5 юбилейная межрегиональная молодежная научная конференция "СЕВЕРГЕОЭКОТЕХ". Донецк, 17-19 марта 2004г.
УДК 622:65.011.56
Автоматический контроль параметров рудничной атмосферы в горных выработках
Левицкий Д. А.
Научный руководитель – Оголобченко А. С., Ерохин И. И.
г. Донецк, Донецкий национальный технический университет
Для снижения простоев горно-шахтного оборудования и повышения безопасности ведения работ в горных выработках шахт, опасных по газу и пыли, актуальным является оперативное управление шахтной вентиляцией путем изменения подачи и перераспределения воздуха в горных выработках, поскольку оно позволяет не только увеличить поступление свежей струи воздуха в загазированную выработку, но и не допустить снижения расходов в другие, во избежание их загазирования. Для этого предлагается использование специализированных систем управления, которые на основании контроля рудничной атмосферы в определенных точках горных выработок осуществляют централизованное автоматизированное управление вентиляторами главного проветривания и регуляторами расхода воздуха в вентиляционной сети. Структура такой системы представлена в работе [1].
Исследованиями установлено, что для функционирования автоматизированной системы управления проветриванием необходима информация о двух параметрах, характеризующих состояние рудничной атмосферы: скорости движения воздуха и концентрации метана [2]. Подземные замерные пункты (ПЗП) оборудуются в соответствии с технологической необходимостью и ПБ в горных выработках в местах замера параметров, например на свежей струе лавы в вентиляционном штреке, на исходящей струе лавы в откаточном штреке, в вентиляционном штреке участка (крыла), возле регуляторов расхода воздуха и т. д. Количество ПЗП, в общем случае, зависит от категорийности шахты по метану и определяется для каждой шахты в отдельности.
На рисунке 1 приведена структурная схема ПЗП, с использованием микропроцессорных средств.
Сигналы от датчика метана ДМ и датчика скорости ПТ поступают в блоки защит БЗ1 и БЗ2, которые
преобразуют токовый сигнал датчиков в сигнал напряжения, обеспечивают искробезопасность и предохраняют
входные цепи устройства от перенапряжения. В качестве датчика метана может быть использован датчик
аппаратуры «Метан» типа ДМТ или ППИ, а в качестве датчика скорости датчик, состоящий из генератора
прямоугольных импульсов, частоты, изменяющейся пропорционально изменению скорости движения воздуха
в выработке.
Микроконтроллер МК предназначен для анализа информации, поступающей от датчиков ДМ и ПТ и передачи информации по трехпроводной линии связи интерфейс RS-485 на поверхность, на пульт горного диспетчера.
Приемо-передающий адаптер АП используется для преобразования интерфейсов RS-232C в RS-485. Его применение обусловлено тем, что прием-передача данных от большинства микроконтроллеров осуществляется интерфейсом RS-232С, который имеет два существенных недостатка: плохую помехозащищенность и возможность работы только с одним устройством.
Интерфейс RS-485 обеспечивает передачу данных на расстояние до 1200м и способен обеспечивать связь для 32 абонентов (с применением репитеров длинна линии связи возрастает до 4800м, а число абонентов до 128), что вполне приемлемо для условий шахт.
Использование цифрового канала связи (трехпроводная линия) взамен устройствам телемеханики позволяет значительно расширить возможности приемопередачи как по числу абонентов, так и по функциональным возможностям.
Блок питания БП обеспечивает электропитание устройства ПЗП и датчиков. Так как в состав подземного замерного пункта входит ряд элементов, требования которых к параметрам электрического питания различны (например, для питания микроконтроллера и адаптера необходимо обеспечить +5В, а для датчиков ДМТ и ПТ напряжение питания составляет 52В переменного тока частотой 50Гц и 12В постоянного тока соответственно), то требуется специальный искробезопасный блок питания, который должен обеспечить требуемые уровни питающих напряжений, но и качество подаваемого напряжения.
Принципиальная электрическая схема ПЗП представлена на рисунке 2.
Резисторы R1, R2, номиналами 250 Ом и 1кОм соответственно, преобразуют токовый сигнал в сигнал напряжения. Стабилитроны VD1, VD2 напряжением стабилизации 6,2 В (залиты эпоксидным компаундом) не позволяют сигналам с большой амплитудой поступать в АЦП микроконтроллера. Резисторы R3 = R4 принимаются из значения максимального тока стабилизации для данных стабилитронов (22мА). Исходя из этого, их номинал составит 230 Ом. В качестве микроконтроллера МК могут быть приняты любые модификации, содержащие в своем составе мультиплексированный аналого-цифровой преобразователь и универсальный асинхронный приемопередатчик УАПП (USART). В данной разработке принят микроконтроллер АТ90S8535 фирмы Atmel.
В качестве АП применена микросборка преобразователь интерфейсов MAX 1480 фирмы Maxim содержащая, кроме собственно приемника и передатчика, преобразователь напряжения с разделительным трансформатором для их питания и оптронные развязки входных цепей. Эти условия позволяют обеспечить гальваническую развязку линии связи и присоединяемых к ней устройств, а также обеспечивает искробезопасность выходных цепей.
Остальные элементы, использованные в принципиальной схеме принимаются исходя из схем включения микросборок.
Таким образом, предлагаемое устройство автоматического контроля параметров рудничной атмосферы осуществляет обработку измерительной информации, прогнозирование аварии и выдачу необходимой информации ЭВМ диспетчера шахты для выработки управляющих воздействий в системе вентиляции.
Литература