Шахтные информационно-управляющие системы ШИУС

Одной из основных проблем, существующих на предприятиях по добыче и переработке полезных ископаемых, остается обеспечение контроля и управления безопасностью ведения горных работ. Внедренные более 25 лет назад шахтные информационно-управляющие системы (ШИУС), предназначенные для обеспечения газового контроля и защиты, сегодня по-прежнему являются основным инструментом в решении вышеназванной задачи.

В настоящее время для целей функциональной безопасности на угольных шахтах России используется различная аппаратура контроля и управления:

- аппаратура автоматической газовой защиты " Метан";

- аппаратура контроля и поступления воздуха в тупиковых выработках АПТВ, которая позволяет контролировать и управлять работой вентиляторов местного проветривания, управлять работой групповых аппаратов тупиковых выработок в зависимости от состояния их проветривания;

- аппаратура " Ветер", предназначенная для работы в системе централизованного диспетчерского вентиляторами местного проветривания, рассредоточенных группами на нескольких пунктах, и автоматического контроля состояния рудничной атмосферы в тупиковых забоях угольных шахт.

Также эксплуатируются различные системы для автоматизации управления работой главных вентиляторных установок и т.п. Пульты управления различных систем располагаются в помещениях диспетчерской и операторов АГК. Горные диспетчеры шахт следят и управляют технологическими процессами, параллельно операторы АГК контролируют и частично управляют состоянием рудничной атмосферы. Каждая из перечисленных систем, как правило, работает самостоятельно и мало зависит от других систем.

1.2.1. Анализ действующих на шахтах РФ систем аэрогазового контроля, задачи современных шахтных информационно-управляющих систем, тенденции их
развития

Шахтные информационно-управляющие системы являются основным средством управления процессами подземной добычи полезных ископаемых. С их помощью обеспечивается управление производством (местное, централизованное, автоматизированное и автоматическое управления основным и вспомогательным оборудованием, различными технологическими процессами) при ограничениях, накладываемых требованиями безопасности ведения горных работ.

Известны зарубежные ШИУС, которые обеспечивают решение следующих типовых задач:

- контроль газового состава рудничного воздуха и скорости его движения;

- контроль и управление вентиляционным (вентиляторы, шлюзы) и технологическим оборудованием (комбайны, конвейеры), системами электро и пневмоснабжения.

ШИУС объединяют функции систем автоматической газовой защиты и контроля (АГЗ и АГК), автоматического проветривания тупиковых выработок (АПТВ), автоматического управления конвейерами (АУК), телеуправления и телесигнализации, реализуемые широко распространенными системами " Метан", " Ветер", АПТВ, АУК, 2М, BAB, 1М, УИШ и др. Особое место занимают интегрированные системы контроля и управления, которые кроме перечисленных функций обеспечивают управление всем циклом производства от проходки выработок до отгрузки. Такие системы автоматизируют подавляющее большинство процессов, включая орошение, контролируют положение и техническое состояние механизированной крепи, проходческих, добычных комбайнов, транспортных средств и обеспечивают раннее распознавание пожаров, контроль и оптимизацию потребления электроэнергии, управление транспортными системами, оптимизацию добычи, учет персонала и организацию труда и т.д.

В РФ информационные и управляющие системы создавались для реализации ограниченного перечня функций - АГЗ, АГК, АПТВ, АУК и т.д. С появлением микропроцессорных подземных вычислительных устройств положение меняется, т.к. программируемые контроллеры являются той универсальной программно - технической базой, на которой возможна реализация всех функций шахтной автоматики и решение специфических задач контроля и прогнозирования опасных технических и геодинамических явлений и пожароопасности.

1.2.2. Особенности ШИУС

В настоящее время решение задач контроля и управления безопасностью и технологическими процессами, оценки и прогноза опасных технических и геодинамических явлений и пожароопасности на угольных шахтах имеет следующие особенности:

- на шахтах имеются технически и морально устаревшие, несовместимые друг с другом и с современными информационными системами аппаратные средства, которые не обладают необходимыми свойствами и не позволяют интегрировать их в единую информационную систему;

- известные методы и алгоритмы оценки и прогноза состояния горно-технологического объекта (ГТО) и безопасности горных работ ориентированы на использование устаревшего оборудования и в большинстве случаев не соответствуют современному уровню развития науки и техники;

- разработка новых методов и алгоритмов контроля, управления и прогноза затруднена и приостановлена из-за отсутствия технических средств мониторинга и необходимого количества априорной информации;

- имеются отечественные и зарубежные датчики всевозможных технических и технологических параметров, компьютерные устройства обработки и передачи информации, алгоритмические и программные средства и положительный опыт использования ШИУС;

- угольные предприятия не обладают достаточными финансовыми ресурсами для повсеместного и немедленного внедрения современных компьютерных ШИУС.

Некоторые особенности ШИУС определяются спецификой контролируемого пространства и горно-технологического объекта:

- в отличие от традиционных общепромышленных систем, которые проектируются для стационарных технологических процессов, основной отличительной особенностью ШИУС является ее постоянное изменение во времени и пространстве (точки сбора информации не стационарны из-за их движения вместе с горными выработками, срок службы элементов ШИУС, установленных в конкретной выработке обычно не превышает одного года);

- точки сбора информации и нанесения управляющих воздействий могут быть расположены друг от друга и от подземных вычислительных устройств на расстояниях до 5 км;

- неравномерность плотности точек контроля (с одной стороны, существует необходимость комплексного контроля до 6 параметров в одной точке, например СН4, СО, Н2, 02, скорость и влажность воздуха на исходе лавы, с другой стороны, существует необходимость контроля состояния таких протяженных объектов как конвейерные линии, угольные пачки и т.д.);

- большинство контролируемых объектов и параметров характеризуется большой инерционностью (газовыделение, температура, давление и т.д.), однако существуют источники информации и с высокочастотными сигналами (сейсмодатчики, датчики акустической и электромагнитной эмиссии);

- существующие трудности в использовании радиосигналов в подземных выработках предопределяют необходимость прокладки линии передачи данных по существующим горным выработкам.

1.3. Структуры информационно-управляющих систем и тенденции их развития

Несмотря на особенности, ШИУС во многом сходны с общепромышленными информационно - управляющими и повторяют их путь развития. Исторически можно выделить несколько поколений промышленных информационно - управляющих систем (рис.1.1).

а) б)

в) г)

Для систем первого поколения (рис.1.1, а) было характерно использование единственного вычислительного устройства или устройства обработки информации, непосредственно к которому подключались все источники и приемники информации.

Системы второго поколения (рис.1.1, б) строились на основе программируемых логических контроллеров (PLC), которые имели связь с центральным компьютером и не имели связи друг с другом. При этом центральный компьютер был " ведущим", а PLC - " ведомыми", связи между ними осуществлялась по модели " ведущий/ведомый".

Системы третьего поколения (рис.1.1, в) объединялись в единую информационную среду, физически реализованную в виде цифровой системы передачи данных, PLC, первичные источники и конечные приемники информации. При этом источники и приемники информации являются носителями " интеллекта" и могут передавать сообщения друг другу, минуя центральный компьютер. Широкое распространение получил вариант систем третьего поколения, в которых отдельные PLC могут обслуживать несколько источников и приемников информации, группируя в себе их общий " интеллект".

Системы четвертого поколения (рис.1.1, г) характеризуются " интеллектом", который равномерно распределен между всеми элементами системы, которые являются равноправными, а их ресурсы - общими. Доведенной до логического завершения реализацией концептуальных идей систем четвертого поколения являются структура, в основой которой служат датчики, контроллеры и исполнительные механизмы, являющиеся WWW-узлами в сети Интернет или Интранет-сети предприятия. Каждый датчик, контроллер и исполнительный механизм имеет собственный IP-адрес и программное обеспечение для работы с протоколом TCP/IP. Использование протокола TCP/IP и технических средств его реализующих позволяет создавать исключительно живучие сети передачи разнородной информации от данных о контролируемых параметров до цифрового аудио и видео.

Таким образом, общие тенденции развития промышленных информационно - управляющих систем заключаются в следующем:

1) Происходит пространственное перераспределение вычислительных мощностей (обработка информации и выработка управляющих воздействий), заключающееся в их приближении к источникам и приемникам информации вплоть до их полной локализации в них. При этом, с одной стороны, повышается функциональная надежность системы, определяемая, в частности, скоростью выработки управляющих воздействий и вероятностью функционального отказа системы из-за выхода из строя линий связи. С другой стороны, излишняя информация не передается на более высокие уровни обработки информации и принятия решений, снижая загруженность сети.

2) Перераспределение вычислительных мощностей позволяет говорить об исключении центрального вычислительного устройства, выполняющего роль системного супервизора и контроллера сети. Однако в системах обычно присутствует мощное вычислительное устройство, используемое для долговременного хранения информации или для связи с внешними информационными системами.

3) Перераспределение вычислительных мощностей и уменьшение загрузки сети на передачу излишней информации, т.к. управляющие решения принимаются " на месте", позволяет использовать освободившиеся ресурсы сети для организации взаимодействия вычислительных устройств, составляющих основу источников и приемников информации и контроллеров, по модели " каждый с каждым". При этом, с одной стороны, обеспечивается возможность получения любой информации и выработки управляющих воздействий на любом устройстве сети, с другой - повышаются требования к средствам защиты информации, скоростям передачи, что принципиально меняет требования к используемому системному программному обеспечению.

4) Системное программное обеспечение промышленных компьютерных систем третьего и четвертого поколения должно базироваться на операционных системах, которые отличаются работой в реальном времени, развитыми сетевыми возможностями и масштабируемостью. Что позволяет использовать единую операционную среду от встраиваемых систем, - это " интеллектуальные" датчики и исполнительные механизмы, участковые вычислительные устройства и т.д., до систем управления предприятием, объединением и др.

5) Все современные промышленные компьютерные информационно – управляющие системы строятся как многофункциональные и универсальные. При этом их конкретное назначение системы определяется совокупностью датчиков, исполнительных устройств, алгоритмическим, программным, организационно - методическим и правовым обеспечением.

Исследования различных отечественных и зарубежных ШИУС (МАЙНОС (British Coal Corporation, Великобритания), СТТ-63/40Up, CMM-20m, CTT2 (институт " Сершар", фирма " Олдам", Франция), CH597CS (фирма " Дрегер", ФРГ), CGA/1 (фирма " Олдам" Франция), MCO-060 (ДИСАМ, Чехословакии), ТРАНСМИТТОН (фирма TRANSMITTON, Великобритания), ВЕНТУРОН (фирма Venturon, Великобритания), МИКОН (фирма Micon, Польша), KI1, KI2 (КНР), CCD (фирма EMAG, Польша), ПРОМОС (фирма Promos Elektronik GmbH, Германия), Симдас (фирма Siemens, Германия), МЕТАН, КГК (СССР)) позволяют провести условное разделение уровней сбора, обработки информации, выработки управляющих воздействий и принятия решений (рис.1.2), которое соответствует территориальному, функциональному и должностному разделению функций контроля и управления.

Рис.1.2. Уровни сбора, обработки информации, выработки
управляющих воздействий и принятия решений

В настоящее время можно выделить несколько типовых структур шахтных информационно - управляющих систем. Наибольшее распространение получила структура ШИУС (рис.1.3, а), которая предусматривает использование для объекта контроля (очистная лава, подготовительный забой, конвейерный штрек и т.п.) одного или нескольких устройства обработки и управления, которые выполняет функции концентраторов сигналов и могут быть реализованы как на аналоговой, так и на микропроцессорной технике. К таким устройствам подключаются все источники (датчики технических и технологических параметров) и приемники информации (исполнительные механизмы и устройства, устройства сигнализации). Типовое подземное вычислительное устройство оборудовано дисплеем, клавиатурой, имеет от 6 до 14 искробезопасных релейных выходов, от 8 до 16 аналоговых и от 16 до 32 дискретных входов. В состав ШИУС, кроме датчиков и источников питания, входят световые и звуковые устройства сигнализации и промежуточные реле, позволяющие с помощью искробезопасных релейных выходов управлять искроопасными цепями. Такая структура ШИУС минимизирует состав оборудования, но требует использования большого количества линий связи, предполагает значительные затраты при их монтаже и обслуживании и оказывается неоптимальной при организации контроля в протяженных горных выработках.

а)

б)

Рис.1.3. Типовые структуры ШИУС

На рис.1.3, б показана структура ШИУС, которая свободна от перечисленных недостатков и которая объединяет в себе черты промышленных компьютерных систем второго и третьего поколений. В ней мощные подземные вычислительные устройства, к которым могут подключаться приемники и источники информации, формируют и поддерживают работу полевых шин. К полевым шинам могут подключаться " интеллектуальные" источники и приемники информации и маломощные вычислительные устройства, к которым подключаются источники и приемники информации, лишенные " интеллекта". Маломощные источники информации, имеющие до 8 аналоговых и дискретных входов и до 4 искробезопасных релейных выходов и при необходимости дисплей и клавиатуру, используются для первичной обработки информации, выработки и осуществления локальных управляющих воздействий.

Такие устройства обычно имеют модульное исполнение, позволяющее оптимизировать набор технических средств (входы, выходы, отображение и т.д.) для реализации необходимого перечня функций и, следовательно, минимизировать их стоимость. Мощные подземные вычислительные устройства, которые также могут быть оборудованы аналоговыми и дискретными входами и релейными выходами, предназначены для связи с наземными вычислительными средствами и для управления не отдельными агрегатами и установками, но целыми участками. Такие ШИУС, объединяя средства автоматизации, реализованные на аналоговой и микропроцессорной технике, являются технически оправданным и целесообразным компромиссом при переходе от ШИУС второго поколения к третьему. Следует отметить, что уже в подобных структурах разработчики вынуждены использовать специализированные кабельные линии связи, соединители и технологию монтажа, что свидетельствует о сложности реализации высокоэффективных полевых шин для шахтных условий.

Реализация и внедрение ШИУС третьего и четвертого поколения вызывает значительные технические сложности, связанные с необходимостью повышения скорости обмена данными в подземной сети на 1...3 порядка, и в настоящее время представляется экономически нецелесообразным.

Следует отметить, что структура и состав ШИУС зависят от перечня выполняемых функций и возможных и доступных технических решений следующих задач:

- обеспечение искробезопасности;

- обеспечение электропитания подземных элементов ШИУС;

- распределение вычислительных мощностей между различными уровнями обработки информации;

- передача информации.

Анализ современных ШИУС показал, что для обеспечении взрывобезопасности наибольшее распространение получил способ " искробезопасная электрическая цепь", применением взрывонепроницаемых оболочек для кабельных вводов и общепромышленных защитных оболочек со " специальным видом защиты" (компаундирование).

Выбор способов взрывозащиты непосредственно связан с потребляемой мощностью аппаратуры ШИУС и способами электропитания ее подземных элементов. Электропитание с поверхности от наземных блоков искробезопасного питания с буферными аккумуляторами у потребителей энергии позволяет при сохранении целостности объединенных линий питания/связи получать информацию от датчиков в аварийных ситуациях, т.е. при отсутствии электроэнергии в горных выработках. Питание от подземных аппаратов электроснабжения с накоплением энергии в аккумуляторных батареях, обеспечивающих работу ШИУС в течение 24 и более часов, также позволяет решить проблему аварийного питания. Таким образом, рассматриваемые способы можно считать равноценными. Однако питание с поверхности накладывает жесткие ограничения на потребляемую мощность подземными элементами ШИУС, т.к. КПД линий передачи энергии составляет от 25 до 75 %, что делает невозможным создание многофункциональных ЩИУС, осуществляющих газовый контроль, защиту и автоматическое управление с быстродействием 0, 5 с.

Решающее влияние на структуру ШИУС оказывает используемая технология передачи информации. До настоящего времени используются две основные структуры сети передачи: " звезда" и " моноканал".

" Звезда" обеспечивает высокую живучесть системы связи, при которой отказ одного сегмента не приводит к потере связи с остальными узлами сети, однако при прокладке линий связи по шахтному стволу обычно используется единственный кабель, при этом маловероятны единичные обрывы в различных сегментах. Кроме этого такая топология характеризуется значительными затратами на кабельную технику. При использовании " моноканала" отказ одного сегмента сети может привести к потере связи с многими узлами, однако такой топологии свойственны малые затраты на кабельную технику. Разумным компромиссом является использование смешанных топологий: " множественные моноканалы", при этом каждый луч " звезды" является моноканалом, на котором расположены несколько узлов, или " звезда", каждый узел которой является контроллером полевой шины. Также следует отметить, что специфика контролируемого пространства (подземные горные выработки) и финансовое положение предприятий не позволяет использовать ШИУС с множественными и независимыми каналами связи.

На структуру и состав влияют электрические параметры интерфейсов управления основного и вспомогательного технологического оборудования, аппаратами электроснабжения.

Также на структуру ШИУС влияют частотные характеристики контролируемых сигналов и необходимая точность их локализации во времени. Так для информационных систем, использующих ресурсоемкое математическое обеспечении (Фурье- и Гильберт - преобразование, частотный и авторегрессионый анализ и т.д.) и сигналы от сейсмических датчиков и датчиков акустической и электромагнитной эмиссии, применяется структура, соответствующая первому поколению промышленных компьютерных систем, для которой характерно использование для каждого сигнала собственного специального канала связи. Именно такая структура позволяет собирать данные от многих " высокочастотных" источников информации и синхронно их обрабатывать на мощном вычислительном устройстве. До настоящего времени такие вычислительные устройства могли быть реализованы только на базе наземных компьютерных рабочих станций. И хотя сейчас появилась реальная техническая возможность использовать подземные устройства цифровой обработки сигналов, включая их в состав ШИУС на уровне полевой шины, эти функции не реализованы ни в одной из известных шахтных информационно – управляющих систем.

1.4. Функции ШИУС

Определяющее влияние на структуру ШИУС оказывает перечень функций, которые должны быть реализованы. Можно говорить о ШИУС с минимальным и максимальным перечнем функций.

" Минимальная" ШИУС должна обеспечивать выполнение следующих функций:

- мониторинг параметров шахтной атмосферы и микроклимата (АГК);

- автоматическая газовая защита (АГЗ);

- мониторинг состояния основного и вспомогательного технологического оборудования, систем электроснабжения, гидроснабжения и пневмоснабжения;

- местное и централизованное, ручное, автоматизированное и автоматическое управление основным и вспомогательным технологическим оборудованием, системами электроснабжения, гидроснабжения и пневмоснабжения (проветривание тупиковых выработок - АПТВ, управление водоотливом, конвейерными, калориферными, вентиляционными установками и т.д.);

- отображение и хранение информации о состоянии горно-технологического объекта.

" Максимальная" ШИУС должна обеспечивать выполнение функций минимальной ШИУС и дополнительно:

- контроль положения и технического состояния механизированной крепи, проходческих, добычных комбайнов и транспортных средств;

- местное и централизованное управление всеми технологическими процессами добычи угля;

- мониторинг состояния угольных пластов, горного давления и смещения горных пород;

- мониторинг состояния выработанного пространства;

- прогнозирование пожаро-, взрыво-, ударо- и выбросоопасности;

- контроль и оптимизацию потребления электроэнергии, управление транспортными системами;

- оптимизацию добычи угля;

- учет и контроль положения персонала;

- голосовую связь с подземными элементами ШИУС и т.д.

Очевидно, что реализация " минимальных" ШИУС не вызывает значимых технических и организационных трудностей. Создание " максимальных" ШИУС связано со значительными капитальными вложениями, обусловленными необходимостью оснащения технологического оборудования встроенными микропроцессорными устройствами, разработкой новых датчиков, систем контроля положения шахтеров и т.д. Решение задач идентификации, прогнозирования и оптимизации также требуют финансовых и временных ресурсов.

Поэтому целесообразным представляется использование многофункциональных ШИУС, реализующих минимальный перечень функций, и постепенно и постоянно расширять их перечень за счет разработки новых технических средств, алгоритмов обработки информации, организационного и нормативного обеспечения.

1.4.1. Особенности и принципы развития, модернизации действующих ШИУС

Особенности модернизации и внедрения ШИУС

Проведенный анализ показывает, что реальные возможности и перспективы развития шахтных информационно - управляющих систем в России ограничиваются следующими особенностями, связанными с техническими требованиями, спецификой контролируемого пространства и экономическими возможностями угольных предприятий:

1) Шахтные информационно – управляющие системы должны строиться как многофункциональные и универсальные, поскольку только одновременный учет всех параметров, влияющих на геодинамические явления в горном массиве, позволяет создавать качественные модели прогноза событий, характеризующих безопасность ведения горных работ. Алгоритмические и программные средства многофункциональных систем на единой аппаратной платформе обеспечивают решение задач обеспечения безопасности горных работ, шахтной автоматики, оценки и прогноза опасных технических и геодинамических явлений и пожароопасности.

2) Линии передачи данных шахтных сетей должны совпадать с топологией контролируемого пространства, которое в большинстве случаев, с точки зрения возможности прокладки кабельных линий, имеет вид " дерева" и совпадает с сетью электропитания.

3) Электрические характеристики сигналов и технических средств передачи данных должны соответствовать требованиям искробезопасности, что ограничивает скорость передачи информации при использовании кабельных линий связи. При этом технически обоснованно стремление передать максимальное количество функций обработки информации и выработки сигналов управления на уровень агрегата, забоя, участка.

4) В настоящее время и в обозримом будущем в качестве основной физической среды передачи данных должны использоваться обычные шахтные телефонные кабели, в которых отсутствуют сформированные экранированные витые пары. Это позволяет говорить о необходимости разработки специальных интерфейсов и протоколов связи для ШИУС, которые должны соответствовать противоречивым требованиям искробезопасности, надежности, скорости передачи и низкой чувствительности к изменению параметров линий связи.

5) Основным способом обеспечения взрывозащищенности ШИУС должна быть " искробезопасная цепь". Это делает актуальной задачу снижения потребления энергии аппаратурой ШИУС. При этом для традиционных датчиков с аналоговым выходом более предпочтительным является выходной сигнал напряжения (0, 4…2 В), а не тока (0…5 или 4…20 мА).

6) Снижение потребляемой энергии делает возможным обеспечение ШИУС высоконадежными источниками питания, подключенными к подземным источникам энергии и снабженными аккумуляторными батареями. При этом источники питания должны обеспечивать работу ШИУС от аккумуляторных батарей в течение 24 и более часов.

Особенности систем связи

Основные технические сложности при реализации современных ШИУС связаны со средствами передачи информации. К промышленным и особенно к шахтным сетям предъявляются особые требования по надежности, помехоустойчивости, искробезопасности и дальности. Обычно для связи с удаленными цифровыми устройствами промышленного назначения используются полевые шины. К ним относятся несколько европейских (PROFIBUS (DIN 19245), FIP (UTE-C46-6xx), Bitbus (IEEE 1118), CAN (ISO/DIS 11898), Interbus-S (DIN 9258), SAP (BS6556.III)) и американских (Foundation, HART) конкурирующих стандартов. Ведется разработка общеевропейского стандарта EN 50170, объединяющего PROFIBUS и FIP. Большинство полевых шин в качестве физической среды передачи допускает использование различных электрических проводников и волоконно-оптических линий. С последними специалисты связывают радикальное решение проблем искробезопасности, помехоустойчивости и пропускной способности шахтных информационных сетей. Однако в настоящее время для отечественной горной промышленности такое техническое решение не представляется возможным и целесообразным. Более того, одно из основных экономически обоснованных требования к линиям связи - использование существующих и широко распространенных шахтных телефонных кабелей.

Большинство из общепромышленных интерфейсов и протоколов связи непосредственно не может быть применено в угольных шахтах, - топология контролируемого пространства и требования искробезопасности накладывают ограничения на возможность использования различных протоколов. Так, например, полевая шина может быть реализована на основе модифицированного протокола RS485 при условии ограничения токов короткого замыкания в линии связи. Без изменения могут использоваться специализированный британский SAP (BS6556, ч. II и III) и американский HART. Причем SAP подходит для связи между участковыми вычислительными устройствами и диспетчерской, а HART - для полевой шины. Следует отметить, что оба этих протокола используют частотную фазокогерентную модуляцию (метод FSK), что обеспечивает ограничение спектра передаваемого сигнала, и, как следствие, повышение качества и надежности передачи данных. Протокол SAP использует сигнал напряжения до 5 В с несущими частотами 1170 и 2125 Гц, а HART - токовый сигнал амплитудой 0, 5 мА с частотами 1200 и 2200 Гц.

Очевидно, что интерфейсы и протоколы связи должны соответствовать требованиям искробезопасности, иметь гарантированное время доставки сообщений между устройствами на шине не более 0, 5 с.

1.4.2.Принципы построения ШИУС

В основу построения современных ШИУС должны быть положены следующие системо - технические принципы:

- соответствие государственным стандартам и требованиям безопасности;

- многофункциональность;

- многоуровневость и распределенность;

- работа в реальном времени;

- повсеместное использование методов цифровой обработки и передачи информации;

- максимально возможное приближение вычислительных средств к объектам контроля и управления;

- высокая надежность технических и программных средств;

- обеспечение взрывобезопасности за счет использования искробезопасных уровней электрических сигналов и низкого энергопотребления;

- совместимость вниз с существующими техническими средствами;

- совместимость вверх с существующими и перспективными информационными системами (включая глобальные информационные сети);

- использование стандартных аппаратных и программных средств, интерфейсов и протоколов связи;

- использование программных средств, гарантирующих переносимость и быструю адаптацию;

- простота и непрерывность аппаратного, алгоритмического и программного расширения и модернизации;

- возможность оперативного и интерактивного создания и изменения службой эксплуатации основных характеристик ШИУС;

- использование стандартного графического пользовательского интерфейса.

1.4.3.Программные средства ШИУС

Функции ШИУС позволяют определить необходимый перечень программных средств, необходимых для реализации функций ШИУС на основе изложенных принципов;

- средства сбора, передачи и обработки информации, база данных контролируемых параметров, сигналов управления и сигнализации;

- средства ведения архивов технических и технологических событий и обеспечения доступа к ним, в том числе множественного и удаленного;

- средства документирования технологического процесса и работы ШИУС;

- многооконный пользовательский графический интерфейс со средствами отображения информации и ввода управляющих воздействий;

- средства интерактивного создания и редактирования пользовательского графического интерфейса и т.д.

Перечисленные функции характерны для большого класса программных продуктов, называемых SCADA.

Отметим, что на основе коммерческих SCADA пакетов могут быть реализованы большинство функций шахтного технического и технологического контроля и управления. Однако ШИУС имеют свои специфические задачи, в первую очередь связанные с непрерывным изменением во времени и пространстве состава и структуры.

1.5. Варианты модернизации действующих систем аэрогазового контроля

Одной из основных проблем, существующих на предприятиях c подземной добычей полезных ископаемых, остается обеспечение контроля и управления безопасностью ведения горных работ. Большинство из используемых в настоящее время систем газового контроля и защиты, телеизмерения, телесигнализации, телеуправления и шахтной автоматики, обеспечивающих выполнение всех задач контроля и управления, были разработаны и внедрены более 20 лет назад. В настоящее время на шахтах используются системы " Метан" для реализации задач автоматического газового контроля (АГК) и защиты (АГЗ), " Ветер 1М" - для централизованного диспетчерского управления технологическим оборудованием и аппаратами электроснабжения, АУК для автоматического управления конвейерами, АПТВ, УКАВ, ВАВ и другие системы для автоматизации проветривания, водоотлива и т.д.

Система " Метан" состоит из наземной стойки приема информации (СПИ) и до 24 подключаемых к ней подземных аппаратов сигнализации (АС), к каждому из которых может быть подключено до трех датчиков концентрации метана. Каждый датчик может быть использован как источник аналогового сигнала о концентрации метана и как источник дискретного сигнала, свидетельствующего о превышении в точке измерения заданной предельной концентрации. Каждый АС может передавать на наземную стойку один аналоговый и три дискретных сигнала. В системе используются токовые сигналы 0…5 мА для передачи результата аналогового измерения с наложенными на него сигналами напряжения 80…500 мВ и частотами 14, 20, 26 для передачи дискретных сигналов, что позволяет уплотнить каналы связи и по двум проводам передавать информацию от трех датчиков. Подземная аппаратура системы " Метан" запитывается от местных источников электроэнергии, что не позволяет обеспечить контроль газового состояния в аварийных ситуациях, для которых характерны отсутствие электроснабжение в горных выработках и высокие концентрации метана, которые могут превышать максимально возможные для датчиков системы " Метан" 2.5% в несколько раз.

Система " Ветер" и ее модификации позволяет реализовать централизованный контроль и управления различным оборудованием с помощью наземного пульта управления (ПУ), к которому могут быть подключены до 10 подземных контрольных пунктов (КП). Каждый КП обеспечивает передачу на поверхность семи и с поверхности под землю трех дискретных сигналов. Сигналы, передаваемые с поверхности под землю, используются как команды управления. В системе " Ветер" уплотнение каналов связи между ПУ и КП достигается за счет периодического последовательного опросов КП, т.е. за счет их временного мультиплексирования.

Все остальные используемые на шахтах системы автоматики являются локальными, но имеют интерфейс с системой " Ветер", что позволяет строить на их основе системы диспетчерского контроля и управления, и в некоторых случаях с аппаратами сигнализации системы " Метан" для обеспечения газовой защиты. Так, например, для проветривания тупиковых выработок используется аппаратура АПТВ, применять которую необходимо с контрольными пунктами системы " Ветер" и аппаратами сигнализации системы " Метан".

Очевидно, что ШИУС, используемые для обеспечения безопасности ведения горных работ, должны соответствовать действующим нормативным документам. Правила безопасности (ПБ) в угольных шахтах определяют ПДК для пыли, оксида углерода, оксида и диоксида азота, сернистого ангидрид, сероводорода, что делает желательным постоянный контроль этих газов, максимально и минимально возможные скорости воздуха для различных выработок. Там же есть требования централизованого контроля положение вентиляционных дверей и состояние вентиляторных установок, постоянного ведения книги учета работы вентиляторных установок, книги замера метана и учета загазирования (углекислого газа), вентиляционного журнала. Также необходимо проводить расчет расхода воздуха и депрессии, проверку устойчивости проветривания и расчет вентиляции, должен осуществляться прогноз прорывов метана, контроль за ранними признаками самонагревания (самовозгорания) угля. Все это требует контроля содержания метана, оксидов и диоксидов углерода и азота, кислорода, водорода, тяжелых углеводородов, температуры, влажности и скорости воздуха, проведения депрессионных съемок и т.д.

Действующие правила требуют постоянного контроля только содержания метана и в некоторых случаях скорости воздуха, все остальные параметры могут контролироваться периодически. Можно предположить, что правила написаны с учетом ограничений, накладываемых характеристиками технических средств систем аэрогазового контроля, существовавших в момент написания этих правил.

Известные методы и алгоритмы оценки и прогноза состояния горно-технологического объекта и безопасности горных работ ориентированы на использование устаревшего оборудования и в большинстве случаев не соответствуют современному уровню развития науки и техники. Разработка новых методов и алгоритмов контроля, управления и прогноза затруднена из-за отсутствия технических средств мониторинга и необходимого количества априорной информации. Также из-за ограниченности технических средств не используются более совершенные алгоритмы газовой защиты, которые разработаны научными коллективами России и других стран.

Особенности и цели обеспечения шахт современными системами автоматизации

Перечислим основные характеристики используемых в настоящее время систем аэрогазового контроля, телеуправления, телеизмерения и телесигнализации и шахтной автоматики.

1. Основной функциональной характеристикой используемых в настоящее время систем является их узкая специализация, которая определена используемой элементной базой и схемотехническими решениями. Так система " Метан" обеспечивает только контроль концентрации метана в горных выработках, газовую защиту электрооборудования в этих выработках и одностороннюю передачу информации в диспетчерскую, АПТВ - только местное автоматическое управление проветриванием тупиковых выработок, АУК - только местное автоматическое управление конвейерами и т.д. Система " Ветер" является наиболее универсальной из используемых в настоящее время, т.к., по существу, представляет собой средство двунаправленной передачи информации.

2. Алгоритмы контроля и работы реализуются на схемотехническом уровне, т.е. в виде релейных и электронных аналоговых схем, что принципиально ограничивает вычислительную мощность существующих систем и возможности изменения их алгоритмического обеспечения. В некоторых системах предусмотрена возможность изменения параметров в неизменных алгоритмах контроля и управления, таких как пороги срабатывания защит, выдержки времени и т.п.

3. Для большинства систем характерна двухуровневая структура, основанная на использовании одного наземного устройства (СПИ в системе «Метан» или ПУ в системе «Ветер»), к которому подключено несколько подземных концентраторов сигналов (АС системы «Метан» или КП системы «Ветер»), к каждому из которых, в свою очередь, подключается несколько источников и приемников информации. Такая структура для специфических условий подземных горных работ не потеряла свою актуальность, о чем свидетельствуют публикации, описывающие современные компьютерные системы шахтной автоматики, подавляющее большинство из которых также являются двухуровневыми. Следует отметить, что обработки информации и выработка сигналов противоаварийного управления происходит на месте измерения, т.е. в горных выработках, однако информация, собираемая на наземных устройствах, не подвергается обработке и, по существу, не используется решения задач идентификации и прогноза и предотвращения опасных геодинамических явлений и пожароопасности.

4. Время создания, элементная база и двухуровневая структура предопределили схемотехнические решения, которые были положены в основу средств передачи информации, - это токовые и частотные сигналы с частотным уплотнение каналов связи или их временным мультиплексированием. При этом по линиям связи передаются аналоговые или дискретные сигналы, но не цифровые коды, что принципиально ограничивает их пропускную способность. В современных компьютерных системах используются цифровые технологии передачи информации.

5. Системы являются " закрытыми", т.е. они не обладают информационной совместимости друг с другом, исключение составляет система " Ветер". Также действующие системы не совместимы с современными компьютерными информационными системами, что не позволяет использовать собираемую информацию для эффективного управления производством и решения задач идентификации и прогноза опасных геодинамических явлений и пожароопасности.

6. До сих пор существующие технические средства позволяли создавать достаточные с точки зрения требований обеспечения безопасности, но ограниченные по функциональным возможностям системы контроля, защиты и управления. Можно предположить, что действующие системы в силу своей технической отсталости становятся препятствием на пути разработки и внедрения новых алгоритмов контроля, управления и обеспечения безопасности горных работ.

1.6. Базы данных

1.6.1. Понятие базы данных

База данных - совокупность данных, отображающих состояние объектов и их отношений в рассматриваемой предметной области. Организуется таким образом, что данные собираются однажды и централизованно хранятся, а также модифицируются (обновляются) в виде, доступном специалистам и системам программирования, использующих их.

Другими словами, прежде чем информацию использовать, ее нужно получить. Для этого существуют первичные средства сбора информации, другие источники информации: тот же интернет. Только смысл в создании информационной системы существует только тогда, когда данные (информацию) можно систематизировать, связать по одним каким-то признакам и извлечь из этого пользу. Для того чтобы данные хранились или записывались в удобном для последующей обработки виде, придумали базы данных - электронные таблицы, состоящие из столбцов и строк, пересечение которых дает ячейку БД. Для того чтобы обрабатывать ячейки, производить над данными определенные операции придумали системы управления базами данных - так называемые СУБД. Одна из таких СУБД, например, - dBASE или SQL.

Основные особенности БД:

1) использование одних и тех же БД различными приложениями;

2) минимум дублирования данных (дублирование полезно для ускорения доступа к данным или восстановления БД при ее разрушении);

3) независимость данных от особенностей прикладных программ;

4) возможность изменения физических особенностей хранения данных без изменения их логической структуры.

Требования к БД:

1) обеспечение возможности хранения и модификации данных;

2) обеспечение достоверности информации и ее непротиворечивости;

3) обеспечение доступа к данным пользователям с соответствующими полномочиями;

4) обеспечение поиска информации по заданным признакам;

5) соответствие заданным требованиям производительности при обработке запросов;

6) возможность реорганизации и расширения при изменении границ предметной области;

особые требования (частные):

7) выдача информации пользователям в различной форме;

8) обеспечение простоты и удобства обращения внешних пользователей за информацией;

9) обеспечение возможности одновременного обслуживания большого числа внешних пользователей.

1.6. 2. Понятие системы управления базами данных

Функционирование БД обеспечивается совокупностью языковых и программных средств, называемых системой управления базами данных (СУБД).

Система управления базами данных - совокупность языковых и программных средств, предназначенных для создания, ведения и конкурентного использования БД многими пользователями.

Основная особенность СУБД - это наличие процедур для ввода и хранения не только самих данных, но и описаний их структуры. Файлы, снабженные описанием хранимых в них данных и находящиеся под управлением СУБД, называются в свою очередь базами данных.

Одна из основных задач СУБД- централизованное управление БД.

1.7. Программно-технические средства модернизации действующих систем

аэрогазового контроля. Комплекс “Микон 1Р” - современная компьютерная многофункциональная шахтная информационно-управляющая система

1.7.1. Техническое описание

Проведенный анализ отечественных и зарубежных шахтных информационно – управляющих систем, их функционального назначения и опыта их использования, разработанные принципы и выявленные особенности их построения и тенденции развития легли в основу системы газоаналитической шахтной многофункциональной " Микон 1Р".

Газоаналитическая шахтная многофункциональная система " Микон 1Р" (СИСТЕМА) предназначена для непрерывного измерения параметров состояния горно-технологических объектов, в том числе параметров шахтной атмосферы и микроклимата, состояния горного массива, основного и вспомогательного технологического оборудования, передачи информации на диспетчерский пункт, ее обработки и отображения. СИСТЕМА также предназначен для организации систем автоматического, автоматизированного и ручного местного и централизованного диспетчерского управления. Область применения - подземные выработки шахт и рудников, в том числе опасных по газу, пыли и внезапным выбросам.

СИСТЕМА относится ко второму поколению. Функциональное назначение СИСТЕМЫ определяется совокупностью контролируемых и управляемых параметров, назначением, количеством и расположением средств сбора информации, устройств сигнализации и исполнительных устройств, алгоритмами обработки информации. Объектами управления и контроля являются шахтная атмосфера и микроклимат, основное и вспомогательное технологическое оборудование, транспортные и вентиляционные системы, системы электро-, пневмо- и водоснабжения, пожаротушения и т.д.

На рис.1.4 показана структура шахтного многофункционального информационно – управляющего комплекса " Микон 1Р", его основные технические характеристики приведены в таблице 1. СИСТЕМА имеет типовую двухуровневую структуру. Жирными сплошными линиями выделены технические средства СИСТЕМА, жирным пунктиром - наземное оборудование СИСТЕМА, тонким пунктиром - оборудование, подключаемое к подземной части СИСТЕМА, тонкими сплошными линиями - оборудование, подключаемое к подземной части СИСТЕМА. На рисунке: ЦЭВМ - IBM PC-совместимый компьютер; ПВУ - подземное вычислительное устройство; ПУ - печатающее устройство; УБП - устройство бесперебойного питания; УСТС - устройство сопряжения с телеметрической системой; ТС - телеметрическая система; НУППИ - наземное устройство приема/передачи информации; БИБ - барьер искробезопасности; ИП - источники питания; БТ - блок трансформаторный; БАВР - блок автоматического ввода резерва; БПР - блок промежуточного реле; КС - концентратор сигналов телеметрическая системы; ЛСА - локальная система автоматизированного управления; АЭ - аппарат электроснабжения; CH4 - датчик метана; CO - датчик оксида углерода; H2 - датчик водорода; O2 - датчик кислорода; QВ - датчик расхода воздуха; SOK - датчик состояния очистного комбайна; SПK - датчик состояния проходческого комбайна; SK - датчик состояния конвейера; SВШ - датчик состояния вентиляционных дверей; УС - устройство сигнализации. В качестве дискретных датчиков используются свободные контакты цепей управления основным и вспомогательным технологическим оборудованием, блок-контакты аппаратов электроснабжения, конечные выключатели, типовые датчики уровня и давления.

Таблица 1.1

Все подземные элементы комплекса имеют степень защиты от внешних воздействий IP54…IP65 и обеспечивают работу при температуре -5...+40 ^ОС и влажности 0...98±2 %. У источников питания уровень и вид взрывозащиты РВ 1В Иа С, у датчиков и ПВУ - РО Иа С или РО Иа.

Используемая структура технических средств обусловлена спецификой решаемых задач, используемых методов и технических средств многоуровневого, распределенного получения и обработки информации. Типовая структура предусматривает использование для каждого объекта контроля (очистной лавы, подготовительных забоев, конвейерного штрека, насосной и т.п.) одного ПВУ. При необходимости контроля большого числа параметров одного горно-технологического объекта могут использоваться несколько ПВУ, также одно ПВУ может использоваться для контроля нескольких объектов.

Основным достоинством используемых ПВУ является глубокая самодиагностика и малый ток потребления, который не превышает 150 мА. ПВУ могут функционировать как автономно, осуществляя местный контроль, сигнализацию, отображение информации, защиту и управление, так и в составе ШИУС, построенных на основе СИСТЕМЫ, обеспечивая возможность реализации функций централизованного диспетчерского управления. ПВУ оборудовано жидкокристаллическим дисплеем, клавиатурой, средствами защиты от несанкционированного доступа и кнопочным постом управления. Релейные выходы ПВУ используются в искробезопасных цепях управления.

С помощью БПР релейные выходы ПВУ могут подключаться к неискробезопасным цепям управления отключающих катушек аппаратов электроснабжения напряжением до 660В. БПР может быть удален от ПВУ на расстояние до 10 км.

Источники питания позволяют создавать искробезопасные сети питания, которые обеспечивают возможность автоматического переключения на встроенные аккумуляторные батареи при исчезновении напряжения в системе электроснабжения и сигнализацию об исчезновении питающего напряжения. Длительность работы комплекса от аккумуляторных батарей составляет не менее 16 ч и зависит от тока нагрузки. При построении сетей питания также используются БАВР и БТ. БАВР предназначен для использования в составе СИСТЕМЫ при работе в режиме автоматического управления проветриванием тупиковых выработок (АПТВ). БАВР осуществляет автоматический перевод аппаратуры СИСТЕМЫ при работе в режиме АПТВ на резервную линию питания напряжением 36 В при исчезновении напряжения в рабочей линии и обратно при восстановлении напряжения в рабочей сети и сигнализация о наличии напряжения в основной и резервной сети питания. БТ используется для преобразования напряжения 660В или 127В в напряжение 36В, которое подается на ИП, БПР, БАВР и другую аппаратуру, входящую в состав СИСТЕМЫ.

Основным датчиком СИСТЕМЫ является двухдиапазонный датчик метана, оборудованный ЖКД и обеспечивающий измерение концентрации метана в диапазоне 0…100%. Все датчики, входящие в состав СИСТЕМЫ, отличаются высокой надежностью, небольшим весом и размерами. Датчики имеют линейную зависимость выходного сигнала (0.4...2.0 В) от измеряемого параметра, погрешность измерения 0.5…3.0% от диапазона и срок службы чувствительного элемента не менее 1 года. Датчики запитываются постоянным напряжением 6...15, 4 В при токе потребления 10...30 мА. Широкий диапазон возможных питающих напряжений позволяет удалять датчики от ИП на расстояние до 5 км и запитывать датчики по линиям небольшого сечения, которое обычно составляет 0.5... 2.5 мм² и зависит от тока потребления и расстояния.

Обмен информации между наземной и подземной частями комплекса осуществляется со скоростью 600 или 1200 Бод. Применяемый FSK- метод передачи данных позволяет осуществлять полный дуплексный обмен информацией между наземными и подземными вычислительными устройствами на расстоянии до 15…20 км по четырехпроводной линии связи. Для передачи используются обычные шахтные телефонные кабели, в которых нет сформированных и экранированных витых пар.

Для передачи аналоговых и дискретных сигналов между подземными элементами комплекса и для их электропитания также используются шахтные телефонные кабели. Максимальное расстояние между ПВУ и датчиками с аналоговыми дискретными выходными сигналами составляет не более 5 км. Максимальная длина линий питания зависит от сечения линии, напряжения, необходимого для питания элемента комплекса, и выходного напряжения источника питания.

В состав наземной части комплекса входят БИБ, обеспечивающий гальваническое разделения наземных и подземных элементов и искробезопасность цепей передачи, и НУППИ, который служит для преобразования FSK-сигнала в цифровой код. В качестве наземных вычислительных устройств используются IBM PC - совместимые компьютеры общего или промышленного исполнения с УБП. Наземные ЭВМ объединены в компьютерную сеть, работают под управлением операционной системы QNX и обеспечивают связь с компьютерными сетями, включая глобальные, на основе протокола TCP/IP. Бесперебойная работа наземных элементов СИСТЕМЫ обеспечивается использованием УБП.

Рис.1.4. Структура газоаналитической шахтной многофункциональной системы “Микон 1Р”

В состав СИСТЕМЫ входят устройства сопряжения с телемеханическими системами " Метан" и " Ветер", которые позволяют объединить все существующие на шахтах средства контроля и управления в единую компьютерную информационно – управляющую систему.

1.7.2. Режимы работы

Принципиальное отличие от используемых различных комплектов аппаратуры проветривания тупиковых выработок, газового контроля и защиты, телесигнализации и телеуправления заключается в том, что все функции различных телеметрических систем и систем шахтной автоматики (АПТВ, " Метан", " Ветер") реализуются одновременно программно-техническими средствами СИСТЕМЫ.

Работа СИСТЕМЫ в режимах АГК и АГЗ обеспечивается использованием датчиков метана, их установкой в местах, предусмотренных п.44 " Инструкции по контролю состава рудничного воздуха, определению газообильности и установлению категории шахт по метану" Правил безопасности в угольных шахтах (РД 05-94-95), выводом информации о концентрации метана в контролируемых точках в центральную диспетчерскую и выработкой и осуществлением соответствующих управляющих (отключающих) воздействий на аппаратуру электроснабжения.

АГК реализуется следующим образом. ПВУ, на вход которого поступают сигналы от датчиков контролируемых параметров, производит их аналого-цифровое преобразование и полученный цифровой код передает в диспетчерскую на наземный вычислительный комплекс. На основе данных о величинах контролируемых параметров (концентрации газов, скорость воздуха), состоянии дискретных входов (вентиляторы, двери шлюзов и т.д.), команд управления с местного пульта или из диспетчерской и в соответствии с алгоритмом работы ПВУ изменяет состояние светодиодных индикаторов, осуществляя местную сигнализацию. На наземных ЭВМ информация о контролируемых параметрах отображается на экранных цифровых дисплеях, цвет фона которых зависит от измеренной величины (если значение контролируемого параметра в норме - зеленый фон, вне пороговых значений - красный, отказ датчика - серый, раскалибровка датчика - голубой или светло-желтый).

Основой АГЗ является газовый контроль. Информация о концентрациях метана в точках контроля обрабатывается в ПВУ в соответствии с заданной программой. Алгоритм АГЗ формируется программным способом и может содержать в себе сравнение с пороговыми значениями, временные задержки, арифметические и логические операции. Вычисленный в ходе работы программы управляющий сигнал поступает на релейные выходов, к которым подключено (при необходимости через БПР) управляемое оборудование электроснабжения защищаемого участка. Таким образом, реализация АГЗ полностью осуществляется на уровне контролируемого горно – технологического объекта, а управляющие воздействия не проходят через диспетчерскую. Длительность формирования и реализации отключающих воздействий на аппаратуру электроснабжения защищаемого участка составляет не более 0, 5 сек.

Проверка работы исполнительных цепей АГЗ может осуществляться дистанционно с ЭВМ наземного вычислительного комплекса. Также возможна временная блокировка отдельных каналов АГЗ (например, при наличии разрешения на временную работу при открытом вентиляционном шлюзе).

Для очистных забоев СИСТЕМА позволяет осуществлять газовый контроль и защиту в соответствии с действующими правилами и требованиями безопасности (рис.1.5., а).

Типовая схема позволяет осуществлять:

- местный и централизованный автоматический газовый контроль (метана, оксида углерода, водорода, кислорода, скорости воздуха);

- автоматическую газовую защиту (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 и т.д.);

- местное и централизованное управление работой конвейерного маршрута и питателя; местный и централизованный контроль состояния вентиляционного шлюза, давления воды в противопожарном ставе;

- контроль и самодиагностику элементов СИСТЕМЫ.

а) в очистном забое

б) в подготовительном забое

Рис.1.5. Схема расположения аппаратуры СИСТЕМЫ в горных выработках

Аналоговые датчики: СН4 - метана, СО - оксида углерода, О2 - кислорода, Н2 - водорода, QВ - скорости воздуха. Дискретные датчики состояния оборудования: SОK - очистного комбайна, SK - конвейера, SВ - вентилятора, SВр - резервного вентилятора, SГр - группового пускателя, SВШ - вентиляционных дверей, SП - питателя, SУ - уровня в бункере, SИП - наличия сетевого питания СИСТЕМЫ, SД - состояния целостности внешней оболочки ПВУ, SРП - наличия питания резервного вентилятора, SОП - наличия питания основного

вентилятора

Для реализации вышеперечисленных функций в одном очистном забое требуется следующее оборудование: датчики метана (5 шт.), оксида углерода (1 шт.), водорода (1 шт.), кислорода (1 шт.), скорости воздуха (2 шт.), ПВУ (1 шт.), ИП (2 шт.), БПР.

В режиме автоматического проветривания тупиковых выработок (АПТВ) КОМПЛЕКС используется для контроля поступления воздуха к забою тупиковой выработки от ВМП, автоматического отключения электроэнергии при нарушении нормального режима проветривания выработки, автоматизированного управления ВМП, в том числе резервным, в соответствии со следующими документами: " РУКОВОДСТВОМ по эксплуатации систем управления ВМП и контроля проветривания тупиковых выработок угольных шахт" и " Руководством по эксплуатации аппаратуры контроля поступления воздуха в тупиковые выработки 0.06.466.044 РЭ". Также в режиме АПТВ КОМПЛЕКС реализует все функции АГК, АГЗ, телеуправления и телесигнализации.

Для подготовительных забоев КОМПЛЕКС также позволяет осуществлять газовый контроль и защиту в соответствии с действующими требованиями к аппаратуре проветривания тупиковых выработок (рис.1.5., б):

- местный и централизованный автоматический газовый контроль (метана, оксида углерода, водорода, скорости воздуха);

- автоматическую газовую защиту (с воздействием на групповой пускатель);

- местный и централизованный контроль состояния вентиляционного оборудования и аппаратуры электроснабжения (рабочего и резервного вентилятора и наличия напряжения питания на соответствующих пускателях);

- местное и централизованное управление работой вентиляционного оборудования (раздельное управление рабочим и резервным вентиляторами, импульсный пуск вентиляторов, автоматический ввод резерва и автоматическое повторное включение);

- контроль и самодиагностика элементов СИСТЕМЫ.

Для реализации перечисленных функций в одном подготовительном забое требуется следующее оборудование: датчики метана (4 шт.), оксида углерода (1 шт.), водорода (1 шт.), скорости воздуха (1 шт.), ПВУ (1 шт.), ИП (2 шт.), БАВР (1 шт.) и при необходимости БПР.

Управление оборудованием

Программно-технические средства СИСТЕМЫ позволяют строить на их основе различные системы контроля (параметры вентиляционной сети, состояние противопожарной системы, учет работы механизмов и т.д.) и управления (управление конвейерным транспортом, водоотливом и т.п.) техническими и технологическими объектами, расположенными в горных выработках.

Особенность работы систем контроля и управления электроснабжением, конвейерным транспортом, водоотливными установками, вентиляторами местного проветривания и другим технологическим оборудованием заключается в обеспечении возможности дистанционного централизованного воздействия на управляемое оборудование электроснабжения с наземных вычислительных устройств СИСТЕМЫ. Для этого на основе информации, передаваемой подземными элементами СИСТЕМЫ, оператор с помощью программных средств формирует команды управления, которые в виде цифрового кода передаются на ПВУ через НУППИ. ПВУ устанавливает заданный релейный выход в желаемое состояние, в результате чего происходит управление оборудованием (аппаратурой электроснабжения, конвейерными маршрутами, вентиляторами и т.д.). Задержка передачи управляющих команд с наземных на подземные вычислительные устройства составляет не более 5 с. Кроме централизованного диспетчерского управления оборудованием с помощью СИСТЕМЫ можно организовать местное диспетчерское управление. Для этого применяются кнопочный пост управления ПВУ. С помощью ПВУ могут быть реализованы различные алгоритмы управления технологическим оборудованием, такие как ввод резерва, повторное включение и другие.

Таким образом, управляющие команды могут автоматически вырабатываться ПВУ, компьютерами наземной части СИСТЕМЫ,