ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Небезпека гірничих робіт загальновідома. Причинами небезпеки є ті особливі умови, в яких доводиться вести гірські роботи.

Тиск гірських порід на покрівлю та стіни шахтних виробок, постійно загрожує обвалами; задушливі й вибухові гази і пил; скупчення води в товщах порід і верхніх горизонтах і прориви її в діючі виробки; необхідність для значної частини шахтарів щодня пересуватися до місця робіт по вертикальних або крутопохилих виробках; звичайна тіснота підземних виробок, мізерне освітлення, а в інших випадках погане провітрювання, висока температура і вологість повітря і постійний проливний дощ водяних струменів і бризок з покрівлі і стін виробок - все це створює цілий ряд дуже серйозних, почасти стихійних джерел небезпеки для життя і здоров'я гірників, яким доводиться не тільки нести на собі ризик промислового робочого взагалі (пошкодження інструментами, механізмами, машинами, проводами, падіння важких предметів, опіки парою і т. п.), а й піддаватися впливу численних небезпек, властивих безпосередньо гірничої справи.

Статистика нещасних випадків у промисловості показує, що для гірника ризик загинути, принаймні, в 4 рази вище ризику робітника-металіста. Підземні гірничі роботи небезпечні ще в тому відношенні, що при них можливі масові, катастрофічного характеру нещасні випадки такого масштабу, як ні в якій іншій галузі промислового праці. Особливо небезпечні за своїми наслідками вибухи газу і пилу, пожежі та раптові виділення газів.

1. Актуальність теми

Обрана тема актуальна, тому що забезпечення безпеки праці гірників - важлива проблема на сьогоднішній день для всього світу і окремо для нашого регіону, враховуючи його основну діяльність. Промисловий потенціал Донецька займає 2-е місце в області за обсягами промислового виробництва (після Маріуполя) і 1-е місце за темпами зростання. На території міста розташовано 94 вуглевидобувних підприємства. Разом з містом Макіївка - був найбільшим промисловим вузлом.

І сьогодні вугільна галузь - одна із стратегічних для України завдяки тому, що вугілля власного виробництва становить левову частку в обсягах поставок на вітчизняні енергогенеруючі та коксохімічні підприємства. Тому благополуччя вугільників - це складова частина та енергетичної безпеки України, і експортного потенціалу металургів (експорт металургійної продукції забезпечує до 40% загальної валютної виручки в країні). Як нерозумна приватизація, так і відсутність фінансування на модернізацію підприємств можуть негативно позначитися на економіці всієї держави.

Вугільна галузь України лідирує за рівнем травматизму і смертності на виробництві. За офіційною статистикою кожен видобутий мільйон тонн вугілля на Україну забирає життя двох гірників. Для порівняння: в США - 0,03, в Росії - 1,1 [1]. Це пов'язано з небезпечними умовами праці шахтарів, а також з несучасним, застарілим обладнанням в шахті. І сьогодні необхідно приділити особливу увагу проблемі безпеки шахтарів.

2. Мета і задачі дослідження

Метою роботи є розробка автоматизованої системи спостереження і пошуку гірників у шахті, відповідної НПАОП 10.0-1.01-08 «Правила безпеки у вугільніх шахтах» [2].

Об'єктом дослідження в роботі є процес пошуку і спостереження гірників у шахті. Предметом дослідження виступають автоматизація процесів пошуку і спостереження шахтарів.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні завдання:

- дослідити та проаналізувати існуючі способи і засоби пошуку гірників у шахті;

- провести аналіз існуючих систем спостереження та пошуку гірників у шахті;

- розробити структуру і алгоритм роботи автоматизованої системи спостереження і пошуку гірників у шахті;

- вибрати комплекс апаратно-технічних засобів для реалізації розробленої системи.

У даній роботі здійснено огляд та аналізсуществующіх систем.

3. Огляд дослиджень та розробок

Вчені всього світу займаються проблемами безпеки гірників, але незважаючи на постійне вдосконалення технологій, питання щодо забезпечення безпеки гірників поки залишається відкритим. На сьогоднішній день існує досить велика кількість систем, що займаються питаннями табельного обліку, позиціонування та пошуку гірників. Структура огляду системи: загальний опис системи, їх функції, технічна база, принцип роботи.

3.1 Система позиціонування ерсоналу та транспорту СПГТ-1

Система позиціонування гірників та транспорту СПГТ-41 призначена для виконання вимог п.41 ПБ 05-618-03 і п.17 ПБ 03-553-03 в частині забезпечення спостереження за становищем персоналу та внутрішньошахтного транспорту, що знаходяться в підземних виробках, та надання інформації про їх місцезнаходження шахтним та аварійно-рятувальним службам [9].

СПГТ використовує технологію активних RFID-міток і забезпечує роботу в аварійній ситуації протягом 16-24 годин при відсутності електроживлення.

Виконувані функції:

Основні програмно-технічні засоби: радіоблоки (РБ), сервер - комп'ютер в промисловому виконанні, маршрутизатор - програмований комутатор мережі Ethernet 10/100TX, бар'єри іскробезпеки (БІ), АРМ Ламповщіка, АРМ табельника, зчитувачі (СЧ), повторювачі (ПВ),джерела живлення (ІП),автономна точка відмітки (АТО), мобільний пристрій реєстрації (МУР).

Структура системи представлена ​​на зображенні 1.

Система СПГТ-1

Зображення 1 – Структура системи СПГТ-41

Принцип роботи системи. Робота системи позиціонування гірників та транспорту СПГТ-41 заснована на реєстрації малопотужних високочастотних приемопередатчиков (міток), що вбудовуються в шахтні головні світильники гірників, на стаціонарних зчитувачах, розташованих на поверхні і в підземних виробках. Мітки гірників входять до складу радіоблоків субра-02СМ, що забезпечують одночасну роботу в складі системи СПГТ-41 та комплексу аварійного оповіщення субра-1П.

Основою провідного зв'язку з інтерфейсом RS-485 є магістралі зв'язку, кількість яких визначається топологією контрольованої шахти (рудника). Розподіл магістралі зв'язку на сегменти здійснюється за допомогою повторювачів, при цьому довжина сегмента не повинна перевищувати 3,5 км і кількість пристроїв на сегменті повинно бути не більше 14.

Позиціонування гірників здійснюється шляхом фіксації сигналу персональних радіоблоків, вбудованих в головні світильники, на стаціонарних зчитувачах УРПТ. Взаємодія між зчитувачем і влучною системи позиціонування, вбудованою в радіоблок, є двонаправленим і бездротовим.

Зчитувачі встановлюються на входах в шахту (рудник), на межах ділянок, входах в штреки, ухили, бремсберги і т.п., їх кількість визначається топологією гірських виробок і бажаною точністю позиціонування персоналу. Розташування зчитувачів повинно забезпечувати поділ підземного простору на безперервну систему зон (ділянок). Зчитувачі, встановлені на входах в шахту (рудник), контролюють наявність персоналу в підземних виробках. Зчитувачі, встановлені в підземних виробках, контролюють наявність персоналу в зонах зчитування. Послідовна фіксація радіоблоків гірника на різних зчитувачах дозволяє відстежити марgthшрут його руху [3].

3.2 Апаратно-програмний комплекс АСТУ-АМІ

АСТУ-АМІ - це програмно-апаратний комплекс для шахт, що поєднує в собі можливості повної автоматизації табельного обліку підприємства та рішення традиційних завдань контролю та управління доступом працівників і відвідувачів на підприємство та його об'єкти [4].

АСТУ-АМІ реалізує наступні функції:

- ідентифікація персоналу і відвідувачів за допомогою електронних карток - пропусків і їх аналогів - радіочастотних ідентифікаторів, вбудованих в шахтарські світильники;

- контроль місцезнаходження і пересування персоналу і відвідувачів по території підприємства, а також формування відомостей для забезпечення безпечних умов його роботи;

- інформаційне забезпечення заходів з ліквідації аварійних ситуацій (у разі аварійної ситуації на основі даних про реєстрації ПО АСТУ-АМІ дозволяє оперативно сформувати звіт про наявність працівників на території підприємства і його об'єктах);

- автоматична реєстрація приходу-відходу і інших типів подій;

- контроль і управління доступом персоналу та відвідувачів на підприємство та його об'єкти на основі прав доступу, з використанням обраних технічних засобів, а також засобів відеоспостереження. Структура системи представлена ​​на зображенні 2.

ASTU-AMI

Зображення 2 – Структура автоматизованої системи табельного обліку і контролю доступу АСТУ-АМІ

У складі технічних засобів використовуються сертифіковані вибухобезпечні табельні ідентифікатори, розроблені для систем автоматизованого табельного обліку підземних трудящих шахт та інших підприємств, що мають вибухонебезпечні умови. ОТІ дозволяє здійснювати радіочастотне зчитування ідентифікаційних номерів карток і ідентифікаторів, конструктивно вбудованих в головні світильники безпосередньо в шахті.

Система відкрита для підключення нових типів пристроїв і розширення функціональних можливостей.

Набір функціональних можливостей системи визначається замовником, в залежності від специфіки реалізованого проекту.

Основні завдання, які вирішуються АСТУ:

- контроль і управління доступом в шахту;

- контроль знаходження шахтарів в певних зонах в шахті;

- табельний облік підземних трудящих і працюють на поверхні.

Ідентифікатори в АСТУ:

- RFID картки (контроль і керування доступом на територію працівників шахти і відвідувачів, відмітка приходу на шахту і догляду враховуються працівників, отримання / повернення світильників в лампової);

- активні абонентські пристрої в акумуляторних банках світильників (автоматична ідентифікація шахтаря в зоні лінійного зчитувача системи позиціонування);

- пасивні RFID транспондери в фарах світильників (реєстрація отримання / повернення світильників, управління доступом в шахту через турнікет в лампової, відмітка спуску на нижній посадочній площадці похилого стовбура).

Основне обладнання АСП-ТУ:

- турнікети з зчитувачами карток і пасивних транспондерів в фарах світильників у загальнопромисловому виконання;

- зчитувачі карток і пасивних транспондерів в фарах світильників у вибухобезпечному виконанні;

- лінійні зчитувачі активних абонентських пристроїв в акумуляторних банках світильників;

- комунікаційне та енергозабезпечуючих обладнання випромінюючої кабельної мережі;

- комунікаційне обладнання кабельних ліній зв'язку контролерів турнікетів на поверхні, обчислювальна техніка та мережеве обладнання.

Організація видачі світильників в лампової:

- шахтар передає свою картку ламповщіце, яка реєструє її піднесенням до зчитувача «Видача»;

- перевіривши по фотографії на картці належність її працівнику, ламповщіца приносить його світильник і піднесенням фари до того ж зчитувача «Видача» реєструє його видачу (картка може залишатися в лампової до повернення світильника);

- при видачі резервного світильника, ламповщіца піднесенням картки шахтаря до персонализатором викликає на екран ПЕОМ його облікову форму, а потім піднесенням фари світильника «прикріплює» його до даного працівника.

Організація доступу в шахту здійснюється наступним чином:

- шахтар зобов'язаний («Інструкція з табельної обліку підприємства») піднесенням фари світильника до зчитувача турнікета в лампової отримати дозвіл на спуск в шахту і зареєструвати час початку руху до робочого місця (ходові);

- АСП-ТУ може блокувати турнікет і не дозволити спуск: не в свою зміну, у відпустці, на лікарняному, без нарко - або медогляду;

- при виїзді піднесенням фари світильника до зчитувача турнікета шахтар зобов'язаний зареєструвати факт і час виїзду (ходові і упряжка).

Організація повернення світильників в лампової:

- при поверненні світильника ламповщіца піднесенням його фари до зчитувача «Повернення» реєструє час і факт повернення світильника;

- встановивши світильник на зарядний місце, ламповщіца повертає працівникові його картку після піднесення її до того ж зчитувача.

Переваги АСТУ-АМІ:

- практично абсолютна достовірність табельної інформації;

- інтеграція професійного табельного обліку з управлінням доступом;

- багатокористувацький режим і інтеграція з завданнями розрахунку зарплати;

- Повна відповідність галузевим вимогам [5].

3.3 Система Радіус – 2

Система «Радіус-2» є комплексом, інтегруючим без значних витрат в єдиній системі бездротового підземного аварійного оповіщення та персонального виклику нові додаткові функції пошуку людей, захоплених аварією - підсистема «РадіусПошук» і спостереження місцезнаходження людей у ​​шахті і автоматичний табельний облік - підсистема «РадіуСкан ».

Система «Радіус-2» забезпечує підвищення оперативності рятувальних робіт в аварійній ситуації і в управлінні підземним гірничим виробництвом. Гірський диспетчер має можливість миттєво передати з пульта, встановленого на поверхні шахти, крізь товщу гірських порід в будь-яке місце шахти сигнал загального аварійного оповіщення для евакуації людей з шахти або персонального виклику шахтарю для зв'язку з диспетчерів з найближчого телефону.

Зона дії системи: в будь-якому місці шахти на будь-яку глибину крізь гірський масив не залежно від провідності порід.

Ємність кодів системи «Радіус-2»: персонального виклику - 1024, загального оповіщення по типу аварії - 4. Передача цифрових чи текстових повідомлень - 16 запрограмованих повідомлень.

Принцип дії апаратури бездротового підземного аварійного оповіщення та персонального виклику показаний на зображенні 3.

Radius-2

Зображення 3 – Принцип дії апаратури бездротового підземного аварійного оповіщення та персонального виклику

Принцип дії апаратури бездротового підземного аварійного оповіщення та персонального виклику побудований на використанні технології передачі сигналів крізь гірський масив.

У разі передаварійній або аварійної ситуації (рівень вмісту метану, пожежа, обвал ...) диспетчер шахти з пульта управління передавального пристрою, встановленого на поверхні шахти, передає кодові радіосигнали аварійного оповіщення або персонального виклику в підземні виробки крізь товщу гірських порід.

Шахтарське абонентський пристрій приймальне, вбудоване в кришку світильника приймає сигнали і перетворює їх в миготіння лампи світильника різної частоти і тривалості і в звукові сигнали.

За типом цих сигналів шахтарі отримують інформацію про події в шахті - Аварія або Виклик.

Інтегруючим сигнально-інформаційним пристроєм системи «Радіус-2» є шахтарське багатофункціональний пристрій, «Радіус 1-ПЗМ 8».

Пристрій приймальне «Радіус 1-ПЗМ 8» випускається в різних варіантах виконання в залежності від типу шахтного головного світильника, в який він вбудовується.

Всі шахтні головні світильники - радіосігналізатори (завод виробник: ТОВ «ПЗ Світлотехніка", м. Прокоп'євськ, ВО «Електроточпрібор», м. Омськ, ТОВ «Аеротест», м. Москва та ін) сертифікуються в складі системи «Радіус-2» в установленому порядку.

В залежності від призначення вбудовуване пристрій приймальне «Радіус 1-ПЗМ 8» c основною функцією оповіщення про аварію, персональний виклик людей незалежно від того в якому місці шахти вони знаходяться доповнюється функціями:

- пошук захоплених аварією людей в шахті;

- спостереження місцезнаходження, автоматичний табельний облік персоналу шахти.

Управління пристроєм передавальним здійснюється від пультів місцевого та дистанційного управління (ПДУ) або від персонального комп'ютера за допомогою інтерфейсу RS-485 та програмного забезпечення «Radius» для Windows.

Максимальне видалення пульта дистанційного керування від передавача - 1 км. Для забезпечення управління на відстані більше 1 км можуть бути використані локальні мережі Ethernet (вита пара, оптоволокно, радіоканал) мережеві протоколи ModBus / RTU, ModBus / TCP або аналогові модеми, що працюють по виділеній телефонній парі.

Передача повідомлень здійснюється за допомогою низькочастотних електромагнітних хвиль використовуючи сітку частот з нижнього діапазону 25 Герц до 2500 герц з кроком 50 герц.

Сітка частот дає можливість вибрати оптимальну частоту просвічування гірських порід в залежності від її питомої провідності. Передавальний пристрій може програмно переходити з однієї частоти на іншу. Поділ за частотою дозволить вирішити проблему сумісності шахтних полів виборчим чином [6].

В результаті аналізу сучасних систем безпеки в шахті була виявлена ​​загальна структура системи безпеки в шахті. Структура даних систем аналогічна представленої на зображенні 4.

Общая структура
Зображення 4 – Структура системи спостереження і пошуку гірників у шахті

Як бачимо, основними елементами сучасних систем є:

- зчитувачі

- мітки - унікальні ідентифікатори гірників;

- система передачі даних - комутатори, мережа;

- поверхневий комплекс - автоматизовані робочі місця диспетчерів, сервери зберігання інформації.

Принцип роботи системи наступний. У світильник кожного гірника вбудована унікальна мітка. По всій шахті, в залежності від її топології, розставлені зчитувачі цих позначок. При проходженні шахтарем через зону зчитування, мітка реєструється зчитувачем і далі по мережі передачі даних надходить на диспетчерський пульт. Таким чином, вирішуються два питання: табельний облік і позиціонування гірників. А також у разі аварії рятувальникам надається оперативна інформація про останній місцезнаходження шахтарів у шахті. Але залишається відкритим питання оповіщення та пошуку гірника безпосередньо за завалом. Диспетчер на поверхні повинен бачити інформацію про кількість гірників у шахті та їх певне розташування (див. зобр. 5).

Информация о горнорабочих в шахте
Зображення 5 - Інформація про гірників у шахті (анімація: 5 кадрів, 3 цикли повторень, 40,5 кілобайт)

 

4. Використання бездротових технологій в шахті

Розглянемо детальніше використовуваний в наведених системах ідентифікатор і особливості його використання. В якості даних міток використовується так звана, RFID - мітка. Вона має свої переваги, зокрема: безконтактна робота, робота поза прямої видимості, зберігання досить великої зберігання даних, підтримка читання декількох міток, міцність. Всі ці переваги безумовно мають місце, але недоліки RFID - мітки, роблять їх застосування в шахтних умовах неможливим. До недоліків або обмеженням використання RFID - мітки відносять:

1. Невисокі робочі характеристики в присутності радіонепрозрачних і радіопоглащающіх матеріалів. Така поведінка залежить від частоти. Технологія в сучасному її стані погано працює з такими матеріалами, а в деяких випадках відмовляє повністю.

2. Вплив факторів навколишнього середовища. Умови навколишнього середовища можуть чинити негативний вплив на RFID-рішення. Якщо робоча середу містить велику кількість металу, рідини і т.д. це може впливати на точність читання міток в залежності від частоти.

3. Вплив перешкод від апаратури. На RFID-рішення може негативно впливати неправильна установка апаратури (наприклад, розташування та орієнтація антени).

4. Обмежена проникаюча здатність енергії радіохвиль. Хоча RFID не вимагає прямої видимості, існує межа проникнення енергії радіохвиль, навіть в радіопрозорі об'єкти [7-8].

На сьогоднішній день перспективною заміною технології RFID є технологія ZigBee. Робоча частота 2.4 ГГц. Вона виграє за такими критеріями як низьке енергоспоживання і помехустойчівость. Також технологія ZigBee володіє наступними перевагами:

Технологія ZigBee не призначена для передачі великих обсягів інформації. Однак для передачі показників датчиків, обсяг яких рідко перевищує десятків байт, не потрібно високих швидкостей - у цьому випадку обов'язкові високі показники по енергоспоживанню, ціні і надійності [11].

Ще однією відмінною рисою від використовуваних технічних засобів в сучасних системах позиціонування, є те, що в системі з використанням технології ZigBee не буде поділу на зчитувачі, ідентифікатори та пошукові пристрої. Всі ці пристрої будуть замінені на ZigBee модулі, з різною специфікацією:

mesh
Зображення 6 – Топологія Mesh-мережі

Всі ці пристрої будуть становити єдину карту пристроїв, які здатні обмінюватися між собою інформацією. Це пов'язано з тим, що технологія ZigBee підтримує не тільки прості топології бездротового зв'язку («точка-точка», «зірка»), а й складну комірчасту топологію Mesh (див. зобр. 7).

Повідомлення надходять від вузла до вузла, до тих пір, поки не досягнуть кінцевого одержувача. Можливі різні шляхи проходження повідомлень, що підвищує доступність мережі в разі виходу з ладу того чи іншого вузлу [4].

Висновки

Аналіз існуючих систем спостереження гірників під завалами показав, що сучасні системи теоретично вирішують поставлені в «Правилах безпеки у вугільних шахтах» завдання, але на практиці представлені системи мають ряд недоліків.

У зв'язку з цим пропонується розробити автоматизовану систему спостереження та пошуку гірників у шахті на базі існуючих принципів і структури системи, але з використанням технології ZigBee.

Таким чином, нова система буде володіти рядом переваг в порівнянні з попередніми аналогами:

- точність позиціонування, за рахунок того, що дані пристрої не схильні до впливу навколишнього середовища, на відміну від RFID;

- доступна функція двостороннього оповіщення і зв'язок між гірниками;

- можливість пошуку шахтаря в разі аварійної ситуації.

Перелік посилань


1. Аварии на шахтах Украины в 2007-2010 годах. Справка [Электронный ресурс]/ РИА Новости – Режим доступа: http://www.rian.ru/spravka/20100613/245849728.html

2. Про затвердження Правил безпеки у вугільних шахтах: Закон Украіни від 07.09.2011 N 960 // Офіційний вісник України. – 2011. – № 62 – Режим доступу: http://zakon2.rada.gov.ua/laws/show/z0327-05

3. Система позиционирования горнорабочих и транспорта СПГТ-41. [Электронный ресурс] – Электрон. дан. – Ingortech, 2007 - Режим доступа:http://www.ingortech.ru/index.php?option=com_content&task=view &id=98&Itemid=31

4. Брейман М.Г. К концепции автоматизации табельного учета горнодобывающих предприятий / М.Г. Брейман, В.Н. Терещенко//Уголь – 2006 –  №4. 56 с.

5.Трухин В.И.Украина и Кузбасс - интеграция на службе повышения безопасности и эффективности в угольной отрасли/Журнал "ТЭК и ресурсы Кузбасса", - 2004 г. Режим доступа:  http://shtrih-m.kuzbass.ru/articles/1

6. Система Радиус – 2 [Электронный ресурс] - Электрон. дан. – Научно-внедренческий инженерный центр «Радиус», 2005 - Режим доступа: http://www.radius-nvic.ru

7.  Финкенцеллер, Клаус. RFID-технологии. Справочное пособие / К. Финкенцеллер; пер. с нем. Сойунханова Н.М. — М. : Додэка-XXI, 2010. — 496 с.: ил. — Доп. тит. л. нем. — ISBN 978-5-94120-232

8. Преимущества и ограничения RFID технологии  [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.itproject.ru

9.Правила безопасности в угольных шахтах: Постановление Госгортехнадзора России № 50 / Начальник Госгортехнадзора России В.М. Кульечев. – М.: Москва – 2004. – 134 с.

10. Краткий теоретический курс по технологии беспроводных сетей ZigBee [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://indemsys.ru

11. Панфилов Дмитрий. Введение в беспроводную технологию  ZigBee стандарта 802.15.4/ Панфилов Дмитрий, Соколов Михаил//Электронные компоненты – 2004 – 12. С. 75.


Зауваження

На момент написання даного реферату магістерська робота ще є не завершеною. Передбачувана дата завершення: 1 грудня 2012 р., через що повний текст роботи, а також матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника тільки після зазначеної дати.