礦井提升機(jī)無線巡視監(jiān)控系統(tǒng)思想概述

劉相楠，王榮剛，孔棟，楊立東，張建霄

（1.營(yíng)盤壕煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000；2.山東德爾泰克，山東 濟(jì)南 250031）

2016年12 月國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布的《煤炭工業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》要求，到2020年，建成集約、安全、高效、綠色的現(xiàn)代煤炭工業(yè)體系，煤礦信息化、智能化建設(shè)取得新進(jìn)展，建成一批先進(jìn)高效的智慧煤礦。

2017年國家發(fā)改委發(fā)布《安全生產(chǎn)“十三五”規(guī)劃》，要求在礦山領(lǐng)域?qū)嵤皺C(jī)械化換人、自動(dòng)化減人”，推廣應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人、智能裝備等，減少危險(xiǎn)崗位人員數(shù)量和人員操作。推動(dòng)礦山企業(yè)建設(shè)安全生產(chǎn)智能裝備、在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控、隱患自查自改自報(bào)等安全管理信息系統(tǒng)。

2018年（兗礦集團(tuán)發(fā)〔2018〕92號(hào)）《兗礦集團(tuán)有限公司關(guān)于深入推進(jìn)“三化”融合發(fā)展的指導(dǎo)意見》，2019年（鄂營(yíng)煤發(fā)〔2019〕35號(hào)）《鄂爾多斯市營(yíng)盤壕煤炭有限公司關(guān)于深入推進(jìn)“三化”融合發(fā)展的實(shí)施意見》等，對(duì)主井提升系統(tǒng)，需要以可靠的數(shù)字化硬件設(shè)備、高效的軟件、安全高速的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、可靠穩(wěn)定的狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)，優(yōu)化控制工藝及流程，積極推動(dòng)主提升機(jī)運(yùn)行維護(hù)管理云平臺(tái)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)主提升機(jī)全過程動(dòng)態(tài)監(jiān)控，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)查詢。

1 研究開發(fā)內(nèi)容

按照“三化融合”工作目標(biāo)，為保障主井提升機(jī)自動(dòng)化運(yùn)行無人值守期間，提升機(jī)司機(jī)的巡檢時(shí)對(duì)提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行數(shù)據(jù)和視頻畫面的有效監(jiān)控，需要研究應(yīng)用一套提升機(jī)無線巡視監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)礦井提升機(jī)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)信息化管理，將提升機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)、畫面、操作臺(tái)信號(hào)和視頻監(jiān)控傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，巡檢人員在巡檢設(shè)備的同時(shí)，對(duì)提升機(jī)運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，將現(xiàn)場(chǎng)信息化監(jiān)控管理與無線智能終端信息化監(jiān)控相結(jié)合，并能實(shí)現(xiàn)在特殊情況下，對(duì)提升機(jī)進(jìn)行急停和閉鎖下一次提升的操作，提高提升機(jī)運(yùn)行的安全可靠性，為提升系統(tǒng)三化融合和無人自動(dòng)化運(yùn)行創(chuàng)造條件。

1.1 無線終端設(shè)備監(jiān)測(cè)界面確定

（1）重要參數(shù)篩選。分析提升機(jī)各運(yùn)行參數(shù)，涉及到當(dāng)前提升機(jī)安全的，必須實(shí)時(shí)傳送到無線終端設(shè)備。對(duì)于產(chǎn)量、提升鉤數(shù)等數(shù)據(jù)，可以定時(shí)發(fā)送，或不予發(fā)送。（2）監(jiān)測(cè)界面的確定。因?yàn)閰?shù)眾多，必須進(jìn)行分頁顯示，每頁的底部設(shè)置頁面切換按鈕。無線終端設(shè)備開機(jī)后，自動(dòng)運(yùn)行監(jiān)控軟件，監(jiān)控軟件默認(rèn)的第一頁為主畫面，在主畫面上繪制箕斗在井筒中的位置，井筒開關(guān)的位置，顯示箕斗的運(yùn)行速度和定子電流、勵(lì)磁電流。其它畫面包括中壓配電、低壓配電、液壓制動(dòng)系統(tǒng)、裝卸載和信號(hào)系統(tǒng)、主回路、設(shè)備上電啟動(dòng)等。

1.2 西門子基于以太網(wǎng)的HMI人機(jī)接口遠(yuǎn)程控制技術(shù)sm@rtaccess

SIMATIC WinCC Runtime Advanced和SIMATIC面板選件用于不同SIMATIC HMI系統(tǒng)間通訊。用于下列SIMATIC HMI的系統(tǒng)：

第二代精簡(jiǎn)面板（帶以太網(wǎng)接口）

精智面板(Comfort Panel)

第二代移動(dòng)式面板

TP 177B PN/DP，OP 177B PN/DP

TP 277，OP 277

MP 177，MP 277，MP 377

WinCC Runtime Advanced

SIMATIC HMI系統(tǒng)間可進(jìn)行遠(yuǎn)程操作監(jiān)控；還允許對(duì)分布式操作員站或具有總站或控制室的解決方案進(jìn)行客戶機(jī)/服務(wù)器組態(tài)。由于可在工廠范圍內(nèi)對(duì)信息進(jìn)行訪問，因此可實(shí)現(xiàn)本地操作、可視化和數(shù)據(jù)處理。統(tǒng)一的信息流提供了對(duì)所有過程狀態(tài)的概覽。

許可證：必須在服務(wù)器人機(jī)界面設(shè)備上安裝“SIMATIC WinCC Sm@rtServer for Panel”或“SIMATIC WinCC Sm@rtServer for Basic Panel” 或“SIMATIC WinCC Sm@rtServer for WinCC Runtime Advanced”授權(quán)。

精智/移動(dòng)面板V14或更高版本以及Runtime Advanced V14 SP1或更高版本不再需要單獨(dú)許可證。用于組態(tài)運(yùn)行選項(xiàng)的工程組態(tài)系統(tǒng)不需要授權(quán)。

注意：如果使用Sm@rtServer選件訪問操作員站，則應(yīng)采取合適的保護(hù)措施（包括IT安全，例如網(wǎng)絡(luò)分段），以確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行。用于遠(yuǎn)程訪問人機(jī)界面系統(tǒng)的靈活解決方案，服務(wù)與維護(hù)人員可對(duì)機(jī)器設(shè)備進(jìn)行全局訪問，從而可以快速消除故障或停產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，避免現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)呼叫。操作員控制和機(jī)器監(jiān)控的范圍廣泛，如圖1所示，一個(gè)操作員可監(jiān)控多個(gè)操作站。

圖1 Sm@rtClient 設(shè)計(jì)應(yīng)用：協(xié)調(diào)操作多個(gè)操作員站

從一個(gè)中心站可實(shí)現(xiàn)操作員控制以及機(jī)器級(jí)的人機(jī)界面系統(tǒng)監(jiān)控（如圖2所示），通過Internet/Intranet對(duì)機(jī)器設(shè)備/工廠進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)及服務(wù)。

圖2 Sm@rtClient 顯示應(yīng)用：從一個(gè)中心站可實(shí)現(xiàn)操作員控制以及機(jī)器級(jí)的人機(jī)界面系統(tǒng)監(jiān)控。

協(xié)調(diào)操作多個(gè)操作員站：如圖3所示，通過主站進(jìn)行HMI 應(yīng)用程序和控制器的通訊。對(duì)于需要更多人機(jī)界面設(shè)備的較大型機(jī)器設(shè)備，可從這里激活“Sm@rtClients”。隨后，Sm@rtClients可以訪問主站及過程。這些訪問過程可確保在任意給定時(shí)刻只有一個(gè)操作員系統(tǒng)能夠主動(dòng)訪問該過程。嵌入到過程畫面中的一個(gè)可組態(tài)畫面對(duì)象(Sm@rtClient display)代表相關(guān)人機(jī)界面系統(tǒng)(Sm@rtServer)的畫面。強(qiáng)大的標(biāo)準(zhǔn)功能，使得可用戶友好和靈活的顯示操作。

圖3 通過工業(yè)以太網(wǎng)或intranet/Internet 可實(shí)現(xiàn) SIMATIC HMI系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操控功能。

操作站的遠(yuǎn)程控制：如圖4所示，通過HMI系統(tǒng)進(jìn)行HMI 應(yīng)用程序和控制器的通訊。使用Sm@rtService，機(jī)器/系統(tǒng)中的HMI系統(tǒng)可遠(yuǎn)程操作。1個(gè)訪問過程保證了每次只有1個(gè)操作員（本地機(jī)器或遠(yuǎn)程通過Internet Explorer）處于訪問的激活狀態(tài)。訪問HMI系統(tǒng)，Microsoft Internet Explorer V6.0 SP1或更高版本是足夠的。

圖4 通過工業(yè)以太網(wǎng)或intranet/Internet 可實(shí)現(xiàn) SIMATIC HMI系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操控功能

1.3 基于西門子sm@rtaccess技術(shù)的礦井提升機(jī)無線巡檢監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

將裝卸載系統(tǒng)、閘控系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、提升機(jī)控制系統(tǒng)的監(jiān)控屏或上位機(jī)通過商用VPN無線路由器聯(lián)網(wǎng)，同時(shí)將視頻系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入，并通過POE交換機(jī)和AP熱點(diǎn)形成覆蓋主井塔各層的WIFI網(wǎng)絡(luò)（如圖5）。

圖5 礦井提升機(jī)無線巡視監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

在裝卸載系統(tǒng)、閘控系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)的監(jiān)控屏或上位機(jī)安裝西門子基于以太網(wǎng)HTTP協(xié)議的遠(yuǎn)程控制軟件sm@rtserver和授權(quán)，在提升機(jī)上位機(jī)創(chuàng)建畫面，畫面嵌入遠(yuǎn)程控制客戶端sm@rtclient子窗口，將上述子系統(tǒng)監(jiān)控畫面完全嵌入提升機(jī)的上位機(jī)，使提升機(jī)上位機(jī)成為一個(gè)主控站。

在提升機(jī)的上位機(jī)上同時(shí)安裝sm@rtserver遠(yuǎn)程控制軟件和授權(quán)，使其具備遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能。在IOS或Android系統(tǒng)的移動(dòng)終端安裝sm@rtclient和視頻客戶端APP，并做好相應(yīng)的配置。巡檢人員在主井塔范圍內(nèi)通過移動(dòng)終端和WIFI網(wǎng)絡(luò)，可以隨時(shí)監(jiān)控提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，必要時(shí)可以對(duì)提升機(jī)進(jìn)行急停或閉鎖操作。通過移動(dòng)終端可以遠(yuǎn)程操作裝卸載系統(tǒng)。云服務(wù)網(wǎng)關(guān)從上位機(jī)通過OPC協(xié)議獲取數(shù)據(jù)，通過云平臺(tái)向指定的微信賬號(hào)推送報(bào)警和設(shè)備狀態(tài)信息。

2 關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

（1）設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的整理和上傳。

（2）無線傳輸與接收技術(shù)。

（3）巡檢定位技術(shù)。

（4）無線遠(yuǎn)程快速操作技術(shù)。

2.2 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）實(shí)現(xiàn)提升機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)上傳，并設(shè)計(jì)編制運(yùn)行畫面，可以在手機(jī)上或平板電腦上顯示與操作臺(tái)同樣的畫面。（2）在主井塔十層范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)路覆蓋，任何地點(diǎn)都能高速連接網(wǎng)絡(luò)。（3）巡檢人員在各個(gè)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)可以將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行記錄，并可以上傳現(xiàn)場(chǎng)照片和視頻，管理人員可以根據(jù)巡檢記錄上傳時(shí)間考核巡檢人員的工作情況。（4）在巡檢中發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常或其他重要故障時(shí)，可對(duì)提升機(jī)進(jìn)行緊?；蜷]鎖下一鉤提升的操作。對(duì)卸載設(shè)備可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程手動(dòng)操作。