Les monte-charges pour mines souterraines déplacent chaque jour des personnes et des matériaux à des milliers de mètres sous terre. Ces machines lourdes travaillent dans des conditions difficiles où des erreurs de sécurité peuvent conduire à des accidents graves. LeIHM Siemens(Interface homme-machine) joue un rôle central dans la protection des treuils miniers grâce à deux fonctions essentielles : la protection contre le survent et la surveillance de la tension des câbles. Cet article explique commentIHM Siemensla technologie améliore la sécurité et la fiabilité pourtreuil de mine souterraineopérations.
Pourquoi la protection contre le vent et la tension des câbles sont importantes dans les mines souterraines
Untreuil de mine souterrainemonte et descend des arbres verticaux à grande vitesse. Le surmenage se produit lorsque le conteneur de levage dépasse son point d'arrêt normal en haut ou en bas du puits. Cela peut provoquer des dommages dus à une collision, une rupture du câble ou des blessures mortelles. Les règles de sécurité dans les mines exigent des systèmes de protection contre le vent qui réagissent plus rapidement que 0,1 seconde avec une erreur de positionnement inférieure à 50 millimètres.
Les câbles métalliques supportent tout le poids de la cage du palan et de sa charge. Dans les palans à friction multi-câbles, une tension inégale entre les câbles crée une usure excessive des câbles individuels. Selon les normes de sécurité minière, la différence de tension entre n'importe quelle corde à simple et la moyenne doit rester inférieure à ± 10 pour cent. Lorsque le déséquilibre de tension dépasse cette limite, les câbles peuvent se briser ou le palan peut dérailler.
Les systèmes de contrôle analogiques traditionnels ont du mal à surveiller ces paramètres avec suffisamment de rapidité et de précision. Des systèmes numériques modernes construits autourIHM Siemensle matériel fournit des-données en temps réel et des réponses de protection automatiques que les systèmes mécaniques ne peuvent pas égaler.
Siemens HMI : le cœur du contrôle moderne des palans miniers
LeIHM SiemensLe système fonctionne avec les contrôleurs PLC Siemens S7-400 pour former le cerveau du système de sécurité du treuil minier. L'armoire de commande utilise un écran tactile couleur de 10,4 pouces qui affiche la position du palan, la vitesse, la tension du câble et l'état de l'alarme en temps réel. Les opérateurs peuvent afficher les tendances des données en direct, ajuster les paramètres de protection et consulter les journaux d'événements directement via l'interface.
Le système utilise une double communication Profibus-DP et Ethernet pour connecter des capteurs, des freins et des entraînements de moteur. Les alimentations redondantes et les modules CPU de secours basculent en moins de 0,3 seconde en cas de panne du contrôleur principal. Cette redondance garantit que le système de protection continue de fonctionner même lorsqu'un composant présente un problème.
Performances du système de protection contre le vent
La fonction de protection contre le survent utilise à la fois des couches logicielles et matérielles pour plus de sécurité. La protection logicielle contre le vent-calcule la position du palan à l'aide des données de l'encodeur avec une précision de ±0,01 degré. Lorsque la cage s'approche du bout d'arbre, le système déclenche d'abord un ralentissement, puis un freinage d'urgence si la cage continue au-delà du point d'avertissement.
La protection de sauvegarde matérielle utilise des commutateurs magnétiques sans contact-montés à des positions critiques de l'arbre. Ces commutateurs fonctionnent indépendamment du système logiciel. Si la protection logicielle et matérielle principale échoue, un interrupteur de fin de course final à poids -marteau active directement le frein mécanique.
Les mesures sur le terrain montrent l'intégralitédispositif de protection contre le survent pour treuil de mineatteint un temps de réponse de 0,08 seconde et une précision d'arrêt de 32 millimètres. Cette performance satisfait et dépasse les exigences de sécurité industrielles de 0,1 seconde et de 50 millimètres.
Technologie de surveillance de la tension des câbles en-temps réel
Lesystème de surveillance de la tension des câbles métalliquesutilise des capteurs de pression hydraulique installés sur chaque point de suspension de la corde. Ces capteurs convertissent la force de tension du câble en signaux électriques avec une précision à pleine échelle de ±0,5 %. LeIHM Siemensaffiche simultanément les valeurs de tension de toutes les cordes individuelles, ainsi que les pourcentages de charge totale et de différence de tension.
Le système échantillonne les données de tension 100 fois par seconde et applique un filtrage numérique pour éliminer les bruits de vibration liés au mouvement du palan. Ce filtrage garantit que les lectures reflètent le poids réel de la charge, et non le choc temporaire dû au balancement du câble. Lorsqu'une corde présente une tension de 10 % supérieure ou inférieure à la moyenne, le système déclenche une alarme sonore et peut lancer automatiquement un ralentissement contrôlé.
Les opérateurs peuvent visualiser des graphiques de tendance de tension qui suivent les changements à mesure que le palan se déplace de la surface au fond du puits. Ces données aident les équipes de maintenance à identifier l’usure inégale des câbles avant qu’elle ne devienne dangereuse.
Résultats des tests sur le terrain : étude de cas d'une mine de 810 mètres de profondeur
Un test complet sur le terrain a été réalisé dans une mine de charbon à 810 - mètres de profondeur à l'aide d'un palan à friction à quatre câbles doté d'une masse de cage de 8,18 tonnes. Le test a comparé les lectures de tension avant et après l'installation duIHM Siemenssystème de suivi et d’indemnisation.
Conditions de test incluses :
- Profondeur du puits : 810 mètres
- Nombre de câbles de levage : 4
- Poids de la corde arrière : 6,62 kg par mètre
- Vitesse de levage : 12 mètres par seconde
- Charge utile complète : 10 tonnes
Au niveau de la tête de mine, la tension totale du câble mesurait 154,3 kN avant compensation. Après que le système ait appliqué le réglage de l'équilibrage hydraulique, la tension totale a augmenté jusqu'à 184,6 kN et les valeurs individuelles des câbles sont devenues beaucoup plus uniformes. Avant compensation, les tensions individuelles des câbles variaient entre 35,8 kN et 40,2 kN -, soit une différence de 12,3 %. Après compensation, la plage s'est réduite de 45,7 kN à 46,8 kN -, soit une différence de seulement 2,4 %.
Au milieu du puits (390 mètres de profondeur), la tension totale mesurée était de 111,2 kN avant compensation et de 129,5 kN après compensation. Le déséquilibre des tensions est passé de 11,6 pour cent à 3,1 pour cent. Au fond de la fosse, la tension totale était de 68,1 kN avant et de 83,1 kN après compensation, avec un déséquilibre passant de 6,0 pour cent à 4,2 pour cent.
Ces résultats de tests prouventsystème de surveillance de la tension du câble avec Siemens HMIréduit le déséquilibre de tension de 65 à 75 pour cent dans toutes les positions de l'arbre.
Normes de sécurité et fiabilité du système
Le système complet de contrôle et de protection répond au niveau SIL 3 (Safety Integrity Level 3) selon la norme CEI 61508. Cette note signifie que le système a une probabilité de défaillance sur demande inférieure à 1 opération sur 10 000. Le système respecte également les normes allemandes TAS pour les systèmes de levage à puits.
À la mine Woodsmith au Royaume-Uni, Siemens a fourni l'équipement électrique pour deux palans Blair Multi-Corde fonctionnant à 1 450 mètres sous le niveau de la mer. Chaque palan transporte des charges utiles de 35 - tonnes à une vitesse de 18 mètres par seconde à l'aide de moteurs synchrones de 9,3 mégawatts. Le système de freinage multicanal COBRA01, développé conjointement avec OLKO, fonctionne avecIHM Siemens pour les opérations minièrespour offrir une protection certifiée SIL 3.
Letechnologie du panneau de commande du palan miniercomprend des-fonctions de diagnostic intégrées qui testent en permanence les entrées des capteurs, les relais de sortie et les circuits de freinage. Des autotests automatiques-s'exécutent toutes les 24 heures et enregistrent les résultats pour les audits de sécurité. Si le système détecte un défaut dans un canal de protection, il alerte les opérateurs et empêche le fonctionnement du palan jusqu'à ce que le problème soit corrigé.
Avantages clés pour les opérations minières
Les mines utilisant la protection contre le vent et la surveillance de la tension des câbles Siemens HMI voient des améliorations mesurables dans trois domaines principaux.
Premièrement, le risque pour la sécurité diminue considérablement. La protection contre le vent à double couche-et la surveillance continue de la tension réduisent les risques de rupture de câble ou d'accidents de collision avec un arbre. Lors de l'essai minier de 810 mètres, le déséquilibre de tension est resté à tout moment bien dans la limite réglementaire de ± 10 pour cent.
Deuxièmement, les coûts de maintenance diminuent. En surveillant les modèles de tension, les mines peuvent planifier le remplacement des câbles en fonction de l'usure réelle plutôt que d'intervalles de temps fixes. Une charge de tension uniforme prolonge la durée de vie du câble de 20 à 25 % par rapport à un fonctionnement déséquilibré.
Troisièmement, la disponibilité de la production s’améliore. Le système réduit les arrêts imprévus causés par de fausses alarmes ou des conditions de câble inconnues. Les données IHM en-temps réel permettent aux opérateurs d'effectuer des ajustements rapides sans arrêter la production pour des inspections manuelles.
Le système de sécurité des treuils miniers souterrains doté de la technologie Siemens HMI offre aux opérateurs miniers à la fois protection et productivité. Avec une réponse précise au vent, une surveillance précise de la tension et des performances éprouvées sur le terrain, ces systèmes aident les mines à fonctionner de manière sûre et efficace à des profondeurs plus grandes que jamais.
