Підземні шахтні підйомники щодня переміщують людей і матеріали на тисячі метрів під землею. Ці важкі машини працюють у важких умовах, коли помилки техніки безпеки можуть призвести до серйозних аварій. TheSiemens HMIСистема (Human{0}}Machine Interface) відіграє центральну роль у захисті шахтних підйомників за допомогою двох важливих функцій: захисту від вітру та моніторингу натягу каната. У цій статті пояснюється, якSiemens HMIтехнологія покращує безпеку та надійність дляпідземний шахтний підйомникоперації.
Чому захист від вітру та натяг троса важливі для підземних робіт
Анпідземний шахтний підйомникрухається вгору та вниз по вертикальних валах на високих швидкостях. Перевітрювання відбувається, коли підйомний контейнер переміщується за межі нормальної точки зупинки у верхній або нижній частині шахти. Це може спричинити пошкодження внаслідок зіткнення, обрив мотузки або смертельні травми. Правила безпеки шахт вимагають систем захисту від вітру, які реагують швидше, ніж 0,1 секунди з похибкою позиціонування менше 50 міліметрів.
Дротяні канати несуть повну вагу кліті підйомника та її навантаження. У багато-канатних фрикційних підйомниках нерівномірний натяг між канатами створює надмірне зношування окремих канатів. Відповідно до стандартів безпеки гірничих робіт, різниця натягу будь-якої окремої мотузки від середнього має бути в межах ±10 відсотків. Коли дисбаланс натягу перевищує цю межу, троси можуть лопнути або підйомник може зійти з рейок.
Традиційним аналоговим системам керування важко контролювати ці параметри з достатньою швидкістю та точністю. Сучасні цифрові системи, побудовані навколоSiemens HMIапаратне забезпечення передає-дані в режимі реального часу та автоматичні реакції захисту, які механічні системи не можуть зрівняти.
Siemens HMI: ядро сучасного керування шахтним підйомником
TheSiemens HMIсистема працює з контролерами Siemens S7-400 PLC, щоб сформувати мозок системи безпеки шахтних підйомників. У шафі керування використовується 10,4-дюймовий кольоровий сенсорний дисплей, який у режимі реального часу показує положення підйомника, швидкість, натяг каната та стан сигналізації. Оператори можуть переглядати тенденції живих даних, коригувати параметри захисту та переглядати журнали подій безпосередньо через інтерфейс.
Система використовує подвійний зв’язок Profibus-DP і Ethernet для підключення датчиків, гальм і приводів двигунів. Резервні джерела живлення та резервні модулі ЦП перемикаються менш ніж за 0,3 секунди, якщо основний контролер виходить з ладу. Це резервування гарантує, що система захисту продовжує працювати, навіть якщо один компонент має проблему.
Продуктивність системи захисту від вітру
Функція захисту від вітру використовує як програмний, так і апаратний рівні для безпеки. Програмний-захист від вітру обчислює положення підйомника за допомогою даних кодера з точністю ±0,01 градуса. Коли клітка наближається до кінця вала, система спершу запускає сповільнення, а потім екстрене гальмування, якщо клітка продовжує проходити за точку попередження.
Резервний апаратний захист використовує без{0}}контактні магнітні перемикачі, встановлені в критичних положеннях валу. Ці перемикачі працюють незалежно від програмної системи. Якщо як програмне забезпечення, так і основний апаратний захист виходять з ладу, кінцевий кінцевий вимикач-молотка безпосередньо активує механічне гальмо.
Польові вимірювання показують повнупристрій захисту від вітру для шахтного підйомниказабезпечує час відгуку 0,08 секунди та точність зупинки 32 міліметри. Ця продуктивність відповідає галузевим вимогам безпеки до 0,1 секунди та 50 міліметрів і перевищує їх.
Технологія-моніторингу натягу каната в реальному часі
Theсистема контролю натягу дротувикористовує гідравлічні датчики тиску, встановлені на кожній точці підвіски троса. Ці датчики перетворюють силу натягу мотузки в електричні сигнали з точністю до ±0,5 відсотка повної -шкали. TheSiemens HMIвідображає значення натягу для всіх окремих мотузок одночасно разом із загальним навантаженням і різницею натягу у відсотках.
Система збирає дані про натяг 100 разів на секунду та застосовує цифрову фільтрацію для усунення шуму вібрації від руху підйомника. Ця фільтрація гарантує, що показання відображають фактичну вагу вантажу, а не тимчасові удари від хитання мотузки. Коли будь-яка мотузка показує натяг на 10 відсотків вище або нижче середнього, система запускає звуковий сигнал і може автоматично ініціювати контрольоване уповільнення.
Оператори можуть переглядати графіки тенденцій натягу, які відстежують зміни, коли підйомник рухається від поверхні до дна шахти. Ці дані допомагають командам технічного обслуговування визначати нерівномірний знос мотузки, перш ніж він стане небезпечним.
Результати польових випробувань: приклад шахти глибиною 810 метрів
Комплексне польове випробування було проведено на вугільній шахті глибиною 810- метрів за допомогою фрикційного підйомника з чотирма канатами з масою кліті 8,18 тонни. Тест порівнював показники натягу до та після встановленняSiemens HMIсистема моніторингу та компенсації.
Умови тестування включали:
- Глибина стовбура: 810 метрів
- Кількість підйомних канатів: 4
- Вага хвостового троса: 6,62 кг на метр
- Швидкість підйому: 12 метрів в секунду
- Повна вантажопідйомність: 10 тонн
У положенні пітголова загальне натяг каната становило 154,3 кН до компенсації. Після того, як система застосувала гідравлічне регулювання балансу, загальне натягнення зросло до 184,6 кН, а значення окремих мотузок стали більш рівномірними. До компенсації натяг окремих канатів коливався від 35,8 кН до 40,2 кН - 12,3 відсотка різниці. Після компенсації діапазон звузився до 45,7 кН до 46,8 кН - лише на 2,4 відсотка різниці.
У середині стовбура (глибина 390 метрів) загальний натяг становив 111,2 кН до компенсації та 129,5 кН після компенсації. Дисбаланс напруженості знизився з 11,6% до 3,1%. На дні котловану загальне натяг становив 68,1 кН до і 83,1 кН після компенсації, при цьому дисбаланс покращився з 6,0% до 4,2%.
Ці результати тестів підтверджуютьсистема моніторингу натягу каната за допомогою Siemens HMIзменшує дисбаланс натягу на 65-75 відсотків у всіх положеннях вала.
Стандарти безпеки та надійність системи
Повна система керування та захисту відповідає SIL 3 (Safety Integrity Level 3) згідно зі стандартом IEC 61508. Цей рейтинг означає, що ймовірність відмови системи на вимогу становить менше 1 з 10 000 операцій. Система також відповідає німецьким стандартам TAS для шахтних підйомних систем.
Для шахти Вудсміт у Великій Британії компанія Siemens поставила електричне обладнання для двох канатних підйомників Blair Multi-, що працюють на глибині 1450 метрів нижче рівня моря. Кожен підйомник перевозить 35-тонн корисного навантаження зі швидкістю 18 метрів на секунду за допомогою синхронних двигунів потужністю 9,3 мегават. Працює багатоканальна гальмівна система COBRA01, розроблена спільно з OLKOSiemens HMI для гірничих робітзабезпечити сертифікований захист SIL 3.
Theтехнологія панелі керування шахтним підйомникоммістить вбудовані-діагностичні функції, які постійно перевіряють входи датчиків, вихідні реле та гальмівні схеми. Автоматичні само-тестування виконуються кожні 24 години та реєструють результати для перевірок безпеки. Якщо система виявляє несправність у будь-якому каналі захисту, вона сповіщає операторів і запобігає роботі підйомника, доки проблему не буде усунено.
Основні переваги гірничодобувної діяльності
Шахти, які використовують захист від вітру і моніторинг натягу каната Siemens HMI, мають помітні покращення в трьох основних сферах.
По-перше, значно знижується ризик безпеки. Двошаровий-захист від вітру та безперервний моніторинг натягу зменшують ймовірність обриву троса або зіткнення з валом. Під час 810-метрового випробування на шахті дисбаланс натягу завжди залишався в межах ±10 відсотків нормативного обмеження.
По-друге, зменшуються витрати на обслуговування. Відстежуючи схеми натягу, шахти можуть планувати заміну троса на основі фактичного зносу замість фіксованих інтервалів часу. Рівномірне натягнення подовжує термін служби мотузки на 20-25 відсотків порівняно з незбалансованою роботою.
По-третє, покращується час безвідмовної роботи. Система зменшує незаплановані зупинки, спричинені помилковими тривогами або невідомим станом мотузки. Дані HMI-в режимі реального часу дозволяють операторам швидко налаштовувати, не зупиняючи виробництво для перевірки вручну.
Система безпеки підземного шахтного підйомника з технологією Siemens HMI забезпечує операторам шахти захист і продуктивність. Завдяки точним реагуванням на перепади вітру, точному моніторингу натягу та перевіреній продуктивності ці системи допомагають шахтам працювати безпечно та ефективно на більшій глибині, ніж будь-коли раніше.
