CC BY
55
© А.А. Кучеренко, А.А. Сальников, 2006
УДК 622:658
А.А. Кучеренко, А.А. Сальников
КОНТРОЛЬ И УПРАВЛЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМИ ПРОЦЕССАМИ НА ШАХТАХ ОАО «ВОРКУТАУГОЛЬ»
Основой повышения эффективности работы угольных предприятий с подземной добычей полезных ископаемых является применение высокопроизводительных добычных и проходческих комплексов, транспортных систем и ориентированных на них технологий добычи и транспортирования. Необходимое условие использования высокопроизводительного оборудования - это обеспечение безопасности ведения горных работ, т.е. соответствие технологических процессов и процессов управления, проектных решений и оборудования требованиям Росстандарта, Рос-технадзора и отраслевым руководящим документам.
Важной частью комплекса решений, направленных на повышение эффективности горных работ, является информационное обеспечение, без которого невозможно представить ни оперативно-диспетчерское управление, ни обеспечение безопасности.
С 1999 году в рамках государственных программ по обеспечению безопасности в угольной отрасли на российские шахты начались поставки современных шахтных ин-фор-мационно-управляющих систем. К настоящему времени на шахтах ОАО ВУ заканчивается замена морально и физически устаревших телеметрических комплексов на систему газоаналитическую шахтную многофункциональную «Микон 1Р». Система «Микон 1Р» используется на всех шахтах г. Воркуты: так на шахте «Северная» более чем на 90 % выполнены замена комплекса «Метан» на сис-
99
тему «Микон 1Р»; на «Воргашорской» - на 60 %; на остальных шахтах ведутся плановые работы.
Наиболее успешно процесс переоснащения идет на шахте «Северная», где она эксплуатируется с 2001 года. Внедрением аппаратуры «Микон 1Р» на шахтах ОАО ВУ занимается группа специалистов, выделенная в отдельную структурную единицу.
Изначально система «Микон 1Р» использовалась как газоаналитическая, которая обеспечивала реализацию функций АГК при проведении горных работ, однако ее свойства позволяют на единой программно-технической базе обеспечить решение не только различных задач АГК, но и задач диспетчеризации и шахтной автоматики. Это обстоятельство привело к тому, что в итоге применение системы постепенно и последовательно расширялось, охватывая все новые и новые задачи контроля и управления.
Следует отметить, что использование системы «Микон 1Р» позволяет эффективно использовать инвестиции, сделанные в оснащение шахты аппаратурой контроля и управления в предыдущие периоды времени. Так как в состав системы входят устройства сопряжения с телеметрическими системами «Метан» и «Ветер» и современные датчики аэрогазового контроля, которые можно подключать к комплексу «Метан», то появляется следующие возможности:
- организовать современную компьютеризированную диспетчерскую, обеспечив информационное единство данных, получаемых от вновь вводимого и эксплуатируемого устаревшего оборудования;
- сделать постепенным переход на новые технические средства контроля и управления (например, оборудовать современными техническими средствами только новые участки, при этом на существующих лавах и забоях могут использоваться системы «Метан», «Ветер», АПТВ и т. д.);
- обеспечить выполнение требований Правил безопасности и других руководящих документов в части обязательного контроля оксида углерода и скорости движения воздуха с использованием комплекса аппаратуры «Метан».
100
В настоящее время в состав аппаратуры «Микон 1Р» входят датчики, обеспечивающие контроль основных параметров шахтной атмосферы: метана ДМС 01, оксида углерода СДОУ 01 и скорости воздуха СДСВ 01. В начальный период эксплуатация системы была осложнена отказами этих датчиков, которые были вызваны недостаточной коррозийной стойкостью корпусов и конструктивными решениями, которые не учитывали реальные условия шахтной эксплуатации. Однако предприятие-изготовитель в короткие сроки внес в конструкцию датчиков необходимые изменения, которые обеспечили требуемые показатели точности, надежности и функциональности.
Несмотря на то, что перечень контролируемых параметров может быть легко расширен за счет применения широко известных датчиков фирмы TROLEX, с которыми обеспечивается полная совместимость, в состав системы постепенно вводятся новые устройства, которые обеспечивают контроль: давления воды в противопожарных трубопроводах; абсолютного давления воздуха, что позволяет упростить и автоматизировать процесс депрессионных съемок; концентрации метана и перепада давления на диафрагмах в дегазационном ставе с целью непрерывного контроля расхода каптируемого метана в системах дегазации и газоотсоса. Все эти датчики прошли успешные эксплуатационные испытания в условиях ОАО ВУ, показав высокую точность, малый (по сравнению с другими производителями) потребляемый ток и высокую надежность.
Возможности применения контроллеров, входящих в систему «Микон 1Р», не ограничиваются задачами АГК. Наличие значительного количества входов для подключения «сухих» контактов и релейных выходов и развитой, но простой системы технологического программирования позволяет осуществлять не только контроль работы главных вентиляторных установок, подземных подстанций, вентиляторов местного проветривания, конвейерных линий, выемочных комбайнов, насосных установок и т.д., но и обес-
101
печить местное и дистанционное ручное, автоматизированное и автоматическое управление ими.
Многолетний опыт эксплуатации системы «Микон 1Р» позволяет сделать вывод о следующих достоинствах:
- высокая надежность технических и программных средств;
- развитые средства технологического программирования, позволяющие реализовать все алгоритмы диспетчерского управления и шахтной автоматики без привлечения высококвалифицированных программистов;
- наличие простой и мощной отраслевой БСАйА, учитывающей особенности эксплуатации информационно-управ-ляющих систем на угольных шахтах, которую разработчики развивают с учетом требований и пожеланий заказчиков;
- обеспечение взрывозащищенности за счет малых потребляемых мощностей, что гарантирует работоспособность системы в течение 16-24 часов в аварийных условиях при отсутствии сетевого питания,
но выявил и следующие ее недостатки:
- отсутствие встроенных в систему средств связи;
- недостаточная для некоторых применений скорость передачи данных и, как следствие, отсутствие возможности непосредственного взаимодействия подземных вычислительных устройств друг с другом;
- сравнительно высокая сложность метрологического обслуживания.
В ходе эксплуатации также наработаны некоторые технические решения и сформулированы принципы применения:
- целесообразно для одного объекта контроля и управления (подготовительный забой, лава, подземное РПП) использовать одно подземное вычислительное устройство;
- устойчивый состав группы, эксплуатирующей систему, особенно в части администрирования наземного компьютерного комплекса - условие устойчивой работы системы.
В ближайшее время в Воркуте создается новое предприятие - шахта «Воркута», которая включает несколько
102
Рис. 1. Общешахтная схема контроля
ранее независимо функционирующих предприятий, объединенных единой транспортной системой, системами связи и другими элементами.
Для работы шахты «Воркута» необходимы современные технические и программные средства, позволяющие создать автоматизированную систему оперативно-диспетчерского уп-равления (АСОДУ). В настоящее время каждое из предприятий имеет свою диспетчерскую службу, однако с объедине-нием шахт и центральной обогатительной фабрики (ЦОФ) в
103
£....... пп^I I П
1/2 -ЙК Ив* 1.1 *20Х 2* Всииютч кчмаи (Ц" 3 Почть
Вентиляторы Главного проветривания
шгкшш^м^^. -«-л. ■■■ ..........................—
Рис. 4. Схема контроля и управления вентиляторами главного проветривания
104
Рис. 3. Схема контроля и управления подготовительным участком
единым производственный комплекс возникают новые задачи не только технического, но и организационного характера.
Примеры отображения текущей информации о состоянии объектов на мониторах диспетчерского пункта приведены на рис. 1-4.
Координация работы в соответствии с требуемыми комплексными критериями предусматривает создание объединенной диспетчерской службы.
В качестве базовой аппаратуры контроля и управления технологическими процессами рассматривается аппаратура «Микон 1Р», подтвердившая за многолетнюю эксплуатацию свою многофункциональность и надежность.
1 Система управления производством
Прогноз развития технологии и средств комплексной механизации в отечественной и зарубежной практике позволяет рекомендовать следующие направления в развитии технологий выемки пологих угольных пластов, предусматривающие:
- упорядочение горного хозяйства шахт с ликвидацией временных схем отработки пластов, обеспечивающие увели-
105
чение длины выемочных полей до 2500-7500 м, увеличение сечений выработок для свободного размещения оборудования и эффективного проветривания забоев, безаварийную работу транспорта;
- отказ от разработки угольных пластов со сложными условиями залегания; концентрацию очистных работ с уменьшением количества добычных лав, обеспечивающую переход на перспективные технологические схемы « лава-шахта » или « лава-пласт»;
- своевременное воспроизводство очистного фронта на основе совершенствования технологии горно-подготовительных работ;
- применение высокопроизводительного и надежного оборудования, ориентированного на длину очистных забоев до 250-300 м, суточные нагрузки до 5-10 тыс. т. и более, рациональные технологические схемы, обеспечивающие достижение высоких показателей и снижение трудозатрат на концевых операциях и монтажно-демонтажных работах;
- обеспечение детального прогноза осложняющих горно-геологических факторов с применением специальных мер по значительному снижению их негативного влияния на интенсивность отработки пластов;
- применение надежного высокопроизводительного шахт-ного транспорта, включая вспомогательный, связанный с доставкой людей, материалов и оборудования.
Базовым принципом, требующим новых подходов к созданию и освоению производства высокоэффективного горно-шахтного оборудования, является переход от массового изготовления техники к индивидуальному, ориентированному на конкретные горно-технические условия ее эксплуатации.
Однако, реализация перечисленных выше перспективных направлений совершенствования технологических процессов угольных шахт, недостаточно для быстрой и эффективной компенсации вложенных материальных средств.
2 Автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУТП)
106
Традиционно координация текущих производственных процессов на угольных шахтах осуществляется через горного диспетчера. Взаимодействие диспетчера с технологическими объектами шахты осуществляется с помощью телефонной, промышленной, громкоговорящей, высокочастотной связи, а также систем телемеханики.
Передача информации в системе АСУ ТП предусмотрена в основном с помощью аппаратуры телемеханики. Способ передачи информации выбирается с учётом территориального расположения объекта управления и контроля, а также из соображения экономичности и надёжности управления.
Эффективность функционирования АСУ ТП и СОДУ угольных шахт непосредственно зависит от организации передачи информации. Под организацией передачи информации понимают обоснование наиболее рациональной структуры комплекса технических средств передачи информации, включающей в себя структуру технических средств передачи информации и каналов связи. Необоснованное завышение или занижение технических требований к комплексу технических средств передачи информации приводит к снижению эффективности систем управления.
Развитие АСУ ТП и СОДУ, непрерывное их усложнение приводит к усилению требований к системам передачи информации — увеличиваются объемы передаваемой информации, повышаются требования к достоверности передаваемой информации и надежности технических средств, поскольку сбои при передаче информации или отказы аппаратуры приводят к невосполнимым потерям информации, снижающим в итоге эффективность функционирования систем управления.
При разработке комплекса технических средств передачи информации разработчик должен иметь следующие исходные данные:
- функциональную структуру АСУ ТП и СОДУ угольных шахт с учетом перспектив их развития на ближайшие годы;
- схему размещения и взаимного удаления объектов контроля и управления, привязанную к плану горных работ
107
с учетом типовых технологических схем ведения горных работ;
- схему потоков информации, циркулирующих в системе между объектами контроля и управления и центральным пунктом управления с учетом функционирования отдельных подсистем АСУ ТП и территориального расположения объектов;
- информационные характеристики передаваемых сообщений — объем информации по видам сообщений ТУ, ТИ, ТС, периодичность возникновения сигналов, а также требования по достоверности передачи отдельных видов информации;
- формы представления информации, выдаваемой системами передачи на управляющий вычислительный комплекс или устройства представления информации.
Приведенные исходные данные являются обязательными при проектировании и расчете технических средств передачи информации, так как позволяют разработчику создать аппаратуру, наиболее полно удовлетворяющую требованиям по передаче информации в АСУ ТП и СОДУ шахт.
Имея исходные данные, получаемые от разработчиков автоматизированных систем управления и систем оперативно-диспетчерского управления или разрабатываемые самостоятельно на основе анализа опыта проектирования и внедрения систем передачи информации на шахтах, разработчик комплекса технических средств передачи информации выполняет следующие работы:
1) анализ функциональной структуры АСУ ТП и СОДУ шахты с целью изучения основных особенностей контролируемых технологических процессов и объектов, таких как условия эксплуатации, система питания, режим и способ управления, а также определения ряда требований и ограничений к системе передачи информации, вытекающих из технологической структуры, состава оборудования и характера местоположения. Эти факторы влияют на структуру комплекса средств передачи информации, структуру и тип канала связи, способ питания аппаратуры и т. п.;
108
2) анализ схемы размещения и взаимного удаления объектов контроля и управления для определения типовых контролируемых пунктов с территориально сгруппированными объектами, объемов информации с данного контролируемого пункта (КП), количества КП разных типов в одном направлении, на одном горизонте, по шахте в целом. Для получения объективных данных по типам и количеству КП необходимо проанализировать значительное количество схем для разных угольных бассейнов страны и на основе этого составить типичную схему размещения и взаимного удаления объектов контроля и управления;
3) анализ информационных потоков отдельных автоматизированных подсистем АСУ ТП шахты, типовых контролируемых пунктов и шахты с целью определения общего объема передаваемой информации, выбора быстродействия системы, количества контролируемых пунктов по шахте в целом, количества комплектов системы передачи информации на шахту, способа передачи информации в пределах одного контролируемого пункта и шахты и ряда других параметров системы. Анализ информационных потоков производится с учетом информационных характеристик передаваемых сообщений. Если информационные характеристики отдельных сообщений неизвестны, необходимо определить их экспериментальным или аналитическим методами. На основе анализа информационных потоков и информационных характеристик сообщений, требований по достоверности передачи информации выбирается тип канала связи с учетом его пропускной способности и определяется структура канала связи и системы передачи;
4) выбор алгоритма взаимного обмена между УВК и системой передачи информации на основе анализа требований к форме выходной информации, принятого способа передачи информации. Следует иметь в виду, что при совместной работе управляющей вычислительной машины (УВМ) и сис-темы передачи информации в реальном масштабе времени необходимо решать задачи согласования скорости передачи информации аппаратурой телемеханики с быстродействием УВМ, синхронизации работы каналов
109
передачи информации и УВМ, селекции входной информации по степени важности, раскодирования или перекодирования поступающей на вход УВМ информации, регулирования темпов поступления и выдачи информации.
5) разработку на основе анализа исходных данных по организации передачи информации технических требований к комплексу технических средств, удовлетворяющему требованиям по передаче информации в АСУ ТП и СОДУ шахт с учетом специфических требований отдельных автоматизированных подсистем. В технических требованиях отражаются — информационная емкость системы, структура и тип канала связи, достоверность и скорость передачи информации, способ передачи информации, дальность действия системы, способ питания и синхронизации, входные и выходные сигналы и ряд других параметров.
Одной из составляющих подсистем АСУТП является система оперативного диспетчерского управления (СОДУ), которая преобразуется в автоматизированную систему дис-петчерского управления (АСДУ). АСДУ входит в состав АСУ ТП шахты и предусматривает применение вычислительной техники.
Каждая из объединяемых проектом «Воркута» шахт, в настоящее время имеет собственную систему оперативно-диспетчерского управления. Однако, при реализации проекта появляется необходимость более высокого уровня координации, как основных технологических процессов, так и вспомогательных, включая системы транспорта, вентиляции, водоотлива и другие. Эти функции возлагаются на вновь создаваемую автоматизированную систему диспетчерского управления (АСДУ).
Для управления технологическими процессами вновь создаваемого предприятия шахта «Воркута», необходима организация и современное аппаратное и программное обеспечение автоматизированной системой технологическими процессами (АСУ ТП).
Шахта «Воркута» включает несколько ранее независимо функционирующих предприятия, объединённых единой
110
транспортной системой, системами связи и другими элементами.
Каждое из предприятий имеет в настоящее время свою диспетчерскую службу. Однако с объединением шахт и ЦОФ возникают новые задачи в координации работы в соответствии с требуемыми комплексными критериями.
В связи со спецификой угольных шахт, требуются новые подходы в решении задач безопасности.
Исходя из изложенного, рассматривается основная концепция создания объединённой диспетчерской службы.
Для выполнения поставленной задачи приведён краткий анализ предполагаемых в проекте шахты «Воркута» основных и вспомогательных комплексов, средств связи, телемеханики, структуры и алгоритмов функционирования диспетчерских систем.
Основными направлениями повышения эффективности подземной добычи угля являются концентрация и интенсификация подготовительных и очистных работ с обеспечением высокой степени безопасности ведения этих работ. Эти задачи могут быть решены за счёт совершенствования технологии горных работ, повышения энерговооружённости обо-рудования и коэффициента машинного времени по выемке горной массы, совершенствования автоматизированных систем диагностики, контроля и управления механизированными комплексами.
Критериями выбора соответствующего этим требованиям оборудования являются:
- высокая надёжность - для систем электрогидравлического управления время наработки до первого отказа не менее 1500 часов;
- высокая живучесть - любой отказ в системе не приводит к остановке забоя;
- минимальные затраты на обслуживание и требования к квалификации персонала;
- автоматический контроль и возможность управления из безопасной зоны;
- оптимальная цена;
- сервисное обслуживание и другие.
111
Разрабатываемый проект «Воркута» предусматривает централизованный напорный водоотлив с горизонтов четырех шахт с направлением шахтных вод в очистные сооружения. Вода по системе канавок и малонапорных трубопроводов будет поступать в главный водосборник и удаляться на поверхность. Водоотливная установка предусматривает наличие двух главных и двух аварийных водосборников с предварительными отстойниками. Таким образом, система водоотлива в значительной мере изменяется и усложняется. Для ее функционирования необходимы более современные методы и технические средства централизованного контроля и управления.
Специфические и тяжёлые условия функционирования угледобывающих предприятий обусловили необходимость комплексной автоматизации всех технологических процессов. С другой стороны, технические средства для этих задач должны отвечать более высоким требованиям, чем в большинстве других отраслей. Это обстоятельство, как и экономические проблемы, сдерживают темпы комплексной автоматизации и создание в полном объёме АСУТП угольных предприятий. Тем не менее, прогресс в создании таких технических средств очевиден, и специалистам необходимо иметь представление о современных и перспективных технических средствах АСУ ТП.
В данном проекте представлена концепция построения, а также структура функционирования современных информационно-управляющих систем, систем связи (как подземных так и наземных), а также алгоритм создания Центрального Диспетчерского Пункта.
Системы Автоматизации обеспечивают:
- три вида управления (дистанционно-автоматизирован-ный - с пульта диспетчера шахты, дис-танционно-автомати-зированный - с пульта оператора, местный - с пультов местного управления);
- запуск агрегатов с соблюдением технических и технологических требований и блокировок;
- оперативное и аварийное отключение работающих агрегатов с указанием причины аварии и автоматический переход на резервный агрегат;
112
- комплексную регламентную проверку работоспособности оборудования;
- обработку и передачу значений контролируемых параметров по линиям связи или радиоканалу на пульт оператора вентиляционной установки и пульт диспетчера шахты в реальном масштабе времени, а так же на автоматизированные рабочие места (АРМ) главных специалистов;
- отображение хода технологического процесса на АРМ оператора и диспетчера шахты в виде мнемосхем, графиков, таблиц (общепромышленная БСАйА);
- ведение архива данных и отображение данных на АРМ оператора, диспетчера шахты или главных специалистов (общепромышленная БСАйА);
- выдачу звуковых, световых и текстовых технических, технологических, системных, аварийных сообщений на экраны пульта оператора вентиляционной установки и диспетчера шахты в предаварийных и аварийных ситуациях;
- возможность обмена информацией с системами контроля и управления других производителей;
- возможность интеграции в автоматизированные системы оперативного диспетчерского управления предприятием.
Автоматизированные системы управления магистральными ленточными конвейерами
АСКУ разделена на четыре уровня: оператор-диспетчер; центральный сервер; программируемые логические контрол-леры; полевой уровень.
В основу информационной структуры АСКУ ЛК положена специализированная 5-и проводная полевая шина, прокладываемая вдоль конвейерных линий и обеспечивающая обмен информацией со скоростью 20 кБод и электропитание всех датчиков и исполнительных устройств. Длина шины может достигать нескольких километров, разделенных на сегменты по 100-500 м, к каждому из которых могут присоединяться до 50 датчиков и исполнительных устройств. Высокая надежность, снижение аварийности и эксплуатационных расходов достигается за счет:
113
- использования современных цифровых технологий, обеспечивающих точность и стабильность управления;
- постоянной самодиагностики;
- использования оборудования ведущих мировых производителей.
Система автоматического контроля и управления подземными объектами должна удовлетворять следующим требованиям:
- универсальность применения - единый программно-технический комплекс для реализации различных функций АСОДУ;
- собственное производство технических и программных средств;
- аппаратная и информационная открытость и совместимость;
- минимизация размеров и энергопотребления;
- возможность создания в горных выработках локальных автономных информационно-управляющих систем;
- использование объектно-ориентированной БСАйА собственной разработки;
- совместимость с универсальными БСАйА (ОРС сервер йА2.0).
Подготовительные и очистные забои
- местный и централизованный непрерывный автоматический контроль метана, оксида углерода и скорости движения воздуха в соответствии с ПБ 05-618-03 и РД 05429-02;
- работа в течение 16-24 часов в аварийной ситуации (без сетевого питания);
- автоматическая газовая защита (с воздействием на автоматические выключатели вентиляционного штрека, конвейерного штрека и общего лавы);
- местный и централизованный контроль состояния основного и вспомогательного технологического оборудования (очистного комбайна, вентилятора местного проветривания, конвейерного маршрута, питателя, перегружателя и т. д.);
114
- местное и централизованное управление работой конвейерного маршрута и питателя;
- местный и централизованный контроль состояния вентиляционного шлюза, давления воды в противопожарном ставе;
- технологическая настройка алгоритмов контроля и защиты;
- самоконтроль и самодиагностика, защита от потери управляемости и нулевая защита
Пожарно-оросительные трубопроводы и системы пожаротушения
- местный и централизованный автоматический контроль давления воды в оросительных и противопожарных трубопроводах в соответствии с РД 05-448-02;
- местный и централизованный непрерывный автоматический контроль состояния установок автоматического пожаротушения (УАП);
- местный и централизованный автоматической контроль состояния насосов в соответствии с РД 05-448-02;
- местное и диспетчерское управление работой насосов в соответствии с РД 05-448-02;
- автоматическое блокирование работ при отсутствии воды в оросительном и/или противопожарном трубопроводах;
- технологическая настройка алгоритмов контроля и блокирования;
- контроль и самодиагностика.
Ранее обнаружение пожаров
- местный и централизованный автоматический непрерывный контроль за содержанием оксида углерода вдоль конвейерных маршрутов;
- местный и централизованный автоматический непрерывный контроль за состоянием установок автоматического пожаротушения (УАП);
- автоматическая оценка ранних признаков возникновения пожаров на ленточных конвейерах (по концентрации оксида углерода);
115
- местный и централизованный автоматический непрерывный контроль за содержанием других индикаторных газов, характеризующих ранние признаки эндогенных и экзогенных пожаров, и параметров микроклимата;
- возможность воздействия на локальные автоматические системы пожаротушения;
- работа в течение 16...24 часов в аварийной ситуации (без сетевого питания);
- контроль и самодиагностика.
Подземные распределительные подстанции
- местный и централизованный автоматический непрерывный контроль состояния высоковольтных ячеек;
- местное и диспетчерское управление высоковольтными ячейками;
- местный и централизованный автоматический непрерывный контроль энергии, действующих значений напряжений, токов;
- контроль и самодиагностика технических средств;
- осциллографирование токов и напряжений не реализуется.
Участковый конвейерный транспорт
- местный и централизованный контроль состояния элементов поточно-транспортных систем (ПТС): конвейеров; перегружателей; питателей и т. д.;
- местное/дистанционное ручное/автоматическое технологическое/аварийное управление ПТС;
- технические и технологические блокировки ПТС;
- управление многодвигательными приводами
- контроль температуры и вибрации подшипниковых узлов;
- диагностирование причин технических и технологических блокировок и аварийных остановов;
- технологическая настройка алгоритмов контроля и управления;
- автоматическая газовая защита электрооборудования ПТС;
- контроль ранних признаков возгораний на ленточных конвейерах;
116
- контроль давления воды в оросительных и противопожарных трубопроводах;
- контроль состояния установок автоматического пожаротушения УАП;
- учет работы элементов ПТС и учет отгрузки угля из забоев;
- самоконтроль и самодиагностика
Техническое состояние механического оборудования
- местный и централизованный контроль температуры и вибрации элементов механического оборудования;
- автоматическое блокирование работы механического оборудования;
- местный и централизованный контроль уровней жидкостей и сыпучих материалов, положения оборудования и его элементов, наличия потока жидкости, давления и расхода жидкости и т.д.;
- технологическая настройка алгоритмов контроля и автоматического блокирования;
- самоконтроль и самодиагностика.
Шахтный водоотлив
- местный и централизованный автоматический контроль расходов, уровней и давлений;
- местный и централизованный автоматический контроль температуры подшипников двигателей и насосов;
- местный и централизованный автоматический контроль состояния высоковольтных ячеек;
- автоматическое управление высоковольтными ячейками;
- автоматический ввод резерва;
- местное и дистанционное ручное и автоматическое управление водоотливными установками;
- дистанционное программное автоматическое управление водоотливными установками;
- учет работы насосных установок;
- технологическая настройка системы автоматического управления;
- самоконтроль и самодиагностика.
117
Газоотсасывающие и дегазационные установки
- местный и централизованный контроль параметров газовой смеси в трубопроводах: абсолютное давление; расход газовой смеси и концентрация метана;
- автоматический расчет и приведение к нормальным условиям расхода газовой смеси и метана;
- местный и централизованный контроль параметров технологических состояний вентиляционных и вакуум-насосных агрегатов;
- автоматическая газовая защита электрооборудования;
- технологическая настройка алгоритмов контроля и защиты;
- учет работы;
- самоконтроль и самодиагностика технических средств.
3. Система оперативного диспетчерского управления (СОДУ)
Эффективность функционирования АСУ ТП и СОДУ угольных шахт непосредственно зависит от организации передачи информации. Под организацией передачи информации понимают обоснование наиболее рациональной структуры комплекса технических средств передачи информации, включающей в себя структуру технических средств передачи информации и каналов связи. Необоснованное завышение или занижение технических требований к комплексу технических средств передачи информации приводит к снижению эффективности систем управления.
Развитие АСУ ТП и СОДУ, непрерывное их усложнение приводит к усилению требований к системам передачи информации — увеличиваются объемы передаваемой информации, повышаются требования к достоверности передаваемой информации и надежности технических средств, поскольку сбои при передаче информации или отказы аппаратуры приводят к невосполнимым потерям информации, снижающим в итоге эффективность функционирования систем управления.
118
При разработке комплекса технических средств передачи информации разработчик должен иметь следующие исходные данные:
- функциональную структуру АСУ ТП и СОДУ угольных шахт с учетом перспектив их развития на ближайшие годы;
- схему размещения и взаимного удаления объектов контроля и управления, привязанную к плану горных работ с учетом типовых технологических схем ведения горных работ;
- схему потоков информации, циркулирующих в системе между объектами контроля и управления и центральным пунктом управления с учетом функционирования отдельных подсистем АСУ ТП и территориального расположения объектов;
- информационные характеристики передаваемых сообщений — объем информации по видам сообщений ТУ, ТИ, ТС, периодичность возникновения сигналов, а также требования по достоверности передачи отдельных видов информации;
- формы представления информации, выдаваемой системами передачи на управляющий вычислительный комплекс или устройства представления информации.
Приведенные исходные данные являются обязательными при проектировании и расчете технических средств передачи информации, так как позволяют разработчику создать аппаратуру, наиболее полно удовлетворяющую требованиям по передаче информации в АСУ ТП и СОДУ шахт.
Имея исходные данные, получаемые от разработчиков автоматизированных систем управления и систем оперативно-диспетчерского управления или разрабатываемые самостоятельно на основе анализа опыта проектирования и внедрения систем передачи информации на шахтах, разработчик комплекса технических средств передачи информации выполняет следующие работы:
1) анализ функциональной структуры АСУ ТП и СОДУ шахты с целью изучения основных особенностей контролируемых технологических процессов и объектов, таких как
119
условия эксплуатации, система питания, режим и способ управления, а также определения ряда требований и ограничений к системе передачи информации, вытекающих из технологической структуры, состава оборудования и характера местоположения. Эти факторы влияют на структуру комплекса средств передачи информации, структуру и тип канала связи, способ питания аппаратуры и т. п.;
2) анализ схемы размещения и взаимного удаления объектов контроля и управления для определения типовых контролируемых пунктов с территориально сгруппированными объектами, объемов информации с данного контролируемого пункта (КП), количества КП разных типов в одном направлении, на одном горизонте, по шахте в целом. Для получения объективных данных по типам и количеству КП необходимо проанализировать значительное количество схем для разных угольных бассейнов страны и на основе этого составить типичную схему размещения и взаимного удаления объектов контроля и управления;
3) анализ информационных потоков отдельных автоматизированных подсистем АСУ ТП шахты, типовых контролируемых пунктов и шахты с целью определения общего объема передаваемой информации, выбора быстродействия системы, количества контролируемых пунктов по шахте в целом, количества комплектов системы передачи информации на шахту, способа передачи информации в пределах одного контролируемого пункта и шахты и ряда других параметров системы. Анализ информационных потоков производится с учетом информационных характеристик передаваемых сообщений. Если информационные характеристики отдельных сообщений неизвестны, необходимо определить их экспериментальным или аналитическим методами. На основе анализа информационных потоков и информационных характеристик сообщений, требований по достоверности передачи информации выбирается тип канала связи с учетом его пропускной способности и определяется структура канала связи и системы передачи;
120
4) выбор алгоритма взаимного обмена между УВК и системой передачи информации на основе анализа требований к форме выходной информации, принятого способа передачи информации. Следует иметь в виду, что при совместной работе управляющей вычислительной машины (УВМ) и системы передачи информации в реальном масштабе времени необходимо решать задачи согласования скорости передачи информации аппаратурой телемеханики с быстродействием УВМ, синхронизации работы каналов передачи информации и УВМ, селекции входной информации по степени важности, раскодирования или перекодирования поступающей на вход УВМ информации, регулирования темпов поступления и выдачи информации.
5) разработку на основе анализа исходных данных по организации передачи информации технических требований к комплексу технических средств, удовлетворяющему требованиям по передаче информации в АСУ ТП и СОДУ шахт с
121
гг\
Подземные объекты
Объекты на поверхности
Аппаратура АСОДУ ма площадке
Диспетчерская на шахте (резервная)
Главная диспетчерская (АБК, компания)
учетом специфических требований отдельных автоматизированных подсистем. В технических требованиях отражаются — информационная емкость системы, структура и тип канала связи, достоверность и скорость передачи информации, способ передачи информации, дальность действия системы, способ питания и синхронизации, входные и выходные сигналы и ряд других параметров.
Одной из составляющих подсистем АСУТП является система оперативного диспетчерского управления (СОДУ), которая преобразуется в автоматизированную систему диспетчерского управления (АСДУ). АСДУ входит в состав АСУ ТП шахты и предусматривает применение вычислительной техники.
Каждая из объединяемых проектом «Воркута» шахт, в настоящее время имеет собственную систему оперативно-диспетчерского управления. Однако, при реализации проекта появляется необходимость более высокого уровня координации, как основных технологических процессов, так и вспомогательных, включая системы транспорта, вентиляции, водоотлива и другие. Эти функции возлагаются на вновь создаваемую автоматизированную систему диспетчерского управления (АСДУ), которая включает подсистемы, рис. 5:
- обеспечения взрыво- и пожаробезопасности с контролем параметров состава шахтной атмосферы, распознавания на начальных стадиях и прекращения развития аварийных ситуаций;
- контроля работы стационарных установок - вентиляционных, водоотливных, калориферных, кондиционирования воздуха, дегазационных и др.;
- контроля и защиты подъемных установок, стволовой сигнализации, контроля и диагностики работы подъемных машин, средств их защиты, распознавания и реставрации признаков и причин аварий с запоминанием и сохранением в течение определенного времени;
- контроля состояния оборудования очистных и проходческих участков с диагностикой предаварийных ситуаций;
123
- управления оборудованием очистных и проходческих участков;
- диагностики и управления шахтным подземным транспортом;
- контроля и диагностики средств защиты системы энергоснабжения;
- контроля поточно-транспортного комплекса шахтной поверхности;
- контроля углепотока шахты;
- технологической связи в режиме аварийного оповещения людей, занятых на рабочих местах.
Создание системы контроля и управления с единого Центрального диспетчерского пункта, позволит получать оперативную информацию о состоянии и работе всех основных и вспомогательных производств, управлять технологическими процессами шахты, контролировать комплекс вопросов промышленной безопасности и как следствие увеличить эффективность работы предприятия в целом.
■— Коротко об авторах
Кучеренко А.А. - заместитель начальника Сервисного центра Микон ОАО «Воркутауголь»,
Сальников А.А. - главный технолог по вентиляции ОАО «Воркутауголь».
124
