   
|
|
Руководитель: доцент Краснокутский В.А. Реферат составил: Гомозов О.В. Введение и обоснование актуальности темы На сегодняшний день в угольной промышленности нашей страны, а также других стран, одной из острых проблем является обеспечение безопасности рабочих. Одной из основных причин аварий на шахтах является взрыв метана, в результате превышения его концентрации в рудничной атмосфере. Для предотвращения этого на шахтах применяются автоматизированные системы безопасности, фиксирующие и контролирующие состояние рудничной атмосферы. Применяемые на сегодняшний день системы являются морально, физически и технологически устаревшими, не соответствующими высоким стандартам безопасности и отказоустойчивости. Для их замены на более современные нужны большие средства, но финансовое положение шахт не позволяет этого сделать. В моей магистрской работе будет исследована и спроектирована новая система контроля рудничной атмосферы на основе цифровой фильтрации с применением цифровых сигнальных процессоров. Показатели этой системы будут сопоставимы с современными системами, но она будет дешевле их. А преимущество перед устаревшими будет в надежности, помехоустойчивости, скорости, энергоёмкости, адаптируемости, универсальности, расширяемости, легкой настройке и эксплуатации, малых размерах конечного устройства. Целью этой работы является улучшение системы контроля рудничной атмосферы, замена устройств на более улучшенные и повышение безопасности в шахтах. Цели и задачи работы Целью этой работы является разработка практически-применимого алгоритма анализа рудничной атмосферы и применение его на микропроцессорном комплексе нового класса. Эта работа включает в себя:
Практическая ценность Данные исследования и полученный проект могут быть использованы в качестве основы для реализации в сфере безопасности в горной промышленности, в частности новые совместные проекты МакНИИ и ДонНТУ в этом направлении, а также как пример практического применения цифровой фильтрации. Обзор темы В шахтах Донбасса применяется аппаратно-программный комплекс КАГИ, разработанный Макеевским НИИ (рис. 1), основной частью которого является УПИ (устройство приема и преобразования информации ), главной составляющей которого является МСКУ (микропроцессорного субкомплекса контроля и управления). 
Рис 1. КАГИ МСКУ способен получать и обрабатывать информацию от АС (автомата сигнализации), находящегося в шахте и снимающего показания с 3-ех датчиков концентрации метана в виде высокочастотных сигналов, после чего эта информация попадает в ПЭВМ для дальнейшего анализа. Для фильтрации этих сигналов применяются аналоговые аппаратные полосовые фильтры. Они настроены на частоты 14КГц, 20КГц и 26КГц, каждая из которых отвечает за состояние одного из датчиков. При аварийности (превышении концентрации метана отметки в 2,5%) эти сигналы начинают модулироваться частотой 3-5Гц. Сигналы передаются по единому проводу, тем самым наблюдается их наложение, кроме того присутствует сигнал в 1КГц для работы телефонной линии, а также сильные шумы и ослабление информационных сигналов. После фильтрации формируются дискретные (квантованные сигналы), которые при помощи блоков МСКУ обрабатываются, преобразовываются и попадают в ЭВМ, которой управляет оператор и видит ситуацию в шахте, принимая соответствующие решения. Условная схема работы системы представлена на рис.2. 
Рис 2. Условная схема работы КАГИ Условные обозначения: D1-D3 – датчики концентрации метана, AS- автомат сигнализации, MSKU - микропроцессорного субкомплекса контроля и управления и устройство приема и преобразования информации, PC – ЭВМ(терминал оператора). В результате проектирования получим следующую схему, в которой вместо МСКУ+УПИ будет стоять схема на основе сигнального процессора(DSP)+АЦП (рис. 3). 
Рис 3. Условная схема работы проектируемой системы Аналоговые фильтры достаточно сложные устройства. Они требуют настройки в процессе изготовления и эксплуатации. А также им присущи следующие недостатки:
Эти недостатки приводят к возрастанию стоимости производства и обслуживания аналоговых систем, усложнению технологического процесса, ухудшению показателей системы. Использование цифровых систем обработки сигналов (ЦОС) позволяет решить эти проблемы. Существуют многие виды фильтров , среди которых основные – это фильтры БПФ , БИХ-фильтры и КИХ-фильтры. Моя работа посвящена возможности применения последних двух и выбору наилучшего варианта для решения нашей задачи. На первой стадии проектирования необходимо провести моделирование будущей системы, выбор необходимого фильтра и параметров. Для этого была использована система MATLAB, с помощью которой была разработана утилита для расчета и моделирования, представленная на рис. 4, где можно увидеть один из экспериментов с вариантом оптимальных параметров. 
Рис 4. Утилита расчета и моделирования системы в MATLAB Заключение В результате моделирования системы, проведенного в MATLAB, были определены параметры алгоритма цифровой фильтрации, исследованы нестандартные ситуации и рассчитаны предварительные параметры системы, на основании которых может быть выбран процессор ЦОС, АЦП и другие необходимые элементы. Разработанные алгоритмы и утилиты анализа состояния рудничной атмосферы могут быть использованы как прототипы для реализации данной системы. Полученные результаты говорят о том, что в этой системе могут быть применены дешевые 16 разрядные процессоры, ПЛМ и другие аналоги. Применение цифровой фильтрации сигналов в данной системе позволяют:
Литература
|
