CC BY
19
© В.М. Шек, А.Г. Литвинова, И.А. Пасечник, 2013
УЛК 622
В.М. Шек, А.Г. Литвинова, И.А. Пасечник
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СТРУКТУРА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АС ППТР И КСМ*
Рассмотрены вопросы комппексирования различных видов программного обеспечения многоуровневой информационно-управляющей автоматизированной системы горного предприятия. Структура ПО разработана для АСУ угледобывающего предприятия, но может использоваться и на других предприятиях подземной добычи полезных ископаемых. Ключевые слова: автоматизированная система, иерархия, программное обеспечение, геоинформационные системы.
В настоящее время институтом ИПКОН РАН создается «автоматизированная система поддержки принятия технологических решений и комплексного синтезирующего мониторинга (АС ППТР и КСМ) для горнотехнической системы шахты, обеспечивающая снижение рисков и предотвращение опасных природных и техногенных явлений при комплексном освоении недр месторождений твердых полезных ископаемых» [1, 2].
Система имеет модульное иерархически упорядоченное строение, ввод информации проводится в автоматическом (сенсоры) и автоматизированном режимах. Для передачи автоматически собираемой информации о состоянии элементов горного массива и рудничной атмосферы используется шахтная телекоммуникационная подсистема сбора и обработки сигналов (рис.1).
Низовое программное обеспечение позволяет непрерывно регистрировать сигналы с использованием: сейсмических (А1), сейсмоакустических (Б1), тензометрических и терморадиационных (В1) датчиков в массивах горных пород в зонах ведения очистных и проходческих работ, датчиков контроля параметров рудничной атмосферы (Е1) и состояния основного технологического оборудования очистных забоев (Г1).
"Статья подготовлена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ в рамках ГК 16.525.12.5008 от 13.10.11
Все сигналы об изменениях в горных массивах оцифровываются в регистраторах-контроллерах информации о горном массиве (ССТТ-регистраторы) (Д1) и с использованием средств мультиплексирования (Д2) и высокоскоростных устройств модемной связи передаются на поверхность, где совокупная информация демультиплексируется (Д3) и данные по каждому виду контроля (Ж1) поступают на параллельную обработку в сервер 5^^2600 (Ж2).
Сигналы от датчиков контроля параметров рудничной атмосферы и состояния основного технологического оборудования очистных забоев передаются с помощью средств системы Мте5САЭА (Е2) на поверхность, подвергаются раздельной обработке (Е3 и Е4) и передаются (Ж3) в сервер 51:га1и8Й:2600 для преобразования (Ж4) в Описания единичных событий (ОЕС) соответствующих типов. Данные, поступающие по каналу (Ж2), обрабатываются ПО «среднего» уровня сервера 51:га1и8Й:2600 с сохранением промежуточных результатов в БД1. Все ОЭС переносятся в БД2 М5 5рЬэегуег.
Рис. 1. Функциональная структура ПО АС ППТР и КСМ
Таблица 1
Классификация информационных процессов и объектов
Уровень Объект/функция Подсистема
СМ СаМ там МОб СГК Прогноз Риск Решение
10ф Доведение до ЛПР
10о Варианты решений X
9ф Выработка решений
9о Вероятностные оценки X X
8ф Нормирование, ранжирование, оценивание
8о Фреймы X X X
7Ф Создание выходных форм
7о Массивы данных БД2 X X X X X X X X
6ф Функции мониторинга
6о Кластер событий X X X X X X X X
5ф Пространственная и временная привязка
5о «Трехмерное» событие ОЭС X X X X X
4ф Композиция «трехмерных» событий
4о Потоковые записи событий X X X X X
Зф Сохранение в БД1 лз лз дз Е4 ЕЗ
Зо Телекадры (пакеты) X X X X X
2ф Передача Л1, Л2 Л1, Л2 Д1, Д2 Е2 Е2
2о Передаваемые сигналы Дискрет Дискрет Дискрет Дискрет Дискрет
1Ф Первичная обработка А1 Б1 В1 Г1 Е1
1о Регистрируемые сигналы Сейсмическая эмиссия Сейсмоа-кустиче-ская эмиссия Температура, давление Параметры оборудования Параметры рудничной атмосферы
Классификация процессов (функций) обработки информации и видов получаемых информационных объектов приведена в табл. 1.
Для осуществления управления предприятием в режиме «человек-машина» формируются и выдаются с использованием программных комплексов подсистем мониторинга на мониторы и принтеры соответствующих АРМов выходные экранные формы и документы.
Параллельно в режиме реального времени осуществляется контроль текущей обстановки в зоне ведения очистных или про-ходчес ких работ, определяются вероятности появления опасных зон и угрожающих ситуаций. При повышении этих вероятностей сверх установленных пределов осуществляется автоматизированный прогноз состояния элементов горного массива, моделируются возможные сценарии развития негативных событий с оценкой их рисков, вырабатываются технологические решения по недопущению или уменьшению последействия таких событий. Все действия этих подсистем и получаемые результаты расчетов отображаются на экранах мониторов ЁПР (диспетчеров и операторов АРМ) и выводятся по необходимости на печать.
Для повышения быстродействия и надежности функционирования системы принята объектно-ориентированная методология формирования и эксплуатации всех видов её обеспечения, в том числе и программного. Поэтому при разработке ПО используется, естественно, модульная иерархическая структура построения; параллельная, независимая по возможности, обработка данных; система управления модулями (комплексами, вычислениями) -распределенная. Связь между подсистемами и модулями - через единое информационное пространство данных, представленное двумя БД с синхронизирующим интерфейсом между ними. Наименьший доступный элемент: в БД1 - битовая строка с тегами и заголовком; в БД2 - ячейка (поле) записи реляционной таблицы.
В связи с тем, что путь информации от мест формирования её первичных элементов (датчики) до мест выдачи результирующих документов ЁПР долог в пространстве и во времени, проходит через большое количество технических устройств и обрабатывающих программных модулей, существенна возможность потерь её частей. Поэтому в комплексах программного обеспечения используются алгоритмы восстановления искаженной или утраченной информации с применением вероятностных методов. Кроме того, в программных комплексах верхнего уровня используются методы искусственного интеллекта
Таблица 2
Функции и информация верхних уровней АС ППТР и КСМ с ГИС
Уровень Объект/функция Подсистема
СМ СаМ тдм МОб сгк ГИС-решения Прогноз Риск Решение
10ф Доведение до ЛПР
10о Решения Взвешенные пространственные решения по управлению состоянием МГП, горных выработок и оборудования и персоналом Соче-танный прогноз состояния МГП Сочетан-ные рассчитанные риски Интеллектуальные технологические решения
9ф Выработка решений Многокритериальное оценивание
9о Оценки, прогнозы Опасные зоны по ГДЯ, динамика их изменений X X
8ф Нормирование, ранжирование, оценивание
8о Группы событий Состояние МГП, горных выработок, технологического оборудования, местонахождение персонала X X
7Ф Создание выходных форм
7о Массивы данных X X X X X Массивы данных ГИС X X
Рис.2. Структура АС ППТР и КСМ с использованием средств ГИС
для обработки слабоформализованных данных в тех случаях, когда потери собираемой и обрабатываемой на низовом уровне информации значительны или система априорных данных перестает соответствовать совокупности природных и горнотехнологических характеристик горнопромышленной системы вследствие существенной смены состояния последней.
Для более формализованного описания состояния и взаимосвязей такой горнопромышленной системы, а также обеспечения перевода АС ППТР и КСМ из категории информационно-советующих систем в категорию информационно-управляющих предлагается включить ГИС [3 — 5]. В этом случае (рис. 2) система получит дополнительные функции: простран-
ственно-временного описания состояния и взаимодействия природных и техногенных элементов горнопромышленного производства (использование в оперативном проектировании, планировании и диспетчерском управлении) (таблица 2) и со-четанной обработки данных, получаемых из низовой системы имеющейся АС ППТР и КСМ и с помощью ГИС.
Использование геоинформационной системы позволит предоставить ЁПР более подробный данные о складывающейся опасной обстановке в районах ведения очистных и проходческих работ, выполнить более точный прогноз местоположения и потенциальной угрозы формирующихся опасных зон, тщательнее и обоснованнее подобрать технологические решения по снижению (исключению) вероятностей появления опасных горнодинамических явлений.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кубрин С. С. Комплексный синтезирующий геофизический мониторинг горного массива. М.: ГИАБ, 2012, № 5.
2. Захаров В.Н., Кубрин С.С., Фейт Г.Н. Мониторинг напряженного состояния горного массива и геодинамических процессов в нем при разработке угольных пластов, опасных по гео- и газодинамическим явлениям. Маркшейдерский вестник, 2012, № 4.
3. Шек В.М., Дранишников П.С., Литвинов А.Г., Руденко Ю.Ф. Моделирование сплошной среды. Горный информационно-аналитический бюллетень. — М.: МГГУ. — 2009, ОВ-2 «Информатизация и управление», с. 409—420.
4. Шек В.М., Вознесенский Ю.С., Кравченко И.А., Закиев Р.М. Литвинов А.Г. Применение системного анализа и ГИС-технологий при построении геологических моделей месторождений полезных ископаемых. Горный информационно-аналитический бюллетень. — М.: МГГУ. — 2010, ОВ-5 «Информатизация и управление», с.351-362.
5. Шек В.М., Вознесенский Ю.С., Кравченко И.А., Закиев P.M. Литвинов А.Г., Панчукова Л.В. Оптимизация подсчетов запасов с помощью ГИС GEO +. Горный информационно-аналитический бюллетень. — М.: МГГУ. — 2011, ОВ-б «Информатизация и управление», с. 327-336. и'.'-'а
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Шек Валерий Михайлович - доктор технических наук, профессор, Московский государственный горный университет, ud@msmu.ru, Пасечник И.А. — кандидат технических наук, Московский государственный горный университет, ud@msmu.ru Литвинов Александр Геннадиевич - кандидат технически наук, руководитель проектов ООО «Геоинфосистем».
