Автоматизированные системы и связь для открытых горных работ фирмы SIEMENS

Существенные изменения, произошедшие в мировой экономике за последние годы, связанные с усилением рыночной конкуренции и ужесточением требований в отношении окружающей среды, затронули также и горнодобывающую промышленность. Обеспечение конкурентоспособности в наши дни в большей степени, чем когда-либо превратилось в одну из важнейших задач по руководству предприятием. Одним из ключевых моментов к сокращению эксплуатационных расходов, а также затрат на техническое обслуживание и ремонт горного оборудования является разработка и использование автоматизированных систем и установок.

Классическими составными частями автоматизации являются управление ее техническими средствами, организация этого управления обеспечением качества, централизованная диагностика и контроль за соблюдением установленного технологического режима. Для того чтобы создать из всех этих частей солидное целое нужен фундамент – общая коммуникационная база. Эта база в рамках отдельной промышленной установки создается путем формирования высокопроизводительных сетей передачи данных.

С помощью создания таких сетей на горных предприятиях могут решаться комплексные задачи автоматизации и диагностики. Особенно это важно для открытых горных работ, где многомерная задача разработки недр нуждается в четкой системе получения разнообразной информации.

На схеме 1 показана топология приборного оснащения конвейерной установки на одном из буроугольных разрезов Германии. Это один из типичных случаев применения открытой транспортной сети (ОТС). В принципе ОТС всегда состоит из узлов и световодов, конфигурируемых в дуплексное кольцо. При работе в нормальном режиме по первичному кольцу осуществляется передача данных и в случае возникновения того или иного сбоя в первичной системе система автоматически переключается на вторичную, причем для операторов коммуникационной сети этот процесс переключения происходит абсолютно незаметно. Эта функция, равно как и другие средства наблюдения и контроля, гарантирует высокую степень готовности конвейерных установок. Узлы ОТС смонтированы в 19-дюймовых стойках и служат в качестве портов доступа к сети передачи данных. Встроенные в стойки интерфейсные платы регулируют доступ операторов данного канала и обеспечивают различные виды сигналов для транспортировки данных. С помощью центра управления сети (ЦУС), в состав которого входят персональный компьютер и необходимое программное обеспечение, могут быть осуществлены расширения и изменения конфигурации системы для лучшего ее технического обслуживания. Для удовлетворения разнообразных сфер применения существуют системы ОТС на 36 Мбит/с, 150 Мбит/с и 600 Мбит/с. Эти три системы ОТС имеют в своем распоряжении узлы двух типов, которые выбираются в соответствии с необходимой шириной диапазона или же в соответствии с количеством интерфейсных плат. Максимальное количество узлов ОТС в сети составляет при сети ОТС36 – 63 узла, при сети ОТС150 или ОТС600 соответственно по 250 узлов. Расстояние между двумя узлами может составлять как несколько метров, так и до 50 км. Это зависит от следующих параметров:

от оптических передающих и приемных устройств. Различают светодиоды (LED) и лазерные системы на 850 и 1300 мм;
от используемого стекловолокна (многомодовое или одномодовое оптическое волокно);
от затухания в оптико-волоконной сети;
от передаваемого набора данных.

Если рассматривать системы ОТС36 или же ОТС150, то с помощью одномодового стекловолокна и лазерных систем может быть обеспечена передача информации на значительные расстояния – до 50 км, без использования каких-либо усилителей. Узел ОТС представляет собой 19-дюймовую стойку, в которой имеется 8 ячеек для интерфейсных плат. Для обеспечения возможности оптимального использования объединительной шины последняя разделена на «медленный» и «быстрый» участки. Между ними, в середине стойки, находятся оптические платы OTR и плата BORA, которая выполняет функции управления. В случае возникновения той или иной помехи система в состоянии заново конфигурировать сеть, в результате чего возможна ее дальнейшая полная или частичная эксплуатация. Так при выходе из строя участка оптико-волоконной линии во вторичном кольце система продолжает работать без каких-либо изменений. При выходе из строя участка оптико-волоконной линии в первичном кольце система осуществляет переключение на вторичное кольцо, не отражая изменений в работе операторов. В случае нарушения функций первичного и вторичного кольца система заново конфигурирует сеть таким образом, что дает возможность дальнейшей эксплуатации узлов, не вышедших из строя. Таким образом, в рамках сети ОТС могут быть реализованы следующие виды ее применения:

передача данных на базе протоколов RS 232, RS 422, RS 485;
локальные сети, например, Industrial Ethernet (H1) или TCP/IP;
видео;
телефонная связь с оконечной аппаратурой или же между коммутаторами (аналоговая или цифровая);
установки громкоговорящей связи.

Конфигурация и диагностика сети осуществляется через контрольный центр сети (Networc Control Center, NCC). Расчитанные на удобство работы пользователя программы для персонального компьютера помогают пользователю при конфигурировании сети, оказывая ему содействие, в частности:

при установке ширины диапазона;
при составлении перечня соединений;
при разработке топологии сети;
при определении параметров интерфейсных плат;
при определении параметров NCC;
при многократном архивировании предварительно конфигурированных блоков данных.

Помимо этого NCC выдает информацию о состоянии сети, например:

частота ошибок в бит между передатчиком и приемником;
прием ошибочного кода;
превышение температурного режима в узле;
уменьшение мощности оптического передающего (принимающего) устройства.

В случае возникновения ошибок в сети NCC выдается сообщение о них, которое запоминается на жестком диске. С центрального персонального компьютера NCC обеспечивается обслуживание всех узлов сети. Это означает, что те или иные узлы могут быть закрыты или же открыты. Все это говорит о производительности и гибкости компонентов ОТС, являющихся базой многофункциональной коммуникационной сети. Узлы ОТС располагаются на всех важнейших точках, какими являются оперативный пульт управления карьером, приводные станции отвалообразователя и станции отгрузки угля. Простая и всеохватывающая концепция автоматизации карьерного оборудования (схема 2) на всех уровнях и использование мультимедийных приложений обеспечивает работу и эксплуатацию его при минимальной численности персонала, не ставя при этом под вопрос безопасность ведения работ, готовность установки к работе и качество.

Свой вклад в качественную работу автоматизированной системы вносят и оптимально выполненные отображения процессов, и крупноформатный экран, на котором отображена вся информация установки и обслуживания с помощью процесса «Multiscreen», а также выполненные с учетом соображений эргономики рабочие места операторов на центральном пульте управления. В принципе проводится разделение между системной шиной, шиной (Н1) и терминальной шиной или же процессной шиной ТСР/IP. Сервер центрального пульта управления с помощью привязки к системе Industrial Ethernet получает необходимые данные из SIMATIC, т.е. система управления и визуализация процессов работают с общей базой данных. Разделение коммуникации на системную шину и процессную ведет к весьма устойчивому поведению всей концепции автоматизации, в частности в тех случаях, когда возникает необходимость подсоединения процессной шины к другим конторским системам. Например, если нужно передать данные контроля за соблюдением технологического режима в вышестоящее управление.

На уровне ниже SIMATIC S7 в диапазоне регулирования магнитным потоком коммуникацию берет на себя открытая студийная шина DP.

Обеспечивается надежная передача как специфических конвейерных данных, поступающих от наружной установки, таких как пробуксовка, перекос, слой засыпки, обрыв тросса и т.д., так и управляющих данных для переключающих устройств и статических преобразователей частоты.

Дальнейшие виды подключения ОТС:

С помощью защищенного от ошибок контроллера SIMATIC S5 95F обеспечивается реализация важных с точки зрения обеспечения безопасности прикладных программ, таких как аварийное выключение (NOT/AUS) и ремонт конвейерной ленты, и передача их по системе ОТС.
Поступающие от командной (диспетчерской) установки на центральном пульте управления речевые сигналы по сети ОТС передаются в широком диапазоне для озвучивания внешней зоны приводной станции.

Возникает необходимость создания частной телефонной сети в рамках данной промышленной установки, а затем привязка ее к одному из коммутаторов и тем самым обеспечение доступа к телефонной сети общего пользования.

На отгрузке угля сеть ОТС предоставляет возможность для двух дальнейших видов применения, предоставляющих определенный интерес:

Можно передавать видеосигналы в широком диапазоне на центральный пульт управления, обеспечивая, таким образом, высокое качество изображения. Тем самым можно без каких-либо проблем организовать наблюдение за взрывоопасными и критическими точками установки.
Станция обслуживания и контроля B&B на отгрузке угля через процессную шину TCP/IP и сеть ОТС непосредственно связана с центральным пультом управления. Тем самым она обладает в принципе той же самой функциональностью, что и станция B&B на центральном пульте управления. Это, в свою очередь, означает, что отгрузка угля может осуществляться как непосредственно из забоя, так и с центрального пульта управления.

Одно из существенных новшеств, реализуемых благодаря ОТС, – это централизованный пункт диагностики, рабочее место диагностика, имеющего доступ к местным диагностическим пунктам на всех важных узлах установки, таких как распределительные устройства среднего напряжения, статические преобразователи, регулирующие устройства и т.д. (схема 3).

Большие расстояния между отдельными частями промышленного оборудования, задействованного в карьере, затрудняют эффективный поиск поломок и их устранение. Необходимы отнимающие значительное время поездки между ремонтной базой и вышедшим из строя узлом установки, который сначала предстоит еще отыскать.

В результате создания централизованного диагностического пункта эта проблема в значительной мере решена.

Наша диагностическая система оказывает эффективную и целенаправленную поддержку персоналу, осуществляющему технический уход за оборудованием, в поисках поломок и их устранении.

Действие системы происходит следующим образом. По системе оповещения о неполадках станции B&B поступает сообщение об участке, на котором имеет место сбой в работе. Набрав код вышедшего из строя средства производства и активизировав программное диагностическое обеспечение, можно начинать поиски неполадки. После того как причина сбоя в работе установлена, персонал, осуществляющий технический уход за оборудованием, выезжает вместе с необходимыми запасными частями для быстрого и целенаправленного устранения неполадки. В случае, если выяснится необходимость в получении дальнейшей поддержки, то соответствующая база сервисной службы может по модему подключиться к персональному компьютеру диагностической службы и поставить диагноз дистанционно.

В распоряжении имеется следующий диагностический инструментарий (Diagnose Tools):

SIMOVIS – диагностика и параметрирование статических преобразователей частоты SIMOVERT Master Drive;
DIGSI – обслуживание, диагностика и анализ эксплуатационных данных и данных о случаях выхода оборудования из строя, полученных от защитной аппаратуры распределительного устройства;
централизованная диагностика и параметрирование сети ОТС;
централизованная диагностика и параметрирование цифровых регулирующих устройств SIMADYN D;
SCOPE H1 – диагностика шины Industrial Ethernet;
диагностика управляющих устройств SIMATIC S7 и студийной шины Р.

В настоящее время создать подобную диагностическую систему на раскинувшейся на значительной площади промышленной установке можно только при помощи системы ОТС.

Если, как было здесь показано, в наше распоряжение поступает столь частая сеть данных, то не далек уже и шаг к реализации идеи об организации профилактического технического обслуживания оборудования. Для этого зона полевой шины должна быть расширена в целях подключения соответствующих сенсоров и приводов. Они постоянно снабжают системы обработки данных информацией, важной для технического обслуживания.

Системы программного обеспечения осуществляют анализ данной информации, дают на основе этой информации прогноз вероятности выхода оборудования из строя и позволяют тем самым осуществлять планируемые мероприятия по техническому обслуживанию оборудования.

Для лиц, осуществляющих эксплуатацию промышленной установки, это дает следующие преимущества:

1. Повышение степени готовности установки.

2. Планируемость мероприятий по техническому обслуживанию оборудования.

3. Возможность получения указаний относительно усовершенствования установки.

Вышеизложенное говорит об одном – мультимедийные средства на открытых разработках это уже не картина из будущего, а реальная действительность.

Привязка систем автоматизации и диагностики к многофункциональным сетям сбора и обработки данных позволяет создавать высокопроизводительные инструменты для руководства эксплуатацией на карьерах, обеспечивающие невиданное до сих пор качество, и позволяет потребителю и в будущем оставаться конкурентоспособным.