提升機(jī)無人值守遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)在蓬萊礦業(yè)的應(yīng)用

楊世冬，潘 川，溫 超

（山東黃金集團(tuán)蓬萊礦業(yè)有限公司，山東 煙臺(tái) 264006）

關(guān)鍵字：提升機(jī)；無人值守；遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)；以太環(huán)網(wǎng)；傳感器技術(shù)

提升機(jī)的遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)實(shí)在充分結(jié)合數(shù)字化礦山建設(shè)的基礎(chǔ)上，充分利用數(shù)字化礦山建設(shè)的智能化、科技化、數(shù)據(jù)庫、自動(dòng)化的功能，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)無人值守作業(yè)。該系統(tǒng)不僅能夠全面掌握、及時(shí)分析提升機(jī)運(yùn)行工況，并且能夠?qū)崿F(xiàn)異常字狀態(tài)的及時(shí)預(yù)警，并能夠智能地分析處理特殊情況，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)控制的無人化值守護(hù)、遠(yuǎn)程控制。

1 強(qiáng)家溝分礦提升系統(tǒng)簡介

蓬萊礦業(yè)在生產(chǎn)礦區(qū)為齊家溝礦區(qū)，齊家溝礦區(qū)下屬包含三個(gè)分礦，分別為強(qiáng)家溝分礦、齊家溝分礦、候格莊分礦。其中強(qiáng)家溝分礦采用二級(jí)接力提升方式，于-323m中段設(shè)置4線盲豎井。強(qiáng)家溝分礦地表主豎井QSJ3采用2JK-3×1.8P單繩纏繞提升機(jī)，提升高度520m，下設(shè)10個(gè)中段，-323m中段為最底中段。采用木罐道，2#單繩雙層鋁合金罐籠配平衡錘方式提升，罐籠規(guī)格型號(hào)為：1800mm＊1080mm，每次提升2輛非標(biāo)0.75m3翻斗式礦車。鋼絲繩采用6×19W+FC-φ28型多層股不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩為提升繩。電機(jī)型號(hào)：YTS400S2-8，額定功率315kW，變頻調(diào)速，電控廠家為洛陽原創(chuàng)。設(shè)備基本參數(shù)如表1所示。

表1 主豎井設(shè)備基本參數(shù)表

2 實(shí)現(xiàn)提升機(jī)無人值守遠(yuǎn)程集中控制重點(diǎn)解決的問題

2.1 網(wǎng)絡(luò)問題

完善提升機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)服務(wù)終端，對(duì)提升機(jī)的運(yùn)行工況、運(yùn)行動(dòng)態(tài)等數(shù)據(jù)進(jìn)行集中匯集、分析，配備數(shù)據(jù)庫收集、分析、處理系統(tǒng)，為信息共享、事故分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。配置數(shù)字化檢測裝備，確保檢測數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。建立提升機(jī)集中監(jiān)控系統(tǒng)的WEB方案，企業(yè)內(nèi)部以太環(huán)網(wǎng)和Internet網(wǎng)絡(luò)上授權(quán)用戶對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效讀取和瀏覽。

2.2 提升機(jī)現(xiàn)場控制系統(tǒng)問題

傳感器布置須可靠、靈敏，監(jiān)測數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，充分利用傳感器功能代替人為干預(yù)。提升機(jī)的開停機(jī)以及運(yùn)行需全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，利用設(shè)計(jì)的程序?qū)崿F(xiàn)各項(xiàng)功能的有序操控。配置的硬件設(shè)施需滿足穩(wěn)定可靠，軟件系統(tǒng)需滿足高效安全。

2.3 清晰穩(wěn)定的視頻監(jiān)控系統(tǒng)

無人值守遠(yuǎn)程集中控制需配置清晰度較高的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，清晰明了的顯示提升機(jī)的各個(gè)監(jiān)控畫面，以利于準(zhǔn)確有效的了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

3 提升無人值守遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

3.1 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)

系統(tǒng)采用臺(tái)灣MOXA品牌的工業(yè)級(jí)可網(wǎng)管以太網(wǎng)交換機(jī)，依靠MOXA特有的光纖環(huán)網(wǎng)冗余協(xié)議，在地表和地下分別組成兩個(gè)以太環(huán)網(wǎng)，并將這兩個(gè)環(huán)網(wǎng)連接起來，組成冗余環(huán)，以起到出色的通訊線路備份和冗余的作用。當(dāng)通訊線路出現(xiàn)故障是，系統(tǒng)還能夠在20MS內(nèi)自動(dòng)切換到備份線路，以保證正常的通訊，從而能夠達(dá)到對(duì)整個(gè)系統(tǒng)更好的監(jiān)視和控制功能。

為了保證各通訊單元節(jié)點(diǎn)之間能穩(wěn)定、可靠、長期的通訊，核心采用兩臺(tái)MOXA工業(yè)交換機(jī)EDS-82810G分別做兩個(gè)環(huán)網(wǎng)的核心，接入層使用EDS-510A和EDS-516A系列產(chǎn)品來構(gòu)建一個(gè)基于MOXA TurboRing環(huán)網(wǎng)協(xié)議的工業(yè)以太冗余環(huán)網(wǎng)。使用Moxa的Turbo Ring環(huán)網(wǎng)冗余協(xié)議，它能讓系統(tǒng)工作人員方便的建立和配置一個(gè)技術(shù)領(lǐng)先且穩(wěn)定的冗余以太環(huán)網(wǎng)。有了Turbo Ring，如果網(wǎng)絡(luò)斷開，您的系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)在20ms內(nèi)恢復(fù)到正常。

采用網(wǎng)絡(luò)管理軟件可以對(duì)各種故障報(bào)警、歷史故障查詢，查看每個(gè)交換機(jī)的端口狀態(tài)、通訊流量、交換機(jī)設(shè)置，系統(tǒng)的安全維護(hù)等，具有良好的易操作性。拓?fù)鋱D如下面所示：

圖1 蓬萊礦業(yè)提升機(jī)無人值守遠(yuǎn)程集中控制冗余環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

3.2 現(xiàn)場提升機(jī)電控系統(tǒng)完善

為實(shí)現(xiàn)提升機(jī)無人值守遠(yuǎn)程集中控制的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要對(duì)現(xiàn)場的設(shè)備進(jìn)行完善改造，主要完善內(nèi)容有：

（1）硬件部分：包括溫度檢測（電機(jī)軸承溫度檢測、電機(jī)溫度檢測、液壓站油溫檢測、潤滑站油溫檢測、閘盤溫度檢測）、煙感檢測、盤閘檢測、液壓站緊急泄油檢測、操作臺(tái)增加本地/遠(yuǎn)程控制轉(zhuǎn)換開關(guān)。轉(zhuǎn)換開關(guān)須滿足本地操作優(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)。

（2）軟件部分：通過完善控制系統(tǒng)軟件部分，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的智能化自主運(yùn)行，主控系統(tǒng)的PLC軟件能實(shí)現(xiàn)軟硬件控制的無擾切換。

（3）本地系統(tǒng)通訊模塊升級(jí)：對(duì)現(xiàn)有每臺(tái)PLC網(wǎng)絡(luò)重新分配IP地址。PLC控制系統(tǒng)加裝GE子站，增加模擬量輸入模塊，用于檢測現(xiàn)場溫度，煙霧等信號(hào)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

3.3 中控室遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)

中控室須獨(dú)立設(shè)置操作平臺(tái)，操作臺(tái)與其控制提升機(jī)相互對(duì)應(yīng)。增設(shè)1臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及遠(yuǎn)程診斷。增加UPS冗余電源，保證供電可靠性。

遠(yuǎn)程監(jiān)控控制系統(tǒng)的提升機(jī)運(yùn)行工況通過中文動(dòng)態(tài)畫面顯示，顯示數(shù)據(jù)包括：設(shè)備運(yùn)行速度、電流電壓曲線、主控PLC包絡(luò)線保護(hù)曲線、設(shè)備檢修信息、故障記錄、生產(chǎn)報(bào)表、產(chǎn)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)匯總等。

3.4 遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)

管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)為Industrial Ethernet網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。主要功能:采用SCADA系統(tǒng)通過EthernetNetwork與各個(gè)現(xiàn)場主PLC通信，以獲得PLC網(wǎng)絡(luò)共享數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場各個(gè)受控設(shè)備運(yùn)行狀況的集中監(jiān)測與控制功能。集中管理控制系統(tǒng)依托于IFIX和SQLServer技術(shù)平臺(tái)。主要功能：

（1）主要工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)集中控制、顯示和存檔：工業(yè)控制計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)通信方式，集中獲取現(xiàn)場主要的關(guān)鍵工藝參數(shù)（深度、速度、電流、油壓等），井筒開關(guān)、深度指示器以及限位開關(guān)動(dòng)作狀態(tài)，主井裝、卸載設(shè)備各部分動(dòng)作情況，進(jìn)行實(shí)時(shí)在線顯示，對(duì)主機(jī)及電控設(shè)備主要環(huán)節(jié)的工作情況進(jìn)行監(jiān)視，對(duì)提升過程進(jìn)行控制，將采集到的信息按照要求進(jìn)行存檔。

（2）生產(chǎn)過程的模擬顯示：采用可視化編程技術(shù)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)模擬顯示提升運(yùn)行過程，各種關(guān)鍵參數(shù)顯示在醒目位置，使開車司機(jī)一目了然，確保安全可靠運(yùn)行，并繪出工藝參數(shù)的趨勢圖，準(zhǔn)確提供行程。速度、油壓等數(shù)據(jù)，便于司機(jī)觀察和操作。

（3）生產(chǎn)過程的信息管理系統(tǒng)：各種生產(chǎn)情況、設(shè)備運(yùn)行報(bào)表顯示及記錄。同時(shí)對(duì)保存的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行查詢，生成報(bào)表，并可以將結(jié)果打印出來。通過現(xiàn)場總線和Industrial Ethernet在集控室實(shí)現(xiàn)了多臺(tái)提升機(jī)智能化集中管理、遠(yuǎn)程控制，使機(jī)房司機(jī)室達(dá)到無人值守，集控室實(shí)現(xiàn)單人操作多套提升機(jī)。

4 實(shí)施效果

隨著提升機(jī)無人值守遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)的應(yīng)用，各礦井能夠?qū)崿F(xiàn)減員增效。

（1）第一階段：試運(yùn)行階段，中控室須增加1名操作司機(jī)，卷揚(yáng)機(jī)房司機(jī)人數(shù)可以實(shí)現(xiàn)減半。增加操作司機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)電控進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，現(xiàn)場卷揚(yáng)司機(jī)做操作監(jiān)視。若系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可以轉(zhuǎn)為本地控制，由卷揚(yáng)機(jī)司機(jī)進(jìn)行操作。維護(hù)人員需要對(duì)3套實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控的提升電控進(jìn)行巡檢。

（2）第一階段：運(yùn)行階段初期，中控室操作司機(jī)增至2名，對(duì)3套提升系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制；副井增設(shè)跟罐工，撤銷信號(hào)工。維護(hù)人員需要對(duì)3套實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控的提升電控進(jìn)行巡檢。

（3）第二階段：運(yùn)行穩(wěn)定階段，進(jìn)行第三階段人員調(diào)整，撤掉所有現(xiàn)場操作人員和罐籠井信號(hào)工，每套罐籠井增設(shè)1名/班跟罐工；中控室司機(jī)工2名，操作3套提升控制系統(tǒng)。維修人員需對(duì)現(xiàn)場電控進(jìn)行定期巡檢。

5 結(jié)束語

該系統(tǒng)可以對(duì)傳統(tǒng)控制方式提升機(jī)進(jìn)行升級(jí)改造，對(duì)提高設(shè)備效率、降低生產(chǎn)維護(hù)成本、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度、減少安全隱患、節(jié)能降耗等方面可獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。