智慧矿山之提升机集中控制实现措施研究

李春波

（招金矿业股份有限公司大尹格庄金矿，山东 烟台 265400）

1 实施背景

2015年6月11 日，国家安监总局下发了关于开展“机械化换人、自动化减人”科技强安专项行动的通知（安监总科技〔2015〕63 号），要求金属非金属矿山井下大型固定设施实现无人值守系统，采用智能监测与自动控制技术，应用集智能电网管理、排水智能监控、变频伺服按需通风控制、提升系统管控、矿井中央集控平台等为一体的矿井无人值守系统，代替人工井下现场值守。在这种背景下，提升机集中控制正是传统的就地控制操作方式的合理替代。通过网络通讯，将多套矿井提升机进行统一集中控制，实现现场提升机系统的自动启动、加速、减速、停车功能，与视频远程监控、语音通讯、综合调度等多系统相结合，实现提升机系统的多级联动控制，减少人员数量，实现现场提升机系统的无人值守，提高生产效率，提升矿山自动化、信息化、数字化、智能化科技水平。

2 建设内容

多矿井提升机集中调度与智能控制系统由三部分构成：现场级的提升机智能化控制系统、管理级的提升机集中控制系统以及集中监视和通讯系统。本文主要讨论前两部分即现场级自动化升级和集中控制系统。

2.1 提升机现场主要改造内容

为完成提升机无人值守远程集中控制的安全稳定运行，对现场的设备进行完善改造，实现现场级的提升机自动控制，包含现场原提升机电控系统硬件进行完善。现场原提升机电控系统软件进行升级完善。增加现场设备及环境在线监测系统。完善视频监视系统，增加高清网络摄像头，确保提升系统的重点区域和关键位置的高清视频信号全覆盖，为集中操作提供视频信号支撑。增加提升机电控远程服务系统，矿方只要开通与外网连接外线TCP/IP，电控系统出现故障时技术人员可以进行远程故障诊断，协助处理提升机电控故障增加远程集控操作台，实现多套提升系统的远程集中控制。

2.2 提升机现场自动化升级硬件完善

（1）温度检测。增加包括闸盘、液压站、润滑站、变压器的温度检测相关检测开关机信号箱。对提升机闸盘温度进行检测，预防闸盘温度过高而导致闸盘变形。将每台变压器的温度集成到控制系统，并在人机界面显示温度值。

（2）烟雾检测。增加检测控制室、变频器室、配电室及卷扬机室的烟雾浓度检测装置，能够确定火灾发生的具体地点。

（3）紧急泄油。增加液压站电动紧急泄油阀，实现紧急情况下液压站快速泄油。

（4）本地/远程控制转换开关。在原操作台增加本地/远程控制转换开关，本地操作优先，提升机出现故障，维护人员转到本地方式可优先控制提升机。

（5）盘闸检测。提升机盘闸检测装置对提升机盘闸系统进行实时精密的检测，所有的模拟量数据传给PLC，提醒设备人员检修更换设备，防止因闸盘故障出现严重的事故。

（6）振动传感器。检测提升机轴承振动和电机振动。（7）润滑站油流传感器。压差传感器，用于检测润滑站供油状态。

（8）冷却风机风量检测。主增加电机冷却风机风量检测，并在人机界面显示温度值。

（9）视频摄像头。控制室、变频器室、配电室及卷扬机室的增加视频监控，实现无人值守。

（10）语音播报与对讲系统。在提升机机房、各中段马头门、装卸载站等关键位置增加语音播报与对讲系统，提升机电控系统的各种运行状态以语音方式进行现场自动播报，提示现场人员注意提升机当前运行状态；同时集控操作员也可以在集控室对现场发出人工语音提示。语音播报有助于提高整个系统的安全性。

（11）中段信号和遥控要罐功能。每个中段水平设有显示屏，直观地显示提升机运行状态，显示内容涵盖提升机控制系统所涉及的状态、故障、去往等信号。操作人员对手持遥控器的操作，将控制信号发送至整个控制系统。

（12）分配小车自动控制。增加分配小车自动运行功能，当提升机选择提升矿石种类时，分配小车根据选择自动到达所对应矿仓，无须人工操作。

（13）卸载站满料仓保护。将卸载站料仓料位采集到控制系统，能在人机界面实时监测料位变化发出满仓报警，停止继续提升矿石。

（14）尾绳检测。对尾绳检测进行升级，确保动作灵活准确。

（15）箕斗挂钩机器视觉系统。对于箕斗提升，在卸载站增加一套机器视觉系统。

2.3 提升机现场自动化升级软件完善

通过对现有提升机控制系统软件进行升级，实现现场级的提升机自动运行。

（1）主控系统PLC 软件实现本地与远程之间无扰切换没有断续和扰动。

（2）在就地或调度中心均实现无人参与的自动提升、完善的保护功能，对于全速超速、井筒两端减速段超速、上下过卷等安全保护具有多重保护；实现连续速度包络线监测保护和逐点速度监测保护功能。同时，还能完成定点速度监视、井筒开关监视。

（3）完善提升机安全保护措施，增加闸盘检测，并修改程序满足提升机无人值守远程集中控制的要求。

（4）现场PLC 控制系统加装子站，增加模拟量、数字量模块，编写接入程序，用于检测现场温度、烟雾等信号的实时数据。

（5）增加CP343 模块，系统间通过ProfiNet 进行数据及信号交换，实现了提升系统网络化集散控制。此外，现场条件具备时，系统具有远程诊断功能，方便现场设备维护及故障解决，缩短维护处理故障的时间。

（6）安全回路采用软件与硬件冗余方式，提升机发生故障时，每个环节均能独立完成停车保护。

（7）具有要罐信号转接功能。

（8）配合智慧矿山系统集成，并提供系统地址表。

2.4 集中控制操作台完善

增加5 台远程集控操作台（每个工位控制两台提升机，可控制10 套提升设备，其中一台备用）、2 套上位机系统和9 套视频监控系统。构架光纤环网通讯线路，9 套提升机电控系统分别与集中控制室之间单独形成光纤环网通讯，通过光纤实现提升机PLC 之间通讯、上位机通讯、视频数据通讯，保障数据的快速、稳定传输。操作台内装有PLC 控制单元，内有Profinet I/O 子站及15 寸真彩触摸屏（一台触摸屏同时显示两套提升系统数据），整台设计综合考虑各种误操作，软件编有各种保护，将误操作概率降至最低。操作台具体设备及功能包括：

（1）运行方式选择开关，使系统运行在自动、手动、检修等不同工作方式下。

（2）提升方向选择及手动速度给定。

（3）触摸屏及指示灯等用于显示提升机各种信号及组态画面及监控系统信息，为系统提供信号指示及安全状态指示。

（4）电机电流、系统电压、闸压力、电机温度指示、提升速度指示、提升位置指示（LED 发光管）等，直观提供运行状态指示。

（5）开车减速音响，报警音响及报警解除按钮、安全电路复位按钮、安全锁、测试选择及执行开关、紧急停车按钮。

（6）操作台整体人性化设计，美观大方，便于操作、观察。

（7）操作台高清晰15 寸真彩触摸屏，具备实时动态参数显示及故障报警显示，人机界面友好。

（8）每台提升机装有视频切换装置，可实现视频随罐笼或箕斗自动切换功能。

3 集中控制中心显示

上位机检测系统有人机交互系统GC-WinMC 系统、矿山生产嵌入式报表系统、矿山生产管理系统三大部分构成。上位机监控系统通过专用的网通通讯协议，实时采集提升机相关数据，通过统计计算与模糊控制理论，对运行参数进行实时分析，根据系统的运行状态，为系统提供先进的预警功能。当故障发生后，通过语音提示及系统故障的优先等级，给维护人员准确的第一故障判断，同时提供给维护人员故障出现的时间、位置、原因，以及相应的处理方案。视频监视系统借用现有视频资源，再根据需要在提升系统重点区域或关键部位增加高清网络摄像头后实时监控画面进行显示。

4 结语

目前，大尹格庄金矿提升机中控制一期工程已经安装完毕，进入运行阶段，实现四台提升机的集中控制，并与前期智慧矿山大数据通讯，实现生产数据和监测数据的检测、优化。该项技术可以全面提升矿山类设备的综合自动化水平，实现矿山行业由人力资源型向经济技术性的发展。为传统矿山向数字化矿山的转变奠定了基础，带来了良好的经济效益和社会效益。