تعمل رافعات المناجم الموجودة تحت الأرض على نقل الأشخاص والمواد على عمق آلاف الأمتار تحت الأرض يوميًا. تعمل هذه الآلات الثقيلة في ظروف قاسية حيث يمكن أن تؤدي أخطاء السلامة إلى حوادث خطيرة. السيمنز HMIيلعب نظام (الواجهة البشرية-الآلة) دورًا مركزيًا في حماية رافعات المناجم من خلال وظيفتين مهمتين: الحماية من الرياح الزائدة ومراقبة شد الحبل. يشرح هذا المقال كيفسيمنز HMIتعمل التكنولوجيا على تحسين السلامة والموثوقيةرافعة الألغام تحت الأرضالعمليات.
لماذا تعتبر الحماية من الرياح الزائدة وشد الحبل أمرًا مهمًا في التعدين تحت الأرض
انرافعة الألغام تحت الأرضيتحرك صعودا وهبوطا مهاوي عمودية بسرعات عالية. يحدث الريح الزائد عندما تتحرك حاوية الرافعة إلى ما بعد نقطة التوقف الطبيعية في أعلى العمود أو أسفله. يمكن أن يتسبب ذلك في حدوث تلف بسبب الاصطدام أو كسر الحبل أو حدوث إصابات مميتة. تتطلب قواعد سلامة المناجم أنظمة حماية من الرياح الزائدة تستجيب بشكل أسرع من 0.1 ثانية مع وجود خطأ في تحديد الموقع أقل من 50 ملم.
تحمل الحبال السلكية الوزن الكامل لقفص الرفع وحمولته. في رافعات الاحتكاك المتعددة-الحبال، يؤدي التوتر غير المتساوي بين الحبال إلى تآكل مفرط في الحبال الفردية. وفقًا لمعايير سلامة التعدين، يجب أن يظل فرق التوتر بين أي حبل منفرد والمتوسط في حدود ±10 بالمائة. عندما يتجاوز اختلال التوتر هذا الحد، يمكن أن تنكسر الحبال أو يمكن أن تخرج الرافعة عن مسارها.
تكافح أنظمة التحكم التناظرية التقليدية لمراقبة هذه المعلمات بالسرعة والدقة الكافية. الأنظمة الرقمية الحديثة المبنية حولهاسيمنز HMIتقدم الأجهزة بيانات في الوقت الفعلي- واستجابات حماية تلقائية لا يمكن للأنظمة الميكانيكية مطابقتها.
Siemens HMI: جوهر التحكم الحديث في رافعات المناجم
السيمنز HMIيعمل النظام مع وحدات التحكم Siemens S7-400 PLC لتشكيل عقل نظام سلامة رافعة المناجم. تستخدم خزانة التحكم شاشة ملونة تعمل باللمس مقاس 10.4 بوصة تعرض موضع الرفع، والسرعة، وشد الحبل، وحالة الإنذار في الوقت الفعلي. يمكن للمشغلين عرض اتجاهات البيانات المباشرة، وضبط معلمات الحماية، ومراجعة سجلات الأحداث مباشرة من خلال الواجهة.
يستخدم النظام الاتصال المزدوج Profibus-DP وEthernet لتوصيل أجهزة الاستشعار والفرامل ومحركات المحركات. يتم تبديل مصادر الطاقة الزائدة ووحدات وحدة المعالجة المركزية الاحتياطية في أقل من 0.3 ثانية في حالة فشل وحدة التحكم الرئيسية. يضمن هذا التكرار استمرار نظام الحماية في العمل حتى عندما يواجه أحد المكونات مشكلة.
أداء نظام الحماية من الرياح الزائدة
تستخدم وظيفة الحماية من الرياح الزائدة طبقات البرامج والأجهزة من أجل السلامة. تعمل الحماية من الرياح القائمة على البرنامج- على حساب موضع الرافعة باستخدام بيانات التشفير بدقة تبلغ ±0.01 درجة. عندما يقترب القفص من نهاية العمود، يقوم النظام بتشغيل التباطؤ أولاً، ثم الكبح في حالات الطوارئ إذا استمر القفص في تجاوز نقطة التحذير.
تستخدم حماية النسخ الاحتياطي للأجهزة-مفاتيح مغناطيسية غير متصلة مثبتة في مواضع العمود الحرجة. تعمل هذه المفاتيح بشكل مستقل عن نظام البرنامج. في حالة فشل حماية البرامج والأجهزة الأساسية، يقوم مفتاح حد المطرقة النهائي-بتنشيط الفرامل الميكانيكية مباشرة.
تظهر القياسات الميدانية كاملةجهاز حماية الرياح الزائدة لرافعة الألغاميحقق زمن استجابة يبلغ 0.08 ثانية ودقة توقف تبلغ 32 ملم. يلبي هذا الأداء ويتجاوز متطلبات السلامة الصناعية البالغة 0.1 ثانية و50 ملم.
تقنية مراقبة شد الحبل في الوقت الحقيقي
النظام مراقبة التوتر حبل الأسلاكيستخدم أجهزة استشعار الضغط الهيدروليكي المثبتة على كل نقطة تعليق حبل. تعمل هذه المستشعرات على تحويل قوة شد الحبل إلى إشارات كهربائية بدقة مقياس كامل تبلغ ±0.5 بالمائة. السيمنز HMIيعرض قيم الشد لجميع الحبال الفردية في وقت واحد، إلى جانب إجمالي الحمل ونسب فرق التوتر.
يقوم النظام باختبار بيانات التوتر 100 مرة في الثانية ويطبق التصفية الرقمية لإزالة ضوضاء الاهتزاز من حركة الرافعة. يضمن هذا الترشيح أن تعكس القراءات وزن الحمولة الفعلي، وليس الصدمات المؤقتة الناتجة عن تأرجح الحبل. عندما يظهر أي حبل شدًا بنسبة 10 بالمائة أعلى أو أقل من المتوسط، يطلق النظام إنذارًا مسموعًا ويمكنه بدء التباطؤ المتحكم فيه تلقائيًا.
يمكن للمشغلين عرض الرسوم البيانية لاتجاهات التوتر التي تتتبع التغييرات أثناء تحرك الرافعة من السطح إلى أسفل العمود. تساعد هذه البيانات فرق الصيانة على تحديد التآكل غير المتساوي للحبل قبل أن يصبح خطيرًا.
نتائج الاختبار الميداني: دراسة حالة منجم بعمق 810 متر
تم إجراء اختبار ميداني شامل في منجم فحم بعمق 810-متر باستخدام رافعة احتكاك بأربعة حبال مع كتلة قفص تبلغ 8.18 طن. قام الاختبار بمقارنة قراءات التوتر قبل وبعد تثبيتسيمنز HMIنظام المراقبة والتعويض.
شروط الاختبار شملت:
- عمق العمود: 810 متر
- عدد حبال الرفع: 4
- وزن حبل الذيل: 6.62 كجم لكل متر
- سرعة الرفع: 12 متر في الثانية
- الحمولة الكاملة: 10 طن
في موضع رأس الحفرة، بلغ إجمالي شد الحبل 154.3 كيلو نيوتن قبل التعويض. بعد أن طبق النظام ضبط التوازن الهيدروليكي، زاد التوتر الإجمالي إلى 184.6 كيلو نيوتن، وأصبحت قيم الحبال الفردية أكثر تجانسًا. قبل التعويض، تراوحت شد الحبال الفردية من 35.8 كيلو نيوتن إلى 40.2 كيلو نيوتن - بفارق 12.3 بالمائة. بعد التعويض، ضاقت النطاق إلى 45.7 كيلو نيوتن إلى 46.8 كيلو نيوتن - فقط بفارق 2.4 بالمائة.
في منتصف العمود (عمق 390 مترًا)، تم قياس التوتر الإجمالي 111.2 كيلو نيوتن قبل التعويض و129.5 كيلو نيوتن بعد التعويض. وانخفض معدل التوتر من 11.6 بالمئة إلى 3.1 بالمئة. في قاع الحفرة، كان إجمالي التوتر 68.1 كيلو نيوتن قبل التعويض و83.1 كيلو نيوتن بعد التعويض، مع تحسن عدم التوازن من 6.0 بالمائة إلى 4.2 بالمائة.
تثبت نتائج الاختبار هذهنظام مراقبة شد الحبل مع Siemens HMIيقلل من اختلال التوتر بنسبة 65 إلى 75 بالمائة في جميع أوضاع العمود.
معايير السلامة وموثوقية النظام
يتوافق نظام التحكم والحماية الكامل مع SIL 3 (مستوى سلامة السلامة 3) وفقًا لمعيار IEC 61508. ويعني هذا التصنيف أن احتمالية فشل النظام عند الطلب أقل من 1 لكل 10000 عملية. يتبع النظام أيضًا معايير TAS الألمانية لأنظمة رفع العمود.
في منجم Woodsmith بالمملكة المتحدة، قامت شركة Siemens بتزويد المعدات الكهربائية لرافعتين من الحبال من نوع Blair Multi- تعملان على عمق 1450 مترًا تحت مستوى سطح البحر. تحمل كل رافعة حمولات تبلغ 35-طنًا بسرعة 18 مترًا في الثانية باستخدام محركات متزامنة بقدرة 9.3 ميجاوات. يعمل نظام الفرامل متعدد القنوات COBRA01، الذي تم تطويره بالاشتراك مع OLKOسيمنز HMI لعمليات التعدينلتقديم الحماية المعتمدة SIL 3.
التكنولوجيا لوحة التحكم في رافعة الألغاميشتمل على-وظائف تشخيصية مدمجة تختبر بشكل مستمر مدخلات المستشعر ومرحلات الإخراج ودوائر الفرامل. يتم تشغيل الاختبارات الذاتية-التلقائية كل 24 ساعة ويتم تسجيل النتائج لعمليات تدقيق السلامة. إذا اكتشف النظام وجود خطأ في أي قناة حماية، فإنه ينبه المشغلين ويمنع تشغيل الرفع حتى يتم تصحيح المشكلة.
الفوائد الرئيسية لعمليات التعدين
تشهد المناجم التي تستخدم الحماية من الرياح الزائدة من شركة Siemens HMI ومراقبة شد الحبل تحسينات قابلة للقياس في ثلاثة مجالات رئيسية.
أولاً، تنخفض المخاطر المتعلقة بالسلامة بشكل كبير. تقلل الطبقة المزدوجة-الحماية من الرياح والمراقبة المستمرة للتوتر من احتمالية كسر الحبل أو حوادث اصطدام العمود. في اختبار اللغم الذي يبلغ طوله 810 أمتار، بقي اختلال التوتر ضمن الحد التنظيمي ±10 بالمائة في جميع الأوقات.
ثانيا، انخفاض تكاليف الصيانة. من خلال مراقبة أنماط التوتر، يمكن للمناجم جدولة استبدال الحبال بناءً على التآكل الفعلي بدلاً من الفواصل الزمنية المحددة. يؤدي تحميل التوتر الموحد إلى إطالة عمر خدمة الحبل بنسبة 20 إلى 25 بالمائة مقارنة بالتشغيل غير المتوازن.
ثالثا، يتحسن وقت تشغيل الإنتاج. يقلل النظام من عمليات إيقاف التشغيل غير المخطط لها الناتجة عن الإنذارات الكاذبة أو ظروف الحبل غير المعروفة. تتيح بيانات HMI-في الوقت الفعلي للمشغلين إجراء تعديلات سريعة دون إيقاف الإنتاج لإجراء عمليات الفحص اليدوي.
يوفر نظام سلامة رافعة المناجم تحت الأرض المزود بتقنية Siemens HMI لمشغلي التعدين الحماية والإنتاجية. بفضل الاستجابة الدقيقة للرياح الزائدة، والمراقبة الدقيقة للتوتر، والأداء الميداني المثبت، تساعد هذه الأنظمة المناجم على العمل بأمان وكفاءة على أعماق أكبر من أي وقت مضى.
