12. Автоматизированные системы

управления на производстве

Курносов В.Г., д.т.н., Силаев В.И., д.т.н.

Синенко В.В., к.т.н., Винарик А.А., инженер

ПАО «Автоматгормаш им. В.А.Антипова»,

Украина

Способы повышения достоверности информации

о состоянии безопасности работ на угольных шахтах

Широкий опыт эксплуатации автоматизированных объектов показал их экономическую эффективность, значительное повышение безопасности работ и снижение аварийности. Вместе с тем не исключается повреждение самой аппаратуры автоматизации, потеря или искажение информации вследствие повреждения датчиков или каналов связи, неправильной эксплуатации, несанкционированных действий персонала. Это приводит в лучшем случае к потере контроля состояния объекта, потере отдельных функций управления или контроля, не связанных с обеспечением безопасности труда или безаварийности объекта, а в худшем – к простою или повреждению объекта, общешахтному простою или аварии с тяжелыми последствиями.

Одним из эффективных способов существенного повышения достоверности оценки состояния объектов или процессов являются их многофакторный контроль и сравнение получаемой текущей информации с уже имеющейся в базах данных, накопленной за определенный период и соответствующим образом обработанной.

Необходимость многофакторного контроля проиллюстрируем на примерах [1].

Так, система многофакторного контроля и прогноза взрыво- и выбросоопасности включает подсистемы (рис.1):

Рис. 1. Структура системы многофакторного контроля и оценки взрыво- и выбросоопасности работ

- выбросоопасности и горных ударов;

- воздухоснабжения шахты и температурных режимов;

- состояния кабельных сетей и подстанций, коммутационных аппаратов и средств защиты;

- концентрации метана, окиси и двуокиси углерода;

- пожароопасности и средств пылеподавления;

- источников воспламенения и потенциально возможного искрения.

Контроль пожароопасных ситуаций производится по факторам:

- контроль температуры воздуха на протяжении выработки;

- контроль метановыделения вдоль конвейера или в камере;

- дистанционный контроль температуры отдельных механизмов или аппаратов;

- контроль выделения СО;

- контроль выделения СО₂;

- контроль кислорода О₂;

- наличие воды в пожарном трубопроводе и инертной пыли на полках.

Износ подшипниковых узлов можно оценить по уровню шумов, вибраций, температуры, повышенному токопотреблению двигателей в режиме холостого хода.

Приведенные способы используются во многих современных системах автоматизации [1, 2, 3].

Однако при многофакторном контроле необходимо учитывать, что получаемая от различных источников информация может быть противоречивой, недостаточной для однозначной оценки состояния объекта; в конце концов она может быть искаженной.

Так, например, повреждение кабельных сетей, оболочек коммутационных аппаратов, искрение являются потенциальным источником взрыва, который возможен лишь при наличии в этих случаях достаточной концентрации метана. Негативный эффект противоречивости информации может быть уменьшен за счет сбалансированности требований и источникам, виду и объему необходимой для адекватной оценки состояния объекта или процесса информации, ее ранжирования по важности (наибольшей опасности) и направлению использования. Информация о состоянии воздухоснабжения и температурных режимов при повышенном метановыделении является одним из показателей взрывоопасности, в противном случае может использоваться для прогноза ее возможности.

Но, как ни парадоксально это звучит, сами средства обеспечения безопасности могут стать источниками опасности. Это происходит при:

- неконтролируемом повреждении системы, когда она вырабатывает неадекватную ситуации информацию;

- искажение информации в канале связи;

- неправильной эксплуатации системы, умышленном несанкционированном воздействии на нее;

- комбинации этих случаев.

Результатом может стать:

- общешахтный простой или простой объекта, непрогнозируемая авария с тяжелыми последствиями;

- неопределенность состояния объекта, позволяющая принять оптимальное управленческое решение;

- потеря возможности выполнять отдельные функции, связанные с обеспечением безопасности работ, безаварийности оборудования, рациональных режимов его работы.

Основным источником искажения информации, в частности о концентрации метана, являются несанкционированные действия персонала, которые приводили к серьезным авариям с тяжелыми последствиями. Поэтому при создании систем автоматизации шахт необходимо ставить задачу распознавания таких действий и их нейтрализации.

Для повышения достоверности информации используется прикладное программное обеспечение обработки и представления информации, которое содержит операционные алгоритмы обработки информации для оценки опасности каждой подсистемы в целом. Необходима разработка специальных программ, базирующихся на логико-вероятных, регрессных методах анализа информации с широким использованием метода пространства состояний и экспертных систем.

Учитывая открытость, система может быть дополнена подсистемами контроля горного давления в опасных зонах, состояния углепородного массива и пр.

Комплексная система многофакторного контроля и приборной оценки состояния безопасности ведения технологических процессов обеспечивает раннее выявление, контроль и прогноз потенциальных источников опасности.

Многофакторный контроль и прогноз состояния объектов и процессов, обеспечение безопасности работ в полном мере реализуются в разрабатываемой модульно-адаптивной прогностической системе управления шахтой [1, 6], которая для этого содержит специальные модули, в частности:

- модули управления и автоматизации оборудования очистных и проходческих забоев с включением в контур управления средств прогноза и контроля предаварийных ситуаций;

- модуль противоваварийной защиты и пожаротушения;

- модуль оценки состояния горного массива и газодинамических явлений;

- модуль автоматизированного управления машинами и механизмами в особо тяжелых и опасных условиях;

- модуль моделирования и оптимизации технологических процессов угледобычи для принятия оптимальных управленческих решений.

Информация о состоянии всех основных объектов шахты и внутришахтной окружающей среды через приемо-передающее устройство подается подземному и горному диспетчерам, где сравнивается с величинами, характеризующими предаварийные и аварийные ситуации.

Но все существующие и создаваемые системы не обеспечивают распознавание несанкционированных действий персонала, хотя имеются предпосылки для разработки алгоритмов распознавания некоторых таких действий.

Так, представляющее наибольшую опасность блокирование датчиков концентрации метана сопровождается неизменностью их показаний в течение длительного времени или их колебаниями в ограниченном долями процента диапазоне. Они могут существенно отличаться от зарегистрированных лицами надзора, а также от величин в ремонтные смены, при простоях в праздничные дни. Это может быть использовано как признак оценки несанкционированного вмешательства в показания датчиков.

Таким образом, для повышения безопасности работ в угольных шахтах необходимо совершенствовать при создании сложных информационных систем программное обеспечение систем автоматизированного контроля состояния объектов, технологических процессов, внутришахтной среды, разрабатывать более адекватные алгоритмы оценки факторов, исключающие ошибки в информационных системах и противоречия достоверности информации.

ЛИТЕРАТУРА

1. Курносов В.Г. Научные основы автоматизации в угольной промышленности: опыт и перспективы развития: монография /В.Г.Курносов, В.И.Силаев – Донецк: «Вебер» (Донецкое отдел.), 2009. – 422 с.

2. Котлярский А.И. Система мониторинга работы добычного участка /А.И.Котлярский, В.И.Ревякин, Е.А.Жмакин, В.А.Гайдабура// Уголь, - 2009. - №5 – с. 20-23.

3. Патент України на корисну модель № 3788. Автоматизована система комплексної безпеки шахт /С.Б.Тулуб, І.О.Ященко, О.М.Брюханов та ін. – Бюл. № 22, 2008 р.

4. Патент України на корисну модель № 43808. Комплекс технічних засобів автоматизації диспетчерського пункту шахти /В.Г.Курносов, А.А.Вінарік, В.В.Сіненко та ін. – Бюл. № 16, 2009.

5. Курносов В.Г. Автоматизированный диспетчерский пункт шахты /В.Г.Курносов, В.В.Синенко, А.А.Винарик и др.// Уголь Украины. 2012. № 7 – с. 32-38.

6. Патент України на винахід № 83927. Спосіб керування процесом видобування вугілля в шахті та модульно-адаптивна прогностична система для його здійснення./ Красі Я.Л., Курносов В.Г., Вінарік А.А. та ін. – Бюл. № 16, 2006 р.