DE102004058757A1

DE102004058757A1 - Schachtförderanlage

Info

Publication number: DE102004058757A1
Application number: DE200410058757
Authority: DE
Inventors: Ulrich Eckel; Roland Gebhard; Markus Haala
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-12-06
Filing date: 2004-12-06
Publication date: 2005-07-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schachtförderanlage mit einem oder mehreren Fördermitteln zum Befördern von insbesondere Personen über eine Mehrzahl von Haltepunkten, insbesondere Etagen oder Sohlen. Die Schachtförderanlage ist durch ein Automatisierungssystem gesteuert und überwacht. Zur sicheren Überwachung der Schachtförderanlage ist die Schachtförderanlage mit Positionsgebern im Schacht hergerichtet. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schachtförderanlage mit einfachen und kostengünstigen Mitteln noch sicherer zu steuern oder zu betreiben. Die Verwendung eines digitalen, insbesondere volldigitalen Automatisierungssystems liefert derartige Genauigkeiten für die Wegregelung und somit für die Positionsbestimmung, dass damit die bislang üblichen Positionsgeber oder Schachtschalter verzichtbar sind und die Sicherheit erhöht wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schachtförderanlage mit einem oder mehreren Fördermitteln zum Befördern von insbesondere Personen über mehrere Haltepunkte, insbesondere Etagen.

Eine bekannte Schachtförderanlage ist mittels eines elektrischen Automatisierungssystems gesteuert und überwacht, wobei im Automatisierungssystem ein aus EP 0 289 813 B1 bekanntes Verfahren zur beschleunigungs- und geschwindigkeitsbegrenzten Wegregelung eingesetzt ist. Um den für Schachtförderanlagen, welche insbesondere mit Geschwindigkeiten über 12 m/sek. betrieben werden, geforderten Sicherheitsbestimmungen gerecht zu werden, ist ein bekannter Schacht, in dem die Schachtförderanlage betrieben wird, mit mindestens einem Positionsgeber pro Haltepunkt ausgerüstet. Zudem ist es notwendig die Geschwindigkeiten an bestimmten Stellen oder Haltepunkten zu verlangsamen oder zu erhöhen, beispielsweise werden die Fördermittel an Haltepunkten, welche sich im Bereich der Mitte des Schachtes befinden, in Spurlatten geführt. Das Durchfahren dieser Bereiche erfordert eine kontrollierte Herabsetzung der Geschwindigkeit, welches mit Hilfe weiterer Positionsgeber überwacht ist. Aus dem Gebrauchsmuster DE 296 07 004 U1 ist ein Steuerungssystem bekannt welches, mittels einer Weg- bzw. Geschwindigkeitserfassung mit Geschwindigkeitssensoren an unabhängigen Rollen oder Wellen, die Geschwindigkeit überwacht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schachtförderanlage mit einfachen und kostengünstigen Mitteln noch sicherer zu steuern oder zu betreiben.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Schachtförderanlage mit einem oder mehreren Fördermitteln zum Be fördern von insbesondere Personen über eine Mehrzahl n von Haltepunkten, insbesondere Etagen oder Sohlen, die eine mit einem Motor in Verbindung stehende Seilscheibe aufweist, welche ein Förderseil für die/das Fördermittel führt. Weiterhin ist die Schachtförderanlage mit mindestens einem Impulszähler hergerichtet, welcher abgeleitet aus der Seilbewegung einen aktuellen Wegwert und einen aktuellen Geschwindigkeitswert der/des Fördermittels) ermittelt und außerhalb des Schachtes angeordnet ist. Des Weiteren ist die Schachtförderanlage mittels eines elektrischen Automatisierungssystems gesteuert und/oder überwacht, wobei das Automatisierungssystem für den Betrieb einen digitalen Fahrtregler mit einem digitalen Führungsgrößengeber zur Berechnung von Sollwerten für eine Regelung des Motors aufweist, wobei in Betrieb befindliche Haltepunkte vorhanden sind, die keinen ihnen zugeordneten oder in ihrem Annäherungsbereich befindlichen Positionsgeber aufweisen.

Die Erfindung beruht u.a. auf der neuen Erkenntnis, dass die Verwendung eines digitalen, insbesondere volldigitalen Automatisierungssystems derartige Genauigkeiten für die Wegregelung und somit für die Positionsbestimmung liefert, dass damit bei steigender Sicherheit die bislang üblichen Positionsgeber oder Schachtschalter verzichtbar sind.

Mit Vorteil ist die Schachtförderanlage derart hergerichtet, dass die Anzahl m der Positionsgeber im Schacht null oder kleiner als die Anzahl n in Betrieb befindlicher Haltepunkte oder Etagen ist. Der Installations- und Wartungsaufwand oder die Erneuerung solcher Positionsgeber kann somit stark gemildert werden. Beispielsweise wird in einem Bergwerkschacht neben Personen auch Abraumaterial befördert, Teile dieses Materials fallen immer wieder in den Schacht und zerstören so die teuren Positionsgeber oder Schachtschalter.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schachtförderanlage ist, dass genau ein oder zwei Positions geber vorhanden sind, vorzugsweise genau einer pro Fördermittel. Durch die hochgenaue Wegregelung, also das sichere und das zentimetergenaue Anfahren der Endlagen oder Haltepunkte, mittels des digitalen Fahrtreglers und des digitalen Führungsgrößengebers, ist nur noch ein Positionsgeber pro Fördermittel notwendig.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung ist die Schachtförderanlage derart hergerichtet, dass ein Ausgangssignal des oder der Positionsgebers) dem Automatisierungssystem als ein Synchronisierungssignal zugeleitet ist. Kann die Schachtförderanlage nur mit erheblichem Seilschlupf betrieben werden, so ist eine Positionsangabe für den Endbereich des Schachtes mittels eines einzigen Positionsgebers pro Fördermittel notwendig. Infolge von auftretendem Seilschlupf oder auf Grund von unterschiedlichen Längenausdehnungen des Förderseils durch stark schwankende Umgebungstemperaturen, beispielsweise durch die Jahreszeiten Sommer und Winter, dienen die Positionsgeber für die Fördermittel ausschließlich der Synchronisierung des gemessenen Förderweges zum Bezugspunkt.

Weitere Einzelheiten ergeben sich in Zusammenhang mit der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels.
Dabei zeigt die Figur eine Schachtförderanlage 2 eines Bergwerkschachtes 30 mit einem Automatisierungssystem 4 und einem Visualisierungssystem 5 die über einen Motor 6 angetrieben wird. Der Motor 6 wird über einen Stromrichter 8 drehzahlgesteuert. Die Vorgaben für die Drehzahlsteuerung des Stromrichters 8 werden durch das Automatisierungssystem 4 gegeben, welches mit dem Stromrichter 8 in Verbindung steht. Die Schachtförderanlage 2 weist zwei Fahrkörbe, Trumme oder Fördermittel 32 und 34 auf, die mit einem Förderseil 16 in einem Schacht 30 bewegt werden. Die Positionsgeber 50 und 52 für die Fördermittel 32 und 34 mit ihren zugehörigen Magneten 51 und 53 dienen der Synchronisierung des gemessenen Förderweges zum Bezugspunkt. Das Förderseil 16 wird über eine Seilscheibe 10 mit dem Motor 6 angetrieben und über eine erste Seilscheibe 12 und eine zweite Seilscheibe 14 in den Schacht 30 abgelenkt. Ein erster Impulszähler 18, ein zweiter Impulszähler 20 und ein dritter Impulszähler 22 sind über Datenleitungen mit dem Automatisierungsgerät 4 verbunden.
Der erste Impulszähler 18 erfasst die Impulse für die Weg- x und Geschwindigkeitswerte v an der Seilscheibe 12. Der zweite Impulszähler 20 erfasst die Impulse für die Weg- x und Geschwindigkeitswerte v über eine Reibrolle 26 an der Seilscheibe 10. Der dritte Impulszähler erfasst die Impulse für die Weg- x und Geschwindigkeitswerte v an der Welle 24 des Motors 6.
Durch die Erfassung der Impulse für die Weg- x und Geschwindigkeitswerte v an verschiedenen Stellen werden dem Automatisierungsgerät 4 die Impulse für die Weg- x und Geschwindigkeitswerte v redundant bereitgestellt. Aus Sicherheitsgründen und aufgrund möglichen Seilschlupfes an der Seilscheibe 10 werden die von den drei Impulszählern 18, 20 und 22 gelieferten Werte im Automatisierungsgerät gegenseitig auf Konsistenz überprüft. Sind die Werte gegenseitig konsistent, so wird einer von ihnen oder eine Kombination aus ihnen als Messwert für den Weg x bzw. für die Geschwindigkeit v der Fördermittel 32 und 34 verwendet. Als Position der Fördermittel 32 und 34 gilt der auf diese Weise ermittelte Wert für den Weg x.
Im Gegensatz zu Schachtförderanlagen, bei denen die Geschwindigkeit mit zahlreichen längs des Förderweges angeordneten Positionsgebern oder Schachtschaltern überwacht wird, kann die Geschwindigkeit der Fördermittel 32 und 34 dieser Anlage mit einem aus EP 0 289 813 B1 bekannten Verfahren zur ruck-, beschleunigungs- und geschwindigkeitsbegrenzten Wegregelung und dem Einsatz moderner hochgenauer digitaler Automatisierungskomponenten die einen digitalen Fahrtregler sowie einen digitaler Führungsgrößengeber enthalten überwacht und geregelt werden.
Bei dieser Schachtförderanlage 2 werden mit den Fördermitteln 32 und 34 nicht nur Material, sondern auch Personen mit hohen Geschwindigkeiten, z.B. von 12 m/s, befördert. Die sicherheitstechnischen Anforderungen für die Geschwindigkeitsüberwachung solcher Anlagen sind dementsprechend hoch. Daher wird zusätzlich zu dem bekannten hochpräzisem Verfahren ein funktionsredundantes Geschwindigkeitsüberwachungsverfahren eingesetzt. Ein Bremsweg von Schachtförderanlagen beispielsweise am Schachtende ist üblicherweise sehr knapp bemessen, demzufolge muss die ordnungsgemäße Verzögerung der Anlage in diesen besonderen Bereichen über den gesamten Verzögerungsweg mit hochgenauen Automatisierungskomponenten überwacht werden.
Das Automatisierungssystem 4 basiert auf Komponenten einer digitalen speicherprogrammierbaren Steuerungen vom Typ Simatic-S7-400, welches durch kleinste Abtastzeiten von 0,1 ms und Fließkommarechnung für hochgenaue und sicherheitsrelevante Regelungen hergerichtet ist. Es umfasst außerdem Module für die Führung und Überwachung der Förderanlage 2, sowie eine Ansteuerung für das Visualisierungssystem 5. Der Fahrtregler, in der Zeichnung nicht dargestellt, welcher im Automatisierungssystem 4 integriert ist, ermöglicht eine zentimetergenaue Positionierung der Fördermittel 32 und 34. Integrierte Sicherheitsfunktionen überwachen deren Geschwindigkeit und lösen im Bedarfsfall Brems- oder Stopproutinen aus. Alternativ zum Ausführungsbeispiel kann der Fahrtregler als zweikanaliges Sicherheitssystem aufgebaut sein und pro Kanal bis zu sechs Impulszähler oder Istwertgeber oder Inkrementalgeber für die Erfassung von Weg x und Geschwindigkeit v, auswerten. Auch der Führungsgrößengeber, in der Zeichnung nicht dargestellt, ist integraler Bestandteil des Automatisierungssystems 4. Der Führungsgrößengeber bietet mittels dem aus EP 0 289 813 B1 bekanntem Verfahren eine Wegregelung und eine Drehzahlregelung, also einen Momentensollwert für die Antriebsregelung des Stromrichters 8. Die anspruchsvollen digitalen Regelungs- und Überwachungsaufgaben sowie die exakte Auswertung der Impulsauswertung der Inkrementalgeber im Automatisierungssystem 4 sind durch eine, nicht dargestellte, auch zweikanalig arbeitende Applikationsbaugruppe vom Typ Simatic FM458 unterstützt. Die Applikationsbaugruppe sorgt mit ihrem 64-Bit-RISC-Prozessor für höchste Rechenleistung und Genauigkeiten. Das Automatisierungssystem 4 mit dem internen Fahrtregler und dem internen Führungsgrößengeber gewährleistet dadurch und ohne zusätzliche Positionsgeber das sichere Einfahren in die kritischen Bereiche wie Schachtendlagen, Haltepunkte und besondere Annährungsbereiche (H1, H2, H3, H4).
Zusätzlich ergibt sich folgende beispielhafte Ausgestaltung:
Wie bereits erwähnt, muss die ordnungsgemäße Verzögerung der Anlage in den kritischen Bereichen über den gesamten Verzögerungsweg überwacht werden. Mittels verschiedener Überwachungsmöglichkeiten, wie eine Hüllkurvenüberwachung oder eine stufige Überwachung, werden voreingestellte Maximalgeschwindigkeitswerte auf eine Überschreitung durch einen aktuellen Geschwindigkeitswert V_a im Automatisierungsgerät 4 überwacht. Ein Überschreiten der Maximal-geschwindigkeitswerte löst eine entsprechende Sicherheitsfunktion der Schachtförderanlage 2 aus. Das Fördermittel 32, 34 wird abgebremst oder auch gestoppt.
Ein Messwert V_a, also der aktuelle Geschwindigkeitswert V_a, welcher mittels der Impulszähler 18, 20 und 22 ermittelt wurde, wird mit einem ersten Geschwindigkeitsgrenzwert V₁ und einem zweiten Geschwindigkeitsgrenzwert V₂ verglichen.
Der Geschwindigkeitsgrenzwert V₁ wird mittels einer im Automatisierungssystem 4 hinterlegten Rechenanweisung berechnet. Der zweite Geschwindigkeitsgrenzwert V₂ wird aus einem Daten baustein des Automatisierungssystems 4, welcher die Werte für eine stufige Grenzwertkurve enthält, ausgelesen.
Die Werte der stufigen Grenzwertkurve sind förderweg- abhängige, vor Betriebsbeginn errechnete Werte. Die stufige Grenzwertkurve wird z.B. in einer Exceldatei vor Betriebsbeginn errechnet und fest in einem Datenbaustein des Automatisierungssystems 4 abgelegt. Für eine zusätzliche Geschwindigkeitsüberwachung bzw. einen Wertevergleich der Geschwindigkeitswerte stehen jetzt ein aktueller Geschwindigkeitswert V_a und zwei Geschwindigkeitsgrenzwerte V₁ und V₂ zur Verfügung. Sobald der aktuelle Geschwindigkeitswert V_a die Geschwindigkeitsgrenzwerte V₁ und/oder V₂ überschreitet, wird im Automatisierungssystem 4 eine für die Sicherheit notwendige Bremsroutine eingeleitet und oder ein akustische oder optisches Warnsignal ausgegeben. Da mindestens einer der Geschwindigkeitsgrenzwerte V₁ oder V₂ überschritten wurde, muss die Anlage sofort gebremst und bis zum Stillstand heruntergefahren werden.

Claims

Schachtförderanlage (2) mit einem oder mehreren Fördermitteln (32, 34) zum Befördern von insbesondere Personen über eine Mehrzahl (n) von Haltepunkten (H1, H2, H3, H4), insbesondere Etagen oder Sohlen, – die eine mit einem Motor (6) in Verbindung stehende Seilscheibe (10) aufweist, welche ein Förderseil (16) für die/das Fördermittel (32, 34) führt, – mit mindestens einem Impulszähler (18, 20, 22), welcher abgeleitet aus der Seilbewegung einen aktuellen Wegwert (X_a) und einen aktuellen Geschwindigkeitswert (V_a) der/des Fördermittels) (32, 34) ermittelt und außerhalb des Schachtes (30) angeordnet ist, – die mittels eines elektrischen Automatisierungssystems (4) gesteuert und/oder überwacht ist, wobei das Automatisierungssystem (4) für den Betrieb einen digitalen Fahrtregler mit einem digitalem Führungsgrößengeber zur Berechnung von Sollwerten für eine Regelung des Motors (6) aufweist, – wobei in Betrieb befindliche Haltepunkte (H1, H2, H3, H4), vorhanden sind, die keinen ihnen zugeordneten oder in ihrem Annäherungsbereich befindlichen Positionsgeber (50, 52) aufweisen.
Schachtförderanlage (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl (m) der Positionsgeber im Schacht (50, 52) null oder kleiner als die Anzahl (n) in Betrieb befindlicher Haltepunkte (H1, H2, H3, H4) oder Etagen ist.
Schachtförderanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass genau ein oder zwei Positionsgeber (50, 52) vorhanden sind, vorzugsweise genau einer pro Fördermittel (32, 34).
Schachtförderanlage nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgangssignal des oder der Positionsgebers) (50, 52) dem Automatisierungssystem (4) als ein Synchronisierungssignal zugeleitet ist.