CC BY
134
В.С. Ваганов, канд. физ.-мат. наук, эксперт приборостроительного кластера «Безопасность и оборудование ресурсодобывающих технологий» (БОРТ)
Т.В. Гоффарт, начальник научно-технического отделения ООО НПФ «ГРАНЧ»
И.С. Дубков, ведущий инженер ООО НПФ «ГРАНЧ»_
На опасных производственных объектах, таких как угольные шахты, существует две группы задач: первая — повышение эффективности производственного процесса и выполнение плана, вторая — снижение показателей производственного травматизма, обеспечение безопасности работ и персонала. Решающее значение для выполнения этих обеих задач имеет связь.
ООО НПФ «ГРАНЧ»
Щ f> / ) h
f [ЫрЗ^тУ
V Л - N
l
: /
//
ъ ш ж /
Ah
'ЧНО ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ФИРМА
в составе компьютерных сетей угольных шахт
Именно на основе систем связи строятся системы контроля и управления производственным процессом от уровня локальных автоматизированных систем управления до уровня MES (Manufacturing Execution System) и даже ERP-систем (Enterprise Resource Planning), а также многофункциональные системы безопасности (МФСБ) угольных шахт. В России состав и функции МФСБ регулируются Федеральными нормами и правилами «Правила безопасности в угольных шахтах» (ПБ) [1].
Аналогичные усилия предпринимаются в Китае, США, Южной Африке, Австралии. Системы непосредственного регулирования производственных процессов и оборудование как в нашей стране, так и за рубежом, каждое предприятие выбирает самостоятельно исходя из собственных потребностей и финансовых возможностей. Общим неизменно остается желание контролировать дистанционно и централизованно как процесс производства, так и параметры обеспечения безопасности проводимых работ. Также неизменной остается потребность угольных шахт в современной сети связи.
В большинстве случаев системы связи и на поверхности, и под землей реализуются на основе компьютерных сетей [2-4]. Это происходит в первую очередь благодаря общемировому тренду развития концепции мультисервисных сетей. Мультисервисная сеть (МС-сеть) - единая сеть, способная
передавать голос, видеоизображения и данные с максимальной эффективностью. Современные сети мобильной связи стандарта 4G и 5G, высокоскоростные офисные и производственные сети, интегрированные с облачными сервисами, нейронными сетями и базами данных - вот некоторые примеры таких сетей. МС-сети и системы связи позволяют передавать и коммутировать различные виды трафика (объём информации, передаваемой через компьютерную сеть за определённый период времени) со скоростями до 100 Гбит/с и выше. Для решения такого широкого спектра задач используется мультисервисная сеть, позволяющая организовать интеграцию большого количества различных подсистем. Потребность производственников минимизировать затраты на оборудование ведет к тому, что на рынке сегодня появляется все больше многофункциональных устройств, на базе которых строятся и сами сети, и системы автоматизированного управления, и системы безопасности.
НПФ «ГРАНЧ» разрабатывает и выпускает компьютерные системы передачи данных и сетевые мобильные устройства для развития мультисервисных сетей, которые служат основой МФСБ угольных шахт и ряда систем управления производственными процессами. Линейка продукции расширяется, появляются новые устройства, которые несомненно расширяют возможности сетей и действующих решений.
Кроме того, особые условия эксплуатации компьютерных сетей под землей определяют инженерные решения и архитектуру устройств, на основе которых строятся современные системы безопасности и управления производственными процессами. Поэтому все устройства для МС-сетей производства НПФ «ГРАНЧ» сертифицированы с Ех-маркиров-кой РО/РВ и имеют пылевлагозащищенное исполнение.
В состав МС-сетей производства НПФ «ГРАНЧ» входит как оборудование, используемое в качестве базовых сетевых узлов, составляющих инфраструктуру сети передачи данных, так и носимые индивидуальные устройства, выполняющие в сети функцию клиентов. В данной статье приводится обзор новых мобильных устройств, выпускаемых НПФ «ГРАНЧ», даны рекомендации по их применению на угольных шахтах.
Устройство оповещения SBGPS Light-4
Одним из важнейших мобильных устройств в МС-сетях производства НПФ «ГРАНЧ» является индивидуальное устройство оповещения с функциями шахтерского головного светильника (УО). Связь между узлами инфраструктуры подземной сети (базовые станции, БС) и УО осуществляется по беспроводному каналу стандарта IEEE 802.11 b/g/n (Wi-Fi). Общий вид УО приведен на рис. 1. Устройство является мультифункциональным благодаря тому, что внутри корпуса фары светильника размещен серьезный вычислительный комплекс, позволяющий устройству не только освещать рабочую зону, но и выполнять ряд других полезных функций как самостоятельно, так и в составе многофункциональной системы связи, наблюдения, оповещения и поиска людей,
ООО НПФ «ГРАНЧ»
застигнутых аварией, «SBGPS». Сетевая инфраструктура «SBGPS» проводит высокоскоростной обмен данными с поверхностью для тысяч таких устройств. О наличии-отсутствии связи, готовности к работе УО информирует пользователя голосовыми фразами и отправляет отчет на-гора.
УО обеспечивает определение местоположения горняков в шахте с разрешением до ±4 м в составе системы «SBGPS». Кроме этого, УО обеспечивает гарантированное индивидуальное оповещение шахтера об аварии, при этом осуществляется двухуровневое подтверждение доставки: автоматическое (средствами самого УО) и при участии человека, получившего сигнал, - посредством нажатия на кнопку управления УО. Это действие позволяет диспетчеру на поверхности определить состояние горняка и способность действовать в соответствии с Планом Ликвидации
Рис. 1 Устройство оповещения SBGPS Light-4
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СИСТЕМА БЕЗОПАСНОСТИ «УМНАЯ ШАХТА» ®-ГОРНАСС
11
Дистанционный мониторинг параметров безопасности ведения горных работ в режиме реального времени, в том числе: Сканирующий (динамический) газовый контроль; Позиционирование горнорабочих и ВШТ; Аварийное оповещение персонала с гарантией получения; Стойкость к воздействию ударно-взрывной волны импульсом не менее 6 кПа*с;
Передача данных под землей с фантастическими скоростями; Беспроводные технологии;
Соответствует требованиям главы 6 национального стандарта РФ ГОСТ Р 55154-2012 «Оборудование горно-шахтное. Системы безопасности угольных шахт многофункциональные. Общие технические требования».
' " -V 1
ГРАНЧ
Тел/факс +7 (383) 2-333-512; [email protected]; http://www. granch.ru
БЕЗОПАСНОСТЬ ГОРНЫХ РАБОТ
ООО НПФ «ГРАНЧ»
Рис. 2
акселерометр позволяет удаленно осуществлять контроль физического состояния человека. Если УО включено, но неподвижно в течение 15 ми нут - включается аварийный режим, диспетчер извещается о проблеме. УО в этом случае начинает подавать мощные периодические акустические и световые сигналы для облегчения поиска человека, застигнутого аварией либо оказавшегося в неподвижном состоянии вследствие травмы. Благодаря УО в шахте осуществляется односторонняя голосовая связь диспетчер-шахтер. Диспетчер может прислать произвольное или заранее подготовленное голосовое сообщение на УО отдельного шахтера или целой группы людей. В системе «SBGPS» предусмотрен голосовой навигатор, который может выводить шахтеров по маршрутам, предусмотренным ПЛА, и в соответствии с оперативной обстановкой.
В корпусе фары УО, а также в аккумуляторном блоке могут быть установлены датчики опасных газов СН4, СО, СО2) и кислорода (до четырех различных сенсоров в одном устройстве). Обеспечивается возможность непрерывно передавать оперативную информацию об измеренной концентрации и координатах места замера на-гора. В случае выхода концентрации газов за установленные пределы УО информирует пользователя голосовыми фразами. При двойном нажатии на кнопку управления УО озвучит текущую концентрацию газов. Сигнал о предаварийном состоянии отображается также на пульте горного диспетчера.
Таким образом, светильник служит мобильным и измерительным прибором аэрогазовой обстановки в шахте. Персонал шахты, передвигаясь вдоль выработок, «сканирует» шахту при помощи мобильных УО. Открывается возможность производить анализ газовой обстановки на участках за произвольный период для выявления рисков возникновения аварий и их предотвращения. Уже сегодня на предприятиях, эксплуатирующих УО со встроенным датчиком метана, наблюдается снижение количества оповещений о превышении уровня концентрации метана вследствие заблаговременного (до аварии) устранения нарушений, благодаря своевременному оповещению о динамике газовой обстановки в шахте. Несмотря на наличие на рынке решений по встраиванию газовых сенсоров в головной светильник, альтернативного решения по привязке данных измерений к месту проведения замера на сегодня нет. Применяемые сегодня мобильные газоанализаторы не способны в режиме реального времени передавать свои измерения в систему АГК, а также не способны зафиксировать координаты места замера. А это дает реальную возможность применять УО вместо индивидуальных переносных газоанализаторов.
Без головного светильника персонал не имеет права спускаться в шахту, УО может заменять карту доступа на определенные участки, его можно применять для контроля отклонения человека от маршрута по выполнению наряда, встроенный Bluetooth-модуль позволяет осуществлять связь с любой носимой электроникой (от медицинских браслетов до шахтных смартфонов). Время автономной работы УО - 10 часов, поэтому УО надежно в течение всей смены может обеспечить не только безопасность шахтера и помощь ему в выполнении работ, но и позволить контролировать ход производственного процесса в шахте из любой точки планеты.
Взрывозащищенная РТТ-гарнитура
Другим, не менее полезным для шахтеров мобильным устройством МС-сетей, яв-
Взрывозащищенная PTT-гарнитура
ляется взрывозащищенная PTT-гар-нитура (Push-to-talk). Гарнитура представляет собой изолирующие наушники, которые монтируются на любую типовую шахтерскую каску при помощи стандартного набора креплений. Внешний вид устройства показан на рис. 2.
При наличии PTT-гарнитуры шахтеры могут общаться в режиме групповой голосовой связи. Связь работает по принципу: «один говорит - все слушают». Организовано несколько каналов, которые группируются по назначению, например, для бригады участка аэрологической безопасности, для бригады монтажа крепей и т.д. Применение PTT-гарнитуры оправданно при решении производственных задач, связанных с распределенным положением оборудования и работой нескольких бригад, таких, например, как запуск и наладка системы управления конвейерами. Абоненты, находящиеся на одном и том же канале, общаются друг с другом независимо от того, в каком месте шахты они находятся, при условии нахождения в зоне покрытия сети системы «SBGPS».
Гарнитура имеет встроенный аккумулятор и самостоятельно выполняет функции передачи и приема голоса. Гарнитура и УО могут работать совместно. В этом случае сообщения, приходящие от горного диспетчера на УО, автоматически транслируются на гарнитуру. Гарнитура дополнительно оснащена системой активного шумоподавления, что позволяет успешно использовать ее при работах в зоне высокого уровня производственных шумов, как, например, при передвижении крепей по мере отработки очередного этапа, монтаже крепей в монтажной камере и т.д. Применение PTT-гарнитуры удобно при работах, которые требуют согласованности действий бригады или участка, таких как, например, ведение взрывных работ, продвижение энергопоезда. Устройство позволяет обеспечить эффективность и безопасность ведения работ в шахте.
Взрывозащищенный смартфон SBGPS Mphone
Группа мобильных устройств, предназначенных для применения в угольных шахтах и в рудниках, расширена за счет организации выпуска взрывозащи-щенного смартфона SBGPS Mphone (рис. 3). В устройстве реализованы стандартные функции современного смартфона с ОС Android: мобильная голосовая связь, отправка-прием текстовых сообщений, фото- и видеосъемка, установка и использование любых необходимых мобильных приложений. Кроме этого, смартфон комплектуется тепловизионной камерой и обеспечивает автоматическую загрузку фото- и видеоматериалов на сервер системы «SBGPS».
Рис. 3 Внешний вид смартфона SBGPS Mphone
ООО НПФ «ГРАНЧ»
Взрывозащищенный смартфон позволяет обеспечить в условиях подземных горных выработок шахты не только связь людей между собой, но и полноценную двустороннюю голосовую связь с любой точкой поверхности, что чрезвычайно важно для оперативного управления производственным процессом. Смартфон удобен в применении для организации связи с машинистом дизель-гидравлического локомотива (ДГЛ) и даже может быть использован в качестве монитора для отслеживания параметров ДГЛ или решения иных задач на внутришахтном транспорте (ВШТ). Посредством смартфона может быть организовано аварийное SMS-оповещение. SMS может применяться в качестве альтернативного (резервного) способа связи, когда голоса не слышно или нет возможности говорить. Смартфон можно также применять техническому персоналу шахты для просмотра технической документации, справочников по ремонту и обслуживанию горношахтного оборудования.
Тепловизионная камера позволяет проводить температурную диагностику оборудования, и определять потенциальные очаги возгорания на ранних этапах. Также с помощью тепловизора можно наблюдать за людьми в полной темноте или в условиях задымления, что очень важно при проведении спасательных работ в аварийных условиях. В рабочем режиме и при аварии смартфон может использоваться как личный навигатор шахтера. При проведении съемки при помощи смартфона происходит автоматическая загрузка фото- и видеоматериалов на сервер системы «SBGPS», что позволяет горному диспетчеру в режиме реального времени визуально оценить состояние выработок и оборудования шахты.
Сегодня уже производится апробация применения смартфона для работы в шахте с мобильным приложением «Единая книга предписаний и формирования сменных нарядов» (ЕКП и ФСН), позволяющим закрывать вы полненные наряды непосредственно в шахте. Фото- и видеоматериалы как с камеры видимого диапазона, так и с тепловизионной камеры, можно прикреплять к заносимым в ЕКП и ФСН предписаниям и нарядам.
Таким образом, взрывозащищенный смартфон SBGPS Mphone полезен не только для организации голосовой связи, но и для контроля производственного процесса, а также предотвращения рисков возникновения аварий и поиска людей в случае аварийной ситуации.
Контроллер многофункциональный GAL
Развитие сетевых устройств НПФ «ГРАНЧ» получено за счет разработки и постановки на производство мобильного устройства - многофункционального контроллера GAL (Granch Adaptive Linker), предназначенного для сбора информации от электротехнических устройств различных подвижных объектов, передачи этих данных и данных, необходимых для определения своего местонахождения, в составе системы SBGPS (рис. 4). Каналы связи GAL:
- беспроводной стандарта IEEE 802.11 b/g/n;
- проводной стандарта IEEE 802.3 (100BASE-TX);
- проводной по требованиям ISO 11898 (CAN);
- проводной канал связи с интерфейсом RS-485.
При отсутствии связи с сервером, расположенным на поверхности, контроллер сохраняет данные телеизмерений во встроенном «черном ящике». Время автономной работы -не менее 16 часов. Помимо адаптивной передачи потока данных телеметрии ДГЛ на-гора, GAL можно использовать для подключения к нему стороннего оборудования, например, видеокамеры, различных датчиков, пульта машиниста ДГЛ или пульта механика, осуществляющего обслуживание ДГЛ.
Рис. 4 Контроллер многофункциональный GAL
На сегодня GAL прошел тестирование на ДГЛ нескольких ведущих производителей, показал свою применимость для решения задач контроля производственных процессов, связанных с перевозкой грузов и выполнением работ с использованием ДГЛ. Удаленный контроль параметров ВШТ, обеспечиваемый GAL, позволяет проводить анализ работы механизмов и заблаговременно планировать ремонт или замену частей ВШТ, а также исключить простои ВШТ.
Малогабаритная активная метка СгапсИ
Метка активная малогабаритная СгапсЬ (рис. 5) предназначена для определения координат местоположения ВШТ, передвижного оборудования и перевозимых грузов в выработках шахты, оснащенных инфраструктурой системы «8ВСР8», с отображением координат с разрешением ±20 м. Информация о местоположении контролируемых объектов передается в режиме реального
Внешний вид метки времени на пульт г°рног° ди-активной Granch спетчера.
Рис. 5
ООО НПФ «ГРАНЧ»
Рис. 6 Общий вид станции базовой мобильной SBGPS Master
Алгоритмы работы и методы определения координат аналогичны алгоритмам при работе с УО. Встроенный первичный источник питания рассчитан на работу в течение трех лет.
Станция базовая мобильная SBGPS Master
Станция Базовая Мобильная SBGPS Master ( СБМ) (рис. 6) применяется в качестве узла сети передачи данных и в качестве опорной точки системы позиционирования, поддерживает беспроводные ( Wi-Fi, Bluetooth) и проводные (Ethernet) каналы связи, обеспечивает беспроводную связь с УО взрывозащищенными смартфонами и другим мобильным и стационарным оборудованием MC-сетей в рамках стандарта IEEE 802. lla/b/g/n (Wi-Fi). СБМ может быть включена в работу как в режиме точки доступа, так и в режиме Ad-Hoc/Mesh.
СБМ обеспечивает маршрутизацию информационных потоков по сети, достаточных для передачи информации с датчиков, мобильной и стационарной телефонной связи, видеонаблюдения; обеспечивает резервирование каналов связи: через неповрежденный кабельный канал или через специально выделенный радиоканал. Имеет встроенный литий-железо-фосфатный аккумулятор (LFP, LiFePO4) (емкость определяется функциональными требованиями заказчика), а также может быть запитана от внешней сети 127 или 220 В при комплектации модулем проводного питания. СБМ является основным элементом мобильной подземной беспроводной инфраструктуры и рекомендована для применения при оперативном развертывании полнофункциональной системы связи в подземных объектах при проведении спасательных операций, а также на участках подземных выработок шахт и рудников, не оборудованных стационарным оборудованием сети системы «SBGPS», или на участках, где функционирование системы «SBGPS» нарушено.
Взры воза щи ще н н ы й мультиметр G ranch
Взрывозагцигценный мультиметр Granch -полностью цифровой мультиметр с автоматическим переключением диапазонов. Предназначен для измерения: - силы постоянного и переменного тока;
- напряжения постоянного и переменного тока; - сопротивления;
- позволяет осуществлять проверку цепи (проверка це-
Рис. 7 Внешний вид взрывозащищенного лостности пр°-
мультиметра Granch водника, «про-
звонка»).
Дополнительные функции:
- измерение температуры;
- проверка работоспособности транзисторов;
- проверка емкости конденсаторов;
- измерение частоты;
- проверка диодов.
Ударопрочная защищенная конструкция позволяет прибору работать в жестких условиях эксплуатации. У мульти-метра эргономичный и современный дизайн, имеет подставку-упор для удобного вертикального расположения. Светодиодная подсветка дисплея. Степень защиты от внешних воздействий - IP67. Степень защиты от поражения электрическим током (ГОСТ 12.2.007.0) - III. Вес - 690 г. Маркировка взрывозащиты PO Ex ma ia I Ma X.
Заключение
Концепция мультисервисных сетей значительно упрощает создание производственных многофункциональных систем безопасности, поскольку позволяет реализовать множество различных функций управления и контроля на основе универсальной инфраструктуры цифровой связи. В свою очередь, эта инфраструктура строится на основе универсальных узлов связи, использующих различные среды для передачи данных (кабели связи, оптические линии связи, беспроводные каналы связи). При построении линий связи особенно в условиях опасных производственных объектов необходимо учитывать проводные линии питания инфраструктуры. Применение автономных резервных источников питания узлов связи
- обязательное условие обеспечения функционирования систем безопасности. Разумное сочетание этих факторов позволяет получить высокие результаты в разрезе трех основных параметров оценки систем безопасности: надежность, доступность и выживаемость [4].
Использование высокопроизводительных мобильных устройств в составе МФСБ позволяет уменьшить объем трафика реального времени за счет появления вычислительных ресурсов локального уровня. Высокопроизводительные мобильные устройства существенно увеличивают общую выживаемость системы за счет образования локальных соединений в случае аварийной и нештатной ситуации. Новые, совместные применения мобильных устройств обеспечивают появление новых функций системы безопасности и в конечном итоге увеличивают надежность МФСБ. Использование открытых, универсальных протоколов связи, стандартных электронных и программных модулей в архитектуре системы повышает доступность системы в целом.
Выпускаемая НПФ «ГРАНЧ» многофункциональная система безопасности «SBGPS» разработана с учетом всех перечисленных общесистемных требований, а новая линейка высокопроизводительных мобильных устройств позволит расширить ее функциональность.
Информационные источники:_
1. Правила безопасности в угольных шахтах / Федер. нормы и правила в обл. пром. безопасности/ Серия 05. Выпуск 40. - М.: ЗАО «Научно-технический центр исследований проблем пром. безопасности», - 2014. - 200 с.
2. Ваганов В.С. Многофункциональные системы безопасности, применяемые при производстве горных работ // Горная Промышленность. - 2014. - № 3 (115). - С. 25.
3. Ваганов В.С., Урусов Л.В. Анализ способов организации сетей передачи данных для построения современных МФСБ в угольных шахтах //Вестник Научного Центра по безопасности работ в угольной промышленности, - 2016. - №3. - С. 12.
4. Centers for Disease Control and Prevention, NIOSH, Mining, Advanced Tutorial on Wireless Communication and Electronic Tracking: Electronic Tracking Systems Performance, 3.0 Electronic Tracking Systems Performance. [Электронный ресурс URL: https://www.cdc.gov/niosh/mining/content/emergencymanagementandresponse /commtracking/advcommtracking:utonal2.html] 2017 г.
5. A. Kupper, Fundamentals of positioning, in Location-Based Services Fundamentals and Operation, chapter 6, pp. 123-154, JohnWiky & Sons, Hoboken, NJ, USA, 2005.
