Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Состояние вопроса и постановка задачи 10
1.1. Анализ перспективных направлений в разработке шахтных устройств телемеханики
1.2. Обзор зарубежных шахтных телемеханических систем на базе микропроцессорной техники 20
1.3. Постановка задачи и цель работы 30
Выводы 33
Глава 2. Разработка принципов построения и функционирования микрокомпьютерной: телемеханической системы АСУТП или СОДУ шахты 34
2.1. Информационные потоки при управлении угольной шахтой. Выбор емкости единой телемеханической системы шахты. Обзор критериев оценки и сравнительный анализ структур телемеханических систем для рассредоточенных объектов контроля и управления. Выбор наиболее подходящего типа УВМ как программно-управляемого компонента телемеханической системы шахты 34
2.2. Разработка общей структуры и алгоритма функционирования искробезопасной шахтной телемеханической системы на базе микро-ЭВМ 50
2.3. Исследование максимального быстродействия шахтной аналоговой телемеханической системы с временным разделением каналов и использованием стабилизированного постоянного тока в процессе сканирования контролируемых пунктов и осуществления дискретного контроля измеряемых параметров 68
2.4. Методика определения необходимой частоты измерений при дискретном контроле параметров в условиях предлагаемой системы со стороны микро-ЭВМ 78
2.5. Рекомендации по применению для решения задач прогнозирования поведения контролируемых параметров в условиях микрокомпьютерной телемеханической системы отдельных методов сглаживания и прогнозирования временных рядов 101
Выводы 115
Глава 3. Исследование и разработка отдельных устройств телемеханического комплекса на базе микро-ЭВМ "Электроника ДЗ-28" 117
3.1. Разработка интерфейсной аппаратуры. Назначение и принципы построения контроллера как устройство сопряжения микро-ЭВМ с остальной аппаратурой комплекса 117
3.2. Предлагаемая схемная реализация контроллера 132
В ы в о д ы 157
Глава 4. Разработка некоторых аспектов программного обеспечения микрокомпьютерного комплекса АСУТП 162
4.1. Разработка алгоритма функционирования микро-ЭВМ по сбору, формированию, передаче и предварительной обработке сигналов информации в микрокомпьютерной телемеханической системе и его программной реализации на примере использования микро-ЭВМ "Электроника ДЗ-28" 162
4.2. Исследование алгоритма функционирования и разработка программной реализации для микро-ЭВМ "Электроника ДЗ-28" подсистемы прогнозирования опасности самовозгорания угля на базе контроля кон центрации окиси углерода в шахтном воздухе . 172
Выводы 181
Заключение 183
Список использованной литературы 185
Приложения 193
- Обзор зарубежных шахтных телемеханических систем на базе микропроцессорной техники
- Разработка общей структуры и алгоритма функционирования искробезопасной шахтной телемеханической системы на базе микро-ЭВМ
- Предлагаемая схемная реализация контроллера
- Исследование алгоритма функционирования и разработка программной реализации для микро-ЭВМ "Электроника ДЗ-28" подсистемы прогнозирования опасности самовозгорания угля на базе контроля кон центрации окиси углерода в шахтном воздухе
Введение к работе
Для оптимального протекания технологических процессов на современных шахтах угольной и горнорудной промышленности, характеризующихся большими единичными мощностями используемых комплексов машин, повышенными требованиями к обеспечению безопасности, а также точности и оперативности управления, становится необходимым внедрение автоматизированных систем управления - АСУТП и АСУП. Разработка и широкое внедрение этих систем явится одним из главных рычагов в решении стратегической задачи повышения качества и эффективности производства, увеличения выпуска продукции, улучшения условий труда. Реализация этой задачи обеспечивает возможность повышения производительности труда, оперативного управления производственными процессами, максимальной экономии сыря и электроэнергии.
Основой единой системы управления технологическими процессами на шахте, в силу специфики производства, призвана стать комплексная система телемеханики большой емкости, обеспечивающая передачу всех потоков информации между контролируемыми пунктами (КП) , находящимися под землей, в непосредственной близости с технологическим оборудованием, и пунктом управления (ПУ), расположенным на поверхности земли.
В СССР и за рубежом, для использования в условиях угольных шахт, за истекшие годы предложено немало различного рода телемеханических систем /SB'j Z6147 SO /. Широко применяется телемеханическая аппаратура на основе специализированных устройств, имеющих "жесткую" логику. Она не удовлетворяет современным требованиям по емкости, имеет низкую надежность, точность и быстродействие, недостаточную гибкость и взаимозаменяемость функций, трудоемка в изготовлении. Существует также большое разнообразие в принятых методах передачи сигналов информации по каналам связи. В последнее время, с учетом
условий угольной шахты, разработчики вновь стали отдавать предпочтение телемеханическим системам использующим принцип интенсивности / 26,16J 92;50 /. Такие системы телемеханики, с временным разделением каналов, созданы рядом иностранных фирм Дж. Ижоунс аутоматы лтц, EnQ&sfi E&ctzic j^f&C и советских организаций С Киевский институт автоматики, ВЗШ, Гипроуглеавтоматизация). Перспективным направлением в развитии телемеханических систем последних лет является также широкое применение в их структуре микропроцессорной техники. В развитии архитектуры и состава оборудования систем телемеханики наблюдается тенденция к слиянию телемеханических и вычислительных устройств, как результат двух объективных факторов:
- последних достижений в области миниатюризации и совершенствования технологии производства вычислительной техники, что со своей стороны вызвало снижение стоимости и расширение области ее применения (например, стоимость микропроцессорных комплектов и микро-ЭВМ, и стоимость кабельных линий связи большой протяженности для нужд управления рассредоточенными объектами уже имеют приблизительно одинаковый порядок /74 /);
. - резкое увеличение объемов перерабатываемой информации в ПУ. В первом приближении объем информации, используемой для управления, пропорционален квадрату числа КП. Емкость промышленных телемеханических систем, в том числе и угольной шахты, в последние годы превысила 5000-6000 двоичных сигналов телеуправления, телеизмерения и те-леконтроля / 26 /.
Функции микропроцессоров и микро-ЭВМ, входящих в систему телемеханики комплекса АСУТП коротко могут быть сформулированы следующим образом:
I. По регистрации данных - управление процессом сканирования датчиков, исполнительных механизмов расположенных на КП. Новые программно-управляемые средства позволяют организовать опрос аналоговых
сигналов медленно и быстро протекающих процессов с различной частотой, периодическую калибровку сигналов и исключение из них заведомо ложных.
По обработке сигналов - приведение сигналов к виду, удобному для представления оператору или регистрации. Сигналы могут быть подвергнуты декодированию, усреднению, цифровой фильтрации или другой предварительной обработке.
По выводу данных на регистрирующие устройства - данные или логические условия, необходимые оператору для принятия решений, могут выводиться на разного типа устройств регистрации и отображения информации, включая устройства печати, графопостроители, дисплеи и т.д. Становится возможным проводить наблюдение за ходом технологического процесса по данным хранимым в памяти микро-ЭВМ.
Системы телемеханики со встроенными микропроцессорами и микро--ЭВМ обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными. Новая техника позволяет значительно увеличить объем решаемых задач, как в количественном, так и в качественном отношении. Такие системы, благодаря включению в их структуру программно-управляемых компонентов, могут производить смысловую обработку информации по обеспечению разгрузки каналов связи и ЭВМ высшего иерархического уровня, повышению оперативности обмена путем сжатия данных и исключения тех сообщений, которые неішесут информации. Одновременно с этим повышается надежность системы, так как ПУ и КП, снабженные микропроцессорами и микро-ЭВМ, в случае отказа ЭВМ высшего уровня управления или линии связи могут продолжать работу в связи с высокой степенью их автономности. Значительно снижаются стоимость телемеханической системы в целом, ее габариты и потребляемая мощность /Л,60,1В,Z4 /. Однако, применение микропроцессоров и микро-ЭВМ в шахтных системах телемеханики выдвигает также и целый ряд новых проблем. Одной из главных является проблема сопряжения ("обвязки"J малых управляющих
связи до шести сигналов ТС при помощи расположенных на КП кодирующих резисторов.
3. Алгоритм функционирования микро-ЭВМ разработанной телемеханической системы шахты, позволяющий прогнозировать поведение контролируемых параметров с целью предупреждения и исключения возможного развития угрожающих ситуаций в неблагоприятном направлении, новизна которого заключается в том, что впервые применен в шахтной системе телемеханики.
Научное значение имеют разработанные в работе принципы построения структуры шахтной телемеханической системы на базе микро-ЭВМ, алгоритм ее функционирования и метод уплотнения каналов передачи сигналов ТС.
Значение полученных результатов для практики состоит в разработке :
принципиальных схем устройств телемеханической системы на базе микро-ЭВМ;
методики расчета частоты сканирования КП;
программ функционирования микро-ЭВМ в телемеханической системе;
рекомендаций по решению задач прогнозирования поведения контролируемых параметров в системе телемеханики.
Разработанные в диссертационной работе принцип построения структуры шахтного телемеханического комплекса, новые схемные решения интерфейсной аппаратуры для подключения микро-ЭВМ, принцип функционирования разработанного телемеханического комплекса , метод прогнозирования опасности самовозгорания угля и целиков в шахте, разработанные алгоритмы и программы для микро-ЭВМ, входящей в структуру телемеханической системы, использовались институтом "Гипроуглеавтомати-зация" при разработке темы Ю80І600000 "Создать комплекс устройств шахтной телемеханики". Расчетный экономический эффект от внедрения телемеханического комплекса в условиях угольной шахты средней мощности составляет 30 тыс. руб. в год.
Обзор зарубежных шахтных телемеханических систем на базе микропроцессорной техники
В 60-х и 70-х годах телемеханические системы управления и контроля для угольных шахт за рубежом получили широкое развитие. Широкое применение в этих системах получили временные, частотные и комбинированные методы уплотнения. В качестве линии связи как правило использовались свободные жилы телефонного или коаксиального кабеля /47,6,26,501 . Основным принципом, которого придерживались разработчики, было обеспечение предельной аппаратурной (схемной) простоты КП, расположенных под землей. В большинстве случаев это достигалось путем использования в качестве линии связи многожильного кабеля. Это относится в частности к системам с временным и комбинированными методами разделения сигналов, которые при двухпроводной линии связи имели бы сравнительно сложную структуру. Бурное развитие микроэлектроники во второй половине 70-Х и начале 80-х годов существенно повлияло на структуру и применяемую техническую базу разрабатываемых новых телемеханических систем для угольных шахт за рубежом. Наряду с системами, использующими временное и частотное разделение каналов, на угольных шахтах в странах, занимающих ведущее место в создании и разработке аппаратуры телемеханики для горной промышленности впервые появились цифровые телемеханические системы, использующие КИМ методы передачи информации. Характерной особенностью современных систем телемеханики является широкое применение микропроцессорной техники. При этом можно выделить следующие основные тенденции в развитии зарубежных шахтных систем телемеханики: - усложнение и расширение функций оборудования, расположенного на КП, без снижения его надежности функционирования; - разработка микропроцессорных комплектов во взрывозащищенном исполнении для работы под землей на КП в локальных системах управления и в системах передачи данных; - широкое применение микрокомпьютеров, видеотерминалов, графопостроителей, печатающих устройств и других средств вычислительной техники в микроминиатюрном исполнении на ПУ (головных станциях).
Все это расширило круг решаемых телемеханическими системами задач в составе АСУТП или СОДУ шахты. Нужно, однако, отметить, что при этом четко прослеживается и другая тенденция - максимальное сохранение приемственности и обеспечения возможности работы вновь создаваемого оборудования в составе уже имеющихся на шахтах ранее разработанных телемеханических систем при минимальных затратах на организацию сопряжения с ними.
Из числа известных нам новых зарубежных систем телемеханики особое внимание заслуживают системы: Н/САМ-ЮО фирмы Johne + ReilhoferH3 ФРГ» Dynalink фирмы Hawker Siddeley Dynamics Engineering LTD, HXD-ЗООфирмы J.Jones automation LTD,Davis Telecontrol System фирмы John Davis & Son (Derby) Limited -все из Великобритании, . миникомпыотерная система для телеизмерения метана на шахте №19 Лене бяосейна Северный и Па-де-Кале во Франции.
Взрывобезопасная телемеханическая система КИМ "PUCAM-I00" с двойной кольцевой линией передачи для применения в горном деле разработана в 1980 г. Фирмой Jolme + Reilhofer Iд$ /. Система имеет радиус действия 20 км и отличается: модульным построением, жесткой временной структурой данных и равноправным обращением со всеми сигналами линии передачи.
Основой системы передачи является кольцевая сеть. Двухпар-ная кольцевая линия (где начало и конец находятся в пункте управления на поверхности) прервана источниками и приемниками данных, расположенными в так называемых кольцевых станциях. Благодаря избыточным, проходящим по двум противоположным направлениям, потокам данных по двум парам жил специального кабеля, можно в случае возникновения на линии помех разного рода (например обрыв кабеля) с помощью автоматического образования частичных колец обеспечить полный поток информации до тех пор, пока между центральным пунктом и кольцевыми станциями имеются односторонне работающие кабели. Если нужно создать большую систему, с несколькими тысячами каналов используют звездообразную сеть, состоящую из синхронных колец, расположенных вокруг центрального пункта. В системе используется амплитудная модуляция и синхронная кодо-им-пульсная модуляция (КИМ). Рамка построения КИМ имеет жесткую длину в 200 бит и свободна от адреса. Передаваемый сигнал проходит от центрального пункта через кольцевые станции, расположенные на кольцевой линии. Информация из каждой кольцевой станции выводится или вводится в точно определенное время. Для процесса декодирования достаточны распознавание момента синхронизации и простые счетчики битов. КИМ - рамка данных подразделена на 50 слов по 40 бит каждое. После вычета двух слов для внутренних данных ( Hausekeeping data ) и защиты информации остаются 48 слов данных, которые точно соответствуют 48 возможным модулям ввода/вывода (кольцевые модули). Одна кольцевая станция может иметь максимально 4- кольцевых модуля. Кольцевая станция оснащена основным оборудованием для кабельной передачи и содержит устройство для декодирования адресов и блок для контроля линии передачи. Децентрализованно установленные кольцевые станции, связанные между собой кольцевой линией передачи, образуют вместе с центральной станцией так называемую петлю. Специальный предвклю-ченный процессор (ЭВМ петли), предусмотренный для обслуживания оборудования, обеспечивает связь с непрерывно поступающим потоком данных КИМ и выполняет задачи по преобразованию данных (например, получение минимальных и максимальных значений, средних величин и т.п.). Информация с предвключенного процессора поступает в основную ЭВМ, расположенную также в центральном пункте управления. Головная станция вырабатывает и контролирует в центральном пункте данные КИМ, а возникающие на линиях повреждения индицируются вместе с указанием поврежденного места. Для контроля и обслуживания системы разработано устройство оптической индикации. Система имеет пропускную способность полезных данных в 100 Кбо;д одной петли.
Разработка общей структуры и алгоритма функционирования искробезопасной шахтной телемеханической системы на базе микро-ЭВМ
Организация управления сложным комплексом разнообразных производственных процессов на шахте находится в прямой зависимости от особенностей технологических процессов, масштабов производства и пространственного расположения отдельных производственных участков. Характерными особенностями структуры управления шахтой должны быть гибкость и оперативность управления, простота исполнения. Такая структура предусматривает наличие непосредственной телемеханической связи центрального диспетчерского пункта управления с контролируемыми объектами шахты. Шахтные объекты контроля могут быть стационарными и передвижными (например машины и агрегаты в очистных и подготовительных забоях). Б соответствии с Требованиями к единой системе телемеханики угольной шахты I 56 I объем информации от очистных и подготовительных забоев равняется 15-20$ от общего количества передаваемой информации, необходимой для оперативного управления шахтой. Характерной особенностью этих объектов контроля является то, что они находятся в труднодоступных для сооружения каналов местах. Прокладка кабельной линии связи исключительно затруднена из-за тяжелых горногеологических условий и непрерывного продвижения очистных и подготовительных забоев. Целесообразно расположить КП телемеханической системы в районах участковых подстанций, от которых данные забои удалены на расстоянии до 1,5 км. Учитывая эту особенность технологических процессов, можно рассматривать структуру единой . общешахтной телемеханической системы как состоящей из основной системы для передачи всех информационных потоков циркулирующих между отдельными КП и центральным ПУ шахтой, и из отдельных подсистем для передачи информации от передвижного технологического оборудования до длижайшего КП основной системы телемеханики. Передачу информации в подсистемах целесообразно организовать по низковольтным силовым сетям, питающим электрооборудование контролируемых объектов, расположенных в забоях. Передачу всех потоков информации между отдельными КП и центральным ПУ шахтой призвана осуществить рассматриваемая ниже телемеханическая система. Основанием для разработки ее модели и принципов построения послужил анализ, проведенный в предыдущей главе и параграфе 2.1, а также опыт эксплуатации аналоговых по принципу действия телемеханических систем на угольных шахтах за рубежом (в частности телемеханической системы "Телесистем 2" фирмы йнглиш Електрик, ПДТ 300 фирмы Дж.Джоунс аутоматы Лтд. из г.Ноттингема), показавший их высокую эффективность.
Переходные режимы в технологических процессах угольной шахты характеризуются значительной длительностью, поэтому могут быть отнесены к разряду медленно протекающих процессов. Длительность переходных режимов, как правило, не ниже 5-20 мин. /26 /.Это позволяет для передачи информации по контролю и управлению технологических процессов угольной шахты использовать телемеханические системы с временным разделением каналов при общей длительности цикла опроса всех объектов управления, лежащей в пределах 2-Ю мин. К таким системам в первую очередь могут быть отнесены системы типа МКС, обладающие, как показали исследования, высокой надежностью и помехоустойчивостью. Последовательный опрос отдельных объектов управления, характеризующейся разделением каналов во времени, упрощает решение задачи обеспечения искробезопас-ности электрических цепей телемеханической системы, так как одновременно опрашивается только ограниченное число датчиков.
Задача применения таких телемеханических систем упрощается тем, что протяженность линий связи на угольных шахтах обычно находится в пределах 5-12 км. Передача сигналов информации на такие расстояния по кабельным линиям, обладающим значительным сопротивлением изоляции и при разработанных в последнее время эффективных методов снижения помех / 18 / наиболее просто и надежно может выполняться при использовании метода интенсивности постоянным током. Система передачи сигналов информации в аналоговой форме постоянным током не требует применения сложных и дорогостоящих устройств, не предъявляет к кабелям связи дополнительных требований, весьма просто осуществляется стыковка такой системы телемеханики с микро-ЭВМ. Серьезным преимуществом такой телемеханической системы является относительная легкость обнаружения мест повреждения и простота ремонта, который в большинстве важных для практики случаев может быть сведен к простой замене вышедших из строя элементов I 26 J.
Предлагаемая схемная реализация контроллера
Принципиальная электрическая схема контроллера представлена на рис.3.3, рис.3.4, рис.3.5. На рис.3.3 полностью показана та часть контроллера, которая работает при выводе данных из микро-ЭВМ (схема сопряжения с БКУ,ЦАП,УТУ). На рис.ЗЛ представлена схемная часть контроллера, функционирующая при вводе информации в машину (схема сопряжения микро-ЭВМ с АЦП), а на рис.3.5 показана схема одного субблока ввода данного контроллера. При разработке изображенной на рис.3.2 блочной схемы контроллера, руководящим принципом ее составления был принцип наиболее понятного изложения алгоритма функционирования разработанных схем сопряжения микрокомпьютера с периферийными устройствами, входящими в комплекс технических средств системы телемеханики. Поэтому выделение отдельных функционально обособленных узлов (схем) в общей схеме разработанного контроллера является до некоторой степени условным. В действительности отдельные логические элементы контроллера участвуют не только в одной из выделенных по функциональному признаку схем, а одновременно в несколько. Чтобы не возникало недоразумений при рассмотрении принципиальной электрической схемы, когда такое дублирование будет иметь место, оно будет специально отмечаться. Тоже самое можно сказать и о построении схем активации первого и второго субблока ввода данных в микро-ЭВМ (см.рис. 3.2), которые на блочной схеме контроллера показаны как полностью обособленные и входящие всецело в структуру отдельных субблоков. В действительности имеется общая часть двух схем, которая каждый раз, когда работает один из двух субблоков ввода, активирует регистр сдвига 2, и схему синхронизации ввода 3.
Контроллер построен на интегральных схемах серии 155, КІ55 и дискретных элементах. Ниже остановимся подробнее на предлагаемой схемной реализации отдельных функциональных узлов и схем контроллера.
Узел дешифратора. В схему дешифратора (см. рис.3.2 и 3.3) входят логические элементы микросхем U 20 и Л 22, элемент J? 24-2 микросхемы Л 2k (микросхемы КІ55ЛАЗ), а также микросхема Л 21 - дешифратор-демультиплексор, 4 линии на 16, реализованный на микросхеме КІ55ИДЗ. Логические элементы микросхемы В 20 выполняют функции инверторов, и их входы подсоединены к четырем линиям шины управления микро-ЭВМ Х83, Х43, Х23, XI3, так как, как отмечалось, кодовые комбинации в байтах вводимых или выводимых в микро-ЭВМ "Электроника ДЗ-28" выдаются в инверсном виде. Остальные четыре линии шины управления Ї83,У43, У23,УЇЗ не используются. Роль инверторов выполняют и все логические элементы микросхемы Л 22, а также и элемент Л 24-2 - они инвертируют декодированные дешифратором Л 21 сигналы, подаваемые им на его выходные линии с номером 2,3,4,5 и б также в инверсном виде.
Этот единичный сигнал поступает на вход логических элементов Л 34-1 и Л 35-2 (выполняющих функцию преобразования 2-2Й-2ШШ-НЕ). С выхода элемента Л 34-1 сигнал проходит цепочку, состоящую из логических элементов Л 30-1, 2? 32-2, Л 24-3, Л 35-1 и Л 30-2, чтобы прийти на вход формирователя стробирующих импульсов 10 (см. рис.3.2). Вторая линия прохождения единичного сигнала с выхода дешифрирующего узла включает логический элемент Л 35-2 (2-2И-2ШШ-НЕ), инвертор Л 30-3, с выхода которого единичный сигнал поступает на первый вход элемента Л 29-1 (2И-ВЕ). Импульс стробирования, сформированный в формирователе 10, с выхода инвертора 2) 30-4 подается на один из двух входов каждого из трех логических элементов Л 29-1, Л 23-3 и Л 23-2 (2Й-НЕ). Пропускает импульс стробирования только элемент 22 29-1, так как на втором его входе имеется единичный сигнал. После инвертирования с выхода логического элемента Л 29-2 стробирующий импульс поступает на стробирующие входы триггеров буферного регистра блока кодовых усилителей. При этом в регистре записывается байт, выставленный микро-ЭВМ на шине вывода.
В случае адресации буферного регистра ЦАП, при выводе сигналов телерегулирования (ТР), в соответствии с выставленной микро-ЭВМ кодовой комбинацией сигналов на линиях ее шины уравнения, на соответствующей выходной линии узла дешифратора (выход логического элемента В 22-4) устанавливается сигнал логическая единица. Этот сигнал поступает на вход элемента В 34-1 и после прохождения цепочки логических элементов В 34-1, В 30-1,
В 32-2, В 24-3, В 35-1 и В 30-2 запускает формирователь стробирующих импульсов. С выхода данного формирователя сформированный им импульс (выход логического элемента В 30-4) поступает, как было сказано, на выходы элементов В 29-1, В 29-3 и 2? 23-2. На этот раз, однако, срабатывает только элемент В 29-3, на второй вход которого поступает единичный сигнал с выхода логического элемента В 22-4 узла дешифратора. С выхода инвертора В 29-4 стробирующий импульс поступает на стробирующие входы триггеров буферного регистра ЦАП. При этом в регистре записывается байт выставленный на шине вывода микро-ЭВМ.
Исследование алгоритма функционирования и разработка программной реализации для микро-ЭВМ "Электроника ДЗ-28" подсистемы прогнозирования опасности самовозгорания угля на базе контроля кон центрации окиси углерода в шахтном воздухе
Как было отмечено в первой главе, применение микропроцессорной техники в автоматизированных информационно-управляющих системах позволяет существенно расширить круг решаемых ими задач. В этой связи, становится возможным более эффективно решать одну из основных, на наш взгляд, задач для каждой АСУТП и АСУП, а именно задача прогнозирования возможных нарушений нормального хода технологических процессов (прогнозирование поведения отдельных контролируемых параметров этих процессов в. будущие моменты времени) с целью недопущения срабатывания защитных устройств приводящих к нарушению нормального производственного ритма предприятия в целом. Что-же касается, например, угольных шахт, для которых разрабатывалась предлагаемая микрокомпьютерная АСУТП и система телемеханики на базе микро-ЭВМ в частности, то здесь одной из важнейших задач является возможность раннего обнаружения тенденций в спонтанном неуправляемом нагревании угля в целиках и выработанных пространствах, позволяющей путем проведения известных работ в строго ограниченном районе шахтного поля и за относительно короткий срок времени преостановить дальнейшее нагревание и тем самым избежать того огромного материального ущерба, который как правило несет шахта в случае самовозгорания угля и пожара. Важные результаты в этой области были получены Национальным управлением угольной промышленности Великобритании на основе проведенного анализа более 20-ти нагреваний на угольных шахтах в районах Стафордшир, Южный Мидленд и Донкастер/ 85 /.
При этом, была обнаружена взаимосвязь между отклонениями в микроконцентрации окиси углерода (СО) в шахтном воздухе в забоях и тенденцией в неуправляемом нагревании угля в целиках и выработанных пространствах. После проведения статистического анализа проб, выполненном на ЭВМ IBM 2742 удалось в 75% из анализируемых нагреваний выявить неблагоприятные отклонения в период, лежащий в пределах между девятью месяцами и одной неделей перед фактическим обнаружением нагревания на шахте. В среднем этот период равнялся 30 дням. Расчеты сопровождались построением диаграмм, полученных на основе статистических методов экспоненциального сглаживания действительных значений концентрации СО в шахтном воздухе и вычисления совокупных сумм действительных и экспоненциально сглаженных значений. На рис.4.3 и 4.4 показаны построенные на основе измеренных концентраций СО и проведенных расчетов диаграммы при исследовании нагревания на шахте Ли Хол в районе 701 в Великобритании / 55 /. Начало изменений градиента отмечается в поздней части декабря, за три месяца до фактического обнаружения нагревания на шахте. В параграфе 2.5 был проведен анализ методов прогнозирования временных рядов. Было отмечено, что метод экспоненциального сглаживания является основным эмпирическим методом второй группы методов, применяемых при существенной изменчивости тренда. Экспонентно сглаженная кривая действительных значений концентрации Си на рис .4.3. нагляднее, чем диаграмма действительных значений показывает тенденцию к увеличению содержания окиси углерода в пробах шахтного воздуха, однако, она не является очень чувствительной (ни одно из сглаженных таким образом значений не было больше 10 миллионных долей) и это может привести к позднему обнаружению спонтанного нагревания. Разработка подсистемы прогнозирования опасности самовозгорания угля на шахте в рамках микрокомпьютерной АСУТП горного предприятия с применением микро-ЭВМ "Электроника ДЗ-28" затруднялась тем, что других серьезных исследований в этой области по существу не проводилось, в связи с чем не хватало экспериментально полученных данных по измерении концентрации окиси углерода в период нагревания угля в целиках и выработанных пространствах для более объективного определения зависимости между этими двумя явлениями. Пользуясь вышеприведенными основными идеями / S5 /, разработан алгоритм программы, обеспечивающий простое и эффективное применение методов текущего измерения и обработки информации по процентному содержанию СО, с целью принятия заблаговременных мер по предотвращению самовозгорания на шахте. При этом, в отличии от англичан, было принято, анализ опасности спонтанного нагревания со стороны микро-ЭВМ проводить только путем исследования изменений градиента диаграммы совокупной суммы действительных значений микроконцентрации СО. Эффект сглаживания кривой диаграммы совокупной суммы дает больше информации иллюстрирующей течение основного значения контролируемого параметра, однако имеются некоторые отрицательные стороны при примене нии этого приближения. Экспоненциальное сглаживание смазывает флюктуации в общем значении контролируемого параметра, которые могут быть вызваны не только случайными помехами, но нести и достоверную информацию. Последние взаимно нейтрализуются на диаграмме совокупной суммы экспоненциально сглаженных значений, основное предназначение которой, однако, в том и должно заключаться, чтобы немедленно отражать любые возникшие неблагоприятные изменения в отклонениях контролируемого параметра. Долговременная память экспоненциального сглаживания также может стать причиной неправильной интерпретации результатов, так как ошибки и сбои могут существенным образом повлиять на характер кривой диаграммы совокупной суммы экспоненциально сглаженных значений концентрации СО в пробах шахтного воздуха. Однако, вычисление значений и вычерчивание как диаграммы сглаженных действительных значений, так и диаграммы вычисленной совокупной суммы этих значений со стороны микро-ЭВМ было сочтено необходимым, так как они со своей наглядностью облегчают работу диспетчера при оценке реальной опасности спонтанного нагревания.
Подсистема контроля опасности самовозгорания в рамках микрокомпьютерной АСУ ТП шахты на базе микро-ЭВМ "Электроника ДЗ-28" предусматривает ввод среднесуточных результатов анализов проб шахтного воздуха в диалоговом режиме или по каналам телеизмерения с регистраторов (датчиков) СО расположенных в забоях. По программе микро-ЭВМ рассчитывает экспоненциально сглаженные значения, вычисляет совокупные суммы действительных и экспоненциально сглаженных значений величин концентрации СО.
