Модернизация комплекса стволовой радиосвязи

Авторы: Казаков В. А., Бабков С. В., Бережинский В. И., Коптиков В.П.
(МакНИИ)

Источник: Казаков В.А., Бабков С.В., Бережинский В.И., В.П. Коптиков.
Модернизация комплекса стволовой радиосвязи. //Способы и средства
создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах:
Сб. научн. тр. Вып. 20.  – Макеевка: МакНИИ, 2007, с.206 -214.

Обоснованы необходимость работ по модернизации аппаратуры шахтной стволовой сигнализации и связи и выбор направлений такой модернизации. Приведены параметры модернизированной аппаратуры «Весна СРС» и комплекса «Весна СРС1», а также результаты приемочных испытаний комплекса.

Современная шахта является сложным горнодобывающим предприятием с большим количеством оборудования и обслуживающего персонала. Слаженная высокопроизводительная работа такого предприятия немыслима без надежных и эффективных средств связи, в том числе и на подъеме.

«Правила безопасности в угольных шахтах» [1] требуют, чтобы клети подъемных установок, предназначенные для спуска – подъема людей, были оснащены связью с машинистом подъема (п.5.9.8). Кроме того, согласно п.4.11.1 этих же «Правил…» подъемные установки должны быть оборудованы сигнализацией и радиосвязью, используемыми при осмотрах и ремонтах шахтных стволов, подъемных сосудов и элементов копрового станка.

До недавнего времени на угольных шахтах Украины для этих целей применялись система СШСС.1 производства завода «Красный металлист» (г. Конотоп) и аппаратура «Весна СРС» производства ЗАО «Весна-комплект» (г. Днепропетровск).

Система стволовой шахтной сигнализации и связи СШСС.1 предназначена для осуществления ремонтной сигнализации и двухсторонней связи ремонтного персонала с машинистом подъёма и одним дополнительным пунктом (лебедкой) при осмотрах и ремонтах ствола, а также связи пассажиров одной одноэтажной клети с машинистом подъёма в экстремальных ситуациях. Система СШСС.1, выполненная на элементной базе 70-80 г.г. предыдущего столетия, характеризуется недостаточной влаго- и помехозащищенностью и значительными массогабаритными показателями, необходимостью пуско-наладочных работ при вводе в эксплуатацию. Носимая станция имеет габариты 290х160х140 мм, массу 4 кг и соединяется отрезком кабеля с антенным устройством, монтируемым возле подъемного каната. Такая конструкция весьма неудобна при эксплуатации аппаратуры в стволе. Малая мощность передатчика (0,15 Вт) и невысокая чувствительность приемника (500 мкВ) носимой станции не позволяют обеспечить устойчивую передачу сигналов и речевых сообщений при перемещении клети по шахтному стволу.

Аппаратура шахтной стволовой радиосвязи «Весна СРС» предназначена для осуществления ремонтной сигнализации и двухсторонней связи ремонтного персонала с машинистом подъёма и одним дополнительным пунктом (лебедкой) при осмотрах и ремонтах ствола, а также связи пассажиров двух двухэтажных клетей с машинистом подъёма в экстремальных ситуациях. Аппаратура выполнена на современной элементной базе с использованием микропроцессорной техники. Ее носимая станция имеет габариты 180х165х65 мм, массу1,2 кг, мощность передатчика 1,8 Вт, чувствительность приемника не хуже 3 мкВ. Антенна носимой станции размещена в наплечном ремне, что обеспечивает мобильность связи. Однако в аппаратуре "Весна СРС" не обеспечивается аппаратное формирование командных сигналов, фиксация световых командных сигналов на станции машиниста, контроль исправности радиостанций осуществляется при их включении и в сеансах передачи сообщений.

Таким образом, применяемые на шахтах Украины для выполнения указанных пунктов «Правил безопасности…» системы стволовой радиосвязи СШСС.1 и «Весна СРС» характеризуются рядом недостатков. Устранению этих недостатков посвящена работа, выполненная МакНИИ и ЗАО «Весна-комплект» (г. Днепропетровск) в рамках «Программы повышения безопасности труда на угольных шахтах» поз.10.1 «Модернизация комплекса стволовой радиосвязи» [2].

В техническом отношении запросам эксплуатации полнее отвечает аппаратура "Весна СРС", выполненная на современной элементной базе, имеющая значительно меньшие в сравнении с системой СШСС.1 массу и габариты, обеспечивающая мобильность связи при ведении ремонтных и осмотровых работ в шахтных стволах.

Поэтому именно она была принята за базу для последующей модернизации. При этом основные направления модернизации аппаратуры "Весна СРС" сводились к:

• обеспечению фиксации световых командных сигналов на станции машиниста;

• контролю исправности канала связи;

• повышению эффективности подавления шума в носимых и клетевых станциях;

• возможности дистанционного включения и выключения клетевой станции машинистом подъема;

• возможности связи с машинистом подъема с трех этажей клети;

• возможности двухсторонней связи с клети с одним из двух дополнительных пунктов на поверхности (лебедок);

• ведению переговоров машинистом подъема в режиме “занятые руки” (со стационарным микрофоном и ножною педалью переведения радиостанции машиниста в состояние “Передача”) или с манипулятором;

• передаче на радиостанцию машиниста подъема с помощью клетевой радиостанции:

1. сигналов от четырех датчиков безопасности с контактным выходом (например,
   датчика напуска каната, срабатывание парашютного устройства и др.);
2. сигналов повреждения линии связи с датчиками безопасности (обрыв, короткое
   замыкание);
3. информации в степени разряда аккумуляторных блоков питания.

• повышению выходной мощности приемников клетевой станции до 1,5 Вт;

• обеспечению работы клетевой станции от одной зарядки автономного источника питания до 48 час.

Модернизация проводилась в двух модификациях:
первая – это доработка носимой станции и станции машиниста только в плане обеспечения аппаратного формирования командных сигналов на носимой станции, фиксации световых командных сигналов на станции машиниста;
вторая – создание принципиально нового комплекса шахтной сигнализации и радиосвязи с выполнением всех вышеперечисленных функций.

Первая модификация аппаратуры сохранила свое прежнее название «Весна СРС», успешно прошла эксплуатационные испытания в июне 2006 г. и получила в установленном порядке допуск к эксплуатации на шахтах Украины.

Модернизированная аппаратура «Весна СРС» состоит из:

• станции машиниста подъема «Весна СШ» — в исполнении общего назначения с искробезопасной выходной цепью уровня Иа;

• носимой радиостанции «Весна НШ2М» — вид и уровень исполнения по взрывозащите РО Иа Х, степень защиты по воздействию окружающей среды – IР54;

• клетевой радиостанции «Весна НШ2К» — вид и уровень исполнения по взрывозащите РО Иа, степень защиты по воздействию окружающей среды – IР54;

• сетевого адаптера — общего назначения.

Конструктивно клетевая радиостанция повторяет носимую радиостанцию «Весна НШ2М", которая помещена в защитный металлический корпус, предназначенный для установки на крыше клети, и снабжена стационарной антенной и стационарным выносным манипулятором (или двумя манипуляторами для 2-х этажных клетей).

Аппаратура «Весна СРС»  обеспечивает:

• Подачу рабочих команд «Верх», «Вниз», «Стоп»;

• В режиме работы «Ревизия» при подаче команд контроль исправности канала связи с носимой радиостанцией с выдачей на радиостанцию машиниста подъема сообщения о неисправности канала и сигнала «Стоп»;

• Отображение на радиостанции машиниста подъема принятых команд «Верх», «Вниз», «Стоп» в звуковой и световой формах со световой фиксацией каждой команды до поступления следующей команды, звуковые сигналы команд должны соответствовать типовым (один сигнал – “Стоп”, два сигнала – “Вверх”, три сигнала – “Вниз”);

• Воспроизведение на носимой радиостанции поданных команд «Верх», «Вниз», «Стоп» в звуковой форме;

• Подачу носимой радиостанцией команды, которая изменяет направление движения, с отменой предыдущей команды командой “Стоп”;

• Отмену зафиксированных команд «Вверх» или «Вниз» на радиостанции машиниста подъема только при подаче носимой радиостанцией команды «Стоп».

Вторая модификация (рис.2) аппаратуры получила название «Комплекс шахтной стволовой радиосвязи «Весна-СРС1». В ней более полно реализованы современные потребности эксплуатации и условия безопасности.

Комплекс «Весна СРС1» состоит из:

• станции машиниста подъема «СШ3» — в исполнении общего назначения с искробезопасной выходной цепью уровня Иа;

• носимой радиостанции «НШ3М» — вид и уровень исполнения по взрывозащите РО Иа Х, степень защиты по воздействию окружающей среды – IР54;

• клетевой радиостанции «НШ3К» — вид и уровень исполнения по взрывозащите РО Иа, степень защиты по воздействию окружающей среды – IР54;

• сетевого адаптера — общего назначения.

Показатели технического уровня комплекса приведены в таблице 1.

Таблица 1. Показатели технического уровня комплекса.

Комплекс обеспечивает выполнение всех функций модернизированной аппаратуры «Весна СРС», в нем также реализованы все основные направления модернизации.

Приемочные испытания опытного образца комплекса «Весна СРС1» проводились на клетевой подъемной установке ствола №2 шахты «им. В.М. Бажанова» ГП «Макеевуголь». Во время испытаний было установлено:

1. При выполнении ремонтных и осмотровых работ в шахтном стволе обеспечивалась устойчивая связь при перемещении клети по всему шахтному стволу. Качество связи было удовлетворительным (понимание речи с напряжением внимания без переспросов и повторений). Рабочие команды «Вверх», «Вниз» и «Стоп» принимались стационарной радиостанцией «СШ3» без сбоев.

2. При выполнении отдельных видов ремонтных  работ в стволе использовался информатор лебедчика. Отмечено хорошее качество речевых сообщений при ведении переговоров и передача команд со ствола без сбоев.

3. Речевая связь в тракте «носимая станция – станция машиниста подъема» обеспечивалась при нахождении ремонтного персонала на нулевой отметке и удалении в 5-6 м от устья ствола.

4. Связь в тракте «клеть – машинист» была удовлетворительной при перемещении клети по всей глубине ствола.

5. При испытаниях ежесуточно проверялась передача информации от дискретных датчиков безопасности с помощью имитатора. Все сигналы воспринимались однозначно.

6. С помощью селективного микровольтметра STV-301 (Германия) было проведено исследование уровня сигнала, наводимого в копровой антенне при передаче сообщений от носимой и клетевой радиостанций при перемещении клети по шахтному стволу (рис.3). Измерения показали, что уровни сигнала при нахождении клети в любых точках ствола достаточны для уверенного приема.

7. Инструментальное обследование основных показателей технического уровня приемопередатчиков станций (выходной мощности передатчиков, чувствительности приемников, нелинейных искажений и др.) показало их соответствие требованиям технического задания.

8. Установлено, что емкости автономного источника питания клетевой радиостанции хватает на 2-3 суток, что удовлетворяет требованиям технического задания (48 часов).

9. Вероятностные характеристики передачи команд и дискретных сигналов подтверждены по методике  в ГОСТ 26.205.

Согласно требованиям п.2.11.1 ГОСТ 26.205-88 по достоверности передачи информации вероятность искажения элементарного сигнала информации телесигнализации должна быть Р_с≤10^-6, а команды Р_к≤10^-7.

Согласно п.5.17.2 этого же стандарта количество передач N, необходимое для проверки установленного типа вероятностной характеристики Р достоверности передачи информации определяется по формуле:

(1)

По значениям N и времени телепередачи одного сообщения определяют полное время T, необходимое для проведения испытаний по проверке достоверности передачи каждого вида информации.

Рисунок 1 – Зависимость уровня радиосигнала, наведенного в заводской копровой антенне передатчиком радиостанций "НШ-3", от глубины ствола

В режиме работы комплекса «Весна СРС1» «Перевозка людей, грузов» (t₁=21 час./сутки) осуществляется передача информации телесигнализации состояния датчиков безопасности на клети. Передача осуществляется с цикличностью t_2С=5 мин., каждый бит информации дублируется n_c=15. Кроме того, 1 раз в сутки состояние датчиков проверяется отдельно от имитатора датчиков (n_пс=8).

Таким образом, для проверки достоверности передачи сигналов телесигнализации комплексом «Весна СРС1» необходимо время Т_с:

(2)

В режиме работы комплекса «Ревизия» осуществляется передача команд управления движением подъемной машиной (t₃≈60 мин./сутки). Передача команд осуществляется с цикличностью t_4к=3 сек. кодовым сообщением n_к=127 бит.

Таким образом, для проверки достоверности передачи сигналов телеуправления комплексом «Весна СРС1» необходимо время Т_к:

(3)

При поставке комплекса «Весна СРС1» на ОП «Ш/у им. В. М. Бажанова» ГП «Макеевуголь» 14.04.2007 г. и окончании повторных приемочных испытаний 28.05.2007 г. комплексом проработано 46 суток. Сбоев в работе при передаче сигналов ТС и команд по вине аппаратуры не было. Таким образом, достоверность передачи этих сигналов комплексом «Весна СРС1» в соответствии с требованиями ГОСТ 26.205 – 88 подтверждена.

Комплекс «Весна СРС1» успешно выдержал приемочные испытания и рекомендован к серийному производству.

Литература

1. НПАОП 10.0-1.01-05. Правила безопасности в угольных шахтах. - Киев. – «Відлуння» – 2005. – 398 с.
2. “Програма підвищення безпеки праці на вугільних шахтах” (затверджена постановою
   Кабінету Міністрів України від 06.07.2002 р. № 939), затверджена  Постановою
   Кабінету Міністрів України від 18.02.2004 р. № 186 “Про внесення змін до Програми
   підвищення безпеки праці на вугільних шахтах”, п. 19.1.