СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОВЕТРИВАНИЕМ УГОЛЬНЫХ ШАХТ: ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

Л. А. БАХВАЛО В И.В.ЛОКШИНА
Система автоматического управления проветриванием угольных шахт: перспективы развития
1. ВВЕДЕНИЕ
Шахтные вентиляционные системы (ШВС) являются средством повышения безопасности и производительности труда горнорабочих при добыче полезных ископаемых подземным способом. Особую роль играет вентиляция в условиях метаноо-бильных шахт, которых на территории стран СНГ насчитывается более 300. Здесь вентиляционные системы служат решению задач улучшения безопасности и комфортности труда горняков, и, также, повышению произовдительности ведения горных работ за счет снижения количетсва простоев очистного оборудования по газовому фактору.
Эффективность существующих ШВС определяется их способностью обеспечивать потребителей требуемым количеством воздуха.
Среди мероприятий, направленных на решение этой проблемы, наряду с организационно-техническими решениями, нацеленными, главным образом, на снижение утечек воздуха, важнейшим является создание автоматизированных систем управления вентиляцией шахт.
В настоящее время в странах СНГ и ряде других угледобывающих государств используются телемеханические монитор-ные системы, обеспечивающие контроль за состоянием шахтной атмосферы и аварийную сигнализацию [2].
В конце 70-х годов в СССР была создана экспериментальная система АТМОС, в которой были практически реализованы принципы управления аэрогазодинамическими процессами с использованием вентиляции за счет перераспределения воздушных потоков в ШВС [3].
Развивая работы в этом направлении, научный коллектив, представленный сотрудниками Московского горного института и института Гипроуглеавтоматизация,
создал опытно-промышленный образец системы автоматического управления проветриванием (САУП), который внедрен на одной из шахт Донецкого угольного бассейна. Отличительной особенностью этой системы является возможность оперативного управления вентиляцией без участия человека за счет осуществляемого в автоматическом режиме изменения произовдительности ВГП и положения вентиляционных регулирующих органов, установленных на исходящих венструях добычных участков [4].
2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
САУП ШАХТЫ
Для проветривания шахты применяется комбинированная схема вентиляции. Проветривание осуществляется всасывающим способом непрерывно. В качестве основных приняты -образная прямоточная и П-образная возвратноточная схемы вентиляции.
Особенности шахт, обусловившие эффективное применение САУП: высокая газообильность шахты;
схема вентиляции выемочных участков, имеющая надежное описание аэрогазодинамических процессов;
схема проветривания подготовительных забоев, позволяющая исключить их из оперативного управления вентиляцией;
возможность сочетания метода вентиляции с дегазацией в различных вариантах при борьбе с метаном.
САУП является самостоятельной по отношению к другим подсистемам АСУ ТП шахт. Функции, выполняемые САУП,
• сбор и контроль информации о состоянии параметров шахтной атмосферы и технических средств системы;
• анализ состояния проветривания и расчет управляющих воздействий;
• отображение информации о состоянии проветривания и информации о работе САУП;
• отработка управляющих воздействий техническими средствами
САУП.
Структурная схема САУП приведена на рис. 1.
3. АЛГОРИТМ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САУП
Алгоритм управления проветриванием является инвариантным по отношению к имеющемуся комплексу технических и вычислительных средств.
Блок-схема алгоритма управления проветриванием представлена на рис. 2.
Щ
MVS
technical tools of VACS : sensors »channels , converters of regulators
Algoritms of longw&ll ventilation control by using of gas factor
AJgoritms of MVS air distribution ^ control by using of air
consumption regulators

Algoritms of MVS air distribution control by using of Main Fan* 8 regulators
Algoritms of ventilation optimizations. Algoritm of ventilation control under eemergency
Рис
j УСО
; L С 1
j Регулятор ВГ'П I Р группа регуляторов асхода воздуха РРВ —......... ж
3 уронень управления вентиляцией
2 уровень управления вентиляцией
Микропроцессор системы автоматического управления ДУ
Регулятор расхода воздуха РРВ
П
Датчики параметров атмосферы шахты
объект управления
1 уровень управления вентиляциев
1. Структурная схема САУП
2. Блок-схема алгоритма управления проветриванием.
Вся совокупность программных
модулей САУП разбивается на следующие группы:
1 — программы и подпрограммы организации вычислительного процесса; г
2 — функциональные программы (вызываемые периодически), вызываемые для реализации функций системы управления проветриванием;
3 — подпрограммы ввода-вывода базы данных;
4 — программы и подпрограммы контроля, тестирования, восстановления, начальной нагрузки.
В группе программ организация вычислительного процесса центральную роль играет программный диспетчер, который организует синхронизированный вызов программ и подпрограмм ь соответствии с общесистемным алгоритмом управления, осуществляет контроль за распределением ресурсов вычислительной системы и наблюдает за очередями к ним.
Группу функциональных подпрограмм образуют подпрограммы:
• фильтрации и отлаживания экспериментальных данных от датчиков РРВ и датчиков состояния исполнительных элементов;
• подпрограммы контроля состояния каналов связи, состояния датчиков и регуляторов;
• подпрограммы обработки команд с пульта диспетчера, функционирующие в режиме диалога;
• программы, реализующие алгоритмы управления и контроля проветривания;
• диспетчер прерывания, следящий за активизацией работы в прерванных программ.
В группу подпрограмм ввода-вывода входят подпрограммы:
— ввода справочных и статистических данных, обеспечивающих моделирование всех возможных вариантов схем проветривания как выемочных участков, так и шахты в целом;
• опроса датчиков скорости движения воздуха и концентрации метана;
• опроса датчиков положения исполнительных элементов САУП;
• подпрограммы выдачи информационных сообщений на дисплей оператора САУП;
• подпрограммы мониторинга работы САУП;
• подпрограммы ведения архивов;
• подпрограммы отработки управляющих воздействий в автоматическом и автоматизированном режимах.
Последнюю группу составляют программы контроля, тестирования и восстановления:
• программы анализа сбоев технических средств и программного обеспечения автоматизированной системы, осуществляющие контроль за сбоями и ведения системного архива о сбоях системы;
• программы анализа загрузки и завершения работы системы, осуще-
ствляющие анализ правильности отработки программ и подпрограмм и мониторинг состояния информационной базы;
• программы диагностики, тестирования и диагностики программного обеспечения.
4. ПЕРСПЕКТИВНОЕ РАЗВИТИЕ САУП
Описанная выше САУП в процессе опытной эксплуатации зарекомендовала себя надежной и эффективной. Однако, в связи с всеобщим переходом на компьютерную технику следующего поколения и с развитием идеологии, технологии и средств программирования, встала необходимость в переводе системы на персональные ЭВМ и, соответственно, в модернизации и дополнении ее программной среды. В настоящее время ведется переработка программного обеспечения САУП на языке программирования С++ для работы на персональных ЭВМ в операционной среде WINDOWS.
Современные требования высокой оперативности управления вентиляцией вызывают расширение числа выполнимых функций и приводят к необходимости создания иерархических микропроцессорных систем управления проветриванием. Применение микропроцессоров в локальных системах управления, обеспечивающих участковые режимы проветривания, и управляющих персональных ЭВМ на более высоких уровнях, обеспечит децентрализацию функций контроля, обработки информации и управления.
Анализ результатов опытной эксплуатации САУП показал, что способность системы автоматически перераспределить воздушные потоки и изменять их скорость не исключает полностью человека-опера-
тора из цикла управления, оставляя за ним принятие весьма ответственных решений, как в процессе перенастройки системы, так и в случае нештатных ситуаций.
Очевидно, в качестве средства, повышающего обоснованность и надежность принимаемых человеком решений, может выступать специальная программная система поддержки диспетчера вентиляции,
осуществляющая мониторинг и диагностирование текущего состояния шахтной атмосферы. Построение такой системы поддержки возможно на базе нечеткой модели с использованием элементов искусственного интеллекта.
Развитие традиционной нечеткой модели диагностирования непрерывного объекта протекает в нескольких направлениях:
• в модель вводится матрица маскирования симптомов;
• вместо матриц влияния и связи моделей вводятся матрицы минимального и максимального влияния аномалий на симптомы;
• в список аномалий объекта добавляются аномалии внешней среды объекта;
• в модели может учитываться априорная информация о наличии аномалии объекта;
• алгоритмы логического вывода порождаются задачей оптимизации и
истинности «аксиомы», связывающей аномалии, симптомы, матрицы влияния и маскирования.
Известно, что шахтная атмосфера представляет собой непрерывный объект диагностирования. Модель диагностирования непрерывного объекта можно представить в виде таблицы функции неисправности, каждая строка которой соответствует результатам определенной проверки (аномалии) , а столбец — определенному параметру, подлежащему контролю (признаку). С использованием подобных таблиц может быть решена главная задача диагностирования — определение состояния объекта по результату совокупности проверок (множество проверок должно быть выбрано таким образом, чтобы нормальное и аномальное состояние объекта были различны между собой).
Выбор такой совокупности проверок, которая позволяет обеспечить различимость состояний, является обратной задачей диагностирования.
Рис. 3. Схема взаимодействия диспетчера с компонентами АСУ ТП
Элементы упомянутой выше таблицы, а также результаты проверок принимают нечеткие значения в диапазоне [0; 1]. Истинности суждений о наличии аномалии или признака принимают значения из промежутка [О; 1]. Маскирование (непоявление) признаков при наличии соответствующей аномалии возникает в случае неисправности датчиков.
Введем вспомогательные аксиомы модели диагностирования.
1. «Если нет оснований для появления признака, то он не появляется».
2. «Если есть основания для появления признака и нет оснований для его маскирования, то он появляется».
3* «Попарные импликации между аномалиями вытекают из попарных связей между ними».
Основная аксиома модели диагностирования является дизъюнкцией перечисленных выше аксиом.
Истинность является функцией взаим-но-логического распределения аномалий и признаков (логический аналог метода максимального правдоподобия в математической статистике).
Схема взаимодействия диспетчера с компонентами АСУ ТП представлена на рис. 3.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ушаков K.3., Бурчаков A.C., Пучков Л.А., Медведев И.И. Вентиляция шахт. Справочник. М.,
1987. v'A*. , ' ' I- \ ^пйшвлЬ' ^»! V' ^ЬЛ' • -Ч
2. Карпов Е.Ф., Биренберг Н.Э., Басовский Б.М. Автоматическая газовая защита и контроль рудничной атмосферы. М., Недра, 1984.
3. Временное руководство по эксплуатации подсистемы диспетчерского управления проветриванием (АТМОС) АСУ ТП шахты. М., Минуглепром СССР, 1980.
4. Пучков Л.А., Бахвалов Л.А., Методы и алгоритмы автоматического управления проветриванием
угольных шахт. М., Недра, 1992.
© Л.А.Бахвалов, И.В.Локшина
У словил {ьазмеи^ения /гекламы 6 7о[гном, ишро/гмсищонло-анхиш&ическом бюлле&ене
Объявления и реклама публикуются в черно-белом исполнении без фотографий и сложных рисунков, содержащих полутона.
Материалы принимаются в напечатанном виде через два интервала. По Вашему заказу редактор и художник разработают оригинальную рекламу, товарный знак гаи другую символику. Если Вы хотите сохранить собственный стиль оформления рекламы или представляете готовый оригинал-макет, укажите это особо. Расценки на разработку и опубликование рекламы:
Размер 2/0x297 - 350 82)
/3 с/геднем / к. см (гекламы - 0,5 1182)
Минимсиьный /1азме(г 40 к. см - 23 1182)
Л/ги по*но/гном ощбмиеобании ирна <шижа&нс& на 20%.
_Оплата производится в рублях по курсу ММВБ на день оплаты_