中煤新集公司时晓菲——《矿井提升机远程集控系统的应用》

 

 

摘要：矿井提升机远程集中控制系统，是煤矿数字化建设的重要组成部分。为缓解企业人力资源紧张局面，改善工作环境，进一步实现资产优化、少人则安的高效、安全的运行管理模式，拟对在用矿井提升机进行远程控制系统升级。在确保提升机安全的前提下，保留在用电控系统、传动及制动系统，由远程控制操作人员对提升机系统进行远程自动、手动操作，完成提升机“无人值守”化运行。这篇论文以中煤新集一矿西副井立井提升系统为例，介绍矿井提升机远程集中控制系统在中煤新集的应用中需要解决的问题、方案设计以及实施效果。

关键字：提升机；无人值守；远程集中控制系统；以太环网

 

     矿井提升机的远程集中控制系统是在充分结合数字化矿山建设的基础上，充分利用数字化矿山建设的科技化、智能化、自动化、数据库的功能，实现提升机无人值守作业，并且可以实现异常状态下的及时预警，实现矿井提升机控制的少人化、无人化。

一、中煤新集一矿西副井提升系统简介

西副井井筒直径7.2m，配备型号为JKMD-4.5×4（Z）型多绳摩擦式提升机，装备一套1t双层四车宽窄罐笼，提升高度为735.95m，最大提升速度11m/s，实际运行速度8m/s；钢制罐道，罐笼型号为：GDG1/6/2/4(窄）、GDG1/6/2/4K(宽），钢丝绳首绳型号6×28TS+FC-50mm-1770，尾绳型号P8×4×19-206×33，分为手动方式、检修方式和半自动方式运行。主电机型号：ZKTD285/67，额定功率为220kW的直流电动机；提升机控制与传动部分均由ABB公司提供，控制器型号为AC800M，设置主控与监控双PLC，通过Profibus通讯，实现PLC间数据交换，进行冗余控制。传动部分为12脉动串联控制。闸控系统采用洛阳中信重工E143型恒减速液压站，一用一备。

二、实现矿井提升机远程集中控制重点解决的问题

在确保提升机安全的前提下，保留在用电控系统、传动及制动系统，由远程控制操作人员对提升机系统进行远程自动、手动操作，完成提升机“无人值守”化运行。远程控制位于西副井井口操作室，升级后远程控制操作人员可以实现：

1.提升机全系统远程监视； 

2.提升机系统辅助设备远程起、停操作； 

3.提升机远程手动操作和全自动操作；

4.电控及闸故障时，操作人员就地进行故障复位及旁路；

5.提升机故障时发出声光报警，及时警示操作。

三、矿井提升机远程集中控制系统方案设计

为了实现远程控制，降低运行成本为目的，结合当前电控系统现状，本次远程控制升级采用下述方案：保留在用井筒就地控制室操作员站、电控系统及制动系统。在远程控制室内增加远程控制操作台。控制台内布置一个远程 S800 I/O 从站，该从站通过Profibus 现场总线接入主控 AC800M 控制系统。远程控制操作员站采用 Server-Client 模式运行。即井筒就地 HMI 为 Server（服务器端），而远程 HMI 终端设置为 Client（客户端），实现同步监控功能。

表1 远程集中控制系统配置框图

（一）远程控制

增加远程控制后，需要增加新硬件，同时对现有 AC800M 程序及显示画面做相应的修改。主要新增硬件技术规格如下：

1.远程控制操作台

新增远程控制操作台，数量 1 台；规格采用琴键式。

内含主要控制元件如下： 1个S800远程 I/O 站，包括模拟量和开关量模块（约 40 点）；远程控制 S800远程I/O通过光缆以Profibus接入AC800M系统。

2.直流电源系统

为远程控制操作台提供 24VDC 电源，以及主令手柄所使用的±10VDC 线性电源。

3.远程手动操作主令手柄及按钮开关

选型和配置与在用主令手柄相同。同时提供以下远程操作按钮及选择开关：

（1）远程启用/禁用选择开关；

（2）远程提升机自动/手动/检修运行选择开关；

（3）远程提升机辅助设备起、停按钮；

（4）远程声音报警/故障确认开关；

（5）远程提升机系统复位开关；

4.深度指示仪

深度指示仪采用基于Profibus通讯系统的6位数码管显示仪，显示精度为 1cm。 

5.灯光及报警系统

远程操作司机台配有蜂鸣器及主要状态指示灯，用于提供声、光报警信息。

6.远程控制操作员站

本次升级系统将采用 Server-Client 模式运行。即井筒就地 HMI 为 Server（服务器端），

而远程 HMI 终端设置为 Client（客户端）,并升级软件授权和操作员站(井筒就地操作员站、远程客户端操作员站及矿井数据中心 OPC 客户端)的OPC数据库，客户端通过光缆以 TCP/IP 的方式与井筒就地计算机通讯。

（二）软件完善和修改

根据远程控制的技术要求，需对软件控制功能及显示画面进行完善和修改，具体包括下述内容：  

将在 AC800M 程序中增加远程操作台的相关控制逻辑及保护。  

将在 Server 和 Client 操作员站上增加远程控制操作的相关显示及报警。  

对现有的安全回路进行相应的修改。

（三）相应新增的运行及保护

本次升级采用下述安全保护措施以确保提升机安全可靠运行。具体如下：  

运行模式将增加远程及井筒就地模式。

就地/远程操作仅能在井筒就地操作台上选择。

该选择开关采用具有机械互锁保护功能的钥匙开关。  

远程控制操作台上安装急停按钮，正常状态为一脉冲信号。按下按钮脉冲消失，一旦 AC800M 控制器无法收到紧停脉冲信号，控制系统将断开安全回路，同该该信号也可以作为通讯故障保护。

四、实施效果

（一）画面介绍

1. 全貌画面

该画面显示提升机的状态，实际的控制方式，运行模式，故障状态，同步状态，设置最大运行速度等。

表2 远程集中控制系统全貌画面

2. 命令画面

该画面能够提供的操作和信息如下：

（1）       跳闸数据，包括跳闸的日起期和时间、跳闸的故障信息和代码、跳闸时的速度和位置值、跳闸减速的平均值和峰值、跳闸时的力矩等；

（2）       显示自动校验的滚简和导向轮的直径，操作员可据此手动更新滚筒直径和导向轮直径；

（3）       设置手动最大速度限制；

（4）       手动同步(设置)罐笼位置；

（5）       AHC AHM 的滚筒和天轮直径设置；

（6）       不使用信号系统可以屏蔽方向闭锁开车。

表3 远程集中控制系统命令画面

3.传动画面

该画面显示和供电状态，电机运行及辅助设备情况，具体包括:UPS 状态，进线柜状态，各种电源状况，高压柜闭合状态，变压器绕组温度，电机绕组温度，电机轴承温度以及电机冷却风机的运行状态、实时电机功率值。变流器的闭合状态、风机和传动的分合状态也显示在该画面中。

表4 远程集中控制系统传动画面

4.通讯故障及旁路画面

显示 AC 800M 各模块状态，Profibus 通讯状态，深度指示仪通讯状态，AHC 与 AHM 之间的 MMS 通讯状态、其他各控制箱的 I/O 状态，通讯状态，24V 供电状态。

表5 远程集中控制系统通讯故障及旁路画面

5.AHM 显示画面

详细显示 AHM 内部计算的罐笼的位置值、提升速度绝对值、加速度值、导致 AHM 跳闸的故障原因将显示。

表6 远程集中控制系统AHM 显示画面

 

6.监控画面

该画面主要显示提升机内部计算位置值，主要用于 AHC 和 AHM 关键参数的对比。包括位置比较、速度比较、速差情况、过速情况，以及滚筒编码器计算出的速度位置和导向轮编码器计算出来的速度位置的对比情况。一旦 AHC 和 AHM 之间速度、位置之间相差超出设定允许值，或者滚筒和导向轮编码器计算出来的速度、位置之间相差超过设定值，均会引起提升机急停。

表7 远程集中控制系统监控画面

7.过程监控及旁路画面

该画面显示系统主要的故障信息，并提供对应的故障旁路接口。在此画面上还有一个硬件安全回路状态的快捷链接按钮，可以检查系统硬件安全回路的闭合情况。

表8 远程集中控制系统过程监控及旁路画面

8.传动及供电状态画面

该画面显示了系统的供电情况，包括各进线开关，各部分接地情况，220V 监视信息，110V监视信息，24V 监视信息，变压器的过温状态;提升机传动部分的运行情况监视信息。

表9 远程集中控制系统传动及供电状态画面

9.报警表画面

可以显示系统中的事件和报警，保存事件为 3 个月。

表10 远程集中控制系统报警表画面

10.趋势图画面

显示趋势画面，总计最多显示七个历史变量，需要看哪个变量选择第一列的对勾即可，此页面还可以更改页面显示时间的范围，更改时间便可查看历史趋势曲线，历史趋势保存的时间为 3个月。

表11 远程集中控制系统趋势图画面

 

（二）效果介绍

随着矿井提升机远程集控装置的应用，矿井可以逐步实现减员增效。

1.第一阶段

试运行阶段，井口控制室增加1名提升机司机，车房内提升机司机人数可以实现减半。新增的提升机司机负责对提升机控制系统进行远程控制，车房内的提升机司机做为操作监控。若系统出现故障，车房的提升机司机负责将远控状态转为本地状态，并由车房的提升机司机进行控制运行。由值班人员定时对实施远程集控运行的提升机进行巡检。

2.第二阶段

运行阶段初期，井口控制室增加2名提升机司机，车房内提升机司机减完，同时井口控制室提升机司机兼职信号工，由值班人员定时对实施远程集控运行的提升机进行巡检。

五、结束语

该系统可以对传统控制方式的提升机进行升级改造，对提高设备效率、降低生产维护成本。减轻工人劳动强度、减少安全隐患、节能降耗等方面可获得巨大的经济效益和社会效益。

 

参考文献：

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【5】张涛;刘昌国 .关于集中控制在小庄矿主副井提升系统中的应用[J].世界有色金属 ,2019(12):273-274.

【6】 池晶晶 . 矿山设备中机械自动化技术的应用[J].能源与节能 ,2019(12):172-173西能源学院学报