Устройство диспетчерского управления распределением воздуха в горных выработках метанообильных угольных шахт Советский патент 1988 года по МПК E21F1/00 

(21) 4060815/22-03

.(22) 22.04.86 (46) 15.09.88.Б|ал. 34

(71) Донецкий политехнический институт

(72) В.А.Святный, В.В.Лапко и В.Б.Новосельцев

(53)622.453 (088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР 939781, кл. Е 21 F 1/10, 1980.

Авторское свидетельство СССР 769024, кл. G 01 F 11/00, 1974.

(54)УСТРОЙСТВО ДИСПЕТЧЕРСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ВОЗДУХА В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ МЕТАНООБИЛЬНЫХ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

(57)Изобретение относится к горной пром-ти и позволяет повысить качество проветривания угольных шахт за счет оптимизации распределения воздушных потоков. Для этого устр-во снабжено датчиками 3| -3 концентрации метана, программно-управляемым

стиР

.

РАВРНЫХХ

ой естзам

блоком (ПУБ) 4 и пультом 14 индикации технологической информации. К входам ПУБ 4 и пульта 14 подключены

- выходы датчиков 3 ,-3 , датчиков 1,- текущего значения расхода воздуха в горных выработках (ГВ) и датчиков 2,-2п конечных положений исполнительного органа венIтиляционной установки. Датчики Ji-lf) подключены также к входам п участковых регуляторов расхода воздуха (УРРВ).Выходы УРРВ и выход ПУБ 4 подключены к входам пульта 14.. Каждый УРРВ дополнлтельно содержит узлы 16 и 17 формирования соответственно желаемого и текущего значений скорости изменения расхода воздуха, переключатель 19 включения УРРВ,трех- позиционный переключатель 21 ручного управления с нейтральным положением и переключатель 22 выбора режима управления. Каждый УРРВ также содержит

, задатчик 15 требуемого расхода воздуПП DD ПП Гд|

с S

СО

4:

го

оо ел

Фи9.1

ха, суммирующие усилители 18, блоки 20 формирования управляющих сигиалов и приводы 23 исполиительиых органов подземных вентиляциоиных установок, Устр-во позволяет автоматически рассчитывать необходимое кол-во воздуха в ГВ метанообмениых угольных шахт с учетом вероятного характера аэрогазодинамических процессоп. Чакон изменения расхода воэдуха обеспечивается путем ограничения скорости из- мергения расхода поэдуха при автоматизированном распределении воздуха в ГВ под контролем и при участии горного диспетчера. 2 ил.

1

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для централизованного контроля, обработки, регистрации информации об аэрогазодинамических процессах в горных выработках, расчета необходимого количества воздуха для выемочных участков, диспетчерского управления проветриванием угольных шахт в автоматическом и ручном режимах с применением управляющих вычислительных машин (УВМ).

Целью изобретения является повышение качества проветривания за счет оптимизации распределения воздушных потоков.

На фиг,1 изображено устройство диспетчерского управления распределением воздуха в горных выработках ме- танообипьных угольных шахт; на фиг.2 алгоритм работы программно-управляемого блока,

В состав устройства входят датчики ., текущего значения расхода воздуха в горных выработках, датчики 2,-2 конечных положений исполнительного органа вентиляционной установки датчики 3,-3 текущих значений концентраций метана в горных -выработках, программно-управляемый блок 4, в состав которого входят устройство 5 связи с объектом, процессор 6, оперативное 7 и постоянное 8 запоминающие устройства, устройство 9 алфавитно-цифровой регистрации, накопитель 10; на магнитной лейте, блок II ввода с перфоленты, пульт 12 оператора- программиста, блок 13 алфавитно-цифровой печати, пульт 14 индикации технологической информации оператора- технолога (горного диспетчера), п

0

5

0

однотипных регуляторов расхода воздуха в составе задатчика 15 требуемого значения расхода воздуха в выработке, узел 16 формирования желаемой скорости изменения расхода воздуха в контролируемой выработке, узел 17 формирования текущего значения скорости изменения расхода воздуха, суммирующий усилитель 18 сравнения желаемого действительного значений скорости изменения расхода воздуха, тумблер 19 включения регулятора,блок

20автоматического формирования управляющих сигналов Больше или Меньше, трехпозиционный переключатель

21с нейтральным положением для формирования управляющих сигналов Больше или Меньше в режиме ручного управления, переключатель 22 для выбора режима автоматического или ручного управления, привод 23 исполнительного органа вентиляционной установки.

В каждом из п однотипных регулято- 5 ров выход задатчика 15 требуемого расхода воздуха в горной выработке соединен с первым выходом узла 16 формирования желаемого значения скорости изменения расхода воздуха, на второй вход которого подается сигнал с выхода соответствующего датчика 1 текущего значения дебита воздуха в горной выработке. С выхода датчика 1 значение расхода воздуха подается также на узел 17 формирования текуще- 35 го значения скорости изменения расхода воздуха. Выходы узлов 16 и 17 соединены с входами суммирующего усилителя 18, выход которого через тумблер 19 включения регулятора свя- 0 зан с входом блока 20 автоматического формирования сигналов управления.

30

Сигналы управления Больше или Меньше с выходя этого блока или от трехг.озиционного переключателя 21 с нейтральным положением через переключатель 22 поступают на входы исполнительного органа вентиляционной установки и на пульт 14 индикации технологической информации оператора- технолога, на который поступает так- же информация с датчиков текущего расхода воздуха, датчика концевых положений исполнительного органа и датчиков текущей концентрации метана

Кроме того, на пульт 14 поступает информация из блока 4, которая формируется в результате обработки информации, поступающей в процессор 6 через устройство 5 связи с объектом с выходов датчиков If- p расхода воздуха и датчиков концентрации метана. Процессор 6 связан адресными, информационными и управляющими шинами с внешними блоками 7-13

Устройство диспетчерского управ- ления распределением воздуха в горных выработках работает следующим образом,

В исходном состоянии тумблеры 19,-19 регуляторов разомкнуты, пе- реключатели 22,-22 находятся в верхнем положении, соответствующем режиму автоматического управления на бпока 20 автоматического формирования сигналов Больше и Меньше, управляющие сигналы отсутствуют и исполнительные органы вентиляционных установок обесточены,При подаче питания в устройство информация с выходов датчиков li-l„ расхода воздуха и датчиков 3,-3 концентрации метана через устройство 5 связи с объектом пути их циклического опроса с периодом в 20 с поступает в процессор 6, Алгоритм работы блока 4 реализован в виде программы, которая хранится в постоянном запоминающем устройстве 8, Данные о вентиляционной сети конкретной шахты .(например, количество датчиков расхо да воздуха и концентрации метана в шве, предельно допустимые значения расхода воздуха в отдельных выработках шве) хранятся в накопителе на магнитной ленте. При обнаружении процессором 6 ошибки в показаниях датчика (показания выходят за пределы возможных значений для этого датчика в контролируемой выработке) про

5 0

5

0 5 0 5

5

0

изводится повторный опрос датчика, Если при этом процессор 6 повторно фиксирует ошибку в показаниях датчика, то на пульт 14 индикации вьщает- ся аварийный сигнал 6 неисправности соответствующего датчика или линии свлзи с ним. Если при анализе текущей информации с датчиков концентрации метана обнаруживается превышение концентрацией метана допустимого безопасного уровня (с а), на пульт 14 выдается аварийный сигнал об опасной концентрации с указанием условного номера выработки. При сбое блока 4 на пульт 14 выдается аварийный сигнал Сбой увм. Каждое шестое из опрошенных значений расхода воздуха и концентрации метана используется путем текущего усреднения для определения средних значений концентрации метана (С) и расхода воздуха (Q) с начала текущих суток, а также для вычисления среднего квадратического отклонения () концентрации метана в каждой из контролируемых ветвей ШВС, Требуемое среднесуточное значение расхода воздуха (Q) на каждом из добычных участков определяется в соответствии с формулой

Qi(C, + 36()/С,,

Q. - соответственно требуемое и фактическое значения среднесуточного расхода воздуха на i-M участке; соответственно фактическое и допустимое значение концентрации метана;

среднее квадратическое отклонение концентрации матана;

1 - порядковый номер контролируемой выработки (участка),

Данные за последние семь суток составляют недельный информационный массив в оперативном запоминающем устройстве и используются для расчета среднего за неделю необходимого расхода воздуха на участках (Q). Накопленная в блоке 4 информация о расходах воздуха и концентрациях метана на отдельных участках в конце каждых суток (суточная сводка) или по запросу диспетчера (текущая сводка) выводится в виде некоторых табгде

Qt

Cj, С 6 -

514

лиц на печать блоком 13 алфавитно- цифровой регистрации. Пульт 12 оператора-программиста и блок 11 ввода с перфоленты используются для ввода исходных данных о I IBC,

По результатам расчета необходимого расхода воздуха горный диспетчер осуществляет изменение задания на распределения воздуха в горных выработках шахты -Для этого задатчик 15 необходимого расхода воздуха соответствующего регулятора устанавливается в требуемое положение и на выходе узла 16 формирования желаемой скорости изменения расхода воздуха формируется напряжение, пропорциональное ч (QH - Q,-): Tf, где T-f - минимально допустимое значение постоянной времени экспоненциального процесса изменения расхода воздуха, не приводящего к появлению всплеска концентрации метана. На входе суммирующего усилителя 18 это напряжение сравнивается с выходньм напряжением узла 17, пропорциональным текущему значению скорости изменения расхода

воздуха в соответствующей выработке t

, CQ. - jQjdt)/ ., где - - пос0

тоянная времени реального дифференцирующего звена 17, D; Т f/1 О .

Напряжение, пропорциональное величине рассогласования /iQ . Q - , с выхода суммирующего усилителя 18 при замыкании тумблера 19 поступает на вход блока 20 автоматического формирования управляющих сигналов, который в зависимости от знака рассогласования выдает сигнал Больше (рассогласование положительно) или Meirb ше (рассогласование отрицательно). Если в данной ветви ШВС установлено необходимое значение количества воздуха и процесс управления соответствует равновесному состоянию, то сигналы на увеличение (Больше) и на уменьшение (Меньше) расхода воздуха становятся равными нулю, что свидетельствует об окончании лроцес- са отработки необходимого количества воздуха в данной выработке. В случае если исполнительный орган полностью открыт (на пульте 14 в этом случае индицируется состояние Полностью открыт датчика конечного положения соответствующего исполнительного органа) и на пульт 14 в то же время выдается сигнал Больше, то диспет

37456

чер тумблером 19 выключает регулятор в этой ветви ШВС и увеличение расхода воздуха в ней осуществляется регулятором более высокого уровня иерархии вплоть до регулятора производительности вентилятора главного проветривания. Если в регуляторе сформирован сигнал Меньше и в то же время

10 исполнительный орган этого регулятора

полностью закрыт (на пульте 14 при этом индицируется состояние Полностью закрыт датчика конечного положения соответствующего исполнительного ор15 гана), то тумблер 19 выключается и

за счет ресурсов регуляторов более высокого уровня осуществляется уменьшение расхода воздуха в рассматриваемой ветви ШВС.

20 я контроля работоспособности

приводов исполнительных органов используется ручной режим управления (переключатель 22 переводится в нижнее положение), при котором

25 сигналы Больше гли Меньше, вызывающие открывание или закрывание исполнительных органов регуляторов,фор- мнр тотся изменением положений переключателей 21,-21.

30 В составе предлагаемого устройства в качестве датчиков , расхода воздуха могут быть использованы датчики ИСВ-1 аппаратуры централизованного телеизмерения расхода воздуха

2с или датчики комплекса Воздух, в качестве датчиков f концентрации метана - датчики АМТ-3 аппаратуры . централизованного телеизмерения и автоматического контроля содержания

4Q метана или датчики комплекса Метан, в качестве исполнительного органа - регулятор расхода воздуха (РРВ) Антрацитовского судоремонтного завода, в качестве блока 4 - управ g ляющая вычислительная машина , которыми в настоящее время оснашены вычислительные центры шахт, или любая другая УВМ с достаточным набором периферийных устройств и модулей связи

gQ с объектом, в качестве пульта 14 - пульт института автоматики АН УССР (г.Киев). Узлы формирования желаемой 17 и текущей 16 скорости расхода воздуха, суммирующий усилитель 18 и блок 20 автоматического формирования управляющих сигналов могут быть реализованы с использован1-.ем интегральных схем операционных усилителей серии 140.

55

Положительный эффект изобретения , заключается в автоматизации расчета необходимого количества воздуха в горных выработках метанообильных угольных шахт с учетом вероятностного характера аэрогазодинамических процессов, обеспечения безопасного (исключающего всплеск концентрации метана) закона изменения расхода воздуха путем ограничения скорости изменения расхода воздуха при автома- тизироваклом распределении воздуха в горных выработках под контролем и при участии горного диспетчера, сни- жении энергозатрат на проветривание и увеличение нагрузки на в.ыемочные участки по газовому фактору за счет более рационального распределения воздуха по горным выработкам.

Формула изобретения

Устройство диспетчерского управления распределением воздуха в горных выработках метанообильных угольных шахт, содержащее датчики расхода воздуха, датчики конечных положений исполнительных органов, п однотипных участковых регуляторов с задатчиками требуемого расхода воздуха, сумткирую- 1ЦИМИ усилителями, блоками формирования управляющих сигналов, приводами исполнительных органов подземных вентиляционных установок, отличающееся тем, что, с целью повьппе- ния качества проветривания за счет оптимизации распределения воздушных потоков, в него введены датчики концентрации метана, программно-управляемый блок, пульт индикации технологической информации, причем датчики коицентрации метана подключены к первым объединенным входам программно- управляемого блока и пультам индикации технологической информации, к вторым объединенным входам которых и входам п участковых регуляторов подключены соответственно датчики расхода воздуха, к третьим входам пульта индикации технологической информации подключены датчики конечных положений исполнительных органов, выход программно-управляемого блока подключен к четвертому входу пульта индикации технологической информации, к пятым входам которого подключены выходы п участковых регуляторов, при этом каждый участковый регулятор

содержит узел формирования желаемой скорости изменения расхода воздуха, узел формирования текущего значения скорости изменения расхода воздуха, переключатель включения регулятора,

трехпозиционный переключатель ручного управления с нейтральным положением и переключатель выбора режима управления, вход узла формирования текущего значения скорости изменения

расхода воздуха объединен с первым входом узла формирования желаемой скорости изменения расхода воздуха и является входом регулятора, к второму входу узла формирования желаемой скорости изменения расхода воздуха подключен задатчик требуемого расхода, выход узла формирования желаемой скорости изменения расхода воздуха подключен к первому входу суммирующего усилителя, к второму входу которого подключен выход узла формирования текущего значения скорости изменения расхода воздуха, выход суммирующего усилителя через переключатель включения регулятора подключен к входу блока формирования управляющих сигналов, выходы Больше и Меньше которого соединены с входами Автоматическое управление переключателя выбора режима управления, входы Ручное управление которого соединены с выходами Больше и Меньше трехпозиционного переключателя ручного управления с иейтральным положением, а выходы переключателя выбора режима управления соединены с приводом исполнительного органа подземной вентиляционной установки и являются выходами участкового

регулятора.

С ffgifajn J

C4t.-0 I

С

Ciit. O

r

OfyxfC ffa/nvuMOt QuC f«J--f J

Анализ noMOJOMuu ffafnvuKoS и имдимачии aSapuuff f cuffty- оций и своя у Sit

Mem

Расчет сред есу/по мкл juavenuu Q,c,e

He/n

Расче п среднесу/по ною ми /превуемогорослода

,.-аГ4/ Г

мет

Pffcvem /npeffyfffotff poceoffa Soidya QM резул /т ата Mf e tMfftff ffoffjifodeMt/я

/

i

/7(7/77 ffedf tf i/ cSofff u

Ciit. O

Aa

АО