Контроль и управление в ОАО Шахта "Заречная"

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Объект контроля и управления (описание и характеристики)

ОАО «Шахта „Заречная“ является крупнейшим предприятием Угольной компании «Заречная». Шахта «Заречная» (в прошлом шахта «Северная-Полысаевская») - первая гидрошахта в стране, введена в эксплуатацию в августе 1953 года с проектной мощностью 150 тысяч тонн угля в год. В конце 90-х в связи с отсутствием средств на модернизацию, было запланировано закрытие предприятия. В 1998 году шахту приобрел новый собственник - Виктор Нусенкис. Благодаря смене владельца и последовавшему притоку инвестиций, предприятию удалось постепенно выйти из кризиса. Сегодня шахта «Заречная» - одно из ведущих предприятий по добыче и обогащению угля в России. Годовой объем добычи угля превышает 5 млн тонн. Запасы угля марки «Г» с учётом резервного блока составляют 295, 5 млн тонн. В июне 2012 года было объявлено, что приказом Федерального агентства по недропользованию досрочно прекращено право пользования недрами, предоставленное ОАО «Шахта «Заречная» с целью добычи угля подземным способом на Ленинском каменноугольном месторождении по лицензии КЕМ 00739 ТЭ. По указанной лицензии добыча не велась. Основной причиной отзыва лицензии стало нарушение порядка отработки лицензионных запасов.

Еще одним нарушением стала задержка строительства очистных сооружений - ливневых стоков. Как сообщила УК "Заречная", на июнь 2012 года работы по строительству очистных сооружений заверщаются, выполнен проект на отработку запасов, в Федеральное агентство по недропользованию подана заявка на получение краткосрочной лицензии на отработку запасов в пределах ранее прекращенной лицензии. Это позволит своевременно подготовить и отработать вышеуказанные запасы. Лицензия КЕМ 00739 ТЭ являлась одной из нескольких лицензий, по которым ведутся работы в ОАО «Шахта «Заречная». Запасы категории А+В составляли 13, 016 млн. тонн, что составляет 5, 5% суммарного объема запасов категории А+В, находящихся на балансе предприятий входящих в Угольную компанию «Заречная». На угольных пластах в рамках прекращенной лицензии планировались подготовительные работы. Шахта «Заречная» является градообразующим предприятием г. Полысаево Кемеровской области и включена в перечень наиболее значимых предприятий и организаций региона.

В 2011 году на шахте «Заречная» добыча составила 4, 6 млн тонн угля, впервые в ее истории сразу две бригады завершили год с двухмиллионными показателями. За 2011 год проходчики «Заречной» подготовили 14 110 метров горных выработок.

За 9 месяцев 2012 года ОАО «Шахта «Заречная» добыла 3, 86 млн тонн угля, в прошлом году эта цифра составила 3, 4 млн тонн угля. Годовая добыча шахты составит 5 млн тонн угля. Проходчики предприятия подготовили около 12 км горных выработок, за аналогичный период прошлого года этот показатель составил - 10, 6 км.

2. Cтруктура системы

Комплекс водоотлива шахты имеет сложную структуру, состоящую из главной и участковых водоотливных установок. На рисунке 2 приведена типовая структура комплекса водоотлива шахты.

Рисунок 2 - Типовая структурная схема комплекса водоотлива шахт

Проектирование и эксплуатация водоотливных установок осуществляется в соответствии с требованиями Правилам безопасности в угольных шахтах

В качестве перекачивающих насосов применяются секционные центробежные насосы типов ЦНС, ЦНСК, ЦНСШ, НШС и др. Главная и участковые водоотливные установки должны состоять из рабочего и резервного насосных агрегатов. При этом главные водоотливные установки и установки с притоком воды более 50 м3/ч должны быть оборудованы не менее чем тремя насосными агрегатами. Подача каждого насосного агрегата или группы рабочих агрегатов, не считая резервных, должна обеспечивать откачку максимального суточного притока воды не более чем за 20 ч.

Главная водоотливная установка является крупным электропотребителем (мощность приводного электродвигателя может достигать 1600кВт, а суммарная мощность насосных установок водоотлива по шахте составляет в среднем 20% от установленной мощности шахты. Так как водоотливные установки имеют независимый от технологии добычи график работы в течение суток, то насосные установки водоотлива могут выступать в качестве потребителей регуляторов в системе электроснабжения предприятия, включением - отключением которых, возможно снизить величину заявленной мощности предприятия (в период максимальной нагрузки на систему электроснабжения - пиковая зона нагрузки), а также неравномерность графика нагрузки энергосистемы

Организация откачки воды водоотливной установкой возможно двумя способами: в зависимости от притока воды в водосборник или от уровня воды в водосборнике. Первый способ организации водоотлива требует регулирования подачи водоотливной установки, что не всегда практически реализуемо и экономически выгодно. Так, регулирование режима работы центробежного насоса с высоковольтным асинхронным электроприводом мощностью 500 и более кВт требует применения дорогостоящих преобразователей частоты. Следует отметить и не большую глубину регулирования в сторону снижения подачи из-за возможной потери устойчивости рабочего режима насоса и т. д. Однако, благодаря минимизации числа пусков насосных агрегатов повышаются надежность работы и срок службы механического и электрического оборудования водоотливной установки.

При откачке воды в зависимости от уровня воды в водосборнике включение и отключении водоотливной установки осуществляется при достижении заданных фиксированных уровней. При таком способе работы водоотливной установки можно обеспечить работу водоотливной установке вне периодов максимальной нагрузки в системе электроснабжения предприятия.

Состояние водоотливной установки, как объекта управления, характеризуют следующие эксплуатационные параметры: -приток воды в водосборник; - уровень воды в водосборнике; - подача водоотливной установки; - расход воды через разгрузочное устройство насоса; - частота вращения рабочего колеса насоса; - давление воды в нагнетательном трубопроводе; - вакуум во всасывающем трубопроводе - температура подшипников насоса и электродвигателя; - активная мощность, потребляемая электродвигателем насоса; - вибрация насоса и электродвигателя.

Одной из особенностей функционирования водоотливной установки является непостоянство ее эксплуатационных параметров, что приводит к выходу рабочего режима насоса из зоны промышленного использования и соответственно к увеличению эксплуатационных затрат, невозможностью насосом перекачивать необходимый объем воды на существующую величину подъема.

Эксплуатационными режимами комплекса водоотлива шахты являются: пуск; рабочий режим; остановка.

Режим пуска каждой водоотливной установки начинается при достижении водой в водосборнике верхнего допустимого уровня. При ступенчатой схеме откачки пуск осуществляется также с учетом текущего уровня воды в водосборнике, куда перекачивается вода. В рабочем режиме работы водоотливной установки осуществляется перекачивание воды насосом. При достижении нижнего уровня воды в водосборнике водоотливная установка отключается.

В результате анализа эксплуатационных режимов работы водоотливных установок комплекса водоотлива шахты установлены следующие аварийные ситуации: - перегрев подшипников насоса и двигателя; - некачественная заливка главного насоса; - насос не вышел на рабочий режим за заданное время; - снижение подачи насоса ниже допустимой; - снижение напора ниже допустимого; - прорыв нагнетательного трубопровода; - закупорка нагнетательного трубопровода; - закупорка всасывающего трубопровода; - задвижка на нагнетательном трубопроводе полностью не открыта или не закрыта; - кавитация; - рабочий режим насоса вышел из зоны промышленного использования; - увеличение расхода воды через разгрузку; - гидравлический удар в нагнетательном трубопроводе; - аварии приводного электродвигателя.

Работа в аварийной ситуации снижает надежность и эффективность работы комплекса водоотлива шахты.

Таким образом, для снижения эксплуатационных затрат на водоотливе шахты необходимо обеспечить работу энергоемких водоотливных установок в рациональных режимах и исключить аварийные ситуации. Это может быть достигнуто путем разработки и применения системы мониторинга состояния и управления комплексом водоотлива шахты.

Требования к системе мониторинга состояния и управления комплексом водоотлива шахты следующие: 1) обеспечение автоматического безаварийного пуска и остановки водоотливных установок комплекса водоотлива шахты; 2) автоматический контроль основных эксплуатационных параметров водоотливных установок; 3) защита от аварийных ситуаций при работе водоотливных установок; 4) обеспечение работы комплекса водоотлива в энергосберегающем режиме; 5) обеспечение автоматического регулирования подачи водоотливной установки; 6) обмен данными в реальном режиме времени между техническими средствами автоматизации различных уровней системы мониторинга и управления; 7) ведение базы данных о текущем состоянии водоотливных установок, ее архивирование и генерирование отчетов о ходе процесса водоотлива шахты и управления им.

Требования к системе мониторинга состояния и управления комплексом водоотлива шахты следующие: 1) обеспечение автоматического безаварийного пуска и остановки водоотливных установок комплекса водоотлива шахты; 2) автоматический контроль основных эксплуатационных параметров водоотливных установок; 3) защита от аварийных ситуаций при работе водоотливных установок; 4) обеспечение работы комплекса водоотлива в энергосберегающем режиме; 5) обеспечение автоматического регулирования подачи водоотливной установки; 6) обмен данными в реальном режиме времени между техническими средствами автоматизации различных уровней системы мониторинга и управления; 7) ведение базы данных о текущем состоянии водоотливных установок, ее архивирование и генерирование отчетов о ходе процесса водоотлива шахты и управления им.

Структура, предлагаемой системы мониторинга состояния и управления комплексом водоотлива шахты является двухуровневой (см. рисунок 2). На нижнем уровне системы расположена подсистема мониторинга состояния и управления водоотливной установкой (ПМУ) для каждой водоотливной установки как главной ГВУ, так и участковой УВУ. Подсистема осуществляет контроль и управление эксплуатационными параметрами водоотливных установок. На верхнем уровне, расположена подсистема мониторинга состояния и диспетчерского управления комплексом водоотлива шахты (ПМДУ), которая осуществляется выбор рабочих режимов работы водоотливных установок и координацию между подсистемами мониторинга состояния и управления главной и участковых водоотливных установок на основе принятых глобальных показателей качества и математических моделей элементов нижнего уровня. Схема сетевого соединения в системе мониторинга состояния и управления комплексом водоотлива шахты, представленная на рисунке 3, поясняет связь между верхним и нижним уровнями системы. Сигналы об эксплуатационных параметрах технологического процесса водоотлива поступают на рабочие станции операторов водоотливных установок, где обрабатываются и формируются управляющие команды на исполнительные устройства водоотливной установки. Также, значения основных контролируемых параметров через промышленную линию связи (ПЛС), поступают в РСО верхнего уровня для их анализа, сохранения в памяти для принятия решений и формирования глобальных управляющих команд.

На рисунке 3 обозначено: ПМУ ГВУ - подсистема мониторинга состояния и управления главной водоотливной установкой; ПМУ УВУ - подсистема мониторинга состояния и управления участковой водоотливной установкой; ПЛС - промышленная линия связи

Структурная схема подсистемы мониторинга состояния и управления главной водоотливной установкой приведена на рисунке 4, где обозначено: ПЗ - привод задвижки, PLC - программируемый логический контроллер; ЗНП - заливочный насос; LЕ - датчик уровня в приемном колодце; РЕ - датчик давления в сборном коллекторе; РЕ1 - датчик давления в нагнетательном трубопроводе; РЕ2 - датчик разряжения во всасывающем трубопроводе; SЕ1 - датчик скорости вибрации насоса; SЕ2 - датчик скорости вибрации электродвигателя; ТЕ1, ТЕ2 - датчик температуры подшипников насоса; ТЕЗ, ТЕ4 - датчик температуры подшипников электродвигателя; УКМ - устройство контроля потребляемой мощности.

Рисунок 4 - Структурная схема подсистемы мониторинга состояния и управления главной водоотливной установкой

3. Технические характеристики элементов АИУС

Датчики

Взрывозащищенный датчик MS DUG2-N-25

Выключатель магниточувствительный особовзрывобезопасный (датчик) MS DUG2-N-25 предназначен для преобразования беcконтактного воздействия объекта (уровня жидкости) в электрический сигнал для управлениия исполнительным устройством, для работы в среде, не содержащей агрессивных жидкостей, газов и паров в концентрациях, приводящих к коррозии металлов или разрушению материала поплавка (вспенённый эбонит). Принцип действия основан на замыкании контактов геркона, находящегося в штанге выключателя, под действием постоянного магнита, встроенного в поплавок. Изделие обеспечивает переключение контактов геркона при уровне жидкости ниже или равном контролируемому. Возможно изменение контролируемого уровня жидкости относительно плоскости крепления выключателя, а также корректировка уровня в зависимости от плотности жидкости смещением крепежных гаек в пределах ±15 мм. Выключатель обеспечивает бесконтактную коммутацию промышленного оборудования группы I, предназначенного для подземных выработок шахт и рудников и их наземных строений, опасных по рудничному газу с возможными примесями других горючих газов или пыли в условиях особовзрывоопасной зоны, а также для оборудования группы II для применения в местах опасных по взрывоопасным газовым средам согласно ГОСТ Р МЭК 60079-0-2011 и ГОСТ Р МЭК 60079-11-2010. Выключатели относятся к особовзрывобезопасному электрооборудованию и имеют маркировку взрывозащиты по ГОСТ Р 51330. 0-99 и ГОСТ Р МЭК 60079-11-2010: PO Ex ia ma I Ma Сертификат соответствия № РОСС RU. МН04. В01226 от 17. 08. 2012г. Разрешение Ростехнадзора № РРС 00-049207 от 19. 10. 12

Технические характеристики

Датчик вибрации пьезоэлектрический взрывобезопасный однокомпонентный НИЦ-6

Датчик соответствует техническим условиям ГКНЖ. 433642. 001 ТУ и внесен в госреестр России в качестве средства измерения. Регистрационный номер 15596-96. Сертификат №27-74. Датчик НИЦ-6 совместим с аппаратурой ВВК-331 и ИВД-ПФ-2. Посадочные места датчиков идентичны посадочным местам датчиков типа МВ-04.

Omnigrad S TMT142R

Датчик температуры с выходным сигналом HART, состоящий из полевого преобразователя с ЖК-индикатором и сенсора - термометра сопротивления Pt100. Благодаря исполнениям Ex ia и Ex d, он подходит для использования во взрывоопасных областях в нефте- и газодобыче, переработке, а также в химии. По дополнительному заказу может комплектоваться трубными и литыми термогильзами. Благодаря шейкам Nipple-Union и Nipple-Union-Nipple датчик удобно вкручивать в термогильзу, не перекручивая корпус с соединительными проводами.

Взрывозащищенное исполнение

1.1 Пускатель электромагнитный взрывобезопасный типа ПВИ-250В/320В с искробезопасной схемой дистанционного управления и маркировкой по уровню и виду защиты РВ-Ex d [ia] I предназначен для работы в трехфазных электрических сетях переменного тока с изолированной нейтралью трансформатора угольных и сланцевых шахт, опасных по газу (метану) и угольной пыли, для дистанционного прямого пуска и остановки трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, а также для защиты от токов короткого замыкания в отходящих силовых цепях.

1.2 Пускатель предназначен для работы при следующих условиях:

температура окружающего воздуха от -10єС до +35єС;

относительная влажность окружающей среды до 100% при температуре до 35єС;

содержание угольной пыли в окружающей атмосфере до 1200мг/мі;

отсутствие резких толчков (ударов) и сильной тряски;

высота над уровнем моря не более 1000м;

нормальное рабочее положение пускателя - салазками на горизонтальной площадке, допускается наклон площадки до 15є в любом направлении.

Пускатель нормально работает при колебаниях напряжения в электрической сет от 85 до 110% номинального.

Токовый датчик с унифицированным сигналом 0…5мА, 0…20мА, 4…20мА (механизмы с токовым датчиком комплектуются блоком питания).

Режим работы:

Вид - повторно- кратковременный с частыми пусками S4 по ГОСТ 183;

Частота включений - до 320 в час;

Продолжительность включений - до 25% при нагрузке на выходном органе в пределах от номинальной противодействующей до 0. 5 номинального значения сопутствующей;

Максимальная частота включений - 630 в час при продолжительности включений до 25%; При реверсировании интервал времени между выключением и включением на обратное направление - не менее 50мс.

Контроллерные средства

Контроллер универсальный шахтный КУШ

Назначение - реализация блокировок и защит, местное ручное, автоматизированное и автоматическое управление основным и вспомогательным вентиляционным, технологическим оборудованием и оборудованием пневмо-, гидро- и электроснабжения, местное отображение информации, обмен данными и командами с компьютерами наземной диспетчерской.

Область применения - подземные выработки шахт и рудников, в том числе опасных по газу, пыли, внезапным выбросам в соответствии с ПБ 05-618-03 и ПБ 03-553-03.

4. Структура баз данных

Для построения баз данных на сервере применяется SQL- серверная организация.

Являясь логическим развитием предыдущей версии, IndustrialSQLServer 7. 1 (далее в тексте InSQL) расширяет возможности служб АСУ и АСУ ТП по сбору, анализу и хранению производственной информации. При разработке новой версии основные усилия разработчиков были сконцентрированы на достижении следующих целей.

Усовершенствование механизма доступа к данным InSQL из клиентских приложений. В клиентское программное обеспечение FactoryOffice встроена утилита InSQLReport, предназначенная для генерации отчетов. В качестве общего способа обращения к информации InSQL пользователям предлагаются ActiveX- элементы для доступа к данным InSQL из таких средств разработки приложений как InTouch, VisualBasic и других ActiveX-контейнеров. В InSQL 7. 1 используются расширенные возможности процессора запросов MSSQLServer 7. 0, позволяющие работать с данными из различных источников (структурированных и неструктурированных) на основе технологии OLEDB. Развиты подсистемы сводок и событий.

Пример архивной базы данных

Пример отчета по тревогам

Уровень

Состояние насоса t, с

5. SCADA ПО

Термин SCADA обычно относится к централизованным системам контроля и управления всей системой, или комплексами систем, расположенных на больших областях (между промышленной установкой и потребителем). Большинство управляющих воздействий выполняется автоматически RTU или ПЛК. Первостепенные функции управления обычно ограничиваются по уровням отмены или контролирующему вмешательству. Например, PLC может управлять потоком охлаждающей воды внутри части производственного процесса, а SCADA система может позволить операторам изменять уставку для потока, и установить условия сигнализации, такие как- потеря потока и высокая температура, которые должны быть отображены и записаны. Цикл управления с обратной связью проходит через RTU или ПЛК, в то время как SCADA система контролирует полное выполнение цикла.

Сбор данных начинается в RTU или на уровне PLC и включает- показания измерительного прибора и отчеты об отказе оборудования (алармы или тревоги), соединенного со SCADA, по мере надобности. Далее данные собираются и форматируются таким способом, чтобы оператор диспетчерской, используя HMI мог принять контролирующие решения - корректировать или прервать стандартное управление средствами RTU/ ПЛК. Данные могут также быть помешены в Историю, часто основанную на СУБД, для построения трендов и другой аналитической обработки накопленных данных.

Системы SCADA обычно оснащаются распределенной базой данных, часто называемой базой данной тэгов. Эта база содержит элементы данных, названные тэгами или точками. Точка представляет собой единичный ввод или вывод, значения которого контролируют или регулируют в системе. Точки могут быть или аппаратной (hard) или программной (soft). Аппаратная («hard») точка представляет собой фактический ввод или вывод в пределах системы, в то время как точка «soft» - результат математических и логических операций с другими точками. (Большинство реализаций систем снимает концептуальное различие между «soft» и «hard» точками, делая каждое свойство в выражении точкой «soft», которая может, в самом простом случае, равняться единичной аппаратной точке). Точки обычно сохраняются как пары значения-штамп_времени: значение, и штамп времени - то время, когда событие было зарегистрировано или вычислено. Серия пар значение-штамп_времени представляет собой хронологию данной точки. Также распространено сохранение дополнительных метаданных с тэгами, такими как путь до полевого устройства или регистра ПЛК, комментарии во время разработки, и сигнальная информация.

Рисунок 6 - Пример SCADA системы управления главной водоотливной установкой

Рисунок 7 - Выход параметра за установленные пределы

Рисунок 8 - Выход уровня за установленные пределы

В данной схеме изображен пример управления главной водоотливной установкой. При достижении уровнем нижней границы запускается основной насос, его параметры контролируются автоматически и флажки обозначают соответствующий параметр. При выходе любого параметра за установленные пределы флажок становится красным и загорается сигнализирующая лампа, так же автоматически отключается двигатель и насос соответственно. При достижении уровнем верхнего предела включается резервный насос его параметры контролируются, так же как и у основного. Если уровень продолжает расти то загорается сигнализирующая лампа.

комплекс водоотлив шахта

Список литературы

1. Пьявченко Т. А., Финаев В. И. Автоматизированные информационно-управляющие системы. - Таганpог: Изд-во Технологического института ЮФУ, 2007. - 271 c.

2. http://www.danfoss.com/Russia/Products/Categories/List/IA/Temperature-sensors/MBT-5310-Temperature-sensors

3. http://www.expert-automatic.ru/

4. http://okbvektor.ru/

Размещено на Allbest.ru