Первоисточник: http://masters.donntu.ru/2005/kita/kurnosov/library/index.htm
Опубликовано в журнале Уголь Украины. - 2001. - № 1 - с.30-34. Синенко В.В., Курносов В.Г., Виноградов В.В. Информационные технологии - основа стратегии развития безопасной угледобычи
В последние годы в отрасли проводится ряд крупных работ, направленных на повышение безопасности труда и обеспечение эффективных условий добычи угля. Одной из них является создаваемая ОАО "Автоматгормаш им. В.А.Антипова", ДонУГИ, МакНИИ, институтом проблем математических машин и систем НАН Украины, НИИГД "Респиратор", ИГТМ НАН Украины, НИИГМ им. М.М.Федорова и др. организациями система противоаварийной защиты шахт (АСПАЗШ).
Это сложная комплексная многофункциональная система, состоящая из нескольких размещаемых под землей и на поверхности подсистем, которые могут использоваться автономно. В ее основу положена концептуальная идея прогноза, распознавания предаварийных ситуаций и предупреждения развития аварий путем непрерывного контроля, и анализа состояния технологических процессов, оборудования и окружающей среды и многофакторного прогноза различных видов опасности, возникающих при ведении горных работ. Для этого используются современные информационные технологии, различные технические средства и микропроцессорная техника, работающая на основе созданных алгоритмов и специального программного обеспечения. Полученная информация используется для принятия оптимальных управленческих и технологических решений, обеспечивающих безопасное ведение работ в каждой конкретной особенно экстремальной или нестандартной ситуации.
Для обеспечения эффективного функционирования такой системы необходима развитая общешахтная компьютерная сеть, объективная высоконадежная информация, совершенное математическое и программное общесистемное обеспечение (МПО).
Разработанная для АСПАЗШ общешахтная компьютерная сеть предназначена для непрерывного автоматического сбора информации о состоянии горно-шахтного оборудования, аэрологической среды, горного массива и прочих технологических звеньев горного производства, прогноза появления различных видов опасности, накопления, обработки, отображения информации, подачи команд, советов, звуковых и световых сигналов.
Компьютерная сеть предназначена для информационного обеспечения в соответствии с планом предупреждения аварий руководителей шахты и основных подразделений, ведущих специалистов. Она охватывает следующие подсистемы и технологические звенья шахты:
- обеспечения взрыво–пожаробезопасности с подсистемами контроля параметров и состава шахтной атмосферы, распознавания на начальных стадиях и прекращения развития аварийных ситуаций;
- контроля работы стационарных установок – вентиляционных, водоотливных, калориферных, кондиционирования воздуха, дегазационных и пр.;
- контроля и защиты подъемных установок, стволовой сигнализации, контроля и диагностики работы подъемных машин, средств их защиты, распознавания и реставрации признаков и причин аварий с запоминанием и сохранением в течение определенного времени;
- управления и контроля состояния оборудования очистных и проходческих участков с диагностикой предаварийных ситуаций;
- управления и диагностики шахтного подземного транспорта;
- контроля и диагностики средств защиты системы энергоснабжения;
- контроля и управления поточно-транспортным комплексом шахтной поверхности;
- контроля углепотока шахты;
- системы технологической связи в режиме аварийного оповещения работников, занятых на рабочих местах.
Компьютерная сеть системы АСПАЗШ имеет многоуровневую структуру в соответствии с общепринятой концепцией компьютерно-инженерного производства, интегрированной системы информационного обеспечения и управления, отвечает требованиям стандартов Украины. Она является открытой, имеет возможность дальнейшего развития, расширения функциональных возможностей, улучшения содержания и формы представления информации, увеличения числа пользователей.
На нулевом уровне производится сбор, обработка и отображение информации, необходимой операторам и машинистам оборудования, а также передаваемой на верхние уровни, выдача команд управления, диагностирование технических средств и линий связи, расчет прогнозируемых параметров безопасности окружающей среды и безопасности работы оборудования. При этом технические средства производят многофакторный анализ первичной информации и формируют сообщения о нормальном и предаварийном состоянии контролируемого или управляемого объекта. Например, для оператора (машиниста) забойного оборудования необходимы данные о состоянии крепи, комбайна, гидро- и электрооборудования участка, кровли, проветривания и т.п. Для операторов магистральных конвейерных линий кроме формируемых аппаратурой автоматизации данных необходима информация о загрузке конвейеров, уровне угля в бункерах, загазированности выработок, состоянии средств пожаротушения.
Первый уровень. Технические средства системы на этом уровне обеспечивают горного диспетчера, руководителей участков информацией, необходимой для оптимального ведения горных работ с учетом взаимосвязи технологических звеньев. Используются также данные о состоянии горного массива, рудничной атмосферы, энергоснабжения. На основании этой информации технические средства должны автоматически определять текущее и прогнозируемое состояние технологических звеньев. Результатом может быть рекомендация о перераспределении транспортных средств при локомотивной откатке, об изменении режима или приостановлении ведения горных работ в забоях по горно-геологическим или горно-техническим факторам или в часы пик потребления электроэнергии, а также о действиях персонала в аварийной ситуации.
На втором уровне АСПАЗШ автоматизированное формирование нарядов и заданий на ведение работ. Технические средства этого уровня должны обеспечивать руководство технических служб и производственных участков необходимой для этого текущей и прогнозной информацией о работе участков, наличии материальных и трудовых ресурсов (запасные части, резервное оборудование, материалы, ремонтное обслуживание, фактический выход на работу), а также производить комплексную оценку состояния этих участков и смежных с ними технологических объектов.
На верхнем – общешахтном уровне компьютерная сеть обеспечивает сбор накопления, распределение и хранение производственной информации и информации о безопасности работ в каждом технологическом звене шахты, оценке безопасности и ее ранжирование по уровням технологических цепочек шахты, ввод информации в базы данных АСПАЗШ, ввод нормативно-справочной информации, инструкций, плана предупреждения аварий и прочей, необходимой для оперативного принятия управленческих решений, передачу информации оперативному персоналу, ведущим специалистам и руководителям шахты как по приказу, так и по вызову; представление информации на графических дисплеях; компьютерную поддержку принимаемых управленческих решений.
Общешахтная компьютерная сеть АСПАЗШ должна обеспечивать:
- своевременное без задержки получение диспетчером информации о появлении опасных ситуаций на контролируемых объектах;
- своевременное получение в диспетчерском пункте в режиме реального времени информации о ходе технологических процессов, состоянии оборудования и состоянии безопасности в каждом технологическом звене;
- представление в наиболее удобной для восприятия в каждом конкретном случае, форме информации о состоянии контролируемых объектов;
- возможность оперативного вмешательства с диспетчерского пункта в работу оборудования при возникновении нештатных и аварийных ситуаций;
- контроль прохождения команд управления и подачу предупредительных сигналов при их невыполнении;
- возможность по запросу потребителя анализа работы отдельных объектов или групп объектов по основным технологическим параметрам за требуемое время;
- возможность дистанционной настройки и диагностирования контроллеров на обслуживаемых объектах;
- ведение учетных и отчетных документов - журналов действий операторов, аварийных ситуаций, связи и пр.
Архитектура АСПАЗШ и ее компьютерной сети:
- имеет расположенную в шахте и на поверхности структуру, позволяющую использовать до 100 технологических контроллеров (ТК) и реализованные на ПЭВМ диспетчерские пункты;
- производит обработку и обмен информацией об опасности и нормальном функционировании оборудования и объектов;
- обеспечивает на нулевом уровне контроль выходных параметров оборудования окружающей среды и подсистемы контроля и формирования сигналов о состоянии безопасности работы с целью исключения опасных ситуаций на начальных стадиях их появления;
- обеспечивает сбор статистической информации на уровне ТК, формирование буфера параметров объекта и сохранение записанных в нем данных при отключении общешахтной электросети;
- выполняет функции сохранения информации для анализа динамики развития нештатных ситуаций;
- выполняет поддержку ТК протокола системного мониторинга и управления по запросам диспетчерского пункта;
- обеспечивает возможность мониторинга любого технологического звена шахты по выбору диспетчера в любой момент времени и постоянный прием предаварийных и аварийных сообщений;
- обеспечивает запрос и прием статистической информации и данных "черного ящика" по требованию диспетчера в любое время или автоматически в заданный момент времени;
- обеспечивает передачу предаварийных и аварийных сообщений от объектов контроля или диспетчера на протяжении не менее двух часов при отсутствии питания в общешахтной электросети.
Компьютерная сеть на поверхности шахты необходима для связи руководителей шахты и отдельных отделов участков или служб с горным диспетчером, коммерческо-экономическими службами, службами медико-психологического подбора кадров, подготовки и переподготовки кадров, компьютерного анализа базы данных о состоянии технологического цикла и его составных частей и которая непрерывно обновляется и пополняется, а главное – позволяет принимать обоснованные технологические и управленческие решения, оптимальные для каждой конкретной ситуации, а в случае необходимости включает систему аварийного оповещения.
Верхний уровень АСПАЗШ является локальной сетью, включающей АРМ диспетчера и главных специалистов, которая допускает подключение до 15 абонентов и возможность ее расширения за счет подключения другой локальной сети;
Нижний уровень представлен комплексами технических средств, объединенных в шахте и на поверхности сосредоточенными или распределенными серверами, подключенными к компьютерной сети АРМ диспетчера, операторов и главных специалистов. Составные части нижнего уровня допускают их интеграцию на одном или нескольких уровнях организационных структур.
На структурной схеме общешахтной компьютерной сети ее поверхностная часть включает:
а) АРМ административного и инженерно-технического персонала шахты;
б) существующие и разрабатываемые подсистемы АСПАЗШ поверхностных технологических объектов;
- система контроля и диагностики горношахтного оборудования поверхности;
- система аварийного оповещения;
- система противопожарного контроля;
- система диагностики и прогноза состояния горношахтного оборудования;
в) серверы безопасности;
г) проводные линии связи.
Подземная часть общешахтной компьютерной сети включает:
а) существующие и разрабатываемые подсистемы АСПАЗШ подземных технологических объектов;
- системы дистанционного управления с безопасного расстояния для очистных машин и комплексов;
- комплексы технических средств контроля и диагностики забойных конвейеров;
- комплексы технических средств управления крепью;
- комплексы технических средств контроля работы вентиляторов местного проветривания;
- комплексы технических средств автоматизации и диагностики комбайнов;
- системы аэрогазового контроля;
- системы противопожарного контроля;
- системы контроля пылевого режима;
- система контроля и прогноза состояния горного массива;
- системы дистанционного управления проходческими комбайнами;
- системы контроля и управления буровыми станками;
- технические средства контроля, защит и блокировок;
- технические средства контроля главного водоотлива;
- системы контроля проветривания и температурного режима в капитальных выработках;
- технические средства контроля механизмов околоствольного двора, гаража и зарядной установки;
б) оборудование пультов горного диспетчера и горного мастера;
в) модемы, радиомодемы, источники питания, проводные линии связи.
К такой сложной жизненно важной системе и к компьютерной сети предъявляются повышенные требования по надежности. Наработка на отказ технических средств, выполняющих функции автоматического управления, а также средств диагностирования параметров безопасности на начальных стадиях должна быть не менее 2500 часов, средств регистрации и отображения информации - не менее 10000 часов.
Для повышения работоспособности сети она подлежит периодическому техническому обслуживанию специально подготовленным персоналом. Достоверность информации и правильность функционирования сети обеспечивается за счет автоматического или периодического диагностирования путем подачи контрольных текстовых команд и оценки правильности реакции системы на них.
Предусмотрены необходимые меры защиты информации от несанкционированного доступа. Используется двухуровневая система контроля доступа к информации. Доступ к находящейся в сети информации и ввод новой информации возможны лишь при использовании пароля и электронного ключа. Защита от несанкционированного доступа к органам ввода условно-постоянных данных, определяющих режимы работы (уставки срабатывания, заданные параметры и пр.), обеспечивается их конструктивным исполнением.
К предложенной концепции построения системы АСПАЗШ, принятым схемным, конструктивным решениям, алгоритмом функционирования проявляют интерес зарубежные организации, работающие в системе европейского сообщества, АСПАЗШ и компьютерная сеть могут быть использованы в других отраслях, на других предприятиях с опасными условиями работы.
Таким образом, разрабатывается современная жизненно важная конкурентоспособная система с развитым надежным информационным обеспечением.
Литература.
1. Дубов Е.Д., Мухин П.Е., Коптиков В.П., Красик Я.Л., Синенко В.В., Курносов В.Г., Виноградов В.В. Информационные технологии - основа стратегии развития безопасной угледобычи.// Уголь Украины. - 2001. - № 1 - с.30-34.
2. Курносов В.Г., Красик Я.Л., Синенко В.В. Многофакторные системы контроля опасности развития аварий.// Уголь Украины. - 2002. - № 10. - с.32-35.
3. Курносов В.Г., Красик Я.Л., Синенко В.В. Безопасность работы шахт в ХХI веке - технические средства, контроль, прогноз и управление.// Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Обчислювальна техніка та автоматизація. Випуск 48.- Донецьк.2002. - с. 129-136.