10.1. Zul.-Nr. HÜ-1/07/1

Kennzeichnende Merkmale:

Hardwarekonzept der Hängseil- und Überlastüberwachungseinrichtung

Das Konzept der Hängseil- und Überlastüberwachungseinrichtung beruht auf der
Messung der Auflagerkräfte bzw. der Seilzugkräfte am Seilträger mittels eines oder
zweier Kraftaufnehmer und anschließender Auswertung durch ein zweikanaliges,
diversitäres programmierbares elektronisches Auswertesystem bzgl. der absolut
gemessenen Werte und der Auswertung der zeitlichen Änderung der gemessenen Kräfte.
Ausgenutzt wird die Tatsache, dass an eintrümigen Trommel- und Bobinenförderanlagen
mit zunehmender Seillänge beim Treiben in Abwärtsrichtung bzw. mit abnehmender
Seillänge bei der Aufwärtsfahrt die Zugkräfte bzw. Auflagerkräfte zu- bzw. abnehmen.

Durch die Auswertung der absolut gemessenen Werte kann diese Einrichtung gleichzeitig
auch als Überlastüberwachungseinrichtung an eintrümigen Anlagen eingesetzt werden.

Die Signale der Kraftaufnehmer werden verstärkt, verdoppelt und auf eine Baugruppe
zur Erfassung analoger Signale des Kanals A des Auswertesystems, eine Steuerung
des Typs FX1 N der Fa. Mitsubishi, geführt. Auch der zweite Auswertekanal, eine
programmierbares elektronisches System S7-200 der Fa. Siemens, wird mit diesen
Signalen beaufschlagt (Kanal B). Beide Steuerungen werten die anliegenden Signale aus
(s. Kap. 4.4 und 4.5). Sie sind für den internen Datenaustausch und zum gegenseitigen
Vergleich miteinander gekoppelt. Dabei findet der Datenaustausch über ein Touch-
Terminal/-screen (3,8 Zoll, Auflösung 320 x 240 Pixel) des Typs MAC E410 der
Herstellerfirma Mitsubishi statt. Die Steuerung S7-200 ist über eine RS232-Verbindung
an Port 1 mit der MAC E410 gekoppelt, die Misubishi-SPS liegt über eine RS422-
Verbindung an Port 2 an. Über das Touch-Terminal wird auch die Prüfeinrichtung für
die Überwachungen realisiert. Ebenso lassen sich über das Touch-Terminal passwort-
geschützt die anlagenspezifischen Parameter in die einzelnen Steuerungen übertragen.
Im Normalbetrieb wird dieses Touch-Terminal für die Anzeigen der aktuell gemessenen
Kraftwerte beider Kanäle sowie der zeitlichen Darstellung der Kraftverläufe verwendet.
Über das Touch­Terminal kann eine Fehlerliste generiert und auch die Prüfeinrichtung
aktiviert werden.

Jede Steuerung erzeugt ein internes Lebenszeichen (Heart Beat), welches über eine
direkte Ausgangs/Eingangs-Kopplung von der anderen Steuerung erfasst und ausge-
wertet wird.

Wahlweise kann ein Kraftaufnehmer oder es können auch zwei Kraftaufnehmer
verwendet werden. Sind zwei Kraftaufnehmer vorhanden, werden im diversitären
Auswertesystem beide Kräfte zu einer Gesamtkraft addiert und dieses Kraftsignal
ausgewertet.

Schnittstellen der Hängseil- und Überlastüberwachungseinrichtung zur
übergeordneten Maschinensteuerung

Die Hängseil- und Überlastüberwachungseinrichtung ist als eigenständiges System
ausgeführt und ist über potentialfreie Relaiskontakte mit der übergeordneten
Maschinensteuerung gekoppelt. Wenn eine der in der Hängseil- und Überlast-
überwachungseinrichtung realisierten Über­wachungsfunktionen anspricht, wird jeweils
der Sicherheitskreis der übergeordneten Fördermaschinensteuerung ausgelöst.

Folgende Signale werden von der Maschinensteuerung über potentialfreie
Relaiskontakte an die Hängseil- und 0berlastüberwachungseinrichtung übergeben:

• Drehrichtung des Seilträgers in Richtung „abwärts"
• Drehrichtung des Seilträgers in Richtung „aufwärts".

Diese beiden Signale werden von der Recheneinheit (CPU Baugruppe des Typs 222)
der S7-200 über die Eingänge E0.0 (Drehrichtung ab) und E0.1 (Drehrichtung auf)
verarbeitet. Eine Quittierungstaste wird über den Eingang E0.2 ausgewertet, das
Lebenszeichen (Heart Beat) des zweiten Kanals über den Eingang E0.7, welcher direkt
vom Ausgang Y5 des Kanals 2 (Mitsubishi SPS) angesteuert wird. Die verwendete
CPU-Baugruppe S7­200, CPU 222 verfügt standardmäßig über acht digitale
Eingänge DC 24 V sowie über sechs digitale Ausgänge, ebenfalls DC 24 V.

Die CPU-Baugruppe der Mitsubishi-SPS verfügt ebenfalls standardmäßig über 8
digitale Eingänge mit den Bezeichnungen XO bis X7. Die beiden Drehrichtungssignale
von der Maschinensteuerung werden über die Eingänge XO (Drehrichtung ab) und
X1 (Drehrichtung auf) ausgewertet. Eingang X2 ist mit dem Quittungssignal belegt.
Das Lebenszeichen der Steuerung S7-200 wird über den Eingang X7 eingelesen.

Erweitert sind beide Steuerungen um Module zur Erfassung von analogen Signalen.
Die S7-200 ist bestückt mit einer Analogein-/ausgabebaugruppe des Typs EM 235,
mit der maximal vier analoge Signale eingelesen werden können und ein analoges Signal,
z. B. für Anzeigezwecke, ausgegeben werden kann. Die Mitsubishi-SPS ist erweitert
mit einer Baugruppe des Typs FX2N-2AD (Analogeingangsmodul) zum Einlesen von
zwei Analogsignalen. Die Baugruppe FX2N-1AD verfügt über einen analogen Ausgang.

Die direkte Schnittstelle zur Maschinensteuerung wird jeweils realisiert über Kontakte
von Sicherheitsrelais (Zweihandrelais) des Typs ESR4-NZ-21. Das Datenblatt dieser
Relais ist in Anlage 8 der Antragsunterlagen beigefügt. Angesteuert wird jedes Sicher-
heitsrelais über zwei Kontakte (Kanal A und Kanal B). Insgesamt sind vier Sicherheits-
relais für vier unterschiedliche Störungen, die vom Hängseil- und Überlastüberwachungs-
system erkannt werden, vorhanden. Die Ansteuerung aller Relais sowie der Sicherheits-
relais ist drahtbruchsicher nach dem Ruhestrom­prinzip ausgeführt.

Die Signalzustände der Ausgänge beider SPS werden gegenseitig in die jeweils andere
SPS übertragen und in jeder SPS auf Gleichheit überwacht.

Softwarekonzept der Hängseil- und Überlastüberwachungseinrichtung

In dem sowohl hardwaremäßig als auch softwaremäßig vollständig diversitär aufgebauten,
zweikanaligen Auswertesystem werden die Über­wachungsfunktionen, die unter Punkt 4.5
dieses Berichtes näher beschrieben sind, in beiden Kanälen realisiert. Das Auswerte- bzw.
Anwenderprogramm der S7-200 (s. Anlage 6 der Antragsunterlagen) wurde mit
Step-7-MicroiWin, V4.0.6.35, das Programm der SPS der Fa. Mitsubishi (s. Anlage 4
der Antragsunterlagen) wurde mit der Programmieroberfläche GX IEC Developer V7.0
erstellt. Die Software beider Steuerungen wurde von unterschiedlichen Personen erstellt,
so dass gleichzeitig auftretende Software-Fehler ausgeschlossen werden können. Auch
durch die Art der Kopplung beider Steuerungen können systematische Fehler ausge-
schlossen werden, da die Kanäle über unterschiedliche Schnittstellen über das Touch-
Terminal gekoppelt sind. Durch den zweikanaligen Aufbau werden zufällige Fehler
beherrscht.

Störfallerkennung und Störfallauswertung

In beiden Kanälen des Auswertesystems der Hängseil- und Überlastüberwachungs-
einrichtung werden die einzelnen Störungen in Fehler 1 bis Fehler 4 unterteilt. Dabei
steht Fehler 1 für das Erkennen einer Überlast in Abwärtsfahrtrichtung. Fehler 2 wird
ausgelöst, falls eine Überlast in Aufwärtsfahrtrichtung erkannt wird. Beim Ansprechen
des Fehlers 3 ist eine Entlastung des Seils in Abwärtsrichtung erkannt worden, so dass
eine Hängseilbildung bedingt durch eine Engstelle im Schacht oder durch ein Festhängen
des Fördermittels im Schacht vorliegen kann. Fehler 4 wird ausgelöst durch den Vergleich
beider Kanäle untereinander, beispielsweise wenn nur ein Kanal des Systems ausgelöst hat
oder wenn unplausible Analogwerte eingelesen werden oder wenn die Analogwerte beider
Kanäle voneinander abweichen. Jeder Fehler wird über ein zugehöriges Sicherheitsrelais
an den Sicherheitskreis der Maschinen­steuerung übergeben.

Erkennen von Überlast bei Aufwärtsfahrt und bei Abwärtsfahrt
(Überlastüberwachungseinrichtung)

Sowohl bei Aufwärtsfahrt als auch bei Abwärtsfahrt wird das von beiden Kanälen
des Systems verarbeitete Signal der Kraftaufnehmer mit einem über das Touch-
Terminal einstellbaren Grenzwert verglichen. Wird dieser Grenzwert überschritten,
wird Fehler 1 (bei Abwärtsfahrt) oder Fehler 2 (bei Aufwärtsfahrt) in beiden Kanälen
ausgelöst. Die Störung wird über das Sicherheitsrelais 6A1 (Überlast bei der
Abwärtsfahrt) bzw. 6A5 (Überlast bei der Aufwärtsfahrt), welche jeweils zwei-
kanalig über Hardwarekontakte angesteuert werden (4K1/4K2 von Kanal 1 und
4K5/4K6 von Kanal 2), in den Maschinensicherheitskreis eingeschliffen. Die
parametrierbaren Grenzwerte/Ansprechwerte für eine Überlast in Aufwärtsrichtung
kann vom Grenzwert für eine Überlast in Abwärtsrichtung abweichen. Dies ist
anlagenbezogen festzulegen.

Erkennen von Hängseil
(Hängseilüberwachungseinrichtung)

Zur Erkennung von Hängseil (Fehler 3) sind verschiedene Software-Auswerte-
mechanismen umgesetzt worden, die bei Erkennen von Hängseil zu Auslösungen
führen. Dabei besitzt die Überwachung, die zu Fehler 3.2 führt (s. u.), die wesent-
lichste Bedeutung.

Falls bei einer Abwärtsfahrt der eingelesene Analogwert innerhalb eines bestimmten
Zeitfensters nicht größer wird, wird Fehler 3.1 ausgelöst. Diese Überwachung ist
jedoch bei kleinen Fahrgeschwindigkeiten des Antriebs sehr empfindlich, da nur eine
geringe Änderung der gemessenen Auflagerkraft vorhanden ist. Daher ist diese
Überwachung über das Touch­Terminal überbrückbar. Dagegen bestehen sicher-
heitlich keine Bedenken, da weitere Maßnahmen zur Erkennung von Hängseil
umgesetzt worden sind.

Fehler 3.2 wird ausgelöst, wenn sich bei einer Fahrt des Fördermittels in Abwärts-
richtung eine zu große Änderung der Last (Lastabnahme) pro Zeiteinheit ergibt.
Anlagenabhängig parametrierbar sind die max. zulässige Lastdifferenz sowie die
Zeitspanne für diese Lastdifferenz. Ergibt sich bei Abwärtsfahrt des Fördermittels
eine zu große Lastabnahme in einer bestimmten Zeitspanne, deutet dies auf Hängseil
oder auf eine Klemmstelle im Schacht hin. Über die beiden Schütze 4K3 (Kanal 1) und
4K6.1 (Kanal 2) wird über das Sicherheitsrelais 7A1 der Maschinensicherheitskreis
ausgelöst.

Interne Überwachungen, Auswertung der Lebenszeichen und gegenseitige
Überwachungen

Zu Fehler 4 führen folgende Überwachungen, die in beiden Kanälen des Auswerte-
systems umgesetzt worden sind:

• Überwachung der Werte der Druckmessdosen auf Plausibilität
  (Überschreiten und Unterschreiten von logischen Grenzwerten).
• Auswertung des Lebenszeichens (heart beat) der jeweils anderen Steuerung.
• Einkanalige Auslösung der entsprechenden Überwachungsfunktion.
• Unterschreiten eines bestimmten Grenzwertes für die Überwachung auf
  Drahtbruch zu den Druckaufnehmern.

Bei Auslösung von Fehler 4 wird über die Kontakte der beiden Schütze 4K3.1 und
4K7 und über das Sicherheitsrelais 7A5 der Maschinensicherheitskreis ausgelöst.

Hinweise

Die nachfolgend genannten Punkte a) bis i) sind zu beachten.

1. Im Rahmen eines Antrags auf Genehmigung einer Schachtförderanlage nach
   § 4 der BVOS ist eine vollständige Stückliste zur Hängseil- und Überlast-
   überwachungseinrichtung beizuliefern.
2. Die Ausführung der Hängseil- und Überlastüberwachungseinrichtung des
   Typs OLKO-HSÜ 506 ist durch diese Genehmigungsunterlagen in Bezug
   auf die Hardware (CPU-­Baugruppen, der analogen und digitalen Ein- und
   Ausgabebaugruppen, des Touch-Terminals mit Anbindung der beiden
   Steuerungen) und hinsichtlich der Wahl der Betriebsmittel, der schaltungs-
   technischen Ausführung und hinsichtlich der Software eindeutig festgelegt.
   Änderungen bedürfen eines Nachtrags zur Genehmigung.
3. Als Ersatz für defekte Bauteile und Geräte dürfen nur Originalersatzteile
   verwendet werden oder Bauteile, die entweder vom Hersteller oder einer
   Sachverständigenstelle als gleichwertig beurteilt und freigegeben werden.
4. In ausgeführten Hängseil- und Überlastüberwachungseinrichtungen des
   Typs HSÜ 506 müssen alle Bauelemente durch dauerhafte Kennzeichnungen
   und anhand der Stückliste eindeutig identifizierbar sein.
5. Nach der Inbetriebnahme der Hängseil- und Überlastüberwachungseinrichtung
   sind die eingestellten Parameterwerte zu dokumentieren.
6. Ergeben sich Änderungen bzgl. der zulässigen Nutzlast und des Fahrweges,
   sind die einstellbaren Parameter an die neue Situation anzupassen und die
   neuen Parameterwerte zu dokumentieren.
7. Die Einbindung der Signale der Hängseil- und Überlastüberwachungseinrichtung
   in die Maschinensteuerung ist Gegenstand eines Antrags auf Genehmigung einer
   Schachtförderanlage nach § 4 der BVOS zu beurteilen.
8. Sollten sich im Rahmen des Betriebes einer Anlage Anzeichen dafür ergeben, dass
   eine Änderung der Software notwendig wird, ist diese nur nach Rücksprache und
   mit Zustimmung der Bezirksregierung Arnsberg, Abt. 6, Bergbau und Energie und
   in Absprache mit dem Sachverständigen zulässig.