• Genehmigungs-Nr.:  HÜ-1 /07/1
    Genehmigungsdatum:  30.06.2008
    Hersteller: Olko – Maschinentechnik – GmbH / Olfen
    Bauart:  Olko-HSÜ 506

    Einrichtung  für die Hängseil- und Überlastüberwachung 
    an Trommel- und Bobinenförderanlagen für übertägige
    Schachtförderanlagen

    Prüfunterlagen: Antrag vom 15.01.2007 einschließlich Prüfunterlagen
    Anlage 1:

    Beschreibung des Aufbaus und der Wirkungsweise der zur                           
    Genehmigung beantragten Hängseil- und Überlastüber-
    wachungseinrichtung des Typs Olko-HSÜ 506 (23 Blätter)

    Anlage 2:

    Einstellungen und Störfallauswertung der Hängseil- und
    Überlastüberwachungseinrichtung (18 Blätter)

    Anlage 3:   Stromlaufpläne der Hängseil- und Überlastüberwachungs-
    einrichtung Olko-HSÜ 506 (13 Blätter)
    Anlage 4:  Implementierte Software des Kanals 1, aufgebaut mit einer
    Steuerung des Typs FX1 N der Fa. Mitsubishi (40 Blätter)
    Anlage 5: 

    Dokumentation des Touch-Terminals/-Panels zur Visualisierung
    und Prüfung der Olko-HSÜ 506

    Anlage 6: Software des Kanals 2, aufgebaut mit einer Steuerung des
    Typs S7-200 der Fa. Siemens (93 Blätter)
    Anlage 7:  Handbuch über die Hardware der Steuerung FX1 N der
    Fa. Mitsubishi (106 Blätter)
    Anlage 8: 

    Datenblatt des Sicherheitsrelais ESR4-NZ-21 der Fa. Moeller (4 Blätter)

    Anlage 9:  Datenblatt des Signalverdopplers MCR-FL-C-UI-2U1-DCI
    der Fa. Phoenix Contact (5 Blätter)
    Anlage 10:

    Datenträger (CD) mit der Dokumentation der HSÜ 506 und
    den Datenblättern der SPS des Typs S7-200 der Fa. Siemens

    Prüfbericht:  DMT GmbH & Co. KG, Bochum - Seilprüfstelle -
    vom 26.06.2008, Nr. P08-00460

     

    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.