Untertägige Bergwerksaufzüge befördern Menschen und Material täglich Tausende Meter unter der Erde. Diese schweren Maschinen arbeiten unter rauen Bedingungen, wo Sicherheitsfehler zu schweren Unfällen führen können. DerSiemens HMIDas System (Human-Machine Interface) spielt eine zentrale Rolle beim Schutz von Bergwerksaufzügen durch zwei wichtige Funktionen: Überwindungsschutz und Seilspannungsüberwachung. In diesem Artikel wird erklärt, wieSiemens HMITechnologie verbessert die Sicherheit und Zuverlässigkeit fürUntertagebergwerksaufzugOperationen.
Warum Überwindschutz und Seilspannung im Untertagebergbau wichtig sind
EinUntertagebergwerksaufzugfährt mit hoher Geschwindigkeit an vertikalen Schächten auf und ab. Überdrehen tritt auf, wenn sich der Förderbehälter über seinen normalen Haltepunkt oben oder unten im Schacht hinausbewegt. Dies kann zu Kollisionsschäden, Seilbruch oder tödlichen Verletzungen führen. Die Minensicherheitsvorschriften erfordern Überwindschutzsysteme, die schneller als 0,1 Sekunden reagieren und einen Positionierungsfehler von weniger als 50 Millimetern aufweisen.
Drahtseile tragen das volle Gewicht des Aufzugskorbs und seiner Last. Bei Mehrseil-Reibungsaufzügen führt eine ungleichmäßige Spannung zwischen den Seilen zu übermäßigem Verschleiß einzelner Seile. Gemäß den Sicherheitsstandards im Bergbau muss der Spannungsunterschied zwischen einem einzelnen Seil und dem Durchschnitt innerhalb von ±10 Prozent liegen. Wenn das Spannungsungleichgewicht diesen Grenzwert überschreitet, können Seile reißen oder das Hebezeug entgleisen.
Herkömmliche analoge Steuerungssysteme haben Schwierigkeiten, diese Parameter schnell genug und genau zu überwachen. Moderne digitale Systeme rundherum aufgebautSiemens HMIHardware liefert Echtzeitdaten und automatische Schutzreaktionen, mit denen mechanische Systeme nicht mithalten können.
Siemens HMI: Der Kern der modernen Minenfördersteuerung
DerSiemens HMIDas System arbeitet mit S7-400-SPS-Steuerungen von Siemens zusammen und bildet das Gehirn des Minenaufzug-Sicherheitssystems. Der Steuerschrank verfügt über ein 10,4-Zoll-Farb-Touchscreen-Display, das die Position des Hebezeugs, die Geschwindigkeit, die Seilspannung und den Alarmstatus in Echtzeit anzeigt. Bediener können Live-Datentrends anzeigen, Schutzparameter anpassen und Ereignisprotokolle direkt über die Schnittstelle überprüfen.
Das System nutzt die Dualkommunikation Profibus-DP und Ethernet, um Sensoren, Bremsen und Motorantriebe zu verbinden. Redundante Netzteile und Backup-CPU-Module schalten in weniger als 0,3 Sekunden um, wenn der Hauptcontroller ausfällt. Durch diese Redundanz wird sichergestellt, dass das Schutzsystem auch dann weiter funktioniert, wenn bei einer Komponente ein Problem auftritt.
Leistung des Überwindschutzsystems
Die Überwindungsschutzfunktion nutzt zur Sicherheit sowohl Software- als auch Hardwareschichten. Der softwarebasierte Überwindschutz berechnet die Hubposition mithilfe von Encoderdaten mit einer Genauigkeit von ±0,01 Grad. Wenn sich der Käfig dem Wellenende nähert, löst das System zunächst eine Verlangsamung und dann eine Notbremsung aus, wenn der Käfig über den Warnpunkt hinaus weiterfährt.
Der Hardware-Backup-Schutz verwendet berührungslose-Magnetschalter, die an kritischen Wellenpositionen montiert sind. Diese Schalter funktionieren unabhängig vom Softwaresystem. Wenn sowohl der Software- als auch der primäre Hardwareschutz ausfallen, aktiviert ein Endgewichtshammer-Endschalter direkt die mechanische Bremse.
Feldmessungen zeigen das KompletteÜberwindschutzvorrichtung für Bergwerksaufzugerreicht eine Reaktionszeit von 0,08 Sekunden und eine Stoppgenauigkeit von 32 Millimetern. Diese Leistung erfüllt und übertrifft die branchenüblichen Sicherheitsanforderungen von 0,1 Sekunden und 50 Millimetern.
Echtzeit--Technologie zur Überwachung der Seilspannung
DerSystem zur Überwachung der DrahtseilspannungVerwendet hydraulische Drucksensoren, die an jedem Seilaufhängungspunkt installiert sind. Diese Sensoren wandeln die Seilspannungskraft mit einer Genauigkeit von ±0,5 Prozent des Skalenendwerts in elektrische Signale um. DerSiemens HMIZeigt die Spannungswerte für alle einzelnen Seile gleichzeitig an, zusammen mit der Gesamtlast und den Prozentsätzen der Spannungsdifferenz.
Das System erfasst Spannungsdaten 100 Mal pro Sekunde und wendet eine digitale Filterung an, um Vibrationsgeräusche aus der Hebebewegung zu entfernen. Durch diese Filterung wird sichergestellt, dass die Messwerte das tatsächliche Lastgewicht widerspiegeln und nicht vorübergehende Erschütterungen durch Seilschwankungen. Wenn die Spannung eines Seils 10 Prozent über oder unter dem Durchschnitt liegt, löst das System einen akustischen Alarm aus und kann automatisch eine kontrollierte Verlangsamung einleiten.
Bediener können Spannungstrenddiagramme anzeigen, die Änderungen verfolgen, während sich das Hebezeug von der Oberfläche zum Schachtboden bewegt. Diese Daten helfen Wartungsteams, ungleichmäßigen Seilverschleiß zu erkennen, bevor er gefährlich wird.
Feldtestergebnisse: Fallstudie zu einer 810 Meter tiefen Mine
Ein umfassender Feldtest wurde in einem 810 - Meter tiefen Kohlebergwerk mit einem Vierseil-Reibungsaufzug mit einer Käfigmasse von 8,18 Tonnen durchgeführt. Der Test verglich die Spannungswerte vor und nach der InstallationSiemens HMIÜberwachungs- und Vergütungssystem.
Zu den Testbedingungen gehörten:
- Schachttiefe: 810 Meter
- Anzahl der Hubseile: 4
- Gewicht des Schwanzseils: 6,62 kg pro Meter
- Hubgeschwindigkeit: 12 Meter pro Sekunde
- Volle Nutzlast: 10 Tonnen
An der Förderposition betrug die Gesamtseilspannung vor der Kompensation 154,3 kN. Nachdem das System eine hydraulische Gleichgewichtseinstellung vorgenommen hatte, erhöhte sich die Gesamtspannung auf 184,6 kN und die Werte der einzelnen Seile wurden deutlich gleichmäßiger. Vor der Kompensation lagen die einzelnen Seilspannungen zwischen 35,8 kN und 40,2 kN -, was einem Unterschied von 12,3 Prozent entspricht. Nach der Kompensation verengte sich der Bereich auf 45,7 kN bis 46,8 kN -, nur ein Unterschied von 2,4 Prozent.
In der Mitte des Schachts (390 Meter Tiefe) betrug die Gesamtspannung 111,2 kN vor dem Ausgleich und 129,5 kN nach dem Ausgleich. Das Spannungsungleichgewicht sank von 11,6 Prozent auf 3,1 Prozent. Am Grubenboden betrug die Gesamtspannung 68,1 kN vor und 83,1 kN nach dem Ausgleich, wobei sich die Unwucht von 6,0 Prozent auf 4,2 Prozent verbesserte.
Diese Testergebnisse beweisen dasSeilspannungsüberwachungssystem mit Siemens HMIReduziert das Spannungsungleichgewicht über alle Wellenpositionen hinweg um 65 bis 75 Prozent.
Sicherheitsstandards und Systemzuverlässigkeit
Das komplette Steuerungs- und Schutzsystem erfüllt SIL 3 (Safety Integrity Level 3) gemäß der Norm IEC 61508. Diese Bewertung bedeutet, dass die Ausfallwahrscheinlichkeit des Systems bei Bedarf unter 1 von 10.000 Vorgängen liegt. Das System entspricht außerdem den deutschen TAS-Standards für Schachtförderanlagen.
In der Woodsmith-Mine im Vereinigten Königreich lieferte Siemens elektrische Ausrüstung für zwei Blair-Multi-Seilaufzüge, die 1.450 Meter unter dem Meeresspiegel betrieben werden. Jeder Aufzug befördert 35 {9}Tonnen Nutzlast mit 18 Metern pro Sekunde mithilfe von 9,3-Megawatt-Synchronmotoren. Das gemeinsam mit OLKO entwickelte Mehrkanal-Bremssystem COBRA01 arbeitet mitSiemens HMI für Bergbaubetriebeum SIL 3-zertifizierten Schutz zu bieten.
DerTechnik der Minenaufzug-BedientafelEnthält integrierte-Diagnosefunktionen, die kontinuierlich Sensoreingänge, Ausgangsrelais und Bremskreise testen. Alle 24 Stunden werden automatische Selbsttests ausgeführt und die Ergebnisse werden für Sicherheitsüberprüfungen protokolliert. Wenn das System einen Fehler in einem Schutzkanal erkennt, alarmiert es den Bediener und verhindert den Betrieb des Hebezeugs, bis das Problem behoben ist.
Hauptvorteile für Bergbaubetriebe
Bergwerke, die den HMI-Überwindungsschutz und die Seilspannungsüberwachung von Siemens einsetzen, verzeichnen messbare Verbesserungen in drei Hauptbereichen.
Erstens sinkt das Sicherheitsrisiko erheblich. Der zweischichtige Überwindungsschutz und die kontinuierliche Spannungsüberwachung verringern das Risiko von Seilbrüchen oder Wellenkollisionen. Beim 810-Meter-Minentest blieb das Spannungsungleichgewicht jederzeit deutlich innerhalb der regulatorischen Grenze von ±10 Prozent.
Zweitens sinken die Wartungskosten. Durch die Überwachung von Spannungsmustern können Bergwerke den Austausch von Seilen auf der Grundlage des tatsächlichen Verschleißes statt auf der Grundlage fester Zeitintervalle planen. Eine gleichmäßige Zugbelastung verlängert die Seillebensdauer um 20 bis 25 Prozent im Vergleich zum unausgeglichenen Betrieb.
Drittens verbessert sich die Produktionsverfügbarkeit. Das System reduziert ungeplante Abschaltungen aufgrund von Fehlalarmen oder unbekannten Seilzuständen. Mit Echtzeit-HMI-Daten können Bediener schnelle Anpassungen vornehmen, ohne die Produktion für manuelle Inspektionen unterbrechen zu müssen.
Das Sicherheitssystem für den Untertage-Minenaufzug mit HMI-Technologie von Siemens bietet Bergbaubetreibern sowohl Schutz als auch Produktivität. Mit präziser Überwindreaktion, genauer Spannungsüberwachung und bewährter Feldleistung tragen diese Systeme dazu bei, dass Minen in größeren Tiefen als je zuvor sicher und effizient arbeiten.
