刘相楠，王荣刚，孔栋，杨立东，张建霄

（1.营盘壕煤矿，内蒙古 鄂尔多斯 017000；2.山东德尔泰克，山东 济南 250031）

2016年12 月国家发展改革委、国家能源局发布的《煤炭工业发展“十三五”规划》要求，到2020年，建成集约、安全、高效、绿色的现代煤炭工业体系，煤矿信息化、智能化建设取得新进展，建成一批先进高效的智慧煤矿。

2017年国家发改委发布《安全生产“十三五”规划》，要求在矿山领域实施“机械化换人、自动化减人”，推广应用工业机器人、智能装备等，减少危险岗位人员数量和人员操作。推动矿山企业建设安全生产智能装备、在线监测监控、隐患自查自改自报等安全管理信息系统。

2018年（兖矿集团发〔2018〕92号）《兖矿集团有限公司关于深入推进“三化”融合发展的指导意见》，2019年（鄂营煤发〔2019〕35号）《鄂尔多斯市营盘壕煤炭有限公司关于深入推进“三化”融合发展的实施意见》等，对主井提升系统，需要以可靠的数字化硬件设备、高效的软件、安全高速的网络系统、可靠稳定的状态监控系统为基础，优化控制工艺及流程，积极推动主提升机运行维护管理云平台建设，实现对主提升机全过程动态监控，数据实时查询。

1 研究开发内容

按照“三化融合”工作目标，为保障主井提升机自动化运行无人值守期间，提升机司机的巡检时对提升机运行状态、运行数据和视频画面的有效监控，需要研究应用一套提升机无线巡视监控系统。该系统对矿井提升机运行实现信息化管理，将提升机运行数据、画面、操作台信号和视频监控传输到网络平台，巡检人员在巡检设备的同时，对提升机运行进行实时监控，将现场信息化监控管理与无线智能终端信息化监控相结合，并能实现在特殊情况下，对提升机进行急停和闭锁下一次提升的操作，提高提升机运行的安全可靠性，为提升系统三化融合和无人自动化运行创造条件。

1.1 无线终端设备监测界面确定

（1）重要参数筛选。分析提升机各运行参数，涉及到当前提升机安全的，必须实时传送到无线终端设备。对于产量、提升钩数等数据，可以定时发送，或不予发送。（2）监测界面的确定。因为参数众多，必须进行分页显示，每页的底部设置页面切换按钮。无线终端设备开机后，自动运行监控软件，监控软件默认的第一页为主画面，在主画面上绘制箕斗在井筒中的位置，井筒开关的位置，显示箕斗的运行速度和定子电流、励磁电流。其它画面包括中压配电、低压配电、液压制动系统、装卸载和信号系统、主回路、设备上电启动等。

1.2 西门子基于以太网的HMI人机接口远程控制技术sm@rtaccess

SIMATIC WinCC Runtime Advanced和SIMATIC面板选件用于不同SIMATIC HMI系统间通讯。用于下列SIMATIC HMI的系统：

第二代精简面板（带以太网接口）

精智面板(Comfort Panel)

第二代移动式面板

TP 177B PN/DP，OP 177B PN/DP

TP 277，OP 277

MP 177，MP 277，MP 377

WinCC Runtime Advanced

SIMATIC HMI系统间可进行远程操作监控；还允许对分布式操作员站或具有总站或控制室的解决方案进行客户机/服务器组态。由于可在工厂范围内对信息进行访问，因此可实现本地操作、可视化和数据处理。统一的信息流提供了对所有过程状态的概览。

许可证：必须在服务器人机界面设备上安装“SIMATIC WinCC Sm@rtServer for Panel”或“SIMATIC WinCC Sm@rtServer for Basic Panel” 或“SIMATIC WinCC Sm@rtServer for WinCC Runtime Advanced”授权。

精智/移动面板V14或更高版本以及Runtime Advanced V14 SP1或更高版本不再需要单独许可证。用于组态运行选项的工程组态系统不需要授权。

注意：如果使用Sm@rtServer选件访问操作员站，则应采取合适的保护措施（包括IT安全，例如网络分段），以确保系统的安全运行。用于远程访问人机界面系统的灵活解决方案，服务与维护人员可对机器设备进行全局访问，从而可以快速消除故障或停产，提高生产效率，避免现场服务呼叫。操作员控制和机器监控的范围广泛，如图1所示，一个操作员可监控多个操作站。

图1 Sm@rtClient 设计应用：协调操作多个操作员站

从一个中心站可实现操作员控制以及机器级的人机界面系统监控（如图2所示），通过Internet/Intranet对机器设备/工厂进行远程维护及服务。

图2 Sm@rtClient 显示应用：从一个中心站可实现操作员控制以及机器级的人机界面系统监控。

协调操作多个操作员站：如图3所示，通过主站进行HMI 应用程序和控制器的通讯。对于需要更多人机界面设备的较大型机器设备，可从这里激活“Sm@rtClients”。随后，Sm@rtClients可以访问主站及过程。这些访问过程可确保在任意给定时刻只有一个操作员系统能够主动访问该过程。嵌入到过程画面中的一个可组态画面对象(Sm@rtClient display)代表相关人机界面系统(Sm@rtServer)的画面。强大的标准功能，使得可用户友好和灵活的显示操作。

图3 通过工业以太网或intranet/Internet 可实现 SIMATIC HMI系统的远程操控功能。

操作站的远程控制：如图4所示，通过HMI系统进行HMI 应用程序和控制器的通讯。使用Sm@rtService，机器/系统中的HMI系统可远程操作。1个访问过程保证了每次只有1个操作员（本地机器或远程通过Internet Explorer）处于访问的激活状态。访问HMI系统，Microsoft Internet Explorer V6.0 SP1或更高版本是足够的。

图4 通过工业以太网或intranet/Internet 可实现 SIMATIC HMI系统的远程操控功能

1.3 基于西门子sm@rtaccess技术的矿井提升机无线巡检监控系统架构

将装卸载系统、闸控系统、传动系统、提升机控制系统的监控屏或上位机通过商用VPN无线路由器联网，同时将视频系统网络接入，并通过POE交换机和AP热点形成覆盖主井塔各层的WIFI网络（如图5）。

图5 矿井提升机无线巡视监控系统示意图

在装卸载系统、闸控系统、传动系统的监控屏或上位机安装西门子基于以太网HTTP协议的远程控制软件sm@rtserver和授权，在提升机上位机创建画面，画面嵌入远程控制客户端sm@rtclient子窗口，将上述子系统监控画面完全嵌入提升机的上位机，使提升机上位机成为一个主控站。

在提升机的上位机上同时安装sm@rtserver远程控制软件和授权，使其具备远程监控的功能。在IOS或Android系统的移动终端安装sm@rtclient和视频客户端APP，并做好相应的配置。巡检人员在主井塔范围内通过移动终端和WIFI网络，可以随时监控提升机的运行状态，必要时可以对提升机进行急停或闭锁操作。通过移动终端可以远程操作装卸载系统。云服务网关从上位机通过OPC协议获取数据，通过云平台向指定的微信账号推送报警和设备状态信息。

2 关键技术及创新点

2.1 关键技术

（1）设备运行数据的整理和上传。

（2）无线传输与接收技术。

（3）巡检定位技术。

（4）无线远程快速操作技术。

2.2 创新点

（1）实现提升机运行数据上传，并设计编制运行画面，可以在手机上或平板电脑上显示与操作台同样的画面。（2）在主井塔十层范围内，实现无线网路覆盖，任何地点都能高速连接网络。（3）巡检人员在各个设备现场可以将现场设备运行情况进行记录，并可以上传现场照片和视频，管理人员可以根据巡检记录上传时间考核巡检人员的工作情况。（4）在巡检中发现设备异常或其他重要故障时，可对提升机进行紧停或闭锁下一钩提升的操作。对卸载设备可实现远程手动操作。