Оснащение шахт автоматизированными информационноуправляющими системами современного уровня
 Скачать 78.48 Kb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования “Кузбасский государственный технический университет имени Горбачева Т. Ф.” Кафедра прикладных информационных технологий РЕФЕРАТ по дисциплине «Информационные технологии в горном деле» на тему: «Оснащение шахт автоматизированными информационно-управляющими системами современного уровня» Выполнил: студент гр. ГП-103 Вавилов В.В. Проверил: Гришина Т.В. Кемерово 2014 Содержание 1. Шахтная автоматика . Оснащение шахт автоматизированными информационно-управляющими системами современного уровня . Шахтные информационно-управляющие системы (ШИУС) . Системы управления и мониторинга состояния аэрогазовой среды фирмы «CONSPEC» . Применение и перспектива развития информационной техники в подземной горнодобывающей промышленности Заключение Список использованной литературы . Шахтная автоматика Развитие шахтной автоматики можно разделить на семь этапов: 1) полная автоматизация стационарного оборудования: вентиляционных установок, конвейерных линий, водоотлива, подъема, технологического комплекса; 2) автоматические блокировки забойного оборудования (предупредительная сигнализация, защита от перегрузок и перегрева двигателей); ) дистанционное управление мобильными машинами по проводам или радио в условиях прямой видимости; ) автоматизация циклических операций на мобильном оборудовании; ) супервизорное управление мобильными машинами вне прямой видимости; ) применение гибкого управления и интеллектуальных датчиков для адаптивного и интеллектного управления мобильными машинами; ) объединение локальных систем автоматизации в систему интеллектуальной добычи путем обмена информацией через подземную сеть, согласования работы подземного оборудования, распределенного во времени и пространстве. В области автоматизации открытых горных работ реализованы: оценка производительности драглайна путем измерения заполнения ковша, секторов погрузки и разгрузки ковша; оценка производительности роторного экскаватора; диспетчерское управление железнодорожным транспортом по радио; программируемое управление ковшовым экскаватором и буровой установкой. Но такие системы применяются лишь на немногих разрезах России. Автоматизация при проведении выработок применяется для дистанционного управления проходческими комбайнами, дистанционно-автоматического управления проходческим комбайном при опасности внезапных выбросов угля и газа, ориентации проходческого комбайна в процессе работы. Автоматизация конвейерных линий обеспечивает последовательный пуск конвейеров в направлении, противоположном перемещению горной массы, синхронную остановку конвейеров, разнообразную сигнализацию о проскальзывании ленты, скорости ленты, обрыве ленты, заполнении промежуточного бункера, сходе ленты с роликовых опор. На горнодобывающих предприятиях с 1960-х годов внедрено около 60 систем диспетчеризации. С их помощью подсчитывают время работы и простоев оборудования, отображают движение транспортных машин, оценивают общую производительность, зольность угля, расход электроэнергии, число работающих, распределение содержания метана и скорость воздуха в выработках, формируют план технического обслуживания. Однако все эти системы работают в информационном режиме. Наибольшие успехи достигнуты в автоматизации стационарного оборудования. Подъемные установки, главные вентиляторные установки, главный водоотлив, калориферные установки, погрузочные пункты и энергетические подстанции автоматизированы на 90%. Как правило, они оснащены специализированной аппаратурой, разработанной в 1970-х годах [1]. 2. Оснащение шахт автоматизированными информационно-управляющими системами современного уровня Технологический процесс любого горнодобывающего или горно-перерабатывающего предприятия угольной промышленности - это сложная многозадачная структура, требующая четкой и слаженной работы большого коллектива инженерно-технических работников и рабочих, обеспечивающих этот процесс. Технологическая безопасность - нормальное функционирование производственного процесса при изменениях различных внешних и внутренних параметров среды, т.е. определенной технологии и техники с характеристиками, соответствующими требованиям Правил безопасности и других нормативных документов. Функциональная безопасность - это обеспечение безопасности производственного объекта посредством действий людей, участвующих в технологическом процессе. Причем функциональную безопасность было предложено разделить на три аспекта. Первый - это управление технологическим процессом с целью обеспечения безопасности, второй - это контроль параметров среды для обеспечения безопасного технологического процесса и третий - это создание комфортных условий для людей, участвующих в технологическом процессе. На угольных предприятиях основной составляющей, обеспечивающей функциональную безопасность, являются контроль и управление состоянием рудничной атмосферы в различных режимах работы (нормальный и аварийный). Для целей обеспечения функциональной безопасности на угольных шахтах России использовалась различная аппаратура контроля, и управления: 1) аппаратура автоматической газовой защиты "МЕТАН"; 2) аппаратура контроля и поступления воздуха в тупиковых выработках АПТВ; ) аппаратура "Ветер", предназначенная для работы в системе централизованного диспетчерского управления вентиляторами местного проветривания, и автоматического контроля состояния рудничной атмосферы в тупиковых забоях угольных шахт. 3. Шахтные информационно-управляющие системы (ШИУС) Обеспечение безопасности при ведении подземных горных работ в настоящее время осуществляется с использованием шахтных информационно-управляющих систем (ШИУС). Основными функциями ШИУС на угольных шахтах являются: 1. Автоматический газовый контроль (АГК). 2. Автоматическая газовая защита (АГЗ). . Автоматический контроль расхода воздуха (АКВ). . Автоматический контроль состояния дверей вентиляционных шлюзов (АКВШ). . Автоматический контроль и управление проветриванием тупиковых выработок (АПТВ). Существующие программно-технические средства систем, позволяют получать информацию, поступающую с датчиков аэрогазового контроля очистного участка и накапливать её в виде баз данных на серверах систем ШИУС. В связи с переходом на высокопроизводительные угледобывающие забои простого представления и накопления данных об объектах контроля и управления становится уже не достаточно для планирования ведения горных работ по добыче угля. В условиях меняющейся газовой обстановки в горных выработках выемочного участка первостепенное значение приобретает оперативное прогнозирование аэрогазовой обстановки. В соответствии с нормативными документами, предельно допустимая концентрация метана на исходящей вентиляционной струе из очистного забоя и участка не должна превышать 1 %. Автоматизированная система при достижении концентрации метана более 1 % производит отключение электроэнергии и блокирует ее включение до снижения концентрации метана ниже 1 % [ 4. Системы управления и мониторинга состояния аэрогазовой среды фирмы «CONSPEC» Фирма «CONSPEC» производит большое разнообразие газовых сенсоров, газовых детекторов, и промышленных газовых системам обнаружения для широкого ряда потенциально вредных, токсичных и горючих производств. Оборудование создано для использования в некоторых жестких промышленных средах. Оборудование фирмы «CONSPEC» позволяет обеспечивать удобство и защиту 24 часа в сутки. Система контроля состояния шахтной среды определяет области, где токсичные газы существуют или могут накопиться. Данные области должны быть немедленно провентилированы. В случае, если опасный уровень веществ в атмосфере обнаружен, датчики сигнализирует об этом. Вследствие чего происходит проветривание с помощью вентиляции, пока состояние атмосферы вновь не примет нормальное состояние. Затраты на работу вентиляции будут уменьшены, поскольку вентиляторы действуют не все время, а лишь в случае опасной ситуации. Экономия энергии может быть достигнута до 85%. В случае сбоя, датчик активизирует систему вентиляции [ 5. Применение и перспектива развития информационной техники в подземной горнодобывающей промышленности Основой любой информационной системы служит действующая коммуникационная инфраструктура для передачи речи, данных, а при необходимости и видеосигналов. Связь может осуществляться как беспроволочным способом, так и по проводам, для чего существует множество технических решений. Ниже будут кратко описаны наиболее важные из них. Беспроволочная передача сигналов. На современных горнодобывающих предприятиях беспроволочная связь приобретает все большее значение, что объясняется высокой гибкостью таких систем, прежде всего, в том случае, когда в эксплуатации находится большое количество мобильного оборудования. Передача данных по радио производится на базе электромагнитных волн. Подземные горные выработки, как правило, обладают большой протяженностью, а нередко и значительными колебаниями размеров поперечного сечения, что существенно ухудшает равномерное распространение волн по ним. Поэтому под землей можно применять только специальные приемо-передающие устройства. К ним относятся следующие системы: Leaky-Feeder (LF); Distributed Antenna Systems (DAS); Ground Penetration Radio (GPR). Системы Leaky-Feeder (LF) Технология Leaky-Feeder получила широкое распространение в подземной горнодобывающей промышленности. Ее суть: по всей сети подземных выработок прокладывают коаксиальный кабель (преимущественно под кровлей), по которому проходят электромагнитные волны. Такой кабель как бы берет на себя роль антенны и может передавать сигналы к любому месту. В настоящее время эти системы эксплуатируются с 32 каналами для передачи речи, данных и контроля, а также с двумя видеоканалами. Системы LF работают преимущественно в диапазоне УВЧ/ОВЧ, то есть на частотах от 700 до свыше 900 кГц или 500 МГц и больше. Во всем мире эти системы сейчас функционируют примерно на 225 горнодобывающих предприятиях. Distributed Antenna Systems (DAS) При этих системах отдельные антенны размещаются в стратегически важных точках сети горных выработок и связываются между собой кабелями. Для достижения высокой пропускной способности и скорости канала передачи с недавних пор усиленно применяются оптические кабели. Системы DAS работают, как правило, в среднем диапазоне частот. К сожалению, не удается избежать перекрытия зон передачи двух или нескольких антенн, и что ведет к обоюдному наложению сигналов, а следовательно, к их затуханию или искажению. Форма горных выработок (например, кривизна) также оказывает влияние на передачу сигналов. Сеть подземной связи зачастую складывается из комбинации систем LF и DAS. Ground Penetration Radio (GPR) Эти системы работают в диапазоне низких частот. Сигналы УВЧ и ОВЧ могут проникать через скальную породу, что сводит до минимума затраты по монтажу. Но так как скорость передачи данных бывает незначительной, эта технология находит применение лишь в очень простых областях. Важнейшие области применения: системы предупреждения об опасности; дистанционное управление; отправка кратких сообщений на жидкокристаллические дисплеи; дистанционное управление взрывными работами. Перечислим традиционные области применения беспроволочной передачи данных: телеметрия (например, управление вентиляторами и насосами); дистанционное или телемеханическое управление мобильным оборудованием; контроль за местонахождением персонала и путями следования транспортных средств; входной контроль и контроль безопасности персонала и транспортных средств. Передача сигналов по проводам Очень важной характеристикой процесса передачи сигналов по проводам является используемая передающая среда. В эксплуатации находятся двухпроводные линии, которые получили широкое распространение, дешевы в эксплуатации и просты в обращении; коаксиальные кабели; световые волноводы, которые работают на оптических сигналах. Второй существенной характеристикой является сетевая структура. Из множества возможных схем сегодня хорошо себя зарекомендовала древовидная структура с основной моделью и ответвлениями, которая оптимально вписывается в пространственную структуру горнодобывающего предприятия. При классификации систем связи следует различать области применения. Информационные сети Физическая топология занимается описанием связей между отдельными компонентами сети. Известными структурами является звездчатая, кольцевая и шинная топология. Сравнительно новой сетевой системой в горнодобывающей промышленности считается Open Transport Network (OTN), которая основана на стекловолоконной технологии. Приведем четыре ее важнейших составляющих части: 1) стекловолоконная основа для передачи данных; 2) узлы OTN, служащие местами доступа к системе; ) карты интерфейсов, открывающие пользователю доступ к системе; 4) Network Control Center (NCC) для управления центральной сетью. Узел OTN работает почти со всеми существующими стандартами интерфейсов, а также со специальными протоколами связи, что стало возможным благодаря картам интерфейсов. К ней могут подключиться до 250 абонентов. Отдельные интерфейсы можно активировать и деактивировать, не оказывая влияния на систему в целом. Преимущества узлов OTN: 1) самые различные периферийные устройства и подсистемы пользуются центральной системой связи; 2) возможен монтаж, в том числе с интеграцией в уже существующие системы; в отличие от остальных линий связи LAN ширина полосы частот используется полностью; ) изменения в сетевых протоколах на более высоких уровнях не оказывают влияния на систему в целом; ) простота прокладки кабеля и технического обслуживания системы. В настоящее время узлы OTN еще не так широко распространены в горнодобывающей промышленности. Примеры применения систем Системы SCADA Системы SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) предназначены для визуализации технологической информации. Основные функции: учет данных и контроль за процессом. В пакет SCADA включены графические поверхности пользователя, а также интерфейсы с PLC (Programmable Logic Control) и RTU (Remote Terminal Unit). Диспетчерские системы Диспетчерские системы служат основой контроля за сферой логистики предприятий. Так как на подземных горнодобывающих предприятиях оптимизация материальных потоков играет решающую роль, эти системы во многом могут способствовать повышению производительности труда. В то же время эти системы предъявляют высокие требования к обмену данными между транспортными средствами и контрольным пунктом. Condition Monitoring Контроль за эксплуатационным состоянием машин (через определенные интервалы или постоянно) позволяет своевременно обнаружить их неисправность. Благодаря этому можно производить планово-профилактический ремонт и предотвращать полный выход машин из строя. Цели контроля за установками: 1) осуществление планово-профилактического ремонта; 2) улучшение степени загрузки оборудования; ) оптимизация управления процессом при помощи ВМ. При этом особый интерес представляют контроль за мобильным оборудованием в реальном масштабе времени и использование полученных данных для планирования мероприятий по техническому обслуживанию. Production Monitoring Для производственного контроля накапливаются данные по объемам добычи и учитывается состояние очистных работ за счет: 1) учета количества отгруженных ковшей/кузовов (на самоходных погрузочных машинах и большегрузных самосвалах); 2) учета доставленных скипов; ) топографической съемки месторождения. После соответствующей обработки эта информация служит основой для последующего планирования очистных работ, сравнения плановых показателей с фактическими и статистического контроля за объемами добычи. В настоящее время такие системы на многих горнодобывающих предприятиях имеют выход в Intranet и используются для составления суточной отчетности на электронных носителях. Надзор за вентиляцией Контроль за вентиляцией в сети горных выработок относится к важнейшим системам безопасности горнодобывающего предприятия. Здесь применяют сенсоры, которые измеряют следующие параметры: скорость вентиляционной струи; содержание в воздухе кислорода, метана, окиси и двуокиси углерода; температуру. Полученные таким образом данные накапливаются и анализируются. В зависимости от насущной потребности в эти параметры можно внести следующие изменения: при превышении определенного уровня концентрации газов машины отключаются; на основании характерных кривых в графике концентрации газов делаются выводы о возможном появлении очагов горения. Системная интеграция Системная интеграция - широкое понятие. В основном под ней понимают повсеместную привязку всех подземных процессов к таким системам планирования и управления горнодобывающим предприятием, как, например, системы планирования объемов добычи и технического обслуживания. На многих горнодобывающих предприятиях такая интеграция решена еще на неудовлетворительном уровне. Перспектива В области беспроволочной связи наибольшее распространение получила передача речевых сигналов. В будущем на средних горнодобывающих предприятиях эта функция будет также по-прежнему востребована, и в эту сферу пойдут соответствующие инвестиции. Беспроволочная передача данных и видеосвязь представляют интерес только для тех горнодобывающих предприятий, которые занимаются контролем, управлением и автоматизацией мобильного оборудования. Проводная связь в системе контроля и управления установками между поверхностным и подземным комплексами происходит, как правило, через Ethernet на базе светового волновода вплоть до подземной распределительной подстанции. За последующую передачу данных до забоя отвечают в основном системы полевых (специальных) шин. На большинстве горнодобывающих предприятий подземные системы подсоединены к общешахтной сети персональных компьютеров. В этой связи в будущем возрастет интерес к Open Transport Network (OTN), так как к этой сети могут подключиться чуть ли не все остальные системы. В отношении контроля и управления подземным оборудованием, а также функций безопасности людей и сети горных выработок на горнодобывающих предприятиях намечаются следующие тенденции: 1) расширение надзора за вентиляцией с точки зрения управления поверхностными и подземными вентиляторами в зависимости от характера подземных работ в сочетании с контролем энергетической сети; 2) реконструкция систем SCADA в привязке к Intranet для всей компании или всей шахты, а также с интерфейсами к системам планирования; ) распространение диспетчерских систем на мобильное оборудование с целью улучшения сферы логистики и реального контроля объемов добычи; ) интеграция методов диагностики машин посредством систем SCADA для стационарных установок и с помощью диспетчерских систем для мобильного оборудования; ) расширение систем безопасности с точки зрения контроля доступа для людей и транспортных средств (Tagging); ) дальнейшее широкое использование систем PED для передачи кратких сообщений и телеметрии; ) дистанционное управление буровыми установками и самоходными погрузочными машинами по-прежнему остается актуальной темой для крупных горнодобывающих предприятий. Автоматизация мобильного оборудования была и остается насущной задачей в области техники, техники безопасности и экономики. Ключевым фактором в успешном внедрении этой технологии является выход на уровень надежной передачи данных со скоростью до 10 Мбит/с. Прямое использование в программном обеспечении данных из подземного комплекса для планирования добычи и технического обслуживания на основе безизбыточной базы данных до сих пор не удается реализовать. На многих пунктах цифровые данные все еще вручную переносят в следующую систему. Причины этого (наряду с существующими интерфейсами) связаны не столько с технической, сколько с организационной сферой деятельности [4]. Заключение Автоматизированная система управления на горнодобывающих предприятиях, необходима для снижения аварийности и создания безопасных условий труда горняков, поэтому содержание вредных газов и паров в воздухе рабочей зоны не должно превышать предельно допустимых концентраций. На горнодобывающих предприятиях производственные процессы сопровождаться спонтанными выбросами в воздух вредных для человека газов, поэтому в каждой выработке необходимо контролировать содержание газов, температуру, величину и скорость воздушного потока. Наилучшее решения этой проблемы является использование автоматизированной системы управления. Это позволит ликвидировать газовый выброс и предотвратить аварийную ситуацию. Системы аэрогазового контроля, не справляются с задачей быстрого управления и экономного функционирования систем, а поэтому они требуют усовершенствования и доработку. В данной работе проведен анализ существующих подходов в управлении вентиляцией, а также проведен анализ вентиляции горнодобывающих предприятий. За счет автоматизации процесса предложено решение задачи полного контроля параметров окружающей среды на всех участках объекта, и передачи всей информации диспетчеру для корректировки и принятия оперативных решений. Автоматизированная система управления вентиляцией горнодобывающих предприятий позволяет обеспечить качественный переход от ликвидации последствий аварий к их предупреждению, путем распознавания критических параметров работы горно-шахтного оборудования и состояния шахтной атмосферы. Список использованной литературы горнодобывающий автоматика шахтный 1. Конюх В. Л. Шахтная автоматика/В. Л. Конюх/Уголь. - 2003. - №6. - С. 37-39. . Червяков А.Е. Мониторинг и оперативное прогнозирование аэрогазового режима на очистных участках угольных шахт / Червяков А.Е.- СибГИУ.- Новокузнецк, 2008 . CONSPEC Controls, Inc. [Электронный ресурс]: официальный сайт фирмы «CONSPEC» - 2011. - Режим доступа к странице: http://www.conspec-controls.com/. . Шумахер Т. Применение, перспективы развития ИТ в подземной горной промышленности/Т. Шумахер/Глюкауф. - 2001. - №2. - С. 42-47. |