CC BY
78
© О.М. Пшонко, В.С. Галкин, А. А. Белишев, 2006
УДК 622.86:622.41
О.М. Пшонко, В. С. Галкин, А.А. Белишев
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ АЭРОГАЗОВОГО КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ОБОРУДОВАНИЕМ ШАХТ
Семинар № 22
Федеральное Государственное Унитарное Предприятие
«Смоленское Производственное Объединение «Аналитприбор» - ведущее российское предприятие в области разработки и производства газоаналитической техники, способствующей эффективному решению задач в области безопасности и охраны труда, энерго- и ресурсосбережения, защиты окружающей среды и контроля технологических процессов. Это приборы для измерения концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны и атмосферы, в технологических газах, в выбросах промышленных предприятий и в выхлопных газах двигателей.
ФГУП СПО «Аналитприбор» выпускает как отдельные газоанализаторы, так и комплексные системы для предприятий металлургии, нефтепереработки, нефтехимии, газодобычи, химических производств, предприятий энергетики, в том числе атомных станций, угольных шахт.
Предприятие имеет более чем 10летний опыт разработки и производства газоаналитического оборудования для шахт, что с учетом многолетнего опыта эксплуатации позволило сформировать комплексный подход к проектировани-яю систем аэрогазового контроля, средства и методы которой используются
для мониторинга взрыво-, пожаро-, вы-брособезопасности, а также для контроля качества воздуха и наличия в нем вредных газов.
В настоящее время ФГУП СПО «Аналитприбор» серийно выпускает следующие шахтные приборы и системы контроля:
1) носимый газоанализатор метана АМТ-03. Газоанализатор относится к рудничному особовзрывобезопасному оборудованию (РО) с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь» уровня <аа» группы I. Принцип действия газоанализатора - термохимический в диапазоне измерения от 0 до 2,5 % об. и термокондуктометрический в диапазоне измерения от 5 до 100 % об. Газоанализатор при минимальных мас-со-габарит-ных показателях (вес 240 грамм, 130х70х26), имеет цифровую индикацию контролируемого компонента, время непрерывной работы без подзаря-да - 10 часов, хранение информации о результатах измерений за предыдущие 14 часов, возможность подключения к персональному компьютеру для просмотра и анализа результатов измерений.
2) переносной измеритель ИКВЧ-ВЗ для контроля запыленности воздуха в шахтах и горных выработках, а также для контроля пылеотложений с целью
прогнозирования накоплений взрывоопасных концентраций пыли. Измеритель относится к рудничному особовзрывобезопасному оборудованию (РО) с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь» уровня <аа» группы I. Принцип работы оптический абсорбционный, основанный на методе определения оптической плотности пылегазовой среды по степени ослабления модулированного электромагнитного излучения и пересчета в массовую концентрацию взвешенных частиц через калибровочный коэффициент, определяемый сравнительным методом. Диапазон измерения массовых концентраций пыли - (0,9-3000) мг/м3. Измеритель имеет стандартный цифровой интерфейс ЯБ232 для подключения к персональному компьютеру для просмотра и анализа результатов измерений. Время работы без подзарядки 14 часов. Измеритель имеет малые габариты и массу не более 3,5 кг.
3) измеритель скорости воздушного потока ДСПШ-20 для непре-рывного автоматического измерения скорости воздушного потока в атмосфере угольных шахт - это совместная разработка с Московским государственным горным университетом. Измеритель относится к рудничному особовзрывобезопасному оборудованию (РО) с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь» уровня <аа». Принцип действия измерителя -ультразвуковой. Измеритель состоит из блока питания и обработки и выносного измерительного преобразователя со штангой для крепления. Измеритель имеет три режима измерения:
- измерение мгновенной скорости воздушного потока;
- измерение средней скорости воздушного потока за заданный интервал времени (до 99 с);
- измерение расхода воздуха в сечении выработки с учетом расположения измерительного преобразователя в сечении выработки (задается с клавиатуры блока питания и обработки).
4) комплекс АКМР-М, предназначенный для:
- непрерывного измерения объемной доли метана, кислорода, оксида углерода в рудничном воздухе;
- измерения скорости воздушного потока при подключении ДСПШ-20;
- защитного отключения электропитания шахтного оборудования и выдачи сигналов при достижении предельно допускаемых значений объемной доли метана (автоматическая газовая защита АГЗ);
- выдачи управляющих сигналов при достижении предельно допускаемых значений объемной доли оксида углерода и кислорода;
- сбора и обработки информации о состоянии (включено/ выключено) технологического оборудования;
- передачи информации на диспетчерский пункт, ее обработки и отображения.
Все функции АГЗ реализуются подземной частью комплекса.
Наземная часть комплекса АКМР-М включает в себя блок КУСД, осуществляющий обмен информацией между устройствами подземной части комплекса и ПЭВМ. Связь КУСД с ПЭВМ осуществляется по стандартному интерфейсу ЯБ232 (к блоку КУСД возможно подключение до двух ПЭВМ). ПЭВМ осуществляет обработку, отображение и архивирование информации. С ПЭВМ осуществляется также передача сигналов управления в подземную часть комплекса.
Максимальный состав комплекса АКМР-М:
- ПЭВМ - 2 шт.;
- КУСД - 1 шт.;
- КСД - 28 шт. ( два луча по 14 шт.);
- аналоговые датчики - 448 шт.;
- дискретные датчики - 448 шт.;
- количество релейных выходов подземной части - 448 шт.;
- количество релейных выходов наземной части - 32 шт.
Длина линий связи:
- датчики - КСД - 3 км;
- датчики - аппараты питания - 3
км;
- КСД - КСД - 10 км;
- КСД - КУСД - 10 км.
Напряжение питания устройств подземной части комплекса от 36 В до 127 В переменного однофазного тока, имеется резервное питание на 8ч работы от встроенных аккумуляторов.
5) совместно с ФГУП ГУА подготовлен к выпуску комплекс ОПК - обнаружения пожаров на конвейерах, предназначенный для непрерывного автоматического дистанционного контроля распределения температуры вдоль конвейера с передачей информации на ПЭВМ об измеренной температуре и о превышении предельно допустимого значения интенсивности нагрева.
Особо взрывобезопасный уровень взрывозащиты обеспечивается видом взрывозащиты - «искробезопасная электрическая цепь».
Длина кабеля до 1 км, пределы измерения температуры воздушной среды от минус 30 до 95 оС, разрешающая способность 20 м.
Принцип действия - оптический без выхода оптического излучения за пределы оптического кабеля. Волоконнооптический кабель монтируется в горной выработке вдоль конвейерной ли-
нии и преобразует температуру окружающей среды в оптический сигнал. Разделение по дальности осуществляется с учетом временной задержки относительно излученного лазерного импульса. Полученное распределение амплитуды сравнивается с записанным ранее эталонным и вычисляется значение температуры. Данные о температурном распределении передаются блоками передачи данных по последовательному интерфейсу RS485 через блок искробезопасного барьера на поверхность и отображаются на ПЭВМ.
Накопленный многолетний опыт проектирования и изготовления промышленного взрывозащищенного оборудования, прогресс в электронных комплектующих позволяет реализовать функции аэрогазового контроля и управления технологическим шахтным оборудованием на новом качественном уровне.
Первое направление развития системы аэрогазового контроля состоит в существенном расширении номенклатуры стационарных датчиков контроля шахтной атмосферы и окружающей среды с целью получения дополнительной информации, увеличивающей достоверность контроля и расширяющей его функциональные возможно.
Объединение имеет техническую базу и многолетний опыт производства электрохимических датчиков СО, H2S, NO, NO2, SO2, HCl, CI2, NH3, О2, термохимических, термокондуктометриче-ских, термомагнитных и оптических абсорбционных датчиков. Имеющиеся наработки и отлаженная технология позволяют в короткие сроки разработать в шахтном исполнении:
- датчики диоксида углерода (СО2) -Серийно выпускается датчик-газоанализатор на оптическом абсорбционном принципе измерения с марки-
ровкой 1ЕхМПСТ6Х, энергетические характеристики соответствуют термохимическим датчикам;
- датчики водорода (Н2) - Серийно выпускается датчик-газоанализатор с маркировкой 1ЕхМПСТ6Х, энергетические характеристики соответствуют термохимическим датчикам;
- инфракрасные датчики метана (СН4) - серийно выпускается датчик-газоанализатор на оптическом абсорбционном принципе измерения с маркировкой 1ExibdIICT6X, энергетические характеристики соответствуют термохимическим датчикам;
Технический уровень современных микромощных сенсоров атмосферного давления (Р), депрессии (АР), температуры (Т), влажности (^) в интегральном исполнении позволяют проектировать недорогие и компактные шахтные датчики.
В настоящее время на объединении ведется работа по унификации конструктивных и схемотехнических решений, что позволит при сохранении широкой номенклатуры выпускаемой продукции иметь в производстве ограниченный набор отлаженных электронных модулей. При этом каждый функциональный блок - это интеллектуальный элемент на ин-формационной шине. Так построен технологический многокомпонентный газоанализатор ГАММА-100, и практика доказала удобство этого подхода, который сейчас распространяется на все стационарное оборудование.
В рамках этого подхода ведется совместная работа с разработчиками и изготовителями специализированных интегральных микросхем по созданию серии микросхем для первичных преобразователей. Цель работы - создание интеллектуальных датчиков с унифицированными питанием и выходным сигна-
лом, позволяющего устанавливать в газоанализатор предварительно откалиброванные датчики, непосредственно в датчиках осуществить компенсацию внешних воздействующих факторов, достичь взаимозаменяемости датчиков.
Следующее направление - уменьшение массогабаритных характеристик блоков системы. Применение современных преобразователей питания, одноплатных микроконтроллеров позволяет, применительно к характеристикам блоков комплекса АКМР-М, уменьшить массу датчиков до 2 кг, аппарата питания со встроенной аккумуляторной батареей и резервным источником до (1012) кг; уменьшение функциональной и аппаратной насыщенности подземного контроллера за счет распределения его функций по устройствам, подключенным к локальной сети, также резко уменьшит массу и габариты блока.
Еще одно направление - изменение архитектуры информационной сети из централизованной в распределенную как на уровне подземных контроллеров, так на уровне информационной сети в целом. Построение подземного контроллера сбора данных предполагается не моноблочным, а наращиваемым из отдельных модулей согласно проекту привязки, и размещаемых в шкафу, обеспечивающем степень защиты от попадания твердых предметов и от проникновения воды не ниже №55. Модульный принцип построения позволит избежать избыточности аппаратных средств, упростить текущий ремонт и снизить затраты на эксплуатацию. Электрически все модули -это самоопределяющиеся блоки на последовательной информационной магистрали контроллера, что позволяет производить автоконфигурирование контроллера после установки периферийных блоков и подключения датчиков.
Наиболее важным практическим следствием создания информационной сети является возможность осуществления удаленной параметризации и калибровки оконечных устройств. Наличие единой базы параметров, возможность обслуживания всех подключенных к сети оконечных устройств как с рабочего места оператора (диспетчера), так и с любого подземного контроллера выводит службу КИП предприятия на совершенно иной уровень оперативности и эффективности. Быстрая установка предельных уровней и режимов работы дает возможность гибко управлять производственным процессом, перена-
страивать его согласно меняющимся условиям и задачам. Другая проблема, связанная с развитием системы,
заключается в необходимости
применять оборудование различных производителей. Сейчас практически все широко распространенные решения в этой сфере стандартизованы, что позволяет разработчикам выбирать оборудование из широкого спектра поставщиков, оптимизируя стоимость проекта и его технологическую струк-турДу.ля жестких условий шахт главным требованием к сетям сбора данных, обмена информацией, контроля и управления технологическим оборудованием являются адаптивность и живучесть систем.
Адаптивность, т.е. возможность настройки при изменении конфигурации сети и ее элементов, обеспечивается применением датчиков с уникальным идентификационным номером, что обеспечивает автоматическую идентификацию при подключении к сети, реализуя функцию автоконфигурирования сети при развертывании и «горячей» замене датчиков в условиях шахты. Добавление или удаление отдельных точек ввода-вывода и даже целых узлов требу-
ет минимальных монтажных работ и производится без остановки системы автоматизации. Реконфигурация системы осуществляется на уровне программного обеспечения и также занимает минимальное время.
Живучесть, как способность выполнять установленные функции в условиях воздействия индустриальных помех и факторов внешней среды и отказов компонентов системы. Развитие системы АКМР-М в этом направлении базируется на применении открытых стандартных интерфейсов. В то же время накопленный собственный опыт при проектировании и реализации сетей передачи данных в рамках техники специального назначения, отработанные математические методы фильтрации, алгоритмические методы повышения надежности передачи, исключающие потерю данных, позволяют создавать быстродействующие, разветвленные сети с высокой помехоустойчивостью.
Опыт эксплуатации комплекса АКМР-М показал, что стандартные требования по ЭМС, предъявляемые к общепромышленным приборам, являются недостаточными для эксплуатации в жестких условиях шахт с электромагнитными помехами от работающего мощного электрооборудования и бросками питающего напряжения различной длительности и формы, что накладывает особые требования к помехоустойчивости аппаратно-программных средств. В настоящее время предприятие имеет опыт разработки, изготовления и эксплуатации не только шахтного, но и оборудования для атомных станций, которое прошло сертификацию на устойчивость к воздействию крайне жесткой электромагнитной обстановки.
С увеличением сложности производимых многокомпонентных и многоканальных газоаналитических и управ-
ляющих систем, в настоящее время производится сдача систем заказчику «под ключ», адаптация под конкретные задачи аппаратного и программного обеспечения, интеграция газоаналитических систем в общую АСУ ТП предприятия. ФГУП СПО «Аналитприбор» осуществляет также обучение специалистов шахт. Удобным и выгодным для потребителя стало заключение с нашим предприяти-
ем договоров на абонентское техническое обслуживание, включая калибровку, регулировку, замену первичных преобразователей, имеющих ограниченный ресурс, послегарантийный ремонт, техническую и методическую помощь в эксплуатации и метрологической поверке сложного взрывозащищенного оборудования и систем.
— Коротко об авторах ----------------------------------------------------
Пшонко О.М., Галкин В.С., Белишев А.А. - ФГУП СПО «Аналитприбор», г. Смоленск.
------------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТАЛАНИН Владимир Вадимович Обоснование параметров и технологии строительства карьера первой очереди при углубочно-сплошных поперечных системах разработки 25.00.22 к. т. н.
ТВЕРДОВ Андрей Александрович Разработка метода определения коэффициента запаса при расчетах устойчивости карьерных откосов 25.00.16 к. т. н.
ФЕДОСЕЕВ Алексей Иванович Инженерно-геологическое обоснование частичной ликвидации гидроотвалов вскрышных пород 25.00.16 к. т. н.
