Оснащение шахт автоматизированными информационно-управляющими системами современного уровня

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;
3. аппаратура "Ветер", предназначенная для работы в системе централизованного диспетчерского управления вентиляторами местного проветривания, и автоматического контроля состояния рудничной атмосферы в тупиковых забоях угольных шахт.

Пульты управления различных  систем располагались в помещениях диспетчерской и операторов аэро-газового контроля (АГК). Горные диспетчеры шахт следили и управляли технологическими процессами, параллельно операторы АГК контролировали и частично управляли состоянием рудничной атмосферы.

В сентябре 1998 г. на шахте "Центральная" ОАО "Челябинскуголь" комплекс "Микон IP". Система являлась многофункциональной, интегрированной, решающей одновременно комплекс задач по обеспечению эксплуатационной и технологической безопасности угольных шахт. Назрела проблема разработки единого научного обоснования принципов построения и аппаратурного обеспечения шахтных централизованных систем контроля и текущего прогнозирования опасных природных и техногенных проявлений и управления технологическими объектами на угольных шахтах России, отвечающих самым современным требованиям и одновременно учитывающих специфику отечественных предприятий.

Была сформулирована цель - сориентировать отрасль на создание и широкое внедрение многофункциональных шахтных информационно-управляющих систем (ШИУС), которые призваны решать широкий круг задач, охватывающих все этапы добычи угля подземным способом:

1. противоаварийное управление и контроль, направленные на обеспечение безопасности горных работ;
2. контроль и управление основными и вспомогательными технологическими процессами;
3. контроль технического и технологического состояния объектов;
4. оценка и прогноз опасных технических и геодинамических явлений;
5. управление производством.

Для решения поставленной цели были разработаны концепция и ТЭО по модернизации действующих на шахтах стационарных систем АГК с применением современного поверхностного комплекса на базе компьютерной техники. Разработаны принципы и средства модернизации действующих систем, которые должны были обеспечить на базе приобретаемой компьютерной техники с использованием существующей аппаратуры и каналов связи реализацию следующих функций: интеграцию различных ШИУС в единую компьютерную информационно-управляющую систему шахты; отображение (телеизмерение и телесигнализация) и хранение информации от модернизируемых и интегрируемых ШИУС; централизованное диспетчерское управление.

Модернизированные шахтные  информационно-управляющие системы должны были отвечать следующим основным требованиям:

1. соответствовать государственным стандартам и требованиям безопасности; обладать высокой надежностью технических и программных средств;
2. использовать методы цифровой передачи и обработки информации;
3. быть совместимыми вниз с существующими телемеханическими шахтными системами;
4. быть совместимыми вверх с существующими и перспективными информационными системами (включая глобальные);
5. обеспечивать простоту и непрерывность технического, алгоритмического и программного расширения и модернизации на основе применения подземных микропроцессорных устройств.

Технической базой модернизации ШИУС являлись объединенные в локальную сеть микропроцессорные устройства, предназначенные для преобразования типовых сигналов (дискретные и аналоговые сигналы с частотным уплотнением каналов связи), используемых в существующих ШИУС, в цифровую форму. Основу информационной совместимости средств модернизации ШИУС составлял протокол работы локальной сети технических устройств интеграции ШИУС, обеспечивающий двунаправленный обмен информацией между интегрируемыми ШИУС. Программы управления локальной сетью и обмена информацией составляли основу программной совместимости средств интеграции ШИУС.

Реализация предлагаемых решений позволила отказаться от закупки дорогостоящего зарубежного оборудования и приступить к оснащению угольных шахт Российской Федерации отечественными высокоэффективными многофункциональными информационными системами, которые сегодня в различных вариантах работают более чем на 20 шахтах России [4].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. ПРОБЛЕМЫ ВНЕДРЕНИЯ  САПР НА УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ

 

Проблемы компьютеризации  проектировочных работ в горном производстве во многом являются следствием сложности представления в электронной форме горной графической документации. И если маркшейдерско-геологическая документация может быть достаточно успешно переведена в электронную форму посредством использования геоинформационных систем, то для технологических горных чертежей проблема выбора оптимального графического редактора является весьма актуальной. К наиболее распространенным на российском рынке графическим редакторам могут быть отнесены: CorelDraw, MicroStation, AutoCAD14.

Редактор CorelDraw ориентирован в первую очередь на выполнение графических работ в области дизайна, художественной, иллюстративной и рекламной графики, однако может успешно использоваться для создания двухмерных чертежей и схем.

Редактор AutoCAD является средой машиностроительного черчения, основанной на концепции пространственной геометрической модели (ПГМ). Такой подход позволяет использовать редактор AutoCAD в системах CAD/САМ с максимальным эффектом.

Редактор MicroStation также реализован на основе концепции ПГМ, но в отличие от AutoCAD получил большее применение в качестве платформы для разработки специализированных графических сред и геоинформационных систем низшего уровня.

Главным критерием пригодности того или иного редактора для выполнения горных технологических чертежей является его соответствие специфическим особенностям данного вида графической документации, главными из которых являются:

1. отсутствие четких стандартов и системы унификации отдельных элементов чертежей (графических примитивов);
2. наличие в документах элементов маркшейдерско-геологической документации;
3. невозможность реализации потенциала концепции ПГМ при построении разрезов и сечений;
4. отсутствие регламента на упрощение изображений горных машин, элементов крепи и других примитивов при выполнении чертежей в масштабе 1:50 или 1:100, что позволяет предприятиям и организациям вводить произвольные допущения и существенно затрудняет создание единой системы подготовки горной документации;
5. наличие в документах большого объема текстовой и табличной информации, что затрудняет использование графических редакторов;
6. отсутствие единых требований к оформлению штампов чертежей и форматам листов, что затрудняет использование стандартных и вновь создаваемых шаблонов;
7. отсутствие электронных версий чертежей горных машин и элементов крепи от заводов-изготовителей.

Наряду с особенностями  технологической графической документации на выбор редактора существенное влияние оказывают соответствующие ему технические приемы выполнения чертежей. Такие приемы можно сгруппировать следующим образом:

1. выполнение чертежа непосредственно в режиме «электронного кульмана» с использованием данных о размерах выработок, элементов крепи, горных машин и т. д.;
2. выполнение чертежа с использованием отсканированных растровых изображений исходных материалов в качестве основы для обрисовки и редактирования в векторной форме;
3. использование автоматического перевода в векторную форму отсканированных растровых изображений с дальнейшей компоновкой векторной графики в выходной документ.

И, наконец, весьма существенным фактором является адаптивность к современному уровню технологий программного и аппаратного  обеспечения, критериями которой могут выступать:

1. возможность эффективной работы с использованием наиболее распространенных операционных систем, включая их последние версии;
2. поддержка современных технологий программирования (OLE2, СОМ, клиент/сервер);
3. наличие встроенного языка программирования.

На основании выше изложенного можно сделать следующие выводы:

1. наиболее приемлемым для выполнения технологических горных чертежей векторным редактором в настоящее время является AutoCAD, в то же время его ярко выраженная машиностроительная направленность не позволяет использовать значительную часть потенциала редактора при проектировании объектов горного производства;
2. использование наиболее распространенной в настоящее время технологии с подготовкой документов в традиционной форме с последующим сканированием и прорисовкой или автоматической векторизацией растра не дает практически никаких преимуществ перед обычным черчением с использованием общепринятых чертежных инструментов;
3. невозможность реализации потенциала пространственной геометрической модели ПГМ вынуждает прорисовывать отдельно все необходимые сечения и разрезы, что сводит к минимуму эффект от использования современных графических редакторов;
4. в настоящее время не уделяется достаточного внимания автоматизации проектных работ с использованием возможностей технологии СОМ, а также встроенных в графические редакторы сред программирования (VBA, AutoLISP, MDL);
5. несмотря на насущную потребность, российская угольная промышленность по-прежнему неспособна сформулировать и представить фирмам-разработчикам программного обеспечения технические условия на создание комплексной среды автоматизированной подготовки проектной документации для основных объектов проектируемых и действующих шахт [3].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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.