摘要：本文應(yīng)用PLC工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)和密鑰安全通訊技術(shù)，通過賽遠(yuǎn)自動(dòng)化的工業(yè)遠(yuǎn)程安全通訊系統(tǒng)SY-RSCM，將分布在全國(guó)各地的礦井提升機(jī)和設(shè)備制造商的技術(shù)總部，連接為統(tǒng)一的工業(yè)遠(yuǎn)程保障中心網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了礦井提升機(jī)的全生命周期的管理，包括安裝、預(yù)警、調(diào)試、維護(hù)、升級(jí)全過程的精確控制、智能診斷、實(shí)時(shí)監(jiān)控和生產(chǎn)的高效管理。本文通過礦井提升設(shè)備的行業(yè)狀況，遠(yuǎn)程診斷和預(yù)警的需求分析，遠(yuǎn)程安全通訊系統(tǒng)的軟件和硬件設(shè)計(jì)，介紹了賽遠(yuǎn)的工業(yè)遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化礦井提升設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控的整個(gè)過程。

關(guān)鍵詞：工業(yè)PLC遠(yuǎn)程通訊 遠(yuǎn)程診斷和維護(hù) 礦井提升機(jī)

Abstract：This paper proposed the application of PLC industrial field bus technology, Internet technology and network communication and Encryption technology,Through Futurelooks 's industrial remote communication system SY-RSCM, Connected the around world mine hoist and equipment manufacturer's technical headquarters to a unified global network of industrial remote support centers. Achieve the full life cycle management of mine hoist equipment, including installation, warning, debug, maintainence, upgrade the whole process of precise control, intelligent diagnostics, real-time monitoring and production of efficient management. This paper analysis the branch information of mine hoist machine, the machine remote analysis requirements, the system design of remote system software and hardware, introduces Futurelooks 's industrial remote communications systems to achieve remote control of the machine process.

Keywords: Industrial PLC remote communication Remote diagnostics and maintenance Mine hoist

1. 引言

礦井提升機(jī)是一種安裝在地面，借助于鋼絲繩帶動(dòng)提升容器沿井筒或斜坡道運(yùn)行的提升機(jī)械，是各種礦山生產(chǎn)過程中的大型關(guān)鍵設(shè)備，其任務(wù)是用于升降人員和設(shè)備、提升礦石以及下放材料等。礦井提升機(jī)的工作特點(diǎn)是在一定的距離內(nèi)，以較高的速度往復(fù)運(yùn)行，完成提升或下放任務(wù)。因此，礦山提升設(shè)備應(yīng)具有良好的機(jī)械特性、*的控制設(shè)備、實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)和完善的保護(hù)裝置。它的性能和安全性直接關(guān)系到礦工的生命安全，工作過程中一旦發(fā)生機(jī)械或電氣故障，損害設(shè)備，影響生產(chǎn)，嚴(yán)重地威脅礦井的安全，甚至造成人身傷亡事故。雖然礦井提升機(jī)本身有一些保護(hù)措施，但由于采礦作業(yè)的復(fù)雜性，環(huán)境的惡劣性和設(shè)備的可靠性，致使礦井生產(chǎn)中仍有 不少由于提升系統(tǒng)造成的重大人員傷亡和設(shè)備損壞事故的發(fā)生，因此，礦井提升機(jī)素有“礦山咽喉”之稱。隨著工業(yè)控制、機(jī)械設(shè)計(jì)、智能化網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)步，智能化礦井的建設(shè)和對(duì)人生命的重視，人們對(duì)礦井提升機(jī)的生命周期管理、設(shè)備預(yù)警、安全可靠性、實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)提出了更高的要求。

上世紀(jì)60年代至90年代，采用“異步電動(dòng)機(jī)+轉(zhuǎn)子串電阻加速十高壓接觸器換向+動(dòng)力制動(dòng)減速+繼電器控制”的控制方式交流單繩纏繞式成為主流的礦井提升設(shè)備的電控系統(tǒng)，從80年代開始，發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)機(jī)組傳動(dòng)方式改為直流電動(dòng)機(jī)由直流發(fā)電機(jī)供電，直流發(fā)電機(jī)由三相同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，晶閘管變流器模擬電控系統(tǒng)：控制保護(hù)部分基本上都采用模擬系統(tǒng)。

近年來，交流提升機(jī)電控系統(tǒng)通過交交變頻調(diào)速系統(tǒng) ，全數(shù)字直流傳動(dòng)，低壓變頻調(diào)速，高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，加上PLC安全工藝控制的使用越來越多，甚至通過兩套PLC構(gòu)成安全回路雙線制，通過現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，數(shù)字化、模塊化設(shè)計(jì)成為了主流設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

下一步，交直交變頻傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)將越來越多的被應(yīng)用到新型的礦井提升設(shè)備上，其采用*相同的整流及逆變功率結(jié)構(gòu)，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)基本為1，諧波很小，電機(jī)側(cè)電流波形接近正弦波。在控制系統(tǒng)中，不僅僅是控制的節(jié)能和平穩(wěn)性，在安全性方面，通過完善監(jiān)測(cè)保護(hù)手段，也會(huì)提升可靠性。后備綜合保護(hù)系統(tǒng)已經(jīng)成為的系統(tǒng)，通過安裝工業(yè)攝像頭進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過增加傳感器檢測(cè)游動(dòng)滾筒動(dòng)作情況，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化運(yùn)行，遠(yuǎn)程監(jiān)控，將信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的和本地中控、遠(yuǎn)程控制室進(jìn)行雙向通訊，實(shí)現(xiàn)智能化、數(shù)字化的礦井監(jiān)控系統(tǒng)。

2. 礦井提升系統(tǒng)的分類

礦井提升機(jī)按照提升的原理不同，可分為“纏繞式提升機(jī)(mine drum winder)”和“摩擦式提升機(jī)(mine friction winder)”兩種。

礦井提升設(shè)備的主要組成部分是：提升容器、提升鋼絲繩、提升機(jī)及拖動(dòng)控制系統(tǒng)、井架、天倫及裝載設(shè)備等。由于提升容器及提升機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理不同，礦井提升設(shè)備可構(gòu)成不同提升系統(tǒng)，常見的提升系統(tǒng)有：主井箕斗提升系統(tǒng)、副井箕斗提升系統(tǒng)、多繩摩擦提升系統(tǒng)、斜井串車提升系統(tǒng)、斜井箕斗提升系統(tǒng)。

3. 礦井提升機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成

礦井提升機(jī)的系統(tǒng)并非只是上面所提到的提升機(jī)部分，還包括潤(rùn)滑系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、觀測(cè)和操縱系統(tǒng)、拖動(dòng)控制和自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程安全監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)等。

1）潤(rùn)滑系統(tǒng)：再提升機(jī)運(yùn)行過程中不間斷的給軸承以及齒輪嚙合面壓送潤(rùn)滑油，保證軸承和齒輪的正常工作。

2）機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)：由減速器和連軸承器組成。減速器用來減速并傳遞動(dòng)力；聯(lián)軸器用來連接提升機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，并向其傳遞動(dòng)力。

3）觀測(cè)與操縱系統(tǒng)：包括操作臺(tái)、深度指示器等裝置。其中深度指示器可以顯示提升容器的所處的深度位置。

4）拖動(dòng)控制和自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)：包括主拖動(dòng)電機(jī)和微拖動(dòng)電機(jī)、電器控制系統(tǒng)以及由PLC控制的保護(hù)系統(tǒng)。

5）制動(dòng)系統(tǒng)：一般都是液壓制動(dòng)系統(tǒng)，包括制動(dòng)器和液壓傳動(dòng)裝置兩部分。制動(dòng)系統(tǒng)的功能就是使提升機(jī)卷筒剎車，停止提升機(jī)的運(yùn)行，它的可靠性直接關(guān)系到提升機(jī)的安全運(yùn)行。制動(dòng)系統(tǒng)不但需要提升機(jī)停車時(shí)牢固的閘住提升機(jī)卷筒，還需要參與提升機(jī)的速度控制，保持提升運(yùn)行的速度不偏離預(yù)設(shè)的數(shù)值，同時(shí)在雙滾筒提升機(jī)中，制動(dòng)系統(tǒng)還被用來調(diào)節(jié)鋼絲繩的長(zhǎng)度。

6）遠(yuǎn)程安全監(jiān)控系統(tǒng)：通過采集提升機(jī)控制器的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)顯示和存儲(chǔ)，可以還原歷史數(shù)據(jù)，追溯各種故障分析和匯總記錄，也可以結(jié)合礦井生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行智能化分析和判斷，對(duì)礦井生產(chǎn)數(shù)字化有著相當(dāng)重要的功能。

7）遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)：通過和控制器等的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)連接，對(duì)于故障發(fā)生時(shí)，從設(shè)備制造商發(fā)起的實(shí)時(shí)診斷顯得十分的重要，該系統(tǒng)支持。

4. 礦井提升控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

目前，在國(guó)產(chǎn)礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)中，PLC主要用于處理開關(guān)量，以替代老式提升機(jī)控制系統(tǒng)中眾多的繼電器、接觸器、復(fù)雜的連線以及信號(hào)顯示系統(tǒng)，而涉及到提升機(jī)安全運(yùn)行的制動(dòng)系統(tǒng)中的模擬量和自動(dòng)調(diào)節(jié)過程，大多還是通過用半導(dǎo)體器件、運(yùn)算放大器等可調(diào)閘和可控硅動(dòng)力制動(dòng)的普通電子模式來處理。使用過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)零點(diǎn)漂移、電子元件損壞，并且存在維修及重新調(diào)試難、可靠性差等缺點(diǎn)，因而使提升機(jī)電控系統(tǒng)的可靠性降低。

現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)和控制系統(tǒng)結(jié)合成一體，實(shí)現(xiàn)礦井提升設(shè)備的系統(tǒng)化、智能化。

5. 遠(yuǎn)程安全通訊系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程安全通訊系統(tǒng)，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)礦井提升設(shè)備，為了達(dá)到工程師在遠(yuǎn)程運(yùn)行保障中心即可實(shí)現(xiàn)到現(xiàn)場(chǎng)的程序?qū)崟r(shí)在線診斷、實(shí)時(shí)觀察現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)作、歷史數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)積累和分析、通過采集的信息進(jìn)行預(yù)警分析等多方面的需求，系統(tǒng)拓?fù)鋱D設(shè)計(jì)如下：

現(xiàn)場(chǎng)的提升機(jī)設(shè)備，可以通過有線寬帶或者WIFI無線系統(tǒng)連接到internet網(wǎng)絡(luò)，也可以是單獨(dú)通過電信或者聯(lián)通的3G網(wǎng)絡(luò)，通過無線上網(wǎng)的方式，連接到遠(yuǎn)程的運(yùn)行保障中心。

中大型的運(yùn)行保障中心的配置舉例如下：

現(xiàn)場(chǎng)端如果是通過3G上網(wǎng)，連接的是具有Profinet的西門子的S7-300和Simotion的伺服傳動(dòng)系統(tǒng)，則需要配置如下：

該配置，對(duì)于提升機(jī)可以同時(shí)連接1000臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線診斷、預(yù)警、維護(hù)、升級(jí)等工作，的節(jié)省每一次故障或者調(diào)試需要團(tuán)隊(duì)去現(xiàn)場(chǎng)的大量成本，實(shí)現(xiàn)信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)由遠(yuǎn)端服務(wù)器執(zhí)行的云計(jì)算化，將傳統(tǒng)的工控和IT互聯(lián)網(wǎng)真正進(jìn)行工業(yè)化和信息化的融合。

6. 安全通訊系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)是礦井提升機(jī)遠(yuǎn)程安全監(jiān)控系統(tǒng)的另一個(gè)重要組成部分，是控制策略和方法應(yīng)用的載體，系統(tǒng)運(yùn)行和性能的優(yōu)劣主要取決于軟件設(shè)計(jì)的應(yīng)用。

在該安全通訊系統(tǒng)中，SY-RSCM的軟硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)協(xié)議進(jìn)行解析、加密和路由、交換、防火墻等功能，通過公網(wǎng)傳輸?shù)臅r(shí)候，賽遠(yuǎn)的專用S-Link協(xié)議，是專用于傳輸工業(yè)數(shù)據(jù)的一個(gè)穩(wěn)定、安全的私鑰協(xié)議。在運(yùn)行保障中心，通過SY-RSCM進(jìn)行核對(duì)和驗(yàn)證，再進(jìn)行準(zhǔn)確的安全的解包，傳遞給目標(biāo)對(duì)象。

在運(yùn)行保障中心，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、控制，數(shù)據(jù)歷史存儲(chǔ)，歷史曲線等常規(guī)的組態(tài)軟件功能之外，還應(yīng)該有一套制造執(zhí)行系統(tǒng)MES，連接工業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析之后，要傳輸給制造商的企業(yè)資源管理系統(tǒng)ERP，進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)接，并未完成數(shù)據(jù)的系統(tǒng)分析，如預(yù)警等功能。該MES軟件通常由制造商提出具體需求，再進(jìn)行具體的分析，進(jìn)行定制化的服務(wù)。

通過該系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)的是針對(duì)提升機(jī)設(shè)備的全生命周期的遠(yuǎn)程管理：安裝、預(yù)警、調(diào)試、故障診斷、升級(jí)。

7. 賽遠(yuǎn)遠(yuǎn)程安全通訊系統(tǒng)顯著特點(diǎn)

賽遠(yuǎn)的工業(yè)遠(yuǎn)程安全通訊，*是自主創(chuàng)新的通訊系統(tǒng)，不同于市面上的MODEM撥號(hào)、GPRS等低速連接系統(tǒng)，不同于現(xiàn)場(chǎng)需要電腦進(jìn)行遠(yuǎn)程桌面的方式，不同于固定IP查找對(duì)方的方式，具有如下顯著的特點(diǎn)：

ü 工程師實(shí)時(shí)分鐘級(jí)的響應(yīng)，實(shí)時(shí)運(yùn)行保障；

ü internet覆蓋支持，支持ADSL，VDSL，3G等方式；

ü 支持各種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，如Profinet，Ethercat，Ethernet/IP，MODBUS TCP；

ü 現(xiàn)場(chǎng)視頻和工業(yè)數(shù)據(jù)一起傳輸；

ü PLC程序級(jí)控制，數(shù)據(jù)OPC采集；

ü 數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)雙向傳輸；

ü 架設(shè)和配置簡(jiǎn)單，高效；

ü 的賽遠(yuǎn)安全通訊技術(shù)，數(shù)據(jù)安全和穩(wěn)定；

ü 兩端均不需要固定IP，數(shù)據(jù)直接點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，無需經(jīng)過第三方服務(wù)器。

8. 賽遠(yuǎn)遠(yuǎn)程通訊的安全性

由于需要在公共的internet網(wǎng)絡(luò)上傳輸工業(yè)協(xié)議，針對(duì)原有的工業(yè)協(xié)議，需要進(jìn)行協(xié)議解析，并在公共網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行充分的加密，才可以完成安全的傳輸。

賽遠(yuǎn)在公共的網(wǎng)絡(luò)上采用的是S-link協(xié)議，它綜合了密碼技術(shù)和協(xié)議安全機(jī)制，在IPV4和IPV6環(huán)境中，為網(wǎng)絡(luò)層流量提供驗(yàn)證頭（AH）和封裝安全載荷（ESP）兩種安全服務(wù)。AH提供數(shù)據(jù)完整性和數(shù)據(jù)認(rèn)證，ESP提供數(shù)據(jù)的保密性和加密。AH和ESP的數(shù)據(jù)封裝格式見下圖。

S-link傳輸協(xié)議下的AH、ESP數(shù)據(jù)封裝格式

通過S-link協(xié)議，支持了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線中的Profinet、Ethernet/IP、MODBUS TCP等協(xié)議，可以連接西門子、羅克韋爾、施耐德、歐姆龍、三菱等品牌的控制系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議在互聯(lián)網(wǎng)上的安全、穩(wěn)定的傳輸。

9. 結(jié)束語

基于PLC、上位機(jī)、變頻器等設(shè)備組成的礦井提升設(shè)備的控制和傳動(dòng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，很好的滿足了礦井提升機(jī)的整體聯(lián)動(dòng)和智能化的需求。通過賽遠(yuǎn)的具有工業(yè)安全通訊技術(shù)的工業(yè)遠(yuǎn)程系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)的礦井提升機(jī)制造商，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了礦井提升機(jī)的遠(yuǎn)程采集與集中監(jiān)控功能，大大降低了安裝、調(diào)試、維護(hù)、預(yù)警成本，并通過該系統(tǒng)建立了礦井提升機(jī)設(shè)備的全生命周期管理系統(tǒng)，在21世紀(jì)，從過去的制造產(chǎn)生利潤(rùn)，轉(zhuǎn)型為設(shè)計(jì)和服務(wù)產(chǎn)生利潤(rùn)，是一個(gè)信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、云計(jì)算化帶來的巨大轉(zhuǎn)變，目前該系統(tǒng)隨著礦井提升機(jī)的配套，在國(guó)內(nèi)外均運(yùn)行效果良好。