Система управления вентиляторной установкой главного проветривания для горнодобывающего предприятия, Промышленные АСУ и контролеры, 8/2010

Громов В. С., Лапшин В. Р.

Важной компонентой горнодобывающего предприятия является система жизнеобеспечения людей непосредственно находящихся в шахте, расположенной на расстоянии от поверхности на сотни метров. Бесперебойная подача объёмов чистого и свежего воздуха с производительностью 300-400  м³ /с и депрессией в 3500-4000Па в шахты глубокого залегания является одной из важных производственных задач на действующих шахтах. Всё это приводит к созданию при действующих рудниках достаточно мощных по потреблению электрической энергии вентиляционных установок для, так называемого главного проветривания удалённых от поверхности горных выработок. Причём такие установки могут размещаться как на поверхности, так и под землёй в местах старых выработок.

Поскольку шахты эксплуатируются несколько лет, зачастую и десятки лет, от подобного оборудования требуется сохранение работоспособности в течение всего производственного цикла жизнедеятельности шахты, что обеспечивается методами резервирования аппаратуры для оперативной замены или ремонта в случае отказа, а также контролем, диагностикой состояний важных параметров установок таких как температуры подшипников двигателей и вентиляторов, давление масла в гидроприводящих механизмах, наличие недопустимых вибраций, контроль фаз и т.д. для упреждения отказа и принятия своевременных мер по профилактике оборудования.

С целью обеспечения надёжности бесперебойного проветривания обычно строят две вентиляторные установки основную и резервную, причём последняя находится в горячем резерве, чтобы сократить время на переход резерва в рабочее положение. Поскольку это время перехода критично для жизнедеятельности, смена позиций должна производиться автоматически и за минимально короткое время. Применяют различные схемы смены позиций: одна из них связана с механическим перемещением установки с резервной на рабочую позицию. Данная схема перехода с резервной позиции в рабочую как показывает опыт является более сложной, требует большего времени, менее надёжна из-за движущихся частей, хотя и является весьма оригинальной и привлекательной. Такая структура вентустановки главного проветривания была реализована при участии ЗАО «РТСофт» немецкой фирмой «Howden Ventilatoren GmbH» в р-ке Беларусь на новом калийном руднике «Краснослободский» вблизи г. Солигорск.

Однако только резервированием вентиляторов проблему надёжности решить нельзя. Система управления вентилятором тоже подвержена отказам и при схеме жёсткой привязки к «своей» вентиляторной установке при отказах приводит к необходимости менять позиции вентиляторных установок в целом. На практике авторы реализовали схему горячего резервирования управляющих контроллеров системы управления предложенную фирмой SIEMENS на базе контроллеров S7-H400. При этом дублировались не только контроллеры, но и интерфейсные связи с аппаратурой нижнего уровня. С целью экономии этих связей и повышения помехоустойчивости авторы применили технологию распределённого ввода/вывода на базе удалённых станций ЕТ-200M и запараллеленной промышленной шины PROFIBUS DP. При этом для связи контроллера с модулем ввода/вывода использовались индивидуальные промышленные шины PROFIBUS DP и, таким образом, отказ одного из контроллеров Н400 или рабочей промышленной шины переводит резервный контроллер в активный режим, что обеспечивает автоматический подхват управления вентиляторной установкой без переключений на резервный комплект технологического оборудования. В такой схеме любому контроллеру из 2-х доступно управление любой из 2-х вентиляторной установки.

На следующем более высоком уровне применяются два дублированных Автоматизированных Рабочих Места (АРМ) на базе ПЭВМ, Эти АРМ сидят на общей оптоволоконной сети промышленной ETHERNET и соединены по ней с контроллерами. В процессе эксплуатации только одно АРМ находится в режиме управления, другое –только в режиме мониторинга. В случае необходимости АРМ-ы могут по указанию оператор меняться своими функциями. В случае выхода из строя двух АРМ система продолжает функционировать под управлением встроенного в систему пульта оператора в виде программируемого пульта OP77A (SIEMENS) с дисплеем на базе LCD.

На рисунке показаны структура системы, сохраняющей живучесть при одиночных отказах входящих в неё составных частей. Не трудно видеть, что такая схема за счёт дублирования отдельных частей и организации перекрёстных связей обеспечивает несколько вариантов рабочих конфигураций.

Приведённый подход применим и в других системах надёжного жизнеобеспечения. Например, в системах вентиляции автодорожных тоннелей, где в экстремальных случаях система вентиляции должна быть готова и работоспособна обеспечить дымоудаление или удаление опасных для здоровья концентраций газов, чтобы не допустить отравление находящихся в тоннеле людей.

Рис.1 Структурная схема Системы Управления Вентилятором Главного Проветривания Краснослободского рудника