、礦井中央集控平臺(tái)等為一體的礦井無(wú)人值守系統(tǒng)，代替人工井下現(xiàn)場(chǎng)值守。在這種背景下，提升機(jī)集中控制正是傳統(tǒng)的就地控制操作方式的合理替代。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊，將多套礦井提升機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一集中控制，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)提升機(jī)系統(tǒng)的自動(dòng)啟動(dòng)、加速、減速、停車(chē)功能，與視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控、語(yǔ)音通訊、綜合調(diào)度等多系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)系統(tǒng)的多級(jí)聯(lián)動(dòng)控制，減少人員數(shù)量，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)提升機(jī)系統(tǒng)的無(wú)人值守，提高生產(chǎn)效率，提升礦山自動(dòng)化、信息化、數(shù)字化、智能化科技水平。

2 建設(shè)內(nèi)容

多礦井提升機(jī)集中調(diào)度與智能控制系統(tǒng)由三部分構(gòu)成：現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的提升機(jī)智能化控制系統(tǒng)、管理級(jí)的提升機(jī)集中控制系統(tǒng)以及集中監(jiān)視和通訊系統(tǒng)。本文主要討論前兩部分即現(xiàn)場(chǎng)級(jí)自動(dòng)化升級(jí)和集中控制系統(tǒng)。

2.1 提升機(jī)現(xiàn)場(chǎng)主要改造內(nèi)容

為完成提升機(jī)無(wú)人值守遠(yuǎn)程集中控制的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備進(jìn)行完善改造，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的提升機(jī)自動(dòng)控制，包含現(xiàn)場(chǎng)原提升機(jī)電控系統(tǒng)硬件進(jìn)行完善?，F(xiàn)場(chǎng)原提升機(jī)電控系統(tǒng)軟件進(jìn)行升級(jí)完善。增加現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及環(huán)境在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。完善視頻監(jiān)視系統(tǒng)，增加高清網(wǎng)絡(luò)攝像頭，確保提升系統(tǒng)的重點(diǎn)區(qū)域和關(guān)鍵位置的高清視頻信號(hào)全覆蓋，為集中操作提供視頻信號(hào)支撐。增加提升機(jī)電控遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)，礦方只要開(kāi)通與外網(wǎng)連接外線TCP/IP，電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)技術(shù)人員可以進(jìn)行遠(yuǎn)程故障診斷，協(xié)助處理提升機(jī)電控故障增加遠(yuǎn)程集控操作臺(tái)，實(shí)現(xiàn)多套提升系統(tǒng)的遠(yuǎn)程集中控制。

2.2 提升機(jī)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化升級(jí)硬件完善

（1）溫度檢測(cè)。增加包括閘盤(pán)、液壓站、潤(rùn)滑站、變壓器的溫度檢測(cè)相關(guān)檢測(cè)開(kāi)關(guān)機(jī)信號(hào)箱。對(duì)提升機(jī)閘盤(pán)溫度進(jìn)行檢測(cè)，預(yù)防閘盤(pán)溫度過(guò)高而導(dǎo)致閘盤(pán)變形。將每臺(tái)變壓器的溫度集成到控制系統(tǒng)，并在人機(jī)界面顯示溫度值。

（2）煙霧檢測(cè)。增加檢測(cè)控制室、變頻器室、配電室及卷?yè)P(yáng)機(jī)室的煙霧濃度檢測(cè)裝置，能夠確定火災(zāi)發(fā)生的具體地點(diǎn)。

（3）緊急泄油。增加液壓站電動(dòng)緊急泄油閥，實(shí)現(xiàn)緊急情況下液壓站快速泄油。

（4）本地/遠(yuǎn)程控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。在原操作臺(tái)增加本地/遠(yuǎn)程控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，本地操作優(yōu)先，提升機(jī)出現(xiàn)故障，維護(hù)人員轉(zhuǎn)到本地方式可優(yōu)先控制提升機(jī)。

（5）盤(pán)閘檢測(cè)。提升機(jī)盤(pán)閘檢測(cè)裝置對(duì)提升機(jī)盤(pán)閘系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)精密的檢測(cè)，所有的模擬量數(shù)據(jù)傳給PLC，提醒設(shè)備人員檢修更換設(shè)備，防止因閘盤(pán)故障出現(xiàn)嚴(yán)重的事故。

（6）振動(dòng)傳感器。檢測(cè)提升機(jī)軸承振動(dòng)和電機(jī)振動(dòng)。（7）潤(rùn)滑站油流傳感器。壓差傳感器，用于檢測(cè)潤(rùn)滑站供油狀態(tài)。

（8）冷卻風(fēng)機(jī)風(fēng)量檢測(cè)。主增加電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)風(fēng)量檢測(cè)，并在人機(jī)界面顯示溫度值。

（9）視頻攝像頭?？刂剖?、變頻器室、配電室及卷?yè)P(yáng)機(jī)室的增加視頻監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

（10）語(yǔ)音播報(bào)與對(duì)講系統(tǒng)。在提升機(jī)機(jī)房、各中段馬頭門(mén)、裝卸載站等關(guān)鍵位置增加語(yǔ)音播報(bào)與對(duì)講系統(tǒng)，提升機(jī)電控系統(tǒng)的各種運(yùn)行狀態(tài)以語(yǔ)音方式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)播報(bào)，提示現(xiàn)場(chǎng)人員注意提升機(jī)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)；同時(shí)集控操作員也可以在集控室對(duì)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)出人工語(yǔ)音提示。語(yǔ)音播報(bào)有助于提高整個(gè)系統(tǒng)的安全性。

（11）中段信號(hào)和遙控要罐功能。每個(gè)中段水平設(shè)有顯示屏，直觀地顯示提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，顯示內(nèi)容涵蓋提升機(jī)控制系統(tǒng)所涉及的狀態(tài)、故障、去往等信號(hào)。操作人員對(duì)手持遙控器的操作，將控制信號(hào)發(fā)送至整個(gè)控制系統(tǒng)。

（12）分配小車(chē)自動(dòng)控制。增加分配小車(chē)自動(dòng)運(yùn)行功能，當(dāng)提升機(jī)選擇提升礦石種類(lèi)時(shí)，分配小車(chē)根據(jù)選擇自動(dòng)到達(dá)所對(duì)應(yīng)礦倉(cāng)，無(wú)須人工操作。

（13）卸載站滿料倉(cāng)保護(hù)。將卸載站料倉(cāng)料位采集到控制系統(tǒng)，能在人機(jī)界面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)料位變化發(fā)出滿倉(cāng)報(bào)警，停止繼續(xù)提升礦石。

（14）尾繩檢測(cè)。對(duì)尾繩檢測(cè)進(jìn)行升級(jí)，確保動(dòng)作靈活準(zhǔn)確。

（15）箕斗掛鉤機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)。對(duì)于箕斗提升，在卸載站增加一套機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)。

2.3 提升機(jī)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化升級(jí)軟件完善

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有提升機(jī)控制系統(tǒng)軟件進(jìn)行升級(jí)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的提升機(jī)自動(dòng)運(yùn)行。

（1）主控系統(tǒng)PLC 軟件實(shí)現(xiàn)本地與遠(yuǎn)程之間無(wú)擾切換沒(méi)有斷續(xù)和擾動(dòng)。

（2）在就地或調(diào)度中心均實(shí)現(xiàn)無(wú)人參與的自動(dòng)提升、完善的保護(hù)功能，對(duì)于全速超速、井筒兩端減速段超速、上下過(guò)卷等安全保護(hù)具有多重保護(hù)；實(shí)現(xiàn)連續(xù)速度包絡(luò)線監(jiān)測(cè)保護(hù)和逐點(diǎn)速度監(jiān)測(cè)保護(hù)功能。同時(shí)，還能完成定點(diǎn)速度監(jiān)視、井筒開(kāi)關(guān)監(jiān)視。

（3）完善提升機(jī)安全保護(hù)措施，增加閘盤(pán)檢測(cè)，并修改程序滿足提升機(jī)無(wú)人值守遠(yuǎn)程集中控制的要求。

（4）現(xiàn)場(chǎng)PLC 控制系統(tǒng)加裝子站，增加模擬量、數(shù)字量模塊，編寫(xiě)接入程序，用于檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)溫度、煙霧等信號(hào)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

（5）增加CP343 模塊，系統(tǒng)間通過(guò)ProfiNet 進(jìn)行數(shù)據(jù)及信號(hào)交換，實(shí)現(xiàn)了提升系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化集散控制。此外，現(xiàn)場(chǎng)條件具備時(shí)，系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程診斷功能，方便現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備維護(hù)及故障解決，縮短維護(hù)處理故障的時(shí)間。

（6）安全回路采用軟件與硬件冗余方式，提升機(jī)發(fā)生故障時(shí)，每個(gè)環(huán)節(jié)均能獨(dú)立完成停車(chē)保護(hù)。

（7）具有要罐信號(hào)轉(zhuǎn)接功能。

（8）配合智慧礦山系統(tǒng)集成，并提供系統(tǒng)地址表。

2.4 集中控制操作臺(tái)完善

增加5 臺(tái)遠(yuǎn)程集控操作臺(tái)（每個(gè)工位控制兩臺(tái)提升機(jī)，可控制10 套提升設(shè)備，其中一臺(tái)備用）、2 套上位機(jī)系統(tǒng)和9 套視頻監(jiān)控系統(tǒng)。構(gòu)架光纖環(huán)網(wǎng)通訊線路，9 套提升機(jī)電控系統(tǒng)分別與集中控制室之間單獨(dú)形成光纖環(huán)網(wǎng)通訊，通過(guò)光纖實(shí)現(xiàn)提升機(jī)PLC 之間通訊、上位機(jī)通訊、視頻數(shù)據(jù)通訊，保障數(shù)據(jù)的快速、穩(wěn)定傳輸。操作臺(tái)內(nèi)裝有PLC 控制單元，內(nèi)有Profinet I/O 子站及15 寸真彩觸摸屏（一臺(tái)觸摸屏同時(shí)顯示兩套提升系統(tǒng)數(shù)據(jù)），整臺(tái)設(shè)計(jì)綜合考慮各種誤操作，軟件編有各種保護(hù)，將誤操作概率降至最低。操作臺(tái)具體設(shè)備及功能包括：

（1）運(yùn)行方式選擇開(kāi)關(guān)，使系統(tǒng)運(yùn)行在自動(dòng)、手動(dòng)、檢修等不同工作方式下。

（2）提升方向選擇及手動(dòng)速度給定。

（3）觸摸屏及指示燈等用于顯示提升機(jī)各種信號(hào)及組態(tài)畫(huà)面及監(jiān)控系統(tǒng)信息，為系統(tǒng)提供信號(hào)指示及安全狀態(tài)指示。

（4）電機(jī)電流、系統(tǒng)電壓、閘壓力、電機(jī)溫度指示、提升速度指示、提升位置指示（LED 發(fā)光管）等，直觀提供運(yùn)行狀態(tài)指示。

（5）開(kāi)車(chē)減速音響，報(bào)警音響及報(bào)警解除按鈕、安全電路復(fù)位按鈕、安全鎖、測(cè)試選擇及執(zhí)行開(kāi)關(guān)、緊急停車(chē)按鈕。

（6）操作臺(tái)整體人性化設(shè)計(jì)，美觀大方，便于操作、觀察。

（7）操作臺(tái)高清晰15 寸真彩觸摸屏，具備實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)參數(shù)顯示及故障報(bào)警顯示，人機(jī)界面友好。

（8）每臺(tái)提升機(jī)裝有視頻切換裝置，可實(shí)現(xiàn)視頻隨罐籠或箕斗自動(dòng)切換功能。

3 集中控制中心顯示

上位機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)有人機(jī)交互系統(tǒng)GC-WinMC 系統(tǒng)、礦山生產(chǎn)嵌入式報(bào)表系統(tǒng)、礦山生產(chǎn)管理系統(tǒng)三大部分構(gòu)成。上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)專(zhuān)用的網(wǎng)通通訊協(xié)議，實(shí)時(shí)采集提升機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)計(jì)算與模糊控制理論，對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，為系統(tǒng)提供先進(jìn)的預(yù)警功能。當(dāng)故障發(fā)生后，通過(guò)語(yǔ)音提示及系統(tǒng)故障的優(yōu)先等級(jí)，給維護(hù)人員準(zhǔn)確的第一故障判斷，同時(shí)提供給維護(hù)人員故障出現(xiàn)的時(shí)間、位置、原因，以及相應(yīng)的處理方案。視頻監(jiān)視系統(tǒng)借用現(xiàn)有視頻資源，再根據(jù)需要在提升系統(tǒng)重點(diǎn)區(qū)域或關(guān)鍵部位增加高清網(wǎng)絡(luò)攝像頭后實(shí)時(shí)監(jiān)控畫(huà)面進(jìn)行顯示。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，大尹格莊金礦提升機(jī)中控制一期工程已經(jīng)安裝完畢，進(jìn)入運(yùn)行階段，實(shí)現(xiàn)四臺(tái)提升機(jī)的集中控制，并與前期智慧礦山大數(shù)據(jù)通訊，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的檢測(cè)、優(yōu)化。該項(xiàng)技術(shù)可以全面提升礦山類(lèi)設(shè)備的綜合自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)礦山行業(yè)由人力資源型向經(jīng)濟(jì)技術(shù)性的發(fā)展。為傳統(tǒng)礦山向數(shù)字化礦山的轉(zhuǎn)變奠定了基礎(chǔ)，帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。