Капитальный ремонт, модернизация автоматизированной системы управления главной вентиляторной установкой (6хВЦ-15) и воздухонагревательными установками шахты «Денисовская»

Главные вентиляционные установки (ГВУ) являются важнейшим объектом обеспечения жизнедеятельности и безопасности при производстве работ на угольных шахтах. Основными функциями ГВУ являются обеспечение работников свежим воздухом, проветривание шахты в целом и ее отдельных участков, а также поддержание температуры, необходимой для производства работ, в холодное время года за счет транспортировки в шахту нагретого воздуха.

В 2009-10 гг. специалисты ООО «Стелла» выполнили комплекс работ «под ключ» по модернизации системы управления ГВУ шахте «Денисовская» ОАО «УК «Нерюнгриуголь».

Обследование объекта было проведено с целью оценки существующего состояния объекта и выявления актуальных проблем управления ГВУ, а также сопутствующих задач, которые могли бы быть решены при осуществлении проекта модернизации.

Основным технологическим оборудованием объекта являлась ГВУ шахты, состоящая из шести вентиляторов ВЦ-15 (с электродвигателями 6кВ, 400кВт) и ляды реверсирования направления потока, а также технологическое оборудование воздухонагревательных установок ВНУ1, ВНУ2 и электротехническое оборудование распределительной подстанции РП-6/0,4 кВ, обеспечивающей обеспечение ГВУ и ВНУ электроэнергией.

Существующая система управления ГВУ устарела физически и морально, требовала капитального ремонта, замены технических средств, модернизации программно-технического комплекса. На объекте отсутствовал ряд датчиков и измерительных преобразователей, из-за обрыва линий связи отсутствовала часть функционала управления оборудованием, АРМ диспетчера шахты не функционировал. Кроме того, документация на существующую систему была представлена на объекте не в полном объеме.

Таким образом, с учетом необходимости построения на базе современных технических средств, система управления ГВУ должна была создаваться практически заново, с введением в нее основных технологических параметров ВНУ и РП.

ГВУ и ВНУ располагаются в карьере на глубине приблизительно 30 м от поверхности и на расстоянии около 300 м друг от друга. АБК с Диспетчерским помещением расположен приблизительно в 1 км от объектов вентустановки. В прямой видимости АБК над объектами вентустановки располагается т.н. Контейнер связи, который был использован для обеспечения связи между пунктами управления системы.

Тяжелые климатические условия, сложный рельеф, удаленное взаимное расположение пунктов контроля и управления объектом, нестабильная интернет-связь с «внешним миром», повышенные требования к надежности функционирования системы определяли необходимость применения самых современных, надежных, удовлетворяющих условиям безопасности технических решений по структуре системы, выбору технических средств автоматизации и связи.

По результатам обследования объекта были сформулированы и проанализированы варианты реализации модернизируемой системы, по результатам анализа приняты основные технические решения, разработана рабочая документация технического и программного обеспечения системы. Причем, были проработаны и подготовлены резервные варианты реализации системы.

Так, из-за невозможности проведения монтажных работ по прокладке оптических линий связи Ethernet в зимнее время, был проработан и учтен в рабочей документации резервный вариант организации связи между пунктами управления и контроля по радиоканалу (WiFi). Затем, по окончании холодного периода, силами соответствующих служб предприятия, был реализован и первоначальный вариант связи по оптическим кабелям.

Впоследствии, при очередном развитии уровня автоматизации шахты, резервы, заложенные в подсистему связи уже действующей модернизированной системы, были использованы службами предприятия для передачи данных диспетчеру о работе шахтных конвейерных систем.

В комплекс работ, выполненных специалистами ООО «Стелла», входили также комплектация и поставка оборудования АСУТП, монтаж щитов автоматизации, проведение шеф-монтажных и пуско-наладочных работ на объекте, передача системы в промышленную эксплуатацию.

Схема структурная комплекса технических средств (КТС) системы показана на рис. 1 (вариант с беспроводной связью Wi-Fi).

Структура системы включает три уровня иерархии.

Нижний уровень системы – уровень датчиков и средств воздействия на технологическое и электротехническое оборудование ГВУ, ВНУ и РП. Он также включает предназначенную для сбора данных и обмена информацией с вышестоящим уровнем станцию удаленного ввода-вывода на базе устройств Advantys STB (Schneider Electric).

Щит станции STB с постами аварийного останова вентагрегатов, щит управления лядой реверсирования, а также нормирующие преобразователи измерительных приборов для контроля параметров вентканала расположены в Пункте контроля при ГВУ, который примыкает к стене вентканала. Приборы и средства автоматизации, установленные в вентиляционном канале, имеют рудничное исполнение, а их подключение к модулям ввода-вывода осуществлено с применением барьеров искробезопасности фирмы «Гранч» (Новосибирск).

В качестве датчиков температуры, содержания CO, депрессии, компрессии воздушного потока в вентканале использованы датчики Trolex (Великобритания). Для измерения расхода воздуха в вентканале в нормальном и реверсивном режиме проветривания использован отечественный датчик ДСПШ-20 (ФГУП СПО «Аналитприбор», Смоленск).

Для измерения температуры подшипников турбин вентиляторов, температуры наружного воздуха и температуры воздуха в воздуховодах после ВНУ1 и ВНУ2 использованы отечественные датчики общепромышленного исполнения ТСМУ и ТСПУ НПП «Элемер».

Для измерения уровня вибрации подшипников использованы датчики виброскорости 9842V компании Rockwell Automation (по 2 датчика на каждый из подшипников для обеспечения измерений по двум осям координат).

Для измерения содержания CO в помещениях ВНУ применены сигнализаторы СОУ-1 (ФГУП СПО «Аналитприбор», Россия).

Для контроля наличия напряжения на вводах 6/0,4 кВ в РП использованы приборы МНС-1 («Овен», Россия).

Для контроля уровня в пожарных баках, расположенных у Контейнера связи (одна из актуальных задач предприятия, решенных попутно с комплексом задач модернизируемой системы) использованы датчики РОС-301.

Датчики в зависимости от месторасположения подключены к модулям ввода-вывода станции STB, контроллеров PLC1 или PLC2.

Средний уровень системы – уровень программируемых логических контроллеров (ПЛК), построен на основе ПЛК TSX Premium и Twido (оба Schneider Electric) и предназначен для обработки информации, реализации алгоритмов контроля, управления, сигнализации и блокировки, обмена информацией с нижним и верхним уровнем системы.

Контроллер PLC1 выполняет функции сбора данных о значениях технологических параметрах и состоянии оборудования РП и ВНУ, выработки управляющих воздействий на электротехническое оборудование РП. Щит PLC1 расположен в Операторском помещении при РП и оснащен операторской панелью с сенсорным управлением.

Контроллер PLC2 расположен в Контейнере связи и предназначен для контроля уровня в пожарных баках. Дальнейшая перспектива его использования связана с диспетчеризацией насосной станции, расположенной у пожарных баков .

Верхний уровень системы – уровень автоматизированного рабочего места (АРМ) диспетчера, предназначенный для отображения информации о технологическом процессе и оперативного дистанционного управления, сигнализации и квитирования тревог, архивирования оперативной информации и событий в системе, формирования отчетных форм, передачи данных по Web-интерфейсу. К верхнему уровню также относятся: инженерная станция (АРМ инженера-программиста), предназначенная для конфигурирования прикладного программного обеспечения; расположенные в серверной стойке с консолью контроля и управления KVM дублированный сервер HP ProLiant DL320G6, выполняющий функции сервера контроллера домена, сервера баз данных и сервера приложений, и дублированный сетевой коммутатор HP ProCurve V1905-24. Технические средства верхнего уровня расположены в АБК шахты.

В качестве среды разработки и исполнения для реализации функций верхнего уровня системы и организации передачи данных по Web-интерфейсу были использованы программные продукты CIMPLICITY HMI. Web-клиентами системы являются управляющая компания предприятия в Москве и ООО «Стелла» (Санкт-Петербург) как организация-разработчик системы.

На рис.2 показан вид главного экрана, полученный Web-клиентом системы в Санкт-Петербурге в режиме реального времени. При разработке верхнего уровня Системы предусмотрена возможность ее расширения по информационной мощности (прогнозируемое количество входных и выходных сигналов – 2000).

• дистанционном режиме контроля и управления из Диспетчерской;
• дистанционном режиме контроля и управления из Операторской;
• местном режиме управления из Пункта контроля ГВУ или в непосредственной близости от технологического оборудования.

Дистанционный режим контроля и управления из Диспетчерской является основным. В этом режиме на АРМ диспетчера происходит мониторинг состояния

технологического процесса, на основе получаемой информации диспетчер принимает решение о запуске/останове вентиляторов ВЦ-15, управляет лядой реверсирования.

В дистанционном режиме контроля и управления из Операторской контроль за состоянием и управление оборудованием осуществляется с помощью сенсорной панели на щите контроллера PLC1. Управление осуществляется эксплуатационным персоналом по заданию диспетчера при проведении регламентных мероприятий.

В местном режиме управления из Пункта контроля в ГВУ осуществляется контроль параметров вентканала с цифровых индикаторов приборов, управление лядой реверсирования по месту, а также обеспечена возможность экстренного останова каждого из вентиляторов ВЦ-15.

В результате реализации АСУТП ГВУ на шахте «Денисовская были решены следующие задачи:

• обеспечение непрерывного мониторинга и оперативного управления технологическим процессом главной вентиляторной установки (ГВУ) шахты «Денисовская».
• обеспечение необходимой производительности вентустановки в нормальном и реверсивном режимах проветривания, температурного режима воздушного потока, подаваемого в шахту за счет оптимизации режима работы оборудования на основе непрерывного мониторинга параметров технологического процесса.
• обеспечение промышленной безопасности производства за счет реализации в системе функций непрерывного контроля, предупредительной и аварийной сигнализации отклонений, а также оснащения объекта приборами и средствами автоматизации в соответствии с требованиями действующих норм и правил безопасности.
• создание условий для повышения производительности и качества труда эксплуатационного персонала за счет обеспечения достаточной, достоверной и своевременной информацией о ходе технологического процесса и применения современных технических средств и программного обеспечения.
• обеспечение возможности дальнейшего развития автоматизированных систем управления на предприятии за счет создания ПТК верхнего уровня на основе дублированного сервера с заложенным резервом по емкости, производительности и вычислительной мощности.