CC BY
12
5. Викторова В.С., Степанянц А.С. Оценка достоверности контроля в задачах анализа надежности и безопасности бортовых систем // Труды 8 Международной научной школы «Моделирование и Анализ Безопасности и Риска в Сложных Системах» (МА БР 2008). - СПб., 2008 - С. 357-362.
6. Викторова В.С., Ведерников Б.И., Спиридонов И.Б., Степанянц А.С. Моделирование и анализ контролепригодности бортовых систем самолетов // Надежность. - 2007. - № 3. - С. 62-71.
7. Спиридонов И.Б. Управление контролепригодностью авиационных систем на стадии проектирования // 13-я Международная конференция «Авиация и космонавтика - 2014». Москва. Тезисы. - СПб.: Мастерская печати, 2014. - С. 82-83.
8. Спиридонов И.Б. Организация процесса анализа контролепригодности авиационных систем [Электронный ресурс] // Электронный журнал «Труды МАИ». - Выпуск № 79. - Режим доступа: www.mai.ru/science/trudy/.
9. S3000L International procedure specification for Logistics Support Analysis. LSA / Issue 0.1 2009-06-08.
10. Викторова В.С., Спиридонов И.Б. Универсальная модель данных контролепригодности - М.: ИПУ РАН, 2015. - 32 с. - ISBN 978-5-91450-163-8.
11. Спиридонов И.Б. Метод анализа контролепригодности эксплуатационной модели самолета [Электронный ресурс] // Электронный журнал «Труды МАИ». - Выпуск № 83. - Режим доступа: www.mai.ru/science/trudy/.
АЛГОРИТМ ВЫБОРА МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ БЕСПРОВОДНЫХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИМИ КОМПЛЕКСАМИ ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
© Шатунова Н.А.*
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», г. Санкт-Петербург
Проблема повышения эффективности работы АСУ ТП в настоящее время и в ближайшем будущем будет актуальна по причине необходимости автоматизации не только процесса производства, но и управления его энергоснабжением. Для ее решения был разработан алгоритм совершенствования существующих беспроводных АСУ ТП подземных горных предприятий.
Ключевые слова автоматизированные системы управления электротехническими комплексами подземных горных выработок, телекоммуникации, связь, электротехнический комплекс.
* Кафедра Электронных систем.
Эффективная работа беспроводных автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) подземных горных выработок возможна при условии учета всех факторов, которые влияют на устойчивость и качество передаваемого радиосигнала. Разработка методики помехоустойчивого приема сигнала АСУ ТП в условиях в подземной горной выработки требует проведения предварительного экспериментального исследования с помощью виртуального моделирования.
При проектировании беспроводных АСУ ТП перед разработчиками стоит вопрос совершенствования беспроводной связи АСУ ТП для минимизации энергетических и экономических затрат на размещение базовых станций и репитеров.
Установлено, что варианты трасс и характер распространения радиосигнала в подземных горных выработках может быть определен согласно следующим основным факторам [4]:
- электромагнитные свойства горных пород, из которых состоит выработка, и материалов крепей и перегородок;
- наличие и состав армированного пояса в полу и потолке;
- конструктивные особенности расположения горных выработок относительно друг друга и геометрическая форма их сечения.
Определено, что степень влияния указанных факторов может быть различна, в зависимости от того, какой из них преобладает в данном конкретном случае.
Результаты математического эксперимента могут в быть использованы при уточнении математических моделей помехозащищенного и устойчивого приема сигнала в горных выработках.
На рис. 1 представлен разработанный алгоритм проектирования АСУ ТП подземных горных предприятий, который включает в себя блоки по совершенствованию беспроводной связи в АСУ ТП.
Практическая реализация данного алгоритма предусмотрена виде математического моделирования в виртуальной среде ИБ88.
При условии, что у математических моделей есть свойство полной адекватности моделируемому процессу, появляется так же свойство полного или частичного замещения реального процесса или явления математической моделью [3].
Точность соответствия модели реальному процессу является адекватностью физической модели, физическая модель всегда является приближенной реальному процессу или объекту моделирования с той или иной степенью точности. Виртуальные компьютерные модели, выполненные в современных программных пакетах, допускают замещение реального объекта математической моделью, так как выполняют расчеты согласно математическим формулам с высокой степенью точности и малой погрешностью в силу большого количества итераций.
Рис. 1. Алгоритм совершенствования существующих беспроводных АСУ ТП подземных горных предприятий
С помощью компьютерной модели можно получить наглядное представление о некоторых свойствах реального объекта или процесса, которые невозможно или трудно оценить без использования математической модели. Компьютерная модель представляет собой физическую реализацию абстрактных математических выражений, компьютерное моделирование является одной из разновидностей физической реальности.
При проведении виртуального компьютерного моделирования картины распределения электромагнитного поля в пространстве подземной горной выработки принимаем граничные условия, изложенные в [2].
Сигнал от передатчика АСУ ТП распространяется по тоннелю, форма поперечного сечения которого представлена на рис. 1. Виртуальная модель является одноэтажной, то есть расположенной без уклона в одной плоскости. Выбор последнего параметра обусловлен тем, что моделирование мно-
гоэтажных сложных моделей представляет трудность в первую очередь для вычислительной техники, так как требуются значительные аппаратные и программные ресурсы.
Материал стен представляет собой армированный бетон, а именно металлическую сетку с бетонным напылением (толщиной 0,05 м). Через каждые 0,6-0,8 м коридоре потолок поддерживает железная балка (арка). В зависимости от частоты сигнала материал стен тоннеля можно считать однородным или неоднородным. При достаточно низких частотах армированием можно пренебречь и считать стенки тоннеля не содержащими балки - арки, а состоящие сплошь из них.
Рис. 2. Поперечное сечение коридора тоннеля подземной горной выработки
На рис. 3 представлено схематическое изображение комплекса камер и выработок подземного склада взрывчатых материалов [2]. Эти камеры должны проектироваться таким образом, чтобы их взрывобезопасность была максимальной. В местах, обозначенных знаком «звездочка» нами были установлены антенны при виртуальном математическом моделировании объекта для определения картины распределения электромагнитного поля в подземной горной выработке.
На рис. 4 представлен комплекс камер преобразовательной подстанции, который является частью комплекса электровозного депо и включает в себя два отделения - трансформаторное и преобразовательное.
Главным объектом управления, для которого может потребоваться необходимость размещения беспроводных АСУ ТП в данных камерах подземных горных выработок, являются вентиляторные установки, стабильная связь с которыми во время проведения работ в горной выработке является необходимой.
5417
• 1 - 2500 -1 Рис. 3. Схематическое изображение каземата
Рис. 4. Схематическое изображение отдельной камеры подземной горной выработки
в) г)
Рис. 5 (а, б, в, г). Распределение электромагнитного поля, создаваемого базовой станцией АСУ ТП в горной выработке
Согласно [1] технические средства связи (проводные и беспроводные) должны характеризоваться параметрами надежности связи и скоростью восстановления связи после отказа.
На рисунке 5 (а, б, в, г) показаны различные варианты картин распределения сигнала в подземной горной выработке в зависимости от вышеприведенных характеристик.
По картине распределения электромагнитного поля в подземной горной выработке можно определить затухание на любом расстоянии от источника электромагнитного сигнала, а так же с заданным процентом покрытия и энергетического баланса линии связи определить расстояние для установки дополнительного репитера либо базовой станции.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что выбор места размещения элементов беспроводных систем автоматического управления технологическими процессами электротехнических комплексов горных предприятий должен производиться на основе данных, полученных в ходе математического моделирования и аналитического расчета. Данные должны учитывать характеристики электромагнитной картины поля и данные о степени затухания сигнала в подземной горной выработке, в зависимости от структуры выработки, удаленности источника сигнала от приемника и наличия факторов фиксированного и мобильного затенения.
Список литературы:
1. ГОСТ Р 55154-2012 Оборудование горно-шахтное. Системы безопасности угольных шахт многофункциональные. Общие технические требования.
2. Егоров П.В. Проектирование угольных шахт: учеб. пособ. / П.В. Егоров, А.Н. Супруненко, А.И. Набоков; ГУ КузГТУ - Кемерово, 2005. - 221 с.
3. Федунец Н.И., Кубрин С.С. Перспективы и проблемы построения автоматизированных радиотелеметрических систем управления технологическими процессами в шахтах и рудниках. - МГГУ 2010. - С. 290-301.
4. Шатунова Н.А. Повышение эффективности работы автоматизированных систем управления технологическими процессами подземных горных предприятий // Наука вчера, сегодня, завтра / Сб. ст. по материалам XXXI междунар. науч.-практ. конф. № 2 (24). Часть II. - Новосибирск: Изд. АНС «СибАК», 2016. - С. 61-69.
