二道沟黄金矿业提升机无人值守控制系统的应用

高贺朗

摘  要：2016年中国黄金集团公司开展了“机械化换人、自动化减人”的专项行动。要求提升集团公司权属矿山企业生产作业机械化、自动化水平，有效减少高危作业场所作业人员。其中特别针对井下大型固定设施实现无人值守控制系统。辽宁二道沟黄金矿业有限责任公司响应集团公司号召对新盲竖井提升机进行了无人值守控制系统的改造。投入运行后，提升机运行效率取得了较大提高，实现了减员增产的预期目标。

关键词：提升机;无人值守;PLC;自动化控制

中图分类号：TD534        文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）20-0161-02

Abstract： In 2016， China Gold Group launched a special campaign of "replacing and reducing staff by machine and automation". It is required to enhance the level of mechanization and automation of production operations in mining enterprises owned by the group， and effectively reduce the number of workers in high-risk workplaces. Among them， the unattended control system is realized especially for the large-scale underground fixed facilities. Liaoning Erdaogou Gold Mining Co.， Ltd. responded to the group's call to transform the unattended control system of the new blind shaft hoist. After putting into operation， the operation efficiency of the hoist has been greatly improved， and the expected goal of reducing staff and increasing production has been achieved.

Keywords： hoist; unattended; PLC; automatic control

引言

矿井提升机是矿山生产建设的咽喉设备。在人力成本逐年上升、节能减排的要求日益严苛的情况下，如何提高提升机的运行效率是矿山企业面临的重要课题。对现有提升机电控系统进行改造提高自动化运行水平，无疑是一条投资少见效快的捷径。

二道沟黄金矿业位于辽宁省北票市，新盲竖井塔式多绳摩擦式提升机担负该企业扩大产能，提高效益的重要任务。其提升方式为箕斗罐笼混合提升，改造前只能手动操作且经常面临箕斗矿石提升和人员运输的频繁切换，提升效率低，对力能源消耗严重。电控系统改造迫在眉睫。

1 提升机电控系统改造方案说明

在保证系统稳定性和降低改造成本的前提下，对电控系统的改造基于硬件和软件两方面。即对原电控系统的PLC程序重新编程，通过算法实现电控系统的全自动运行;增加提升信号系统、箕斗定重装载控制系统、提升机综合监控系统、无人值守控制台、相關传感器等硬件设施。

1.1 原设备基本数据（见表1）

1.2 硬件改造方案说明

为实现远程对提升机机械设备、电气设备运行状态的实时监控及提升机远程操控。在硬件上采取以下改造措施：a.提升机硐室内安装提升机综合监控系统，配套烟雾报警器、闸瓦间隙传感器、安装于提升机及附属设备的温度传感器以及电动泄油阀台。基于传感器信号，综合监控系统获取提升机硐室及提升机、主电动机的相关状态数据通过网络通信将相关信息发送到提升机电控系统的主控PLC。b.各中段安装中段信号箱，及罐笼到位传感器、锁罐开关、安全门电磁锁、安全门检测传感器。c.设置井口信号房并安装无人值守控制台，能够对提升机及其附属设备、提升机房内设备运行状态进行监控，也能够在井口远程操控提升机。d.安装箕斗定重装载控制系统，安装控制台、配套称重传感器及皮带跑偏开关、机械到位传感器等。

提升机主电控系统作为通信主站、提升机综合监控系统、提升信号系统、箕斗定重装载制系统均作为子站，通过Profinet网络通信，构成统一整体，同时通过网络交换，各项数据及控制参数传输至无人值守控制台，实现对提升机的远程智能控制。[1]

1.2.1 提升机房综合监控系统

系统以西门子S7-1200PLC作为控制核心，配套触摸屏作为上位监控显示。系统具备以下子系统功能：a.火灾报警监测：在1#、2#箱式变、高压开关柜、低压电源柜、PLC控制柜、1#、2#传动柜、控制室、提升机顶部安装烟雾报警器，对提升机硐室全方位监控。b.温度监测：指对提升机轴承、主电动机轴承及绕组、液压站油箱、润滑站油箱、制动闸盘温度监测。c.闸瓦间隙监测：在盘形制动器上安装非接触式位移传感器，有效测量行程为8mm，精度达0.02mm。精确记录闸瓦与制动闸盘的间隙;另配备一个位移传感器，用于测量制动闸盘偏摆幅值。

1.2.2 提升机信号系统

信号系统由中段信号箱、罐笼到位传感器、锁罐开关、电磁锁、安全门监测开关构成。其基于Profinet通讯总线技术与提升机主控系统构成了一体的网络化PLC控制系统。可交换数据量大，交换速度快。能够将提升去向、方向、提升类别、各中段到位传感器信号、各中段安全门状态、锁罐状态等信号传输至主控系统。

1.2.3 箕斗定重装载控制系统

装载控制系统包含：装载控制台、皮带跑偏开关、称重传感器、计量斗闸门开关到位传感器溜嘴开关到位传感器、振动放矿机闸门开关到位传感器。

系统安装调试后，实现了箕斗定重装载的检修、手动、自动操作。用在自动操作时，可实现装载无人值守，与提升机控制系统联动，自动发出开车、停车信号。[2]

1.2.4 无人值守控制台

无人值守控制台内安装有ET200M远程IO站，与提升机主控系统通过Profinet通讯协议实现对提升机的远程集中监控和控制功能。控制台上面板安装有大小两个触摸屏，用以提供动态的提升机远程监控画面，包括：箕斗和罐笼的位置、速度数据、主电动机电枢电流、励磁电流等提升机实时运行数据;另外具有参数设置、信号系统、车房状态、箕斗装载、故障诊断、故障记录等子画面。

1.3 软件改造说明

为适用于提升机的无人值守控制，必须重新编写PLC系统程序。针对此次改造项目，编程需要考虑两方面：一是兼容原提升机电控系统硬件;二是针对矿井的深度、提升机运行速度、提升类别、客户使用要求来定制应用功能。

1.3.1 PLC控制系统硬件概述

控制系统硬件由前文所述各子系统的PLC、光纤交换机、路由器等构成，如图1。PLC之间通过Pofinet通讯总线协议以光纤为介质实现网络通信。[3]

1.3.2 提升机无人值守控制系统程序说明

系统程序划分三部分：a.主控程序。运行于硐室控制台内的主从CPU内，是提升机全自动运行控制的核心程序，通过接收来自提升机综合监控系统、信号系统的数据，可以实现故障判断、报警，同时能够自动采取提升机减速制动、紧急制动等操作;根据井口无人值守控制台发来的去向、提升类别信息自动判断运行方向、自动设置运行速度、生成提升机运行速度包络线。罐笼（箕斗）到达目的地，自动减速爬行，并精确停车。b.提升信号联锁程序。运行于无人值守控制台的PLC内。实现信号的转发、直发、集中控制、箕斗罐笼提升类别切换、发出罐笼箕斗去向信号等功能。c.定重装载控制程序。这部分程序运行于装载控制台的PLC内，具有装载称重显示、与提升信号系统通讯、箕斗装载检修、手动、自动的装载控制功能。

2 提升机无人值守控制系统应用效果及经济性分析

2.1 使用效果

系统改造完成，经过调试运行。可实现提升机硐室及定重装载站无人值守的自动运行。

在箕斗提升模式下，装载站自动装矿，称重检测到达装矿重量，停止装矿，机械联锁到位后，自动发出提升信号，提升机自动提升至卸矿位置;箕斗卸载到位后，装载站发出下放信号，提升机自动下放至装矿位置。罐笼运行时，中段操作工通过中段信号箱发出去向位置和开车信号，经井口信号工确认转发后，提升机自动运行，到达去向位置自动减速停车。

改造后的控制系统基于网络通信，有效的减少了设备之间的接线，简化了控制回路，设备维护人员通过上位监控系统可以对设备运行状况进行诊断，降低了日常维修难度。

2.2 经济性分析

系统改造后，在自动运行模式下，有效的提高了日提升循环数，提高了日产量，箕斗提升日产量增产达30%。将原绞车司机岗位取消保留信号工岗位，原绞车司机岗位两个班组每班两人，每日工资4000元，预计每年可节省工资19.2万元。

3 结束语

提升机无人值守控制系统是工业3.0自动化技术的典型应用，提高了设备运行的效率、增加了产量，实现了节能减排、减员增效的效果。在此基础上，未来结合工业4.0网络云技术，可以实现矿井提升机的远程诊断、数据分析功能。通过对提升机设备运行大数据的云分析，可以实现设备应用、故障处理的合理分析。为企业进一步提高生产效率、提高产能、降低能源消耗奠定基础。

中国黄金集团辽宁二道沟黄金矿业有限责任公司对竖井提升机无人值守控制系统的改造达到了预期的效果，改造后提高了生产效率、减轻了工人劳动强度，同时优化了人员编制，真正实现了降本增效，安全生产的目标。

参考文献：

[1]王鹏.恒源煤矿主井提升机无人值守智能监控系统的研究和应用[J].能源技术与管理，2018（43）：134-135.

[2]王新，郭俊.一种可控箕斗定量装载设备的设计与应用[J].煤矿开采，2018（8）：36-38，24.

[3]崔堅，等.西门子工业网络通信指南（下册）[M].北京：机械工业出版社，2005，199-222.