книги из ГПНТБ / Местер, И. М. Автоматизация контроля и регулирования рудничного проветривания

3. Так как функционирование исследуемой системы рассматри­ вается на большом отрезке времени Т (теоретически Т ->■ оо), кор­ реляционные функции аддитивных составляющих процесса С (t) принимаются простейшими экспоненциального типа

4. Процессы Gg (t) и GH(t) не коррелированы.

При принятых условиях задача синтеза оптимальной весовой функции системы сводится к минимизации дисперсии ошибки Е (і) =

— Св (0 — С (t), представляющей собой разность между вьтход-

Рис. 11.16. Схема управляющего каскада АСУ проветриванием:

а — структурная; б — расчетная

ным сигналом идеальной системы с весовой функцией ѵ (т) и реаль­ ной системы с весовой функцией w (т)

De ==Ee (0) - у min.

Весовая функция идеальной «копирующей» системы при С (t) —

Оптимальную весовую функцию іѵ0 (т) следует искать в классе множества допустимых функций, интегрируемых в интервале 0 -ѵ оо, и можно определить в общем случае решением линейного интеграль­ ного уравнения Фредгольма первого рода

С О

f BG(т - к) w0 (к) dk - Roc (т) - 0 .

о

Решение уравнения в замкнутой форме представляет значитель­ ные трудности, однако при принятых исходных положениях в соот-

100

ветствии с методологией, изложенной в работе [57], она определена как

При принятых условиях (11.64) подкоренное выражение в (11.69) всегда меньше 1, следовательно, d < а в. Отсюда следует, что Z)0 )> 0.

Анализ зависимостей (11.66)—(11.69) показывает, что с уменьше­ нием отношения a JaB разность Кг—К 2 стремится к нулю. Физи­ чески это означает, что чем больше разнесены частотные диапазоны процессов GH (t) и GB (t), тем ближе передаточная функция (11.70) оптимальной системы к передаточной функции реального диффе­ ренцирующего звена, осуществляющего в данном случае операцию

101

чение С (іі) на (п — 1)-ді такте; Тсг — интервал сглаживания (ре­ комендуется 1—2 ч).

На первом этапе внедрения диспетчерского управления провет­ риванием МакНИИ рекомендует для подсчета Q3i, соблюдая осторож­ ность, алгоритм, основанный на ступенчатой аппроксимации, при котором потребный прирост количества воздуха на п-м такте упра­

AQ, благодаря чему снижается вероятность появления недопустимых концентраций вредных примесей, однако резко возрастает вторая составляющая ущерба, связанная с избыточностью подаваемого на проветривание воздуха. Во избежание этого, как показывают исследования, при наличии вероятностной АГЗ в формуле (11.74) величину 3aG можно заменить па oG без ущерба для безопасности производства.

В соответствии с данными, приведенными в § 5, длительность интервала управления (период времени между отдельными опера­ циями по отработке рассогласования Q3 и (?ф) может быть различной в зависимости от требуемой эффективности управления. При исполь­ зовании алгоритма (11.74) МакНИИ рекомендует принимать Ту равным одной неделе. По мере накопления опыта и данных эксплуа­

целесообразно'перейти к оптимальному алгоритму (II.73).

При экспериментальном исследовании управляющего каскада (включая ЛГЗ) была изучена связь между средним временем про­ стоя добычного участка и временем сглаживания (регулирования) в управляющем каскаде, учитывающая фильтрующие свойства ве­

и определялось общее время простоя за все время реализации про­ цесса С (t) в предположении безынерционности газодинамического объекта и применении вероятностной АГЗ с отключением по площади

тельствует об одной общей закономерности, заключающейся в том, что с увеличением периода сглаживания параметр эффективности

103

функционирования системы (длительность Ts или Тт) простоев по фактору газовыделения стремится к постоянному, предельному значению, зависящему только от параметров настройки вероятност­ ной АЗГ (5пр при отключении по площади выброса и Тср — при

г

отключении по длительности выброса). Это объясняется тем, что начиная с какого-то граничного значения периода сглаживания центрированный процесс (помеха) приобретет свойства стационар­ ности и эргодичности, что соответствует основным допущениям,

104

принятым в § 6. С ростом S nр и тср простои из-за срабатывания АГЗ уменьшаются. Полное отсутствие простоев наблюдается только при вероятностной АГЗ с отключением но площади. Кроме того, они соответственно меньше в целом, чем при АГЗ с отключением по длительности выбросов.

Следует отметить, что моделирование выполняли при условии сглаживания процесса С (t) на уровне уставки (С3 = Сдоп), т. е. предполагалось, что математическое ожидание сглаженного про­ цесса С (t) в результате стабилизирующего действия управляющего каскада поддерживается постоянным и равным Сдоп. В действитель­ ности соответствующим подбором уставки С3 (С3 ■< СДоП) и площади

С (t) с использованием фильтрующих свойств вероятностной АГЗ. Приведенные результаты исследований послужили основой при разработке аппаратуры автоматизации распределения воздуха по горным выработкам в системе диспетчерского управления про­ ветриванием шахт, осваиваемой заводом «Красный металлист». Рассмотрим теперь основные вопросы динамики процесса упра­ вления разгазированием тупиковых выработок, в значительной мере предопределяющие техническую реализацию подсистемы II

рассматриваемой АСУ (см. § 5).

Разгазирование тупиковых выработок, прежде всего особо опас­ ных по газу, в настоящее время представляет собой очень сложный процесс, требующий присутствия нескольких инженерно-техниче­ ских работников и проведения специальных мероприятий по ТБ (удаление рабочих из прилегающих выработок, выставление постов и т. д.).

Обычно разгазирование выполняют: периодическим включением и отключением ВМП для выталкивания газового облака из тупиковой выработки; последовательным наращиванием вентиляционного става; плавным изменением производительности ВМП.

При использовании существующих ручных методов управления процесс разгазирования тупиковых выработок практически нена­ блюдаем и неуправляем. Это объясняется влиянием субъективных факторов (добросовестность, квалификация и т. п.) и значительным временем запаздывания обратной связи между лицом, включающим ВМП, и лицом, осуществляющим измерение концентрации метана на исходящей вентиляционной струе. По указанным причинам в процессе ручного управления разгазированием нередко имеют место «перерегулирования», когда концентрация метана на исходящей вентиляционной струе превышает предельно допустимое в соответ­ ствии с ПБ значение, что может привести к опасным последствиям.

С целью устранения этой опасности применяют специальные устройства для механизации процесса разгазирования [26, 59, 60, 611, которые позволят также сделать процесс полностью управляе­ мым и наблюдаемым.

105

На рис. 11.19 показан принцип работы одного из первых таких устройств [20, 591. Устройство состоит из короба 3 прямоугольного сечения, встраиваемого в нагнетательный став в районе устья тупи­ ковой выработки. В верхней части короба имеется воздухораспре­ делительный шибер 11. Перемещаемый конец шибера рассекает воздушный поток, идущий от 1ШЛ, на две составляющие. Первая часть потока устремляется в устье тупиковой выработки и служит для

Рис. 11.19. Общий вид воздухораспределительного устройства для управления процессом разгазирования:

1 — тупиковая выработка; 2 — вертикальная труба; з — короб; 4 — трос; 5 — вентилятор местного проветривания; 6 — датчик концентрации метана (0—4% СН4); 7 — блок управле­ ния; 8 — приводное устройство; 9 — пост управления: іо — показывающий прибор дат­ чика концентрации метана; 11 — шибер: 12 — датчик контроля производительности ВМГГ

разбавления газовой смеси, поступающей из загазированной выработки. Вторая составляющая направляется в нагнетательный трубопровод и обусловливает выталкивание газовой смеси из вы­ работки, т. е. скорость разгазирования. Чем ниже опущен шибер, тем меньше скорость разгазирования и тем больше разбавляется газовая смесь чистым воздухом, и наоборот. Благодаря интенсивному перемешиванию газовой смеси в районе шибера она приобретает однородный характер и ее концентрацию можно измерить достаточно представительно с помощью одного датчика концентрации метана, располагаемого в устье тупиковой выработки на расстоянии 8— 10 м от воздухораспределительного устройства.

106

Необходимое положение шибера устанавливают с помощью троса 4 и приводного устройства 8, расположенного в районе ВМП. Туда же должен быть вынесен индикатор датчика концентрации метана.

Описанное устройство может быть использовано не только для разгазирования, по и для плавной подачи воздуха в забой (после кратковременной остановки ВМП) во избежание порыва вентиля­ ционных труб. Для этого перед включением ВМП шибер полностью опускают, затем включают ВМП и медленно поднимают шибер до крайнего верхнего положения, при котором весь воздух устрем­ ляется в нагнетательный став.

В работе [01] описан метод управления разгазированием тупико­ вой выработки, основанный на применении того же воздухораспре­ делительного устройства, но располагаемого непосредственно у ВМП на стороне нагнетания. Устройство позволяет плавно регулировать производительность вентилятора в зависимости от показаний дат­ чика концентрации, расположенного на исходящей струе участка в выработке, прилегающей к тупиковой (после смешения выталки­ ваемой газовой смеси со свежей струей).

Такой метод в отличие от ранее описанного имеет ряд преимуществ: не требует применения специальных тяг для дистанционного упра­ вления воздухораспределительным устройством (ВУ); обеспечивает более простую эксплуатацию ВУ; исключает необходимость в распо­ ложении датчиков концентрации метана непосредственно в завизиро­ ванной выработке.

В Карагандинском угольном бассейне предложен и испытан в промышленных условиях метод автоматического «импульсного» разгазирования, отличающийся от предыдущего лишь своей про­ стотой, так как непрерывное регулирование производительности ВМП заменено импульсным управлением ВМП, а параметры упра­ вления — длительность включения ВМП и длительность паузы — регулируются в зависимости от контролируемого значения концент­ рации метана.

При таком методе нет необходимости в специальном ВУ и соот­ ветствующем дополнительном электрооборудовании.

Возможны также и другие системы управления, отличающиеся конструктивным и схемным исполнением. Так, например, вместо дистанционного управления ВУ с помощью тяг может быть исполь­ зован искробезопасный привод, располагаемый непосредственно

уВУ и управляемый по искробезопасным цепям.

Вработе [60] описана система разгазирования, при которой ВУ располагается на стороне нагнетания ВМП, а подача воздуха в зону

смешения осуществляется по дополнительному трубоставу. Классификация методов разгазирования приведена на

рис. II. 20.

Для всех методов класса А, независимо от их конструктивных особенностей, характерно смешение газовоздушной смеси, выталки­ ваемой из тупика, со свежим воздухом в выработках, прилегающих к тупиковой, т. е. за ее пределами.

107

Методы класса Б отличаются тем, что разбавление смеси проис­ ходит в два этапа: сначала в устье выработки за счет части свежего

«Заброс» концентрации па исходящей струе может значительно превосходить допустимые значения ввиду больших значений GT, достигающих максимума при половинной длительности т0 процесса

108

увеличивается, и может быть определена из следующего соотно­ шения:

Учитывая, что при максимальном значении @втах) полная дли­ тельность разгазирования равна 2т0, а также учитывая соотно­

где G<max) (т) — параметр идентификации объекта в формуле (1.33). Множитель в скобках в формуле (II.78) позволяет приближенно оценить увеличение длительности разгазирования при идеальном управлении процессом по сравнению с неуправляемым режимом работы ВМП, развивающего максимальную производительность.

При работе ВМП с нерегулируемой минимальной производитель­

при котором концентрация на исходящей струе не будет превосходить допустимой величины даже при максимальном значении G(°nmax> т длительность процесса разгазирования

вления процессом, с учетом же диффузионных явлений эта вели­ чина окажется еще больше.

Естественно, что такой метод управления ВМП наиболее простой и надежный, однако в реальных условиях заранее неизвестна ве­

личина G(max) (т), что усложняет предварительное определение величины Qmin. Кроме того, в действительности распределение кон­ центрации метана по длине тупиковой выработки может значительно отклоняться от линейного закона (например, в условиях восста­ ющих подготовительных выработок или при наличии в тупиковой выработке куполов с местными скоплениями метана).

Поэтому наиболее рациональным является метод управления производительностью ВМП в соответствии с условием (1.28).

109