Анализ тенденций развития рынка информационного обеспечения для шахт

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 004.03

Анализ тенденций развития рынка информационного обеспечения для шахт

Н.П. Путивцева, Т.В. Зайцева, О.П. Пусная,

А.И. Федулов, С.В. Игрунова, Е.В. Нестерова

Аннотация

рынок информационный автоматизация

В данной статье авторы проводят подробный анализ современных тенденций развития рынка информационного обеспечения для горнодобывающей промышленности. Приведены конкретные примеры, демонстрирующие преимущества автоматизации предприятий данной отрасли.

Ключевые слова: шахта, умная шахта, информационная система, анализ развития информационного обеспечения для шахт.

Annotation

In this article, the authors conduct a detailed analysis of current trends in the development of the information supply market for the mining industry. Specific examples are given that demonstrate the advantages of automation of enterprises in this industry.

Key words: mine, intelligent mine, information system, analysis of the development of information support for mines.

На современной шахте добыча полезных ископаемых проводится на основе комплексной механизации и автоматизации: применяются высокопроизводительные механизированными комплексы очистного оборудования на угольных и сланцевых шахтах; самоходными буровыми, погрузочными, погрузочно-доставочными и другими машинами и оборудованием оснащены очистные забои рудных шахт, выемка полезных ископаемых в которых осуществляется в процессе буровзрывных работ. Широкое развитие получили комбайновые технологии на угольных шахтах, которые применяются для выполнения подготовительно-нарезных работ и горнопроходческих работ. Также на рудных шахтах применяются различные виды самоходного безрельсового оборудования, самоходных полков и др.

Перечисленные виды работ и производственных процессов, а также средства механизации и автоматизации, отвечающие за обеспечение функционирования производства, на современных горнодобывающих предприятиях - шахтах должны быть взаимосвязаны в технологических схемах. Горнодобывающее производство организовано на современном этапе на гидрошахтах, а также на шахтах, действующих на нефтяных месторождениях [1].

В настоящее время руководство шахт уделяет использованию современных информационных технологий не только для управления деятельностью по добыче и транспортировки полезных ископаемых, но и обеспечения безопасности персонала. Появляются все более и более сложные автоматизированные системы контроля рабочего процесса, позволяющие автоматизировать большую часть рутинных шахтерских операций и благодаря наличию разветвленной системы датчиков в режиме реального времени выводить все необходимые для оператора системы сведения.

На кузбасской шахте «Полысаевской» будет тестироваться пилотный проект внедрения безлюдной шахты [2]. За счет интеграции разного рода датчиков в угольной лаве специальное программное обеспечение осуществляет движение угольного комбайна, причем в автоматизированном режиме осуществляется также установка секций крепи забоя, ну и собственно забой угольной массы и погрузка ее на транспортеры. Внедрение специализированного программного обеспечения направлено на улучшение процесса управления добычей полезных ископаемых в горнодобывающих производствах. В качестве примера можно упомянуть комплексы PitramMiningSolutions и Extreme, которые в результате внедрения помогают администрации организовать процесс добычи и, что является очень важным аспектом, проводить постоянный контроль в реальном масштабе времени. Данное программное обеспечение формирует сообщения, которые позволяют выявлять недостатки в организации работы, а также недостатки технологического процесса, влияющие на производительность, приводящие к ее снижению.

При выполнении работ сотрудниками горных компаний в опасных условиях возникают различные проблемы, их необходимо решать способами, часто исключающими работу людей. Максимальное использование техники для увеличения производительности в горных компаниях позволит решить эти проблемы. Используются комплексы автоматического управления горными машинами - обеспечение, и аппаратное, и программное, позволяет преобразовать используемое в шахтах технологическое оборудование и транспортные средства в робототизированные и автономные устройства.

Конечно же, такое оборудование должно соответствовать и отвечать всем условиям его применения: подсистемы автоматизации горных машин и оборудования должны формироваться на основе приспособленных к работе в подземных условиях компьютеров, эффективно работающих датчиков разных типов и современных средств отображения информации о состоянии управляемых технических объектов. Но также, по мнению экспертов в данной области, необходимо сохранить доступ к опции непосредственного управления данными горными агрегатами для осуществления специфических для данной области пусконаладочных и ремонтных работ.

Внедрение средств автоматизации нужно проводить в трёх направлениях:

- дистанционное управление,

- телеуправление,

- полная автоматизация [2].

Дистанционное управление обычно применяют для управления работой крупной техникой: оператор данного агрегата видит саму машину, а для управлению нею использует ДУ, таким образом управляют экскаваторами, бульдозерами и проходческими горными комбайнами. В середине 20 века, в начале 50-х годов было внедрено ДУ на угольных шахтах, для этого были использованы машины, предназначенные для выемки угля, также для устройств транспортирующими в шахте и на поверхности, еще было применено для автоматизация водоотливных установок и некоторых других устройств. Так как при применении ДУ объём поступающей визуальной (или какой-то любой другой) информации оператору меньше, то производительность чаще всего уменьшается. Внедрение средств дистанционного управления является необходимым процессом и обычно применяется при выполнении работ, которые сопровождаются травматическими рисками, например, возникновение оползней, взрывов, падения породы, а также при подземной добыче в опасных местах. В настоящее время самым дешевым способом автоматизации работы горных машин в опасных условиях является ДУ.

Второе направление внедрения средств автоматизации - телеуправление. Удаленное управление позволяет использовать горное технологическое оборудование, которое может осуществляться оператором, который может находиться на значительном расстоянии. Здесь необходимо специальное оборудование, включающее дополнительные устройства: видеокамеры, датчики и, конечно, дополнительным информационным обеспечением, определяющим местоположение. Телеуправление позволяет исключить размещение человека в опасном месте, удалить его на значительное расстояние и управлять техническим оборудованием не подвергаясь опасности. Снижение производительности возможно при использовании телеуправления, также как и при дистанционном управлении, но размещение оператора на безопасном расстоянии оправдывает применение такой технологии.

Комплекс устройств телемеханики УТШ предназначен для телесигнализации дискретных состояний объектов, телеизмерения текущих и интегральных значений параметров, телеуправления и телерегулирования объектами с дискретными состояниями в системах оперативно-диспетчерского и автоматизированного управления технологическими процессами угольных шахт. Область применения комплекса УТШ - угольные шахты, в том числе опасные по газу или пыли [2].

Также применяется полуавтоматизированная добыча, которая подразумевает частичное автоматизированное управление специализированным оборудованием, при таком способе добычи автоматизирована была только некоторая часть функций, управление человеком по-прежнему применяется. Довольно часто в шахтах используется именно такой способ автоматизации: современные автоматизированные системы контроля и управления постепенно внедряются, но на подавляющем большинстве горнодобывающих предприятий, применяют так называемую «лоскутную автоматизацию». При такой частичной автоматизации шахта может быть оснащена системами от разных производителей, причем эти системы достаточно часто несовместимыми между собой. Недостатком такой автоматизации является усложнение, как управления, так и обслуживания, а также удорожание из-за дублирования автоматизированных функций.

В идеале же система автоматизации предприятия должна представлять собой единый аппаратно-программный комплекс, управляемый из центрального диспетчерского пункта [2].

Полная автоматизация предполагает полное исключение оператора из технологического процесса, то есть робототизированные системы полностью управляют зажиганием, переключением передач, рулевым управлением, торможением, высыпанием материала, положением отвала бульдозера и т.п. Полная автоматизация позволяет увеличить производительность горных машин, а использование программ для управления машинами позволяет оператору «руководить» их работой, контролировать эффективность и вмешиваться при возникновении проблем. Также последними тенденциями в процессе автоматизации работы шахт являются инновационные разработки российских и зарубежных компаний по переоснащению угольных шахт на основе космических технологий. Так, в 2005 г. в шахте «Распадская» (г. Междуреченск, Кузбасс) была сдана в эксплуатацию первая в мире подземная система автоматизации угольной шахты на основе технологии Internet / Intranet. Сейчас, на данном предприятии внедрена и функционирует распределенная система, состоящая из более 200 технологических контроллеров, которые в режиме реального времени собирают десятки тысяч сигналов различного оборудования: аэрогазового контроля, энергетики и других шахтных систем. Такие системы в настоящее работают еще на некоторых шахтах Кузбасса. В 2009 г. был создан комплекс «Умная Шахта» и подземная информационная система ГОРНАСС, позволяющая управлять практически любым подземным оборудованием и в режиме реального времени отслеживать местоположение любого человека в шахте.

Комплекс «Умная Шахта» - это единая информационно управляющая инфраструктура, которая предназначена для мониторинга и осуществления управления различным специализированным технологическим оборудованием на горнодобывающих предприятиях, также отвечает за обеспечение связи и сигнализации, наблюдения, оповещения и поиска людей, застигнутых аварией на шахте. Комплекс «Умная Шахта» в режиме реального времени должна поддерживать связь любого работника, спустившегося под землю, с диспетчером шахты, и отражать его местоположение с высокой точностью, в сотни раз превышающей точность всех имеющихся в мире подземных систем. Комплекс «Умная Шахта» - ГОРНАСС в настоящее время состоит из трех систем: многофункциональная измерительная система аэрогазового контроля, передачи информации и управления оборудованием, предназначенная для решения различных задач автоматизации в шахте; система наблюдения, оповещения и поиска людей, застигнутых аварией; система громкоговорящей связи, оповещения и сигнализации.

К основным функциям комплекса «Умная Шахта» - ГОРНАСС можно отнести следующие:

- оповещение, определение местонахождения персонала, поиск людей, находившихся на момент возникновения аварии в шахте;

- определение местонахождения персонала, подвижного оборудования в подземных выработках шахт и рудников, отображение позиции каждого объекта на карте (модели) шахты (рудника) на пульте диспетчера в режиме реального времени;

- оповещение персонала об авариях и других событиях;

- поиск людей, которые находились в шахте на момент возникновения аварии, на основании данных об их последнем местонахождении и данных, передаваемых от индивидуальных устройств [3].

Существующий программный комплекс SmartMine|UG выполняет следующие функции: оптимизирует и автоматизирует не только погрузку и перемещение горной породы, но и все другие процессы и операции в шахте, связанные как с оборудованием, так и с разработкой забоев, деятельностью персонала шахты и егоперемещением, а также облегчает процессы планирования и создания пользовательских отчетов. С помощью дополнительных систем руководство горнодобывающего предприятия может дистанционно управлять специальным электрооборудованием, определять местонахождение сотрудников в шахте, при этом производится распознавание каждого человека, даже при перемещении в одном транспортном средстве нескольких человек.

Другим примером таких систем является автоматизированная система контроля и управления технологическими объектами (АСКУ ТО) шахты. АСКУ ТО включает в себя два уровня: нижний и верхний в соответствии с размещенным оборудованием. На нижнем уровне располагается подземное оборудование, предназначенное для управления и сбора данных от технологических объектов шахты; на верхнем уровне размещен центральный вычислительный комплекс с АРМ дежурных диспетчеров. Внедрение данной системы позволит осуществлять замену оборудования, на более современное, а также повышение безопасности эксплуатации объектов в опасных по концентрации метана и угольной пыли условиях. Осуществляемая системой непрерывная диагностика и контроль параметров повышает надежность шахтного оборудования и облегчает принятие решений в нештатных ситуациях. Наличие данных о текущем состоянии специализированных технологических объектов позволяет осуществлять своевременный ремонт и обслуживание по мере необходимости, а не в планово-профилактическом порядке [4].

Также в последние годы в угольной отрасли большое внимание уделяется безопасности сотрудников. Без систем, обеспечивающих безопасность, ни одно горнодобывающее предприятие, ни одна шахта не должна быть допущена до эксплуатации. Примером такой системы на базе АСКУ ТО может служить система наблюдения и оповещения персонала (СНиОП), предназначенная для определения местоположения рабочих в шахте и оповещения сотрудников в чрезвычайных аварийных ситуациях. Собираемые ею данные сохраняются и могут быть использованы для анализа внештатных ситуаций и разработки мероприятий по технике безопасности [5].

Основой подсистемы нижнего (подземного) уровня СНиОП являются стационарные радиоконтроллеры, устанавливаемые в узловых точках шахты (на развилках и в штреках), и радиочастотные модули радиомаяков, встроенные в именные головные светильники шахтеров. По отслеживанию светильников система в любой момент определить местонахождение под землей каждого работника и сделать соответствующий анализ, определить маршруты перемещения каждого работника, передать, если возникает необходимость, сигналы оповещения об аварийной ситуации персонально каждому человеку или группе шахтеров.

В качестве преимуществ автоматизации можно выделить следующие:

- повышается безопасность и улучшаются санитарно-гигиенические условия труда;

- уменьшается расход топлива;

- увеличивается производительность труда;

- уменьшается количество простоев транспорта и оборудования;

- уменьшаются расходы горных предприятий на не-плановый ремонт и техобслуживание транспорта и оборудования и др.

Также автоматизация добычи полезных ископаемых может привести к значительному снижению риска развития хронических профессиональных заболеваний, в том числе неизлечимых и необратимых.

Возможно также создание новых рабочих мест не только для нужд шахт в текущий момент времени, но и на перспективу.

К недостаткам можно отнести отсутствие апробации внедряемых технологий.

Применительно к России можно выдвинуть такой список предпосылок к полной автоматизации:

- относительно небольшая численность рабочей силы, прогноз на снижение численности трудоспособного населения и увеличение дефицита рабочих рук,

- сосредоточение основных запасов полезных ископаемых в отдаленных районах с суровым климатом, непригодным для постоянного проживания многочисленного населения.

Список литературы

1. Шахта [Электронный ресурс] // Горная энциклопедия: [сайт]. [2004]. URL: http://mining-enc.ru/sh/shaxta/ (дата обращения: 31.08.2018).

2. Новый горизонт горнорудных технологий: безлюдные шахты на Кузбассе [Электронный ресурс] // Сетевое издание общественно-политический журнал "POLITRUSSIA": [сайт]. [2015]. URL: http://politrussia.com/ekonomika/novyy-gorizont-gornorudnykh-366/ (дата обращения: 03.09.2018).

3. Дёмина Г.А. Инновации, эффективность и практичность -- в основе продукции компании DEVEX // Научно-технический специализированный журнал «Горная промышленность» [сайт]. [2015]. URL: https://mining-media.ru/ru/article/intervyu/6962-innovatsii-effektivnost-i-praktichnost-v-osnove-produktsii-kompanii-devex (дата обращения: 03.09.2018).

4. Благодарный А.И., Гусев О.З., Журавлев С.С. и др. Автоматизированная система наблюдения, оповещения и поиска персонала при авариях в шахтах // Горная промышленность. 2009. № 1. С. 34--40.

5. Благодарный А.И., Гусев О.З., Каратышева Л.С. и др. Применение открытых модульных систем автоматизации для предприятий подземной угледобычи // Проблемы информатики. 2009. № 3. С. 68--77.

Путивцева Наталья Павловна

НИУ «БелГУ», г. Белгород

к.т.н., доцент, доцент кафедры прикладной информатики и информационных технологий

тел.: +7(909) 201-15-82

e-mail: putivzeva@bsu.edu.ru

Зайцева Татьяна Валентиновна

НИУ «БелГУ», г. Белгород

к.т.н., доцент, доцент кафедры прикладной информатики и информационных технологий

тел.: +7(919) 282-49-31

e-mail: zaitseva@bsu.edu.ru

Пусная Ольга Петровна

НИУ «БелГУ», г. Белгород

старший преподаватель кафедры прикладной информатики и информационных технологий

тел.: +7(910) 229-68-64

e-mail: pusnaya@bsu.edu.ru

Федулов Артур Игоревич

НИУ «БелГУ», г. Белгород

студент магистратуры направления подготовки 09.04.03 Прикладная информатика

тел.: +7(919) 286-71-03

e-mail: 1264197@bsu.edu.ru

Игрунова Светлана Васильевна

НИУ «БелГУ», г. Белгород

к.с.н., доцент, доцент кафедры информационных и робототехнических систем

тел.: +7(910) 329-61-86

e-mail: igrunova@bsu.edu.ru

Нестерова Елена Викторовна

НИУ «БелГУ», г. Белгород

старший преподаватель кафедры информационных и робототехнических систем

тел.: +7(919) 223-57-13

e-mail: nesterova@bsu.edu.ru

Размещено на Allbest.ru