Лисицын Дмитрий Александрович

Тема магистерской работы:

"Обоснование и разработка системы управления насосными установками главного водоотлива шахты"

1. Цель
2. Существующие решения
3. Актуальность
4. Предложенное решение
5. Практическая ценность

1. Цель ^

Целью данной работы является разработка аппаратно-программного комплекса автоматического управления водоотливными установками шахты с применением микропроцессорной техники.

2. Существующие решения ^

Для автоматизации различных водоотливов серийно выпускалась аппаратура следующих типов: АВО-5, АВН-1М, УАВ, КАВ, ВАВ, ВАВ.1М.

Аппаратура ВАВ.1М предназначена для автоматического, дистанционного и местного управления главными высоковольтными, низковольтными водоотливными установками, а также автоматического и местного управления одиночными водоотливными установками шахт, опасных по газу и пыли.

3. Актуальность ^

В настоящее время на шахтах, в основном, применяется аппаратура ВАВ.1М, однако на некоторых шахтах до сих пор применяется аппаратура ВАВ. Последняя выполнена на совершенно устаревшей элементной базе [ 1 ]. Аппаратура ВАВ.1М хотя и является более поздней разработкой однако она также выполнена на устаревшей элементнной базе.

Аппаратура ВАВ.1М обладают рядом недостатков:

• при числе насосов в водоотливной установке более трех необходимо применять несколько комплектов аппаратуры;
• при наличии двух и более горизонтов необходимо иметь несколько комплектов аппаратуры, т.е. несколько блоков управления будут занимать место в диспетчерском пункте шахты;
• если вышележащий горизонт принимает водоприток нижележащего [ 2 ], в аппаратуре ВАВ.1М не предусмотрена необходимая блокировка водоотливов, и возможно затопление вышележащего. Данную функцию приходится реализовывать с применением дополнительной аппаратуры;
• реализация внепикового потребления электроэнергии водоотливом учитывает скорость заполнения водосборника не достаточно точно, так как датчик реализован дискретным на восемь уровней;
• устаревший интерфейс [ 3 ];
• морально устаревшая элементная база.

4. Предложенное решение ^

С целью решения вышеуказанных проблем, предлагаю использовать иерархическую структуру комплекса, включающего три уровня:

• первый уровень, самый высокий, будет представлять собой центральный пульт управления и индикации состояний водоотливов всех горизонтов;
• второй уровень, будет представлять собой пункты автоматического управления водоотливными установками;
• третий - блоки управления насосными агрегатами, датчики уровня.

Упрощенная структурная схема иерархии комплекса приведена на рисунке 1. Функции блока первого уровня будет выполнять персональный компьютер ПК. Второй уровень - блоки центрального управления БЦ и третий уровень - периферийные блоки БП будут реализованы на микроконтроллерах.

При этом связь между уровнями будет осуществляться с применением двухпроводной линии связи. Между ПК и БЦ - глобальная сеть, по которой будут осуществляться контроль состояния и управление всеми водоотливами. Каждый центральный блок БЦ будет связан локальной двухпроводной линией связи с периферийными блоками БП данной насосной установки. Периферийные блоки БП будут осуществлять управление насосными агрегатами.

Упрощенные схемы блоков представлены на рисунках 2-4.

Сигналы управления от персонального компьютера через стандартный порт COM1 и преобразователь А (рис. 2) интерфейса RS-232 в RS-485 поступают в глобальную сеть управления водоотливными установками шахты. Центральные блоки подключены к глобальной сети также с применением преобразователя интерфейса А (рис. 3). Если расстояние между ПК и ЦБ превышает 1км, то между ними (через каждые 500 - 1000м) устанавливаются повторители (аппаратно-программный усилитель сигналов) на рисунках не указаны. Локальные сети реализованы аналогично, но, так как расстояния между объектами локальной сети малы нет необходимости в повторителях. Центральный блок (рис. 3) оснащен блоком индикации БИ и органами управления ПУ.

Периферийный блок (рис. 3) также содержит органами управления ПУ и блок индикации БИ. Для подключения исполнительных устройств и датчиков используется блок сопряжения БС.

Периферийные блоки БП работают либо автономно в ручном режиме, либо под управлением центральных блоков БЦ, на которые управляющие сигналы поступают с центрального пульта управления ПК. Датчик уровня (относится к периферийным блокам) с определенной периодичностью выдает сигнал об уровне воды, который одновременно получают все БП данной локальной сети и БЦ данной установки.

5. Практическая ценность ^

Такая реализация комплекса позволит:

• контролировать и управлять всеми главными водоотливами шахты с одного пульта, расположенного у диспетчера шахты;
• решить проблему блокировки водоотливов без применения дополнительных программных и аппаратных средств;
• заменить пороговый датчик уровня аналоговым цифровым, а, следовательно, получить более точную информацию об уровне воды в водосборнике и более точно прогнозировать процесс заполнения водосборника при включенном режиме внепикового потребления электроэнергии;
• независимого перехода любого количества блоков управления насосными установками на ручной режим управления;
• возможность создания подсистем управления шахтными процессами на основе подобной иерархической структуры, и объединения их в общешахтную систему управления (данный комплекс управления, при этом будет представлять собой подсистему управления главными водоотливными установками шахты).