矿井提升机无人值守及远程集中控制技术介绍
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中矿传动技术交流
技术推介
2022年第38期
总第72期
2022年11月07日发布
矿井提升机无人值守及远程集中控制技术介绍
智能控制研发部 刘彬彬
导读：矿井提升机无人值守及远程集中控制技术是我司智能控制研发部长期研究并形成产品的主要工作。近几年，随着“智慧矿山”的逐步推进，矿井提升机智能化控制系统已经成为我司一项核心技术名片，并已成功应用于河南能源城郊煤矿、平煤集团平十矿等众多矿井现场。
2022年8月“矿井提升智能化控制系统”技术已经入选自然资源部《矿产资源节约和综合利用先进适用技术目录（2022版）》。热忱欢迎有矿井智能化控制系统技术需求的客户，来电、来函垂询！
当前矿山主副井运行现状
一、主井运行现状。
目前大多数矿井通过操作装、卸载设备，信号工根据目的水平，将信号发送至井口，再经过井口将信号传至提升机电控系统，司机根据信号进行操作，整个过程均由人工操作进行完成。部分矿井主井提升系统已实现自动控制功能，根据装、卸载信号完成整个提升流程。
二、副井运行现状。
副井一般担负全矿人员、材料和设备的提升任务，包括传动系统、控制系统、信号系统、操车系统等。各个系统通过人工操作才能完成整个系统的提升任务,导致目前矿山副井提升效率低下、操作人员过多等情况。
总体设计方案
结合目前现状，徐州中矿大传动与自动化有限公司设计出了远程故障诊断系统，并提出了主井远程无人化控制、副井多水平“一键式操作、电梯式运行”的
控制策略，实现提升系统无人化全自动运行。
1、基于物联网智能互联型矿井提升机控制系统。
2、在集控中心上位机操作相关按钮，系统首先进行自检。根据自检命令依次启动高压配电装置、低压配电装置、液压制动装置、冷却装置等。自检成功后，待命。当收到提升信号时，提升机自动运行。实现主井远程无人值守自动化控制。流程如下所示：
3、副井通过无线工业局域网、无线充电装置、安全监控机器人、智能信号操车系统、选层、叫罐控制箱、视频监控系统、通讯联络系统、应急广播系统等，最终实现副井“一键式操作、电梯式运行”的控制系统，达到副井远程无人值守自动化控制的目的。
网络结构
总体设计方案的网络结构体系分为3个层次：管理层、控制层、设备层。
一、管理层。
管理层由工控机和WINCC（博途）组成的监控系统。做为最高层，负责整个自动控制系统的管理及决策。当提升系统安全监控正常时，系统就绪后，可通过各水平叫罐控制箱上的选择按钮，实现自动控制。当检修或就地操作时，可监视整个系统的运行状态。
二、控制层。
控制层包括井口信号控制柜、井口信号操作台、各选层的终端设备及安全监控系统等组成。
三、设备层。
设备层是直接面对现场设备的器件，为网络终端的执行机构。由远程I/O、各水平叫罐控制箱，闸间隙监测就地控制箱、叫罐控制箱等。
系统组成及特点
一、系统组成
因主井远程无人值守自动化控制系统只需在就地控制柜增加一台工业交换机，实施过程较为简单， 因此以下仅对副井“一键式操作、电梯式运行”控制系统做较为详细的说明。
二、系统特点
1、罐笼内部电源采用无线自动充电方式进行供电，一用一备。当电池电量低于10%时，自动切换到备用电池，并输出报警信号。
2、采用工业级无线产品，防尘，防震动，防干扰，IP65，天线防护等级为IP67。采用壁装方式，安装方便、快捷。
3、摇台、罐帘门、操车等设备由程序根据工况自行动作，不需要人为操作。精准控制各个环节，减少因人为原因造成的操作失误。
4、提升系统根据罐笼内部选层控制箱、罐笼外部叫罐控制箱上相关按钮操作，程序进行自动选层逻辑判断，根据电梯控制原理确定优先级执行操作。
5、结合视频监控、通讯联络、声光报警、安全光幕、激光雷达等先进的AI设备，最终实现“一键式操作，电梯式运行”的控制要求。
关键环节技术实现
一、无线充电、受电装置
1、充电装置采用非接触式充电，能实现电池充电过程的完全自动化，使用便捷，维护简单。
2、受电装置采用磷酸铁锂电池，使用寿命长，充放电效率高。电池箱内模块采用一用一备方式，极大的提高了供电系统的可靠性。
3、电池采用BMS管理系统，能同时对两套电池进行电芯的实时监控，有完善的过充、过放、过流、短路保护。
二、无线工业局域网
1、通过在井筒内布置工业级无线网络基站，完成主控PLC、各中段信号操车操作台、罐内选层控制箱、罐外叫罐控制器之间信号的稳定传输。
2、无线信号发送端设备防尘，防震动，防干扰，IP65，满足在矿山恶劣工况下稳定工作。
三、安全监控“机器人”
一）其职能主要完成以下几个方面内容：
1、系统兼职操作员身份识别；
2、提升动作安全区间环境监看；
3、摇台、罐帘门、安全门动作确认；
4、罐笼内矿车运行期间状态监测等功能。
二）关键设备及功能。
1、非接触式光电接近开关
采用非接触式光电接近开关，对摇台、罐帘门、安全门、及罐笼位置进行精确检测，检测信号由独立线缆隔离传输，确保信号检测和传输准确、稳定。
2、安全光栅
能够有效检测出进入光幕区域的任何不透明物体，通过CSRMC型安全继电器模块，能将信号输出到主控PLC，参与电动罐帘门控制。
能够进行区域防护等级保护，到各中段操车系统自动运行时，对闯入防护区域的人或物体进行声光语音报警，并参与程序控制。
3、激光雷达扫描仪
采用距离式和壁障式激光雷达扫描仪可实现270°范围、半径20米的二维区域检测和轮廓扫描。当罐笼内矿车在提升过程中出现前后或左右摆动时，超过雷达设定防区后，输出相关信号到主控PLC，参与程序逻辑控制。
可通过计算机设定扫描仪二维区域内防护区域。结合阻车器上安装的非接触器光电感应开关，可综合判断矿车在提升过程中的是否固定牢靠。
4、门禁系统
在叫罐控制器上安装门禁操作面板，当输入密码正确时或刷ID卡后，具有兼职操作员身份的人员才能叫罐，避免不具备操作资质人员随意触发提升系统。
5、RFID射频技术
通过RFID射频技术对进、出罐笼内的人员进行实时监控，能统计罐内总人数、进出罐笼人员身份及时间，可根据人员或时间查询相关记录。
四、智能操显
1、信号、操车控制台
各中段井口的信号、操车控制台内置有西门子PLC，采集安全门、摇台、罐帘门、阻车器等位置检测信号，PLC设置有完善的逻辑控制和闭锁程序，结合提升机运行状态，自动控制液压站对应的各电磁阀。驱动 相应的执行机构如安全门、阻车器等。
2、罐内选层控制箱
放置在罐笼内部，主要配置及功能：
a、设置触摸屏一台，用于显示提升机位置及各种运行、故障信息。
b、设置相关按钮（按钮自带指示灯），用于手动操作运行方式、选层及到位指示等。
3、罐外叫罐控制器
放置在各中段水平井口附近，主要配置及功能：
a、设置触摸屏一台，用于显示提升机位置及各种信息。
b、相关按钮及指示灯，用于手动操作相关设备及状态显示。
c、放置一台密码键盘控制器，用于有相关权限的人员操作。
五、视频监控系统、通联络系统、应急广播系统
放置在各中段水平井口附近及重要场所，主要功能如下：
1、视频监控、声光报警、语音对讲分系统独立设计，系统器件满足现场实际需求。
2、各中段井口、设备室、操作室、罐笼内等按需布置监控摄像头，实时监控现场状况。
3、各水平提升现场、操作室设置足够的有线电话通讯，采用光纤传输，满足各中段与操作室进行通话需求。
通过对整个提升系统实时视频监控，关键部位进行振动、温度趋势分析，在远程集控室设有完善的监控系统，最终实现提升系统的自动化运行，为实现数字化矿山、无人化开采打好基础，满足矿山安全、高效、经济开采的发展要求。
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