Системы диспетчерского контроля и управления горным предприятием автоматизированные АСКУ мод. АСКУ 4.0

Назначение

Системы диспетчерского контроля и управления горным предприятием автоматизированные АСКУ модели АСКУ 4.0 (далее - система) предназначены для автоматического непрерывного измерения объемной доли метана (автоматический газовый контроль - АГК), объемной доли диоксида углерода, оксида углерода, сероводорода, диоксида азота, оксида азота, водорода, кислорода, массовой концентрации пыли в рудничном воздухе, скорости воздушного потока, а также температуры воздуха и давления в шахте и передачи измерительной информации на диспетчерский пункт, обработки информации, ее отображения и хранения.

Система обеспечивает защитное отключение электропитания шахтного оборудования и выдачу сигналов при достижении предельно допускаемых значений измеряемых параметров, в том числе объемной доли метана (автоматическая газовая защита - АГЗ), выдачу предупредительных сигналов, сбор и обработку информации о состоянии технологического оборудования объекта контроля (шахты) и передачу измерительной информации на диспетчерский пункт для ее обработки, отображения и хранения. Система осуществляет местное и централизованное диспетчерское ручное, автоматизированное и автоматическое управления основным и вспомогательным технологическим оборудованием и аппаратами энергоснабжения, в том числе АПТВ (автоматическое проветривание тупиковых выработок), АУК (автоматизированное управление конвейерами) и др.

Описание

Системы представляют собой стационарные многоканальные приборы непрерывного действия и состоят из следующих элементов:

1) Серверы приема, хранения и передачи информации (СПХПИ) - наземная часть системы.

2) Внешние устройства, подсоединяемые к СПХПИ вне взрывоопасной зоны (рабочая станция с печатающим устройством, устройство бесперебойного питания (УПС), администраторы связи, барьеры безопасности, медиаконверторы).

3) Подземные контроллеры (далее - ПК) Minewatch PC 21, предназначенные для приема измерительной информации от первичных измерительных преобразователей (ПИП), ее обработки и передачи на диспетчерский пункт. ПК Minewatch PC 21 могут включать в себя модули вво-да/вывода PC 21-1, дисплейные модули PC 21-D (монохромный дисплей) или PC 21-CD (цветной дисплей), модули телеметрии PC 21-2T (передача данных по витой паре, протокол SAP), модули преобразования Modbus в CAN bus MW-MC, преобразования CAN bus в Modbus MW-MS, преобразования CAN bus в Ethernet IP MW-EIP и медиаконвертора MW-МК (для передачи данных по оптическому кабелю). Совместно с ПК, в зависимости от типа входных/выходных сигналов, используются интерфейсы RS485/422 и оптический типа CSL 9065, а также дифференциальный модуль.

Модули PC 21 объединяются в кластеры, в каждом из которых может быть максимум до 8ми модулей, связанных посредством CAN bus с максимальной длиной кабеля 500 м, использующей три жилы шахтного кабеля (скорость обмена данными между модулями в кластере до 125 кбод).

В кластерах, в составе которых используется модуль MW-MC, может быть максимум 5 модулей. В кластере может быть только по одному модулю MW РС21-2Т или MW-EIP и MW PC21-CD. Таким образом, в кластере при отсутствии модуля преобразования MW-MC, может быть дисплейный модуль PC21-D или PC21-CD (обычно адрес 1), модуль MW PC21-2T или MW-EIP (обычно адрес 7) и 6 модулей MW РС21-1 (обычно адреса 0 и 2-6). Если в составе кластера используется модуль преобразования MW-MC (обычно адрес 3), то в кластере еще могут быть: модуль PC21-D или PC21-2CD (обычно адрес 1), модуль MW PC21-2T или MW-EIP (обычно адрес 7)

и 2 модуля MW РС21-1 (обычно адреса 0 и 2). Модуль преобразования MW-MS влияние на количественный состав кластера не оказывает. Модуль медиаконвертора MW-МК в состав кластера не входит.

Каждый модуль ввода-вывода PC 21-1 обеспечивает подключение до 14-ти сигналов с дискретных датчиков или аналоговых ПИП.

К одному кластеру могут быть подключены до 7-ми удаленных кластеров. Между собой эти 8 кластеров могут обмениваться данными со скоростью 10 кбод посредством моста CAN bus и располагаться на расстоянии до 5 км.

В общем виде структура Системы представлена на рисунке 1.

Модуль телеметрии Minewatch РС21-2Т обеспечивает передачу данных на поверхность на расстояние до 15 км по протоколу SAP в соответствии с британским стандартом BS6556.

В случае использования оптического канала передачи данных на поверхность, вместо модуля телеметрии Minewatch РС21-2Т используется модуль преобразования CAN bus в Ethernet IP MW-EIP и модуль медиаконвертора MW-МК. В этом случае передача информации по одномодовому оптическому кабелю возможна на расстояние до 10 км.

В шахте модули располагаются в оболочках, разработанных для отдельных применений, образуя ряд стандартных блоков. В системе могут использоваться следующие блоки ПК MW PC21:

- блок ввода/вывода MW - БВВ (может содержать до двух модулей MW PC21-1, модуль MW-

МС и модуль MW-EIP);

- блок телеметрии MW-БТ (может содержать модуль MW РС21-2Т и, при передаче информа

ции на поверхность от оборудования третьей стороны, модуль MW-MC);

- блок оптотелеметрии MW - БОТ (может содержать модуль MW-EIP и до 2-х модулей MW-

МК);

- блок управления MW - БУ (может содержать до двух модулей MW PC21-1, модуль MW

PC21-2CD, модуль MW-MC, модуль MW-EIP и модуль MW-MS);

- блок преобразования Canbus в Ethernet IP MW-EIP (содержит модуль MW-EIP);

- блок медиаконвертора MW-МК (может содержать до 2-х модулей MW-МК);

- блок управления, сигнализации и связи MW - БУСС (может содержать до двух модулей

MW PC21-1, модуль MW PC21-2CD, модуль MW-MC, модуль MW-EIP, модуль MW-MS и до 2-х сигнальных плат). Наличие сигнальных плат позволяет обеспечить функции аварийного останова конвейера с контролем индикацией номера сработавшего блока аварийного отключения, а также контроля, сигнализации и предстартовых блокировок.

- блок кластера Minewatch - БК (содержит до 8-ми модулей различного типа).

- блок считывателя Minewatch PC21-R служит для автоматического бесконтактного определения идентификационного номера жетона - тага (закрепленного за подземным персоналом или транспортным средством), находящегося в поле действия антенн, и направления его перемещения.

Наличие в блоке считывателя линии передачи CAN bus позволяет ему выступать как в роли обычного модуля в кластере, так и отдельного кластера. Однако если блок располагается на расстоянии менее 5 км от диспетчера, то часто, используя линию связи мост-CAN, информацию с него напрямую передают на наземную часть. В этом случае для гальванической развязки искроопасных цепей на поверхности и искробезопасных цепей подземной части используют стандартные для этого протокола сертифицированные барьеры безопасности MTL 7755-АС или S914-AC.

4) Первичные измерительные преобразователи (ПИП).

В состав измерительных каналов (далее - ИК) Системы входят ПИП, перечисленные в таблице 1.

Искробезопасные цепи (шахта)

Искроопасные цепи (поверхность)

ГН оду ль ввода1 вывода MW РС21-1

Модуль в вада, вывода MW РС21-1

стан имя

Датчики

уедут= адобсаэйаатмя □в т виз в

модуле

CanBUS MW РС21-МС

Модуль эдод а вывода 1>С21-1

|‘'ИЖИК''] |*‘[И¥ИИ'

[Пиния: :|

Модуль

м вдиа

["инмя::|

Модуль медиа нон вер тора MW-MK

кон аертора MW-MK

Барьер Безопасности типа 25234

Модуль медиа конвертора MW-MK №1

Рисунок 1 - Принципиальная схема системы

Барьер Безопасности ипа MTL7755‘AC

Компакт

г-»_

Модуль ввода, вывода MW

РС21-1 Кластер О

Модуль длс_пвйч&и му« PC21-CD

‘ЛздуГв введя.

Модул» телеметрии MW RC21-2T

№ДуГаЯКДЛ

№дуг s а к да.1

'лдула а кда э=всда MW РСЕ1-1

Упра вгение пускателем

Мадуль дс тге й ->=i й >AV PC2KD

дуг s д«с тле й«ый И» aai-CD

Модул ь п peats раз о ва н ин Meri BUS В Сап В US MW РС21-МС

Датчики

Модули ввода.1 вы вода уедите

MWPC21-1         тоезбеазева-мя

Ой п bus з

Датчики

Модуль ввода.1 вывода MW

Датчики

VMSUSRS-KS-ar» лаеа де-ЗССХ сатвизл-'-ге-1 = ^лв-=м-и тв2а ;де есс-<.

До 4-х линий SAP

Администратор связи

эертора

Модул медиакон

MW-MK №2

АРМ оператора агк

арм диспетчера

Лист № 3

Всего листов 22

Таблица 1 - Первичные измерительные преобразователи Системы

Примечание - * - регистрационный номер в Федеральном информационном фонде по обеспечению

единства измерений Российской Федерации.__________________________________________________

Связь между первичными измерительными преобразователями и модулями ввода/вывода осуществляется посредством унифицированных аналоговых сигналов по току (4 - 20) мА или по напряжению (0,4 - 2,0) В или в цифровой форме.

Количество устройств, входящих в состав Системы на конкретном горно-технологическом объекте, определяется совокупностью контролируемых и управляемых параметров, количеством и расположением средств приема информации, устройств сигнализации, исполнительных устройств.

Уровень защиты элементов системы по ГОСТ 14254:

- подземная часть                                                                IP54 ... IP65

- наземная часть                                                                 IP20 ... IP44

Уровень и вид взрывозащиты элементов подземной части системы по ГОСТ 22782 и ГОСТ Р 51330:

- подземные модули Minewatch PC 21                                         РО ExiaI

- источники питания с батарейной поддержкой                      РВ ExdiasI (РО ExiaI)

- источники питания без батарейной поддержки                              РВ ExdiaI

- сигнализатор напряжения                                                  РВ Exs[ia]I

- первичные измерительные преобразователи                       PO ExiaI, PO ExiaI X

Уровень и вид взрывозащиты элементов наземной части системы по ГОСТ 22782 и ГОСТ Р 51330:

- барьер искробезопасности                                                       ExiaI

- СПХПИ и прочие устройства                                    без взрывозащиты

Общий вид основных технических средств Системы АСКУ показан на рисунке 2.

Модуль PC21-2CD

Модуль PC21-1

Блок питания PC 21

Модуль телеметрии PC21-2T и барьер искробезопасности

Модуль преобразования MW-MS

Модуль преобразования MW- EIP

Модуль медиаконвертора MW-МК

Датчики метана стационарные

ДМС 01, ДМС 03

Датчики искробезопасные инфракрасные ИДИ

Датчик оксида углерода искробезопасный ДОУИ

Датчик кислорода искробезопасный ДКИ

Датчик скорости воздушного потока СДСВ 01

Датчик токсичных газов стационарный СДТГ

Датчик давления МИДА-13П

Датчик температуры искробезопасный ИДТ

Измеритель запыленности стационарный ИЗСТ-01

Датчик дифференциального давления TX 6143

Система контроля параметров дегазационной сети СКПДС

Рисунок 2 - Общий вид основных технических средств системы АСКУ

Программное обеспечение

Системы диспетчерского контроля и управления горным предприятием автоматизированные АСКУ имеют следующие виды программного обеспечения:

- встроенное программное обеспечение технических средств системы (первичных измерительных преобразователей, контроллеров и пр.);

- программное обеспечение диспетчерского уровня «MineSCADA».

Программное обеспечение системы АСКУ имеет структуру, приведенную на ри -сунке 3, и может быть разделено на четыре уровня:

1) Полевой уровень - встроенное ПО микропроцессорных первичных измерительных преобразователей.

2) Контроллерный уровень - встроенное ПО модулей ввода-вывода/модулей преобразования Canbus в Modbus;

3) Уровень передачи информации - встроенное ПО устройств передачи данных.

4) Диспетчерский уровень - прикладное ПО «MineSCADA», «Comms Server» и «OPC Server».

Встроенное ПО первичных измерительных преобразователей специально разработано изготовителем соответствующих технических средств и обеспечивает передачу данных в виде аналогового сигнала или цифровой форме в контроллеры системы.

Встроенное ПО контроллеров (модулей ввода-вывода MW PC21-1 и модулей преобразования Canbus в Modbus MW PC21-MC и преобразования CAN bus в Modbus MW-MS) специально разработано фирмой «Davis Derby Limited» и создает 8-битное значение (0 - 255) для каждого ПИП. Модуль ввода-вывода MW PC21-1 используется для аналоговых сигналов с ПИП, а модули преобразования Canbus в Modbus MW PC21-MC и преобразования CAN bus в Modbus MW-MS - для цифровых данных Modbus с ПИП. 8-битные значения используются другими контроллерами, а также передаются модулями передачи данных.

Встроенное ПО устр ойств передачи данных (модуль телеметрии MW PC21-2T, Comms Manager и модуль преобразования Canbus в Ethernet) специально разработано фирмой «Davis Derby Limited». Устройства передачи данных MW PC21-2T и Comms Manager используется , когда передача данных осуществляется по BS6556/SAP и модуль преобразования Canbus в Ethernet MW-EIP - при передаче данных помощью Ethernet IP. Модуль медиаконвертора используется для преобразования сигнала Ethernet 10/100 Base T (соединение по витой паре) в Ethernet 100 Base FX (оптико-волоконное соединение) и обратно. ПО устр ойств передачи данных не является метрологически значимым, т.к. не осуществляет преобразования данных, а только передачу.

ПО диспетчерского уровня включает в себя следующее прикладное ПО:

1) «Comms Server».

2) «MineSCADA».

3) «OPC Server»

Прикладное ПО «Comms Server» обеспечивает:

- обмен данными с контроллерами по BS6556/SAP через программный модуль «Msap.dll»;

- обмен данными с контроллерами по Ethernet IP через программный модуль «Mseip.dll»;

- передачу данных с ПО «MineSCADA»;

- передачу данных с ПО «OPC Server», обеспечивая получение контролируемых параметров без преобразований.

ПО «Comms Server» специально разработано фирмой «Davis Derby Limited» и обеспечивает доступ к неизмененным данным с контроллеров согласно конфигурации. Метрологически значимыми ПО являются два программных модуля «Msap.dll» и «Mseip.dll», которые обеспечивают обмен неизмененными данными.

Прикладное ПО «MineSCADA» обеспечивает:

- обмен данными с прикладным ПО «Comms Server» и получение значений измерений без преобразований с отображением в виде неисправленных значений на системной странице рабочей станции диспетчера;

- редактирование и хранение файлов конфигурации «MineSCADA» (каналы данных используются для получения информации с контроллеров; типы датчиков для преобразования данных о результатах измерений; мнемосхемы отображаемой информации). Файлы конфигурации «MineSCADA» защищены контрольной суммой, «MineSCADA» при работе периодически проверяет конфигурационные файлы и выдаст сообщение об ошибке, если редактирование конфигурационного файла было проведено сторонним ПО;

- преобразование результатов измерений, полученных от контроллеров, в значения с размерностью контролируемых параметров в соответствии с конфигурацией и определение характеристик, определяющих качество информации;

Рисунок 3 - Схема ПО системы АСКУ

Лист № 9

Всего листов 22

- отображение результатов измерения и контроля на дисплее диспетчера.

- отображение на дисплее текущих и архивных результатов измерения и контроля

- отображение и хранение всех результатов измерений в виде графиков (трендов).

- отображение и хранение в файлах журнала всех тревог и событий.

- защита паролем системы «MineSCADA».

Защита ПО диспетчерского уровня «MineSCADA» реализована разграничением уровня доступа пользователей (по вводу пары логин/пароль):

1) Уровень «Гость» (Guest) - пользователь может просматривать мнемосхемы и тренды, но не может изменять какие-либо параметры.

2) Уровень «Оператор» (Operator) - обладает правами Гостя и в дополнение может управлять технологическим оборудованием.

3) Уровень «Инспектор» (Supervisor) - обладает правами Оператора и может изменять большую часть конфигурации системы.

4) Уровень «Администратор» (Administrator) - обладает правами Инспектора, может добав-лять/удалять пользователей, а также добавлять/изменять типы первичных измерительных преобразователей.

Прикладное ПО «MineSCADA» специально разработано фирмой «Davis Derby Limited» для получения неисправленных данных с контроллеров, обеспечивает отображение и хранение результатов измерения в соответствии с конфигурацией и не является метрологически значимым.

Прикладное ПО «OPC Server» обеспечивает передачу данных со SCADA-систем сторонних разработчиков без преобразований.

ПО «OPC Server» специально разработано фирмой «Davis Derby Limited» и обеспечивает доступ к неизмененным данным с контроллеров согласно конфигурации и не является метрологически значимым.

Идентификационные данные метрологически значимой части ПО приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Идентификационные данные программного обеспечения

Примечание - номера версий файлов должны быть в диапазоне от 6.0.5.53 до 6.1.9.99 для msSAP.dll и от6.0.6.39 до 6.1.9.99 для msEIP.dll. Значения контрольных сумм, указанные в таблице, относятся только к файлам версий, приведенным в таблицах.

Влияние программного обеспечения учтено при нормировании метрологических характеристик системы.

Защита ПО диспетчерского уровня от непреднамеренных и преднамеренных изменений соответствует уровню С по МИ 3286-2010.

Технические характеристики

1) Диапазоны измерений, пределы допускаемой основной погрешности и номинальное время установления показаний измерительных каналов системы приведены в таблицах 3 - 11.

Таблица 3 - Измерительный канал объемной доли метана

Таблица 4 - Измерительный канал объемной доли водорода

Таблица 5 - Измерительный канал объемной доли диоксида углерода

Таблица 6 - Измерительный канал объемной доли токсичных газов и кислорода

Примечание - Свх - объемная доля определяемого компонента на входе ПИП, % или млн-1.

Таблица 7 - Измерительный канал скорости воздушного потока

Таблица 8 - Измерительный канал температуры окружающей среды

Таблица 9 - Измерительный канал давления

Таблица 10 - Измерительный канал массовой концентрации пыли

Таблица 11 - Измерительный канал параметров дегазации

2) Вариация показаний системы по измерительным каналам не более приведенной в таблице 12

Таблица 12

3) Пределы допускаемой дополнительной погрешности системы от изменения температуры окружающей среды по измерительным каналам приведены в таблице 13.

Таблица 13

4) Пределы допускаемой дополнительной погрешности системы от изменения атмосферного давления по измерительным каналам приведены в таблице 14.

Таблица 14

5) Диапазон       настройки       порогов срабатывания

сигнализации, от 0,5 до 2,0

сигнализации, ±0,1

15

объемная доля метана, %

6) Пределы     допускаемой     погрешности срабатывания

объемная доля метана, %

7) Время срабатывания сигнализации, с, не более

8) Время прогрева ПИП, входящих в состав ИК системы должно быть не более, мин:

9) Характеристики электрического питания элементов системы приведены в таблице 15. Таблица 15

10) Характеристики линий связи системы приведены в таблице 16.

Таблица 16

11) Габаритные размеры и масса элементов системы не более указанных в таблице 17.

Таблица 17

12) Электрическая мощность, потребляемая элементами системы, не более указанной в таблице 18.

Таблица 18

13) Характеристики структуры системы приведены в таблице 19.

Таблица 19 - Характеристики структуры Системы

14) Характеристики надежности элементов системы приведены в таблице 20. Таблица 20

Условия эксплуатации системы

Таблица 21

Знак утверждения типа

Знак утверждения типа наносится типографским способом на титульный лист Руководства по эксплуатации и на составные части Системы в виде таблички.

Комплектность

Типовой комплект технических средств системы включает в себя устройства, перечисленные в таблице 22.

Таблица 22

Поверка

осуществляется по документу МП-242-1449-2012 «Системы диспетчерского контроля и управления горным предприятием автоматизированные АСКУ модели АСКУ 4.0. Методика поверки», разработанному и утвержденному ГЦИ СИ ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева» «12» ноября 2012 г.

Основные средства поверки:

- стандартные образцы состава газовые смеси метан - воздух (ГСО 3907-87, 4772-88), метан - азот (3885-87, 3888-87, 3894-87), водород - азот (9168-2008), водород - воздух (3909-87, 426688), диоксид углерода - воздух (3792-87, 3794-87), оксид углерода - воздух (3843-87, 3844-87, 3847-87, 9792-2011), оксид азота - азот (8374-2003), диоксид азота - азот (8370-2003), кислород -азот (3726-87) в баллонах под давлением, выпускаемые по ТУ 6-16-2956-92.

- рабочий эталон 1-го разряда генератор газовых смесей ГГС по ШДЕК.418813.900 ТУ в комплекте с ГС в баллонах под давлением по ТУ 6-16-2956-92. Пределы допускаемой относительной погрешности от ± 7 % до ± 5 %.

- калибратор напряжения и тока искробезопасный КНТИ-40.00.00, ТУ 314879-00417282729-05. Диапазон задаваемых значений напряжения постоянного тока (10-5000) мВ, основная абсолютная погрешность ±1 мВ. Диапазон задаваемых значений постоянного тока (0,01-25) мА, основная абсолютная погрешность ±0,01 мА

Кроме того, при проведении поверки используются эталонные и вспомогательные средства поверки, указанные в нормативных документах на поверку ПИП скорости воздушного потока СДСВ 01, температуры ИДТ, давления МИДА-13П и TX 6143, массовой концентрации пыли ИЗСТ-01, параметров дегазации СКПДС.

Сведения о методах измерений

Методики проведения измерений приведены в документе «Система диспетчерского контроля и управления горным предприятием автоматизированная АСКУ модели АСКУ 4.0. Руководство по эксплуатации», 2012 г.

Нормативные документы

1) ГОСТ 24032-80 Приборы шахтные газоаналитические. Общие технические требования. Методы испытаний.

2) ГОСТ 13320-81 Газоанализаторы промышленные автоматические. Общие технические условия.

3) ГОСТ Р 52350.29-1-2008 Взрывоопасные среды. Часть 29-1. Газоанализаторы. Общие технические требования и методы испытаний газоанализаторов горючих газов.

4) ГОСТ Р 8.596-2002 ГСИ. Метрологическое обеспечение измерительных систем.

5) ГОСТ Р 8.654-2009 ГСИ. Требования к программному обеспечению средств измерений.

6) ГОСТ Р 52931-2008 Приборы контроля и регулирования технологических процессов. Общие технические условия.

7) ГОСТ 8.578-2008 ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений содержания компонентов в газовых средах.

8) ГОСТ 8.542-86 ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений скорости воздушного потока;

9) ГОСТ 8.017-79 ГСИ. Государственный первичный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств измерений избыточного давления до 250 МПа.

10) ГОСТ 8.223-76 ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема измерений абсолютного давления в диапазоне 2,7*102 - 4000*102 Па.

11) ГОСТ 8.187-76 ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема измерений разности давлений до 4*104 Па.

12) ГОСТ 8.558-93 ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерения температуры.

13) Техническая документация фирмы-изготовителя "Davis Derby Limited", Великобритания.

Рекомендации к применению

при осуществлении производственного контроля за соблюдением установленных законодательством Российской Федерации требований промышленной безопасности к эксплуатации опасного производственного объекта.