王建林    戚力林

（河北钢铁集团矿业有限公司庙沟铁矿  河北 秦皇岛 066000）

摘要：随着自动化技术的发展和普及，地下矿开采提升系统自动控制技术已经日趋成熟，矿井提升机自动控制已经成为一种趋势。庙沟铁矿副井提升系统增加一套计算机远程控制系统，对提升系统的运行控制、监视、数据和资料进行管理，实现提升机“电梯式”运行。

关键词：自动化减人；地下开采；电梯式；无人值守

0  引言

近几年来，我国科学技术和网络技术不断取得进步，地下矿开采系统自动化技术也得到了飞速发展。自动化技术应用成为推动金属矿山开采新技术革命，“机械化换人、自动化减人”有效破解安全生产难题。

庙沟铁矿地下矿提升系统实现“电梯式”运行，就要充分利用国内外先进的自动化技术、计算机和网络技术，进一步优化提升系统，通过井口、井下及监控系统之间的数据传输，提升信号系统在硬件和软件与提升机控制系统互为闭锁。实现地下矿副井提升系统“电梯式”无人值守控制系统。实现庙沟地下矿生产少人、局部无人值守，达到安全生产及减员增效的目标，为企业带来较大的经济效益和社会效益。

1  庙沟铁矿提升系统“电梯式”运行项目研究内容

1.1  提升机“电梯式”运行系统组成

全自动（“电梯式”无人值守）、半自动、手动、验绳、检修操作方式，同时具有操车系统监控功能，形成闭锁系统。

1.2  信号系统集成

“电梯式”无人值守信号系统主要由井口信号、各水平信号以及罐笼信号等三大系统组成。井口信号、井下信号及监控系统的数据集中到井口控制中心，提升机信号系统与提升机控制系统互为闭锁。信号系统采用先进PLC和远程I/O单元构成，通过分布式总线，以无线网关或光纤连接以便灵活调整和扩展，网络为环网形式，任意段通讯系统意外中断时，系统报警并通过环网切换，避免全系统停车。

提升任务及种类：提物（矿石、材料、设备），提人，特运；验绳及检修，对罐（慢上，慢下）。矿井提升信号系统在各分水平设有独立信号台，能够满足对水平运行的要求，各水平信号发至地面控制系统，并在井口信号室、井下信号室、罐笼有数字显示与音响提示，各中段信号间要有“可直接语音通话”功能等。

罐笼内部包括充电装置、无线视频监控装置、无线语音对讲装置、选层装置、照明等。罐笼内部设有无线基站，选用工业级无线网络交换机构建无线网络子系统，副井各水平设有水平基站，罐笼和基站之间实时通讯和数据交换，实现稳定可靠的分布式网络控制和统一管理。

矿井提升系统的可编程控制器采用千兆以太网交换机进行通讯，交换机需采用2光8电交换机，能够实现环网冗余。

矿井提升机的控制系统采用ABB公司的ACS880系列原装交直变频柜，能够满足提升机四象限运行控制要求。

2  控制系统构成

2.1  PLC选型及控制方式

本系统采用西门子公司新研发的S7-1500系列产品，保证提升机控制系统和监视系统具有很高的可靠性。

本设计的矿井提升机“电梯式”运行采用2台PLC，分别完成提升机的工艺控制及监控任务。其中1台PLC起主控作用，另1台PLC起监控作用，虽然2台PLC承担不同任务，但都具有对提升机运行的安全监控功能，因而本系统具有双重监控功能，构成高安全可靠提升系统。

主控PLC主要负责采集提升机的提升机行程信号、操作联锁信号、闸控信号和井筒信号联络等信号，同时具有完善的监控功能，能够及时显示重要故障、报警等。监控PLC的作用是实时监视提升机运行状态，从而保证提升机安全可靠运行。

主控、监控PLC都能够同时完整的监视提升机控制系统，构成了提升机的多重监控功能，极大地提高了提升机的安全性和可靠性。

提升机自动控制系统配有以太网和Profibus DP总线，本系统能够随时根据需要进行扩展，并且能够具备远程控制功能。

2.2  CPU选型

主控PLC采用CPU1516-2PN/DP处理器模板,主要负责采集操作、检查信号以及操作和连锁逻辑控制功能。监控PLC采用CPU1516-2PN/DP处理器模板，具有通讯接口及计数器,完成监控功能、通讯、位置、速度检测。所有处理器模板都具有Profibus DP和以太网通讯接口，可与矿区管理网络联网，实现远程监视及控制。

2.3  提升机控制方式

庙沟铁矿提升机“电梯式”运行控制系统采用以太网络和PROFIBUS DP现场总线方式网络构成。以太网络将操作员站和所有PLC联网（包括主控PLC、监控PLC、信号系统）,操作员站通过以太网与PLC进行数据采集，将各系统设备运行状态在画面上显示和记录。PROFIBUS DP现场总线负责连接主控、监控可编程控制器、I/O站及传动装置，实现对各系统的控制和信号通信。

2.4  提升信号系统

“电梯式”提升机信号系统要严格按照国家标准《竖井罐笼提升信号系统安全技术要求》（GB16541）进行设计。在副井的井口、井底分别设置1台信号台，在控制机房设有显示屏。信号设备选用防潮、防水的防护型等级，信号显示柜安装在各井口的绞车房内。通信网络采用铠装屏蔽光缆连接，提高系统可靠性，避免电磁干扰。信号系统与操车系统之间的联锁信号能够实现对接，提升信号系统配置一套备用系统，备用系统只能发出“紧停”、“上提”、“下放”、“停车”、四个声光信号。提升机信号系统分为主信号和备用信号，两套系统互为备用，在运行过程中如果主信号出现故障可在绞车房直接转换到备用信号，备用信号是一套简易的信号，各个水平均能直接发开车信号，但先发有效，任何时候停车信号在各水平都是直接发送，开车信号均由上井口转发，在上井口和绞车房能显示开车信号的声、光、数码和水平显示。

2.5  UPS电源

为确保自动化控制系统的正常运行及故障信息记录，提升机配置一台UPS不间断电源装置，可有效防止电网电源波动时对操作控制系统的干扰。UPS规格为3kVA，10分钟后备。

2.6  检测设备

采用3台编码器，分别安装在电动机和导向轮上，以满足传动系统、自动化系统对提升机速度、位置检测及监视的需要。2台安装于电动机轴上，检测信号分别连接于传动装置和PLC装置。1台安装于导向轮上，信号连接于PLC装置。井筒开关分别设置水平、同步、减速、2m/s限速等开关，开关的数量设计必须能够满足提升系统实际要求。设置磁钢2只，可以采用国产一线品牌，因为井筒环境比较潮湿，要求磁钢具有较好的防水密封性能，具备更高的高防护等级，同时提升系统根据需要设置机械限位开关2台，确保提升系统的安全。

2.7  轴承及电机温度检测

提升机电机绕组和轴承安装温度检测装置，温度检测装置采用Pt100铂热电阻，温度变化通过热电阻提供4-20ma电流信号接入PLC系统。对电机温度温度进行监视，对超温故障进行声光报警，并与提升机控制系统进行闭锁。

2.8  安全保护

为确保矿井提升的安全运行，电控系统采用三重化的安全回路，利用继电器构成的硬件安全回路，同时在两台PLC内部各有软件安全回路，各安全回路共同作用，实现安全回路的冗余保护，确保提升机的安全运行，硬件安全回路应由两个并联的执行继电器同时动作完成。

3  结语

庙沟铁矿提升系统实现“电梯式”运行后，增加一套计算机远程控制系统，本系统主要对提升系统的运行控制、监视、数据和资料进行管理，操作画面采用西门子WinCC。操作站通过网络采集PLC的过程数据，以图文方式在彩色监视器上显示，实现对具体生产过程实时监视、监控、报警以及记录。

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