Ondergrondse mijnliften verplaatsen dagelijks mensen en materialen duizenden meters onder de grond. Deze zware machines werken onder zware omstandigheden waar veiligheidsfouten tot ernstige ongelukken kunnen leiden. DeSiemens HMI(Human-Machine Interface)-systeem speelt een centrale rol bij de bescherming van mijnliften via twee cruciale functies: bescherming tegen overwind en monitoring van de kabelspanning. Dit artikel legt uit hoeSiemens HMItechnologie verbetert de veiligheid en betrouwbaarheid voorondergrondse mijnliftoperaties.
Waarom bescherming tegen overwind en kabelspanning belangrijk zijn in ondergrondse mijnbouw
Eenondergrondse mijnliftbeweegt zich met hoge snelheid op en neer door verticale schachten. Overwind vindt plaats wanneer de hijscontainer voorbij zijn normale stoppunt aan de boven- of onderkant van de schacht beweegt. Dit kan botsingsschade, kabelbreuk of dodelijk letsel veroorzaken. Mijnveiligheidsregels vereisen overwindbeveiligingssystemen die sneller dan 0,1 seconde reageren met een positioneringsfout van minder dan 50 millimeter.
Staalkabels dragen het volledige gewicht van de hijskooi en de lading ervan. Bij meer-kabelfrictietakels veroorzaakt een ongelijkmatige spanning tussen de kabels overmatige slijtage van de afzonderlijke kabels. Volgens de veiligheidsnormen voor mijnbouw moet het spanningsverschil tussen een enkel touw en het gemiddelde binnen ±10 procent blijven. Wanneer de onevenwichtigheid van de spanning deze limiet overschrijdt, kunnen touwen breken of kan de takel ontsporen.
Traditionele analoge besturingssystemen hebben moeite om deze parameters met voldoende snelheid en nauwkeurigheid te bewaken. Moderne digitale systemen rondom gebouwdSiemens HMIhardware levert realtime gegevens en automatische beschermingsreacties waar mechanische systemen niet aan kunnen tippen.
Siemens HMI: de kern van moderne mijntakelbesturing
DeSiemens HMIHet systeem werkt samen met Siemens S7-400 PLC-controllers en vormt het brein van het mijnhijsveiligheidssysteem. De schakelkast maakt gebruik van een 10,4-inch kleurenaanraakscherm dat de takelpositie, snelheid, touwspanning en alarmstatus in realtime weergeeft. Operators kunnen live gegevenstrends bekijken, beveiligingsparameters aanpassen en gebeurtenislogboeken rechtstreeks via de interface bekijken.
Het systeem maakt gebruik van dubbele Profibus-DP- en Ethernet-communicatie om sensoren, remmen en motoraandrijvingen aan te sluiten. Redundante voedingen en back-up CPU-modules schakelen in minder dan 0,3 seconden over als de hoofdcontroller uitvalt. Deze redundantie zorgt ervoor dat het beveiligingssysteem blijft werken, zelfs als één component een probleem heeft.
Prestaties van het beschermingssysteem tegen overwind
De overwindbeveiligingsfunctie maakt voor de veiligheid gebruik van zowel software- als hardwarelagen. Op software-gebaseerde overwindbeveiliging wordt de takelpositie berekend met behulp van encodergegevens met een nauwkeurigheid van ±0,01 graden. Wanneer de kooi het aseinde nadert, activeert het systeem eerst de vertraging en vervolgens een noodremming als de kooi het waarschuwingspunt passeert.
Hardwarematige back-upbeveiliging maakt gebruik van -contactloze magnetische schakelaars die op kritieke asposities zijn gemonteerd. Deze schakelaars werken onafhankelijk van het softwaresysteem. Als zowel de software- als de primaire hardwarebescherming falen, activeert een eindgewicht-hamerschakelaar de mechanische rem direct.
Veldmetingen laten het volledige beeld zienoverwindbeveiliging voor mijntakelbereikt een responstijd van 0,08 seconde en een remnauwkeurigheid van 32 millimeter. Deze prestatie voldoet aan en overtreft de industriële veiligheidseisen van 0,1 seconde en 50 millimeter.
Real-Technologie voor het bewaken van de touwspanning
Decontrolesysteem voor kabelspanningmaakt gebruik van hydraulische druksensoren die op elk touwophangpunt zijn geïnstalleerd. Deze sensoren zetten de spankracht van het touw om in elektrische signalen met een nauwkeurigheid van ±0,5 procent op volledige schaal. DeSiemens HMIgeeft spanningswaarden voor alle individuele touwen tegelijkertijd weer, samen met de totale belasting- en spanningsverschilpercentages.
Het systeem bemonstert 100 keer per seconde spanningsgegevens en past digitale filtering toe om trillingsgeluiden uit de takelbeweging te verwijderen. Deze filtering zorgt ervoor dat de metingen het daadwerkelijke gewicht van de last weerspiegelen en niet de tijdelijke schok door zwaaien van het touw. Wanneer een touw een spanning vertoont die 10 procent boven of onder het gemiddelde ligt, activeert het systeem een geluidsalarm en kan het automatisch een gecontroleerde vertraging initiëren.
Operators kunnen spanningstrendgrafieken bekijken die veranderingen volgen terwijl de takel van het oppervlak naar de bodem van de schacht beweegt. Deze gegevens helpen onderhoudsteams ongelijkmatige kabelslijtage te identificeren voordat deze gevaarlijk wordt.
Resultaten van veldtesten: Casestudy van een 810 meter diepe mijn
Er werd een uitgebreide veldtest uitgevoerd in een kolenmijn op een diepte van 810- meter met behulp van een wrijvingslift met vier kabels en een kooimassa van 8,18 ton. De test vergeleek spanningsmetingen voor en na het installeren van deSiemens HMImonitoring- en compensatiesysteem.
Testomstandigheden omvatten:
- Schachtdiepte: 810 meter
- Aantal hijskabels: 4
- Gewicht staartkabel: 6,62 kg per meter
- Hijssnelheid: 12 meter per seconde
- Volledig laadvermogen: 10 ton
Op de mijnpositie bedroeg de totale touwspanning 154,3 kN vóór compensatie. Nadat het systeem hydraulische balansaanpassing had toegepast, nam de totale spanning toe tot 184,6 kN en werden de individuele touwwaarden veel uniformer. Vóór compensatie varieerden de individuele touwspanningen van 35,8 kN tot 40,2 kN -, een verschil van 12,3 procent. Na compensatie werd het bereik kleiner van 45,7 kN naar 46,8 kN -, een verschil van slechts 2,4 procent.
In het midden van de schacht (390 meter diepte) bedroeg de totale spanning 111,2 kN vóór compensatie en 129,5 kN na compensatie. Het spanningsevenwicht daalde van 11,6 procent naar 3,1 procent. Op de bodem van de put bedroeg de totale spanning 68,1 kN voor en 83,1 kN na compensatie, waarbij de onbalans verbeterde van 6,0 procent naar 4,2 procent.
Deze testresultaten bewijzen hetkabelspanningscontrolesysteem met Siemens HMIvermindert de spanningsonbalans met 65 tot 75 procent over alle asposities.
Veiligheidsnormen en systeembetrouwbaarheid
Het volledige besturings- en beveiligingssysteem voldoet aan SIL 3 (Safety Integrity Level 3) volgens de IEC 61508-norm. Deze beoordeling betekent dat het systeem een kans op uitval op aanvraag heeft van minder dan 1 op 10.000 handelingen. Het systeem volgt ook de Duitse TAS-normen voor schachthijssystemen.
In de Woodsmith Mine in het Verenigd Koninkrijk heeft Siemens elektrische apparatuur geleverd voor twee Blair Multi-kabeltakels die 1.450 meter onder zeeniveau opereren. Elke takel vervoert een laadvermogen van 35-ton met een snelheid van 18 meter per seconde en maakt gebruik van synchrone motoren van 9,3 megawatt. Het COBRA01 meerkanaals remsysteem, ontwikkeld in samenwerking met OLKO, werkt metSiemens HMI voor mijnbouwactiviteitenom SIL 3-gecertificeerde bescherming te leveren.
Demijntakel bedieningspaneeltechnologiebevat ingebouwde-in diagnostische functies die continu sensoringangen, uitgangsrelais en remcircuits testen. Automatische zelf-tests worden elke 24 uur uitgevoerd en registreren de resultaten voor veiligheidsaudits. Als het systeem een fout in een beveiligingskanaal detecteert, waarschuwt het de operators en verhindert het de bediening van de takel totdat het probleem is verholpen.
Belangrijkste voordelen voor mijnbouwactiviteiten
Mijnen die Siemens HMI-overwindbeveiliging en kabelspanningsmonitoring gebruiken, zien meetbare verbeteringen op drie belangrijke gebieden.
Ten eerste neemt het veiligheidsrisico aanzienlijk af. De dubbel-laags bescherming tegen overwind en de continue controle van de spanning verminderen de kans op touwbreuk of ongevallen met schachtbotsingen. Bij de mijntest van 810 meter bleef de spanningsonbalans te allen tijde ruim binnen de wettelijke limiet van ±10 procent.
Ten tweede dalen de onderhoudskosten. Door spanningspatronen te monitoren, kunnen mijnen de vervanging van kabels plannen op basis van daadwerkelijke slijtage in plaats van op vaste tijdsintervallen. Een uniforme spanningsbelasting verlengt de levensduur van het touw met 20 tot 25 procent vergeleken met ongebalanceerd gebruik.
Ten derde verbetert de productie-uptime. Het systeem vermindert ongeplande uitschakelingen veroorzaakt door vals alarm of onbekende touwcondities. Dankzij real-time HMI-gegevens kunnen operators snel aanpassingen doorvoeren zonder de productie te onderbreken voor handmatige inspecties.
Het ondergrondse mijntakelveiligheidssysteem met Siemens HMI-technologie biedt mijnbouwexploitanten zowel bescherming als productiviteit. Met een nauwkeurige overwindrespons, nauwkeurige spanningsmonitoring en bewezen prestaties in het veld helpen deze systemen mijnen veilig en efficiënt te opereren op grotere diepten dan ooit tevoren.
