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

а

Рис. 11.26. Варианты структурного построения подсисте­ мы управления распределением воздуха:

y - Q — управляющее устройство исполнительного каскада; У-С — управляющее устройство задающего каскада; М — многоканальный регулятор; Б Л А — блок локальной автоматики

6. Прп трех уровнях управления (наличие групповых РРВ) отработка АQ производится в два этапа: сначала охватываются ниж­ ний и средний уровни (участковые и групповые РРВ), причем одно­ временно по всей вентиляционной сети, а затем групповые РРВ

иВГП при соблюдении условий, отмеченных в п. 1—5.

7.Процесс отработки AQ должен носить апериодический сходя­ щийся характер при наиболее тяжелом виде возмущения по заданию

121

(отработка двух скачкообразно измененных по уставке и противо­ положных по знаку АQ).

8. Ограничение максимального значения средней скорости отра ботки рассогласования с целью предупреждения нежелательных переходных аэрогазодинамических процессов (явление всплесков концентрации метана).

Перечисленные требования к алгоритмам управления распреде­ лением воздуха предопределяют наличие развитых информационных связей между участковыми управляющими устройствами, что суще­ ственно влияет на выбор рациональной структуры и степени центра­ лизации управления.

На рис. 11.26 показаны различные варианты структурного по­ строения подсистемы управления распределением воздуха, отли­ чающиеся характером перераспределения функций между уровнями иерархии. Следует отметить, что рекомендуемая в § 7 каскадная структура алгоритма управления распределением воздуха по фак­ тору газовыделения отнюдь не предопределяет функциональную структуру подсистемы при ее технической реализации.

Как видно из рис. 11.26, возможны четыре основных варианта подсистемы с каскадным управлением при различном территориаль­ ном расположении итехническом исполнении управляющих устройств. Сами регуляторы могут быть как индивидуальными (варианты а, 6 и в), так и многоканальными (вариант г), причем в последнем варианте два многоканальных регулятора или каждый из них могут быть заменены одной УВМ.

Попытки теоретического обоснования оптимального варианта построения системы [68, 69] не приводят к однозначному ответу из-за множества неучтенных факторов и отсутствия данных по на­ дежности, стоимости и т. д., в связи с чем выбор рациональной структуры в значительной степени основывается на эвристических соображениях. С этих позиций как для условий шахт, так и для условий рудников следует предпочесть вариант г, обеспечивающий следующее:

в) автоматизированное управление распределением воздуха, руч­ ное задание уставок по концентрации;

г) полную автоматизацию распределения воздуха по определя­ ющим факторам (газовыделение, температура, содержание пыли

ит. д.);

2)максимальное участие диспетчера в процессах контроля и упра­ вления на всех этапах развития системы;

3)высокую ремонтопригодность управляющих устройств, явля­ ющихся наиболее сложными элементами системы;

4)минимальное количество информационных связей между устройствами локальной автоматики в условиях экстремальной системы регулирования распределения воздуха.

122

15 отношении технической реализации управляющего устройства исполнительных каскадов предпочтительным является специализи­ рованное устройство, так как существующие УВМ [70] еще не отве­ чают ни высоким требованиям надежности, предъявляемым к аппа­ ратуре автоматизированных систем техники безопасности (наработка на отказ каждого функционального блока не менее 10 000 ч), ни тре­ бованиям быстрой перенастройки логических связей при изменении топологии сети, количества и функций РРВ (участковый, групповой), общего количества ВГІ! и т. д. Между тем эта задача удачно решается с помощью специализированного аналого-дискретного управляющего устройства, состоящего из однотипных съемных блоков, индивидуаль­ ных для каждой единицы управления (РРВ, ГРРВ, ВГІІ), и имеющих гибкие связи в соответствии с конкретной топологией АРС.

Удачное сочетание достоинств аналоговой (микросхемные опера­ ционные усилители) и дискретной техники, индивидуальных упра­ вляющих однотипных блоков с общесистемной, легко перенастраи­ ваемой междублочной коммутацией обусловливает неоспоримые пре­ имущества специализированного управляющего устройства по срав­ нению с существующими универсальными УВМ.

Описываемое устройство построено по принципу локальных замкнутых одноконтурных систем регулирования с главной отри­ цательной обратной связью, замыкающейся через датчик регулиру­ емого параметра.

Выходное напряжение от датчика количества (скорости воздуха) подается на вход усилителя-сумматора У-С и сравнивается с устав­ кой-заданием. Напряжение на выходе У-С, пропорциональное раз­ ности Д(), преобразуется в широтно-импульсном преобразователе (ШИП) в соответствующую длительность импульсов т, включа­ ющих в зависимости от знака &Q привод, перемещающий РРВ с по­ стоянной скоростью в сторону соответственно его открытия или закрытия. В том случае, когда данный РРВ полностью открыт (ли­ дер), а ДQ > 0 , схема логики подключает к выходу ШИП вентиля­ тор главного проветривания и отключает РРВ.

Если производительность ВРИ регулируется оборотами, управля­ ющие импульсы с выхода ШИП подаются на вход дистанционно управляемого задатчика оборотов, предусмотренного в комплекте автоматизированного электропривода ВГІІ. В течение всей длитель­ ности т задатчик перемещается с постоянной скоростью, изменяя число оборотов ВГП. При прекращении управляющего импульса задатчик останавливается. В случае использования центробежного вентилятора с дистанционно управляемым углом установки напра­ вляющего аппарата функции задатчика выполняет нерегулируемый асинхронный привод направляющего аппарата. Если же имеется несколько лидеров, у которых AQ < 0, схема логики обеспечивает управление производительностью ВГІІ тем лидером, у которого ДQ наибольшее.

Для упрощения управляющего устройства анализ рассогласова­ ний по амплитуде и знаку осуществляется не их прямым сравнением

123

между собой, л косвенно, по состоянию выходных дискретных сигна­ лов, соответствующих ШИП, с учетом степени открытия РРВ.

Этот же принцип используется и при формировании управляющих импульсов на уменьшение производительности ВГП, когда у всех лидеров АQ < 0.

Соотношение, связывающее все параметры импульсной сепаратной участковой САР с широтно-импульсной модуляцией при условии кратности корней характеристического уравнения эквивалентной непрерывной участковой САР, имеет следующий вид:

где Kyz — коэффициент усиления усилителя-сумматора; Тп — пе­ риод повтореніи тактовых импульсов, сещГд — постоянная времени датчика количества воздуха, сек; Ка — коэффициент передачи дат­

эксплуатации при использовании РРВ с почти линейной расходной характеристикой в наиболее распространенном случае, когда боль­ шая часть напора ВГП приходится на подводящую вентиляционную сеть и лишь незначительную его часть составляет депрессия участка, изменения общего коэффициента усиления К у сепаратных САР обусловлены в основном изменением коэффициента передачи Кв ВГП в связи с изменением пропускной способности М шахты (1.68).

Корректировка величины К в для поддержания постоянства коэф­

чивающего при новых значениях Нв t и QB . прежнее расчетное значе­ ние Ку\ Нв { и QBI — непосредственно замеренные текущие значения соответственно напора и расхода, развиваемых ВГП; ЛР°> и К $ р — соответственно расчетное (опорное) значение пропускной способности

Макет представляет собой комбинированную модель АРС с тремя РРВ и произвольно набираемой топологией сети.

На рис. 11.28 показаны осциллограммы переходных процессов отработки скачкообразных возмущений (А@ < 0) по заданию у

124

па общем характере и длительности переходных процессов, поэтому в реальных условиях параметры всех участковых регуляторов целе­ сообразно настраивать одинаково — по тому участку, у которого значение произведения ТлКйКВ, определяемое расчетпо или экс­ периментально, окажется наибольшим. В это.м случае коэффициенты

Рис. 11.28. Осциллограммы переходных процессов, полученные на модели АРС

усиления всех замкнутых участковых САР оказываются разными, а длительность переходного процесса несколько большей, чем при индивидуальной настройке каждого участкового регулятора строго по зависимости (11.85). Идентификацию коэффициентов передачи РРВ и ВГП можно выполнять периодически (по-видимому, не чаще одного раза в год) методом активного эксперимента в нерабочие смены. При этом все РРВ, кроме идентифицируемого, должны быть

126

полностью открыты, а коэффициент передачи следует определять для двух крайних положений РРВ.

воздуха па общей исходящей струе, величина утечек в трубопрово­ дах) и обобщенная информация о нормальном или аварийном состоя­ нии аппаратуры и режима проветривания.

Кроме того, на высший уровень иерархии возлагается наблюде­ ние за процессом разгазирования и коррекция динамических харак­ теристик локального устройства управления разгазированием. Эти более сложные функции выполняются централизованно, либо диспет­ чером, либо УНМ.

При системном решении вопросов централизованного сбора, об­ работки и представления информации основное значение приобре­ тают функции, выполняемые высшим уровнем иерархии (диспетчер, УВМ), определяющие, в свою очередь, структуру системы и пара­ метры отдельных ее устройств. Следует сказать, что информация, которая не используется для управления, не только бесполезна, но и вредна, так как па ее получение и обработку затрачиваются зна­ чительные средства.

Вусловиях рассматриваемой АСУ это обстоятельство приводит

кпротиворечию между необходимостью анализа при редких аварий­ ных режимах всей информации, содержащейся в контролируемых процессах (включая и высокочастотные составляющие), и бесполез­ ностью значительной части этой информации в течение всего периода нормального функционирования системы. Поэтому алгоритмы стати­ стической обработки информации должны отличаться элементами

адаптации, т. е. должны приспосабливаться к изменяющимся ха­ рактеристикам контролируемых и управляемых процессов, чтобы свести к минимуму обработку бесполезной информации.

С другой стороны, для максимального использования средств, затраченных на создание и эксплуатацию системы, необходимо не­ прерывно совершенствовать и увеличивать функции, выполняемые высшим уровнем иерархии, учитывая огромные возможности вы­ числительной техники. Рассмотрим этот вопрос подробнее.

Функции высшего уровня иерархии рассматриваемой АСУ, техническая реализация которого основана, как правило, на приме­ нении универсальной УВМ, входящей в состав АСУП шахты, осу­ ществляются тремя группами алгоритмов, приведенных в табл. II.4.

127

Алгоритмы, приведенные в п. 1—4, особых пояснений не требуют, так как они основаны на приведенных в § 7 данных. Последующие алгоритмы тесно связаны с представлением диспетчеру информации о характере функционирования объектов контроля и управления (технологическая диагностика), а также автоматических средств контроля и управления (техническая диагностика).

Существующие средства представления информации о состоя­ нии проветривания, например в аппаратуре АМТ-3, не отвечают современным требованиям системотехники и эргономики. Механи­ ческая замена аналоговых самЪписцев на цифропечатающие дис­ кретные регистрирующие устройства также ненамного улучшает положение.

128

Для повышения эффективности управления необходимо, во-пер­ вых, извлечь максимум полезной информации из первичных сообще­ ний, поступающих от датчиков, и, во-вторых, обработать эту инфор­ мацию так, чтобы в своем законченном виде она сочетала обобщен­ ность представления состояния проветривания по шахте в целом с необходимой детализацией отдельных отклонений от нормального режима. Поэтому целесообразно ежесменно на цифропечать выводить специальный отчет о состоянии проветривания. Отчет должен со­ держать данные о среднестатистических значениях контролируемых параметров и, кроме того, синхронное (совмещенное во времени) представление характерных участков отдельных реализаций конт­ ролируемых процессов с выделением (в растянутом масштабе вре­ мени) существенно нестационарных отрезков, в первую очередь с недопустимыми отклонениями от ПБ. Такой сменный отчет должен также содержать данные о профилактическом контроле датчиков, о простоях по фактору газовыделения, о загазировании и разгазировании подготовительных участков с указанием абсолютного времени каждого отклонения от нормы.

Средние значения контролируемых параметров подсчитывают по известным из математической статистики зависимостям с учетом некоторых особенностей, которые будут рассмотрены ниже.

Значительно сложнее вопрос выделения нестационарностей. Эта задача, относящаяся к проблеме распознавания образов (ситуаций), находится лишь в начальной стадии разработки. На этом этапе наи­ более важный, практический вопрос — регистрировать данный от­ резок реализации или нет — решается на основе методологии, пред­ ложенной в § 6, которая основана на интегральном принципе рас­ познавания и классификации существенных нестационарностей (вы­ бросов) по их информативности.

Основное отличие алгоритма распознавания от описанного в § 6 заключается в том, что фиксированное значение тдоп заменяется на текущее, сглаженное значение контролируемого процесса, а сум­ мируются ординаты центрированного процесса обоих знаков. При контроле взаимосвязанных, коррелированных процессов (например, Q (t) и С (t), на исходящей струе добычного участка, расходы воз­ духа в ответвлениях и в общем участке вентиляционной сети и т. д.) соответствующие отклонения суммируются с учетом веса г) каждого процесса, определяемого экспериментально и зависящего от степени полноты корреляционной связи между процессами. Например, ал­ горитм подсчета критерия информативности S (п) при двухфактор­

соответственно Q (t) н С (t) на том же интервале; Ат (п) —■текущее значение интервала между отсчетами.

На рис. 11.29, а показаны соответствующие этому случаю ха­ рактерные совместные выбросы процессов С (t) и Q (t), свидетель­ ствующие о каком-то технологическом нарушении (технологическая диагностика), обусловленном с большой степенью вероятности вре­ менным изменением режима проветривания. На рис. 11.29, б пока­ зан выброс процесса Q (і), обусловленный, по всей вероятности, временным уменьшением сечения выработки в месте установки дат­ чика скорости воздуха (техническая диагностика).

В зависимости от величины S (п) та или иная нестационарность относится к классу неинформативных (не регистрируется), информа­ тивных (регистрируется в конце смены в отчете с выпечаткой всего

а

Рис. 11.29. Иллюстрация к интегральному методу распознавания существен­ ных нестационарностей

отрезка реализации) и угрожающих (регистрируется в момент распознавания в растянутом масштабе времени, сопровождается автоматическим оповещением диспетчера).

Ситуация, отраженная на рис. 11.29, б, может оказаться отнесен­ ной к классу неинформативных, а на рис. 11.29, а — к классу ин­ формативных, хотя заштрихованная площадь Sn центрированного процесса Q (t) в обоих случаях одинакова. Естественно, что первона­ чально установление коэффициентов сглаживания и классифика­ ционных признаков носит субъективный характер и определяется в значительной степени объемом и качеством априорной информа­ ции о контролируемых процессах. Поэтому непрерывное совершенст­ вование классификации и методологии распознавания должно само по себе представлять самообучающийся процесс. При этом следует учитывать, что «ложная тревога» означает излишние затраты машин­

щением возможности предупредить аварию, ущерб от которой ис­ числяется иногда миллионами.

Сущность технического диагностирования (см. и. 9 табл. II.4) сводится к следующему. Как известно, в настоящее время проверка исправности датчиков концентрации метана и исполнительного

130