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[摘 要]无人值守数字化提升机控制系统是矿山数字化建设的重要组成部分，此系统通过工业以太网接入数字化矿山系统。该系统中应用了计算机网络技术、通讯技术和传感器技术，以总线热冗余和Profibus-DP现场总线控制为基础组成数字化网络控制系统，硬件设备以数字控制为核心，软件编制以安全高效为基础，采用自适应、自学习等智能控制技术，整个系统安全、可靠、适用、先进。
[关键词]提升机控制系统 无人值守数字化 系统构成 系统特点
中图分类号：TD633 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）47-0355-01
一、提升机控制系统现状分析
1、提升机控制系统的重要性
提升机在矿山的竖井、斜井中广泛应用，提升矿物、升降人员、物料和设备等，是矿井系统设备的咽喉。提升机的安全、高效运行至关重要，要求监控准确、预警及时、调度合理、出现故障时应急措施及时到位。
2、现有提升机控制系统存在的问题
（1）自动化程度不高，人为参与控制较多，对提升机的安全性、稳定性、经济性都有一定影响。
（2）监控系统落后，仅在操作员站有控制权和监视权，企业调度中心没有控制权与监视权，无法及时了解设备状况，进行合理调度和决策。
（3）故障应急手段落后，出现故障需要操作员电话通知企业调度中心报告故障状况，调度中心难以及时准确了解故障情况，导致决策延时或不够合理，可能给企业带来重大损失。
（4）设备工艺参数调整只能在现场操作员站进行，而且要有经验的工程师进行操作，由于矿井分布的特点，在多个设备需要调整工艺参数时，工程师无法及时到达现场，存在设备安全隐患。
（5）各矿井提升机系统相对独立，监控数据分散，不能给企业提供有效的故障分析依据，做不到提前预警，减少安全隐患。
（6） 对机械设备主要部位检测手段不够，留有许多检测盲点，不能对机械设备进行有效保护。
（7） 部分安全检测为机械或模拟量检测，检测精度低，串口通讯方式，抗干扰能力差，通讯不可靠。
二、实现无人值守数字化重点解决的问题和前提条件
1、实现无人值守数字化重点解决的问题
（1）网络问题
A、建立先进、可靠的矿井提升机控制系统集中监控控制终端，实现对企业矿井提升机运行全过程的动态监控、集中管理和统一控制。
B、建立全数字化检测系统，提高数据检测精度。
C、建立企业矿井提升机运行数据库系统，为事故分析、查询提供可靠的依据。
D、建立提升机集中监控系统的WEB方案，实现企业内部网络和Internet网络上授权用户对设备实施运行状况的浏览。
（2）控制系统问题
A、全面、有效的传感器布置，对主机、辅助设备检测保护全面。
B、提升机控制系统要达到完全自动化运行。用软件实现全部功能，减少人为干预。
C、系统设计要完全基于数字化建设的要求，预留网络化接口。
D、硬件选型要先进稳定，软件编制要安全高效。
2、实现无人值守数字化的前提条件
（1）可靠的数字化硬件设备
（2）安全高效的软件环境
（3）畅通安全的网络系统
（4）全面有效的调度通讯网络
（5）清晰稳定的视频监控系统
三、无人值守数字化提升机控制系统构成
1、可靠的数字化硬件设备
随着变流器及PLC的发展，提升机的自动控制技术得到突飞发展，我们的提升机全数字控制系统的基础便是基于数字式变流器和PLC。
（1）数字式变流器所有的开环和闭环驱动控制及通讯功能由 16 位微处理器实现，参数的调整由上位机通过通讯方式或由操作面板上的按键实现，它具有完善的保护系统，性能稳定可靠。
采用数字式变流器供电时，为获得可逆运转特性，以实现四象限调速，一般采用电枢电流换向，励磁电流恒定的方案。所采用的以 PI 调节器为中心双闭环自动调速系统，完全可以满足矿山提升机全自动运行及安全高效的要求。
（2）主控与监控PLC均采用AMD586微处理器，主频为133MHZ，具有一个10/100M以太网卡，2个RJ45接口，通讯卡与CPU集成在一起，通讯速度更快。PLC与分布式子站通讯采用Genius双总线热冗余通讯网络。
Genius总线是专为工业环境中的可靠通讯而设计的其通讯介质为屏蔽双绞线，可避免电子噪声的影响。数据可通过总线以153.6K波特率的速度传输，传送距离长达7500英尺。
（3）主控PLC与监控PLC、可视化人机界面、操作员站之间通过以太网通讯，主控与传动之间采用Profibus-DP总线通讯方式，实现数据交换和实时监控。
2、安全高效的软件环境
软件编制直接关系到整个无人值守数字化提升机控制系统的性能。
主控系统PLC软件实现软硬件控制的无扰切换，即在现场就地操作和企业调度中心操作之间切换没有断续和扰动。运行过程中对人为误操作软件不响应，在就地或者企业调度中心均实现无人参与的自动提升。
數字监控器具有自学习功能，根据实际运行的速度-位置曲线自动生成一条全行程的速度-位置包络线，使提升机运行更加安全可靠。
3、畅通安全的网络系统
（1）系统通讯组网原则
A、现场级设备根据提升机PLC控制系统的实际情况，采用其支持的现场总线，通讯介质采用屏蔽双绞线或者光纤。
B、采用总线数据采集设备，直接在总线网络上，实现数据采集和传输的全数字化。 C、控制级设备或者具有网络功能的现场采集设备采用以太网进行组网，通讯介质采用光纤。
（2）监控系统组态方案
A、采用OPC Server技术实现对不同PLC系统的数据交换。
B、采用全球最领先的HMI/SCADA自动化监控组态软件Intellution iFIX，通过OPC Server技术实现监控计算机对不同PLC系统的统一组态。
C、应用iFIX的Internet客户端解决方案，使用iFIX的IWebServer将iFIX监控画面转换成HTML文件，并通过Web服务器发布。客户端使用标准的Web浏览器就能看到iFIX SCADA上的实时动态数据。
4、全面有效的调度通讯网络
井巷无线泄漏通信系统，可以实现地面与井下、固定与移动、移动与移动的语言、图像、数据沟通。无线漏泄通信系统适用于煤炭、黑色金属、有色金属等矿山井巷及隧道、防空设施、屏蔽建筑等电磁波难于传播的场所的无线通信。在此综合通信平台上，矿山企业可全面了解生产情况，高度处理各种现场状况，提高安全生产效率。利用此网络可以有效调度生产，实现远程井筒检修等。
5、清晰稳定的视频监控系统
对提升机主要设备和工作场所进行电视监控，可以有效的了解设备及现场运行情况。此技术早已推广，不再赘述。
四、无人值守数字化提升机控制系统特点
1、科学的、先进的控制流程
在企业调度中心具有跟现场操作员站同样的控制权和监视权，能够实施集中统一调度和控制。
2、设备实时运行数据库系统
企业调度中心通过实时数据趋势图和分析图，能实时在线了解整个企业提升机系统状况，易于提前发现问题、解决问题，实现快速的应急措施，合理决策。
3、简单的工艺参数调整流程
工程师在调度中心或者网络上任意一台授权工程师站即可实现设备的工艺参数设置与调整，实现系统的升级维护。
4、全数字化系统
抗干扰能力强，通讯可靠。
5、更高的安全性和可靠性
只要增加OPC Server以及iFIX Server服务器，即可实现双机冗余监控系统，增强监控系统的安全、可靠性。
6、方便接入企业ERP系统，为企业资源优化提供更多信息。
结束语
“无人值守数字化提升机控制系统”结合数字化矿山网络建设，能全面掌握矿井提升机运行状况，对异常状况进行报警，对紧急状况进行自动处理，实现了异地控制、自动运行、信息共享和WEB服务。通过对历史和实时数據的分析处理可实现科学化管理。
该系统可以对传统控制方式提升机进行升级改造，对提高设备效率、降低生产维护成本、减轻工人劳动强度、减少安全隐患、节能降耗等方面可获得巨大的经济效益和社会效益。
[关键词]提升机控制系统 无人值守数字化 系统构成 系统特点
中图分类号：TD633 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）47-0355-01
一、提升机控制系统现状分析
1、提升机控制系统的重要性
提升机在矿山的竖井、斜井中广泛应用，提升矿物、升降人员、物料和设备等，是矿井系统设备的咽喉。提升机的安全、高效运行至关重要，要求监控准确、预警及时、调度合理、出现故障时应急措施及时到位。
2、现有提升机控制系统存在的问题
（1）自动化程度不高，人为参与控制较多，对提升机的安全性、稳定性、经济性都有一定影响。
（2）监控系统落后，仅在操作员站有控制权和监视权，企业调度中心没有控制权与监视权，无法及时了解设备状况，进行合理调度和决策。
（3）故障应急手段落后，出现故障需要操作员电话通知企业调度中心报告故障状况，调度中心难以及时准确了解故障情况，导致决策延时或不够合理，可能给企业带来重大损失。
（4）设备工艺参数调整只能在现场操作员站进行，而且要有经验的工程师进行操作，由于矿井分布的特点，在多个设备需要调整工艺参数时，工程师无法及时到达现场，存在设备安全隐患。
（5）各矿井提升机系统相对独立，监控数据分散，不能给企业提供有效的故障分析依据，做不到提前预警，减少安全隐患。
（6） 对机械设备主要部位检测手段不够，留有许多检测盲点，不能对机械设备进行有效保护。
（7） 部分安全检测为机械或模拟量检测，检测精度低，串口通讯方式，抗干扰能力差，通讯不可靠。
二、实现无人值守数字化重点解决的问题和前提条件
1、实现无人值守数字化重点解决的问题
（1）网络问题
A、建立先进、可靠的矿井提升机控制系统集中监控控制终端，实现对企业矿井提升机运行全过程的动态监控、集中管理和统一控制。
B、建立全数字化检测系统，提高数据检测精度。
C、建立企业矿井提升机运行数据库系统，为事故分析、查询提供可靠的依据。
D、建立提升机集中监控系统的WEB方案，实现企业内部网络和Internet网络上授权用户对设备实施运行状况的浏览。
（2）控制系统问题
A、全面、有效的传感器布置，对主机、辅助设备检测保护全面。
B、提升机控制系统要达到完全自动化运行。用软件实现全部功能，减少人为干预。
C、系统设计要完全基于数字化建设的要求，预留网络化接口。
D、硬件选型要先进稳定，软件编制要安全高效。
2、实现无人值守数字化的前提条件
（1）可靠的数字化硬件设备
（2）安全高效的软件环境
（3）畅通安全的网络系统
（4）全面有效的调度通讯网络
（5）清晰稳定的视频监控系统
三、无人值守数字化提升机控制系统构成
1、可靠的数字化硬件设备
随着变流器及PLC的发展，提升机的自动控制技术得到突飞发展，我们的提升机全数字控制系统的基础便是基于数字式变流器和PLC。
（1）数字式变流器所有的开环和闭环驱动控制及通讯功能由 16 位微处理器实现，参数的调整由上位机通过通讯方式或由操作面板上的按键实现，它具有完善的保护系统，性能稳定可靠。
采用数字式变流器供电时，为获得可逆运转特性，以实现四象限调速，一般采用电枢电流换向，励磁电流恒定的方案。所采用的以 PI 调节器为中心双闭环自动调速系统，完全可以满足矿山提升机全自动运行及安全高效的要求。
（2）主控与监控PLC均采用AMD586微处理器，主频为133MHZ，具有一个10/100M以太网卡，2个RJ45接口，通讯卡与CPU集成在一起，通讯速度更快。PLC与分布式子站通讯采用Genius双总线热冗余通讯网络。
Genius总线是专为工业环境中的可靠通讯而设计的其通讯介质为屏蔽双绞线，可避免电子噪声的影响。数据可通过总线以153.6K波特率的速度传输，传送距离长达7500英尺。
（3）主控PLC与监控PLC、可视化人机界面、操作员站之间通过以太网通讯，主控与传动之间采用Profibus-DP总线通讯方式，实现数据交换和实时监控。
2、安全高效的软件环境
软件编制直接关系到整个无人值守数字化提升机控制系统的性能。
主控系统PLC软件实现软硬件控制的无扰切换，即在现场就地操作和企业调度中心操作之间切换没有断续和扰动。运行过程中对人为误操作软件不响应，在就地或者企业调度中心均实现无人参与的自动提升。
數字监控器具有自学习功能，根据实际运行的速度-位置曲线自动生成一条全行程的速度-位置包络线，使提升机运行更加安全可靠。
3、畅通安全的网络系统
（1）系统通讯组网原则
A、现场级设备根据提升机PLC控制系统的实际情况，采用其支持的现场总线，通讯介质采用屏蔽双绞线或者光纤。
B、采用总线数据采集设备，直接在总线网络上，实现数据采集和传输的全数字化。 C、控制级设备或者具有网络功能的现场采集设备采用以太网进行组网，通讯介质采用光纤。
（2）监控系统组态方案
A、采用OPC Server技术实现对不同PLC系统的数据交换。
B、采用全球最领先的HMI/SCADA自动化监控组态软件Intellution iFIX，通过OPC Server技术实现监控计算机对不同PLC系统的统一组态。
C、应用iFIX的Internet客户端解决方案，使用iFIX的IWebServer将iFIX监控画面转换成HTML文件，并通过Web服务器发布。客户端使用标准的Web浏览器就能看到iFIX SCADA上的实时动态数据。
4、全面有效的调度通讯网络
井巷无线泄漏通信系统，可以实现地面与井下、固定与移动、移动与移动的语言、图像、数据沟通。无线漏泄通信系统适用于煤炭、黑色金属、有色金属等矿山井巷及隧道、防空设施、屏蔽建筑等电磁波难于传播的场所的无线通信。在此综合通信平台上，矿山企业可全面了解生产情况，高度处理各种现场状况，提高安全生产效率。利用此网络可以有效调度生产，实现远程井筒检修等。
5、清晰稳定的视频监控系统
对提升机主要设备和工作场所进行电视监控，可以有效的了解设备及现场运行情况。此技术早已推广，不再赘述。
四、无人值守数字化提升机控制系统特点
1、科学的、先进的控制流程
在企业调度中心具有跟现场操作员站同样的控制权和监视权，能够实施集中统一调度和控制。
2、设备实时运行数据库系统
企业调度中心通过实时数据趋势图和分析图，能实时在线了解整个企业提升机系统状况，易于提前发现问题、解决问题，实现快速的应急措施，合理决策。
3、简单的工艺参数调整流程
工程师在调度中心或者网络上任意一台授权工程师站即可实现设备的工艺参数设置与调整，实现系统的升级维护。
4、全数字化系统
抗干扰能力强，通讯可靠。
5、更高的安全性和可靠性
只要增加OPC Server以及iFIX Server服务器，即可实现双机冗余监控系统，增强监控系统的安全、可靠性。
6、方便接入企业ERP系统，为企业资源优化提供更多信息。
结束语
“无人值守数字化提升机控制系统”结合数字化矿山网络建设，能全面掌握矿井提升机运行状况，对异常状况进行报警，对紧急状况进行自动处理，实现了异地控制、自动运行、信息共享和WEB服务。通过对历史和实时数據的分析处理可实现科学化管理。
该系统可以对传统控制方式提升机进行升级改造，对提高设备效率、降低生产维护成本、减轻工人劳动强度、减少安全隐患、节能降耗等方面可获得巨大的经济效益和社会效益。