Maanalaiset kaivosnostimet siirtävät ihmisiä ja materiaaleja tuhansia metrejä maan alle joka päivä. Nämä raskaat koneet toimivat ankarissa olosuhteissa, joissa turvallisuusvirheet voivat johtaa vakaviin onnettomuuksiin. TheSiemens HMI(Human{0}}Machine Interface) -järjestelmällä on keskeinen rooli kaivosnostimien suojaamisessa kahden tärkeän toiminnon kautta: tuulensuojan ja köyden kireyden valvonnan. Tämä artikkeli selittää, mitenSiemens HMItekniikka parantaa turvallisuutta ja luotettavuuttamaanalainen kaivosnostintoiminnot.
Miksi tuulensuoja ja köyden kireys ovat tärkeitä maanalaisessa kaivostoiminnassa
Anmaanalainen kaivosnostinkulkee ylös ja alas pystyakseleilla suurilla nopeuksilla. Ylituuli tapahtuu, kun nosturikontti siirtyy normaalin pysähtymispisteensä ohi akselin ylä- tai alaosassa. Tämä voi aiheuttaa törmäysvaurioita, köyden katkeamista tai hengenvaarallisia vammoja. Kaivosten turvallisuussäännöt edellyttävät ylituulensuojajärjestelmiä, jotka reagoivat nopeammin kuin 0,1 sekuntia paikannusvirheen ollessa alle 50 millimetriä.
Vaijerivaijerit kantavat nostokorin ja sen kuorman täyden painon. Moniköysisissä kitkanostimissa köysien epätasainen jännitys aiheuttaa liiallista kulumista yksittäisiin köysiin. Kaivosturvastandardien mukaan yksittäisen köyden ja keskiarvon välisen jännityseron tulee pysyä ±10 prosentin sisällä. Kun jännitysepätasapaino ylittää tämän rajan, köydet voivat katketa tai nostin voi suistua raiteilta.
Perinteiset analogiset ohjausjärjestelmät eivät pysty valvomaan näitä parametreja riittävän nopeasti ja tarkasti. Nykyaikaiset digitaaliset järjestelmät rakennettu ympärilleSiemens HMIlaitteisto toimittaa reaaliaikaisia{0}}tietoja ja automaattisia suojausvastauksia, joita mekaaniset järjestelmät eivät pysty vastaamaan.
Siemens HMI: Modernin kaivosnostinohjaimen ydin
TheSiemens HMIjärjestelmä toimii Siemens S7-400 PLC -ohjaimien kanssa muodostaen kaivosnostimen turvajärjestelmän aivot. Ohjauskaappi käyttää 10,4 tuuman värillistä kosketusnäyttöä, joka näyttää nostimen asennon, nopeuden, köyden kireyden ja hälytyksen tilan reaaliajassa. Operaattorit voivat tarkastella reaaliaikaisia datatrendejä, säätää suojausparametreja ja tarkastella tapahtumalokeja suoraan käyttöliittymän kautta.
Järjestelmä käyttää Profibus{0}}DP- ja Ethernet-kaksoistietoliikennettä anturien, jarrujen ja moottorikäyttöjen yhdistämiseen. Redundantit virtalähteet ja CPU-varamoduulit kytkeytyvät alle 0,3 sekunnissa, jos pääohjain epäonnistuu. Tämä redundanssi varmistaa, että suojajärjestelmä pysyy toiminnassa, vaikka yhdessä komponentissa on ongelma.
Tuulensuojajärjestelmän suorituskyky
Tuulensuojatoiminto käyttää sekä ohjelmisto- että laitteistokerroksia turvallisuuden takaamiseksi. Ohjelmistopohjainen tuulensuojaus- laskee nostimen asennon käyttämällä enkooderin tietoja ±0,01 asteen tarkkuudella. Kun häkki lähestyy akselin päätä, järjestelmä laukaisee ensin hidastuksen ja sitten hätäjarrutuksen, jos häkki jatkuu varoituspisteen ohi.
Laitteiston varmistussuojaus käyttää kontaktittomia{0}}magneettikytkimiä, jotka on asennettu kriittisiin akselin asentoihin. Nämä kytkimet toimivat ohjelmistojärjestelmästä riippumatta. Jos sekä ohjelmisto että ensisijainen laitteistosuojaus epäonnistuvat, viimeinen paino{3}}vasararajakytkin aktivoi mekaanisen jarrun suoraan.
Kenttämittaukset näyttävät täydellisentuulensuoja kaivosnostimeensaavuttaa 0,08 sekunnin vasteajan ja 32 millimetrin pysäytystarkkuuden. Tämä suorituskyky täyttää ja ylittää alan 0,1 sekunnin ja 50 millimetrin turvallisuusvaatimukset.
Reaaliaikainen{0}}köyden kireyden valvontatekniikka
Thevaijerin kireyden valvontajärjestelmäkäyttää hydraulisia paineantureita, jotka on asennettu jokaiseen köyden ripustuskohtaan. Nämä anturit muuttavat köyden jännitysvoiman sähköisiksi signaaleiksi ±0,5 prosentin täyden asteikon tarkkuudella. TheSiemens HMInäyttää kaikkien yksittäisten köysien jännitysarvot samanaikaisesti sekä kokonaiskuormituksen ja jännityseron prosentit.
Järjestelmä ottaa näytteitä jännitystiedoista 100 kertaa sekunnissa ja käyttää digitaalista suodatusta nostimen liikkeen aiheuttaman tärinääänen poistamiseksi. Tämä suodatus varmistaa, että lukemat heijastavat todellista kuorman painoa, eivät köyden heilahtelun aiheuttamaa tilapäistä iskua. Kun jokin köysi jännittää 10 prosenttia keskiarvon ylä- tai alapuolella, järjestelmä laukaisee äänihälytyksen ja voi käynnistää hallitun hidastuksen automaattisesti.
Käyttäjät voivat tarkastella jännitystrendikaavioita, jotka seuraavat muutoksia nostimen siirtyessä pinnalta akselin pohjalle. Nämä tiedot auttavat huoltotiimiä tunnistamaan epätasaisen köyden kulumisen ennen kuin siitä tulee vaarallista.
Kenttätestin tulokset: 810 metrin syvän kaivostapaustutkimus
Kattava kenttäkoe suoritettiin 810 - metriä syvässä hiilikaivoksessa neliköysisellä kitkanostimella, jonka häkkimassa oli 8,18 tonnia. Testissä verrattiin jännityslukemia ennen asennusta ja sen jälkeenSiemens HMIseuranta- ja korvausjärjestelmä.
Testiehdot sisälsivät:
- Kuilun syvyys: 810 metriä
- Nostoköysien lukumäärä: 4
- Hännän köyden paino: 6,62 kg/metri
- Nostonopeus: 12 metriä sekunnissa
- Täysi hyötykuorma: 10 tonnia
Kaivonpään asennossa köyden kokonaisjännitys oli 154,3 kN ennen kompensaatiota. Järjestelmän hydraulisen tasapainon säädön jälkeen kokonaisjännitys nousi 184,6 kN:iin ja yksittäisten köysien arvot muuttuivat paljon tasaisemmiksi. Ennen kompensaatiota yksittäisten köysien kireys vaihteli välillä 35,8 kN - 40,2 kN - 12,3 prosentin ero. Kompensoinnin jälkeen vaihteluväli kaveni 45,7 kN:iin 46,8 kN:iin - vain 2,4 prosentin erolla.
Akselin keskellä (390 metrin syvyydessä) kokonaisjännitys mitattiin 111,2 kN ennen kompensointia ja 129,5 kN kompensoinnin jälkeen. Jännitetasapaino putosi 11,6 prosentista 3,1 prosenttiin. Kaivon pohjalla kokonaisjännitys oli 68,1 kN ennen kompensointia ja 83,1 kN sen jälkeen, ja epätasapaino parani 6,0 prosentista 4,2 prosenttiin.
Nämä testitulokset todistavatköyden kireyden valvontajärjestelmä Siemens HMI:llävähentää jännitysepätasapainoa 65-75 prosenttia kaikissa akselin asennoissa.
Turvallisuusstandardit ja järjestelmän luotettavuus
Täydellinen ohjaus- ja suojajärjestelmä täyttää SIL 3 (Safety Integrity Level 3) standardin IEC 61508 mukaisesti. Tämä luokitus tarkoittaa, että järjestelmän epäonnistumisen todennäköisyys on alle 1/10 000 toimintoa. Järjestelmä noudattaa myös saksalaisia TAS-standardeja akselinostojärjestelmille.
Siemens toimitti Woodsmithin kaivokselle Yhdistyneessä kuningaskunnassa sähkölaitteet kahdelle Blair Multi{0}}köysinostimelle, jotka toimivat 1 450 metriä merenpinnan alapuolella. Jokainen nostin kantaa 35 -tonnia hyötykuormaa 18 metriä sekunnissa käyttämällä 9,3 megawatin synkronimoottoreita. Yhdessä OLKO:n kanssa kehitetty monikanavainen COBRA01-jarrujärjestelmä toimiiSiemens HMI kaivostoimintaantoimittaa SIL 3 -sertifioidun suojan.
Thekaivosnostimen ohjauspaneelitekniikkasisältää sisäänrakennetut{0}}diagnostiikkatoiminnot, jotka testaavat jatkuvasti anturituloja, lähtöreleitä ja jarrupiirejä. Automaattiset itse-testit suoritetaan 24 tunnin välein ja kirjaavat tulokset turvallisuustarkastuksia varten. Jos järjestelmä havaitsee vian jossakin suojauskanavassa, se varoittaa käyttäjiä ja estää nostimen toiminnan, kunnes ongelma on korjattu.
Kaivostoiminnan tärkeimmät edut
Siemens HMI:n ylituulensuojaa ja köyden kireyden valvontaa käyttävät kaivokset näkevät mitattavissa olevia parannuksia kolmella pääalueella.
Ensinnäkin turvallisuusriski pienenee merkittävästi. Kaksikerroksinen-ylituulensuoja ja jatkuva jännityksen valvonta vähentävät köyden katkeamisen tai akselin törmäysonnettomuuksien mahdollisuutta. 810 metrin kaivostestissä jännitysepätasapaino pysyi koko ajan reilusti ±10 prosentin säädösrajan sisällä.
Toiseksi ylläpitokustannukset laskevat. Seuraamalla jännityskuvioita miinat voivat ajoittaa köyden vaihdon todellisen kulumisen perusteella kiinteiden aikaväleiden sijaan. Tasainen jännityskuormitus pidentää köyden käyttöikää 20-25 prosenttia epätasapainoiseen toimintaan verrattuna.
Kolmanneksi tuotannon käytettävyys paranee. Järjestelmä vähentää vääristä hälytyksistä tai tuntemattomista köysiolosuhteista johtuvia odottamattomia seisokkeja. Reaaliaikaisten HMI-tietojen avulla käyttäjät voivat tehdä nopeita säätöjä pysäyttämättä tuotantoa manuaalisia tarkastuksia varten.
Siemensin HMI-teknologialla varustettu maanalainen kaivosnostin turvajärjestelmä antaa kaivostyöntekijöille sekä suojaa että tuottavuutta. Nämä järjestelmät auttavat kaivoksia toimimaan turvallisesti ja tehokkaasti suuremmissa syvyyksissä tarkan ylituuleen reagoinnin, tarkan jännityksen valvonnan ja todistetun kenttäsuorituskyvyn ansiosta.
