Системы диспетчерского контроля и управления горным предприятием автоматизированные АСКУ мод. АСКУ 4.0, 54556-13

Назначение

Системы диспетчерского контроля и управления горным предприятием автоматизированные АСКУ модели АСКУ 4.0 (далее - система) предназначены для автоматического непрерывного измерения объемной доли метана (автоматический газовый контроль - АГК), объемной доли диоксида углерода, оксида углерода, сероводорода, диоксида азота, оксида азота, водорода, кислорода, массовой концентрации пыли в рудничном воздухе, скорости воздушного потока, а также температуры воздуха и давления в шахте и передачи измерительной информации на диспетчерский пункт, обработки информации, ее отображения и хранения.

Система обеспечивает защитное отключение электропитания шахтного оборудования и выдачу сигналов при достижении предельно допускаемых значений измеряемых параметров, в том числе объемной доли метана (автоматическая газовая защита - АГЗ), выдачу предупредительных сигналов, сбор и обработку информации о состоянии технологического оборудования объекта контроля (шахты) и передачу измерительной информации на диспетчерский пункт для ее обработки, отображения и хранения. Система осуществляет местное и централизованное диспетчерское ручное, автоматизированное и автоматическое управления основным и вспомогательным технологическим оборудованием и аппаратами энергоснабжения, в том числе АПТВ (автоматическое проветривание тупиковых выработок), АУК (автоматизированное управление конвейерами) и др.

Описание

Системы представляют собой стационарные многоканальные приборы непрерывного действия и состоят из следующих элементов:

1)    Серверы приема, хранения и передачи информации (СПХПИ) - наземная часть системы.

2)    Внешние устройства, подсоединяемые к СПХПИ вне взрывоопасной зоны (рабочая станция с печатающим устройством, устройство бесперебойного питания (УПС), администраторы связи, барьеры безопасности, медиаконверторы).

3)    Подземные контроллеры (далее - ПК) Minewatch PC 21, предназначенные для приема измерительной информации от первичных измерительных преобразователей (ПИП), ее обработки и передачи на диспетчерский пункт. ПК Minewatch PC 21 могут включать в себя модули ввода/вывода PC 21-1, дисплейные модули PC 21-D (монохромный дисплей) или PC 21-CD (цветной дисплей), модули телеметрии PC 21-2T (передача данных по витой паре, протокол SAP), модули преобразования Modbus в CAN bus MW-MC, преобразования CAN bus в Modbus MW-MS, преобразования CAN bus в Ethernet IP MW-EIP и медиаконвертора MW-МК (для передачи данных по оптическому кабелю). Совместно с ПК, в зависимости от типа входных/выходных сигналов, используются интерфейсы RS485/422 и оптический типа CSL 9065, а также дифференциальный модуль.

Модули PC 21 объединяются в кластеры, в каждом из которых может быть максимум до 8ми модулей, связанных посредством CAN bus с максимальной длиной кабеля 500 м, использующей три жилы шахтного кабеля (скорость обмена данными между модулями в кластере до 125 кбод).

В кластерах, в составе которых используется модуль MW-MC, может быть максимум 5 модулей. В кластере может быть только по одному модулю MW PC21-2Т или MW-EIP и MW PC21-СD. Таким образом, в кластере при отсутствии модуля преобразования MW-MC, может быть дисплейный модуль PC21-D или PC21^D (обычно адрес 1), модуль MW PC21-2Т или MW-EIP (обычно адрес 7) и 6 модулей MW РС21-1 (обычно адреса 0 и 2-6). Если в составе кластера используется модуль преобразования MW-MC (обычно адрес 3), то в кластере еще могут быть: модуль PC21-D или PC21-2СD (обычно адрес 1), модуль MW PC21-2Т или MW-EIP (обычно адрес 7) и 2 модуля MW РС21-1 (обычно адреса 0 и 2). Модуль преобразования MW-MS влияние на количественный состав кластера не оказывает. Модуль медиаконвертора MW-МК в состав кластера не входит.

Каждый модуль ввода-вывода PC 21-1 обеспечивает подключение до 14-ти сигналов с дискретных датчиков или аналоговых ПИП.

К одному кластеру могут быть подключены до 7-ми удаленных кластеров. Между собой эти 8 кластеров могут обмениваться данными со скоростью 10 кбод посредством моста CAN bus и располагаться на расстоянии до 5 км.

В общем виде структура Системы представлена на рисунке 1.

Модуль телеметрии Minewatch РС21-2Т обеспечивает передачу данных на поверхность на расстояние до 15 км по протоколу SAP в соответствии с британским стандартом BS6556.

В случае использования оптического канала передачи данных на поверхность, вместо модуля телеметрии Minewatch РС21-2Т используется модуль преобразования CAN bus в Ethernet IP MW-EIP и модуль медиаконвертора MW-МК. В этом случае передача информации по одномодовому оптическому кабелю возможна на расстояние до 10 км.

В шахте модули располагаются в оболочках, разработанных для отдельных применений, образуя ряд стандартных блоков. В системе могут использоваться следующие блоки ПК MW PC21:

-    блок ввода/вывода MW - БВВ (может содержать до двух модулей MW PC21-1, модуль MW-МС и модуль MW-EIP);

-    блок телеметрии MW-БТ (может содержать модуль MW PC21-2Т и, при передаче информации на поверхность от оборудования третьей стороны, модуль MW-MC);

-    блок оптотелеметрии MW - БОТ (может содержать модуль MW-EIP и до 2-х модулей MW-МК);

-    блок управления MW - БУ (может содержать до двух модулей MW PC21-1, модуль MW РС21-2СБ, модуль MW-MC, модуль MW-EIP и модуль MW-MS);

-    блок преобразования Canbus в Ethernet IP MW-EIP (содержит модуль MW-EIP);

-    блок медиаконвертора MW-МК (может содержать до 2-х модулей MW-МК);

-    блок управления, сигнализации и связи MW - БУСС (может содержать до двух модулей MW PC21-1, модуль MW РС21-2СБ, модуль MW-MC, модуль MW-EIP, модуль MW-MS и до 2-х сигнальных плат). Наличие сигнальных плат позволяет обеспечить функции аварийного останова конвейера с контролем индикацией номера сработавшего блока аварийного отключения, а также контроля, сигнализации и предстартовых блокировок.

-    блок кластера Minewatch - БК (содержит до 8-ми модулей различного типа).

-    блок считывателя Minewatch РС21-Я служит для автоматического бесконтактного определения идентификационного номера жетона - тага (закрепленного за подземным персоналом или транспортным средством), находящегося в поле действия антенн, и направления его перемещения.

Наличие в блоке считывателя линии передачи CAN bus позволяет ему выступать как в роли обычного модуля в кластере, так и отдельного кластера. Однако если блок располагается на расстоянии менее 5 км от диспетчера, то часто, используя линию связи мост-CAN, информацию с него напрямую передают на наземную часть. В этом случае для гальванической развязки искроопасных цепей на поверхности и искробезопасных цепей подземной части используют стандартные для этого протокола сертифицированные барьеры безопасности MTL 7755-АС или S914-AC.

4) Первичные измерительные преобразователи (ПИП).

В состав измерительных каналов (далее - ИК) Системы входят ПИП, перечисленные в таблице 1.

Искробезопасные цепи (шахта)

Искроопасные цепи (поверхность)

Модуль ввода, вывода MW РС21-1

ш

Датчики

Барьер безопасности типа MTL7755‘AC

До 4-Х ЛИНИЙ SAP_

т «

(■

Бврьвр безопасности типа 25234

Администратор

связи

Модуль, "овсбразога-лг ModBUS В CanBUS MW РС21-.МС

а

N

р р g р р

Коммутатор

Мздулв ■’эесбсазоea-v« CB13US s ЕГйМй! IP VW El P I,

Компакт стан иия

‘Дгауг.вдллгвй Mw PCil^D

.имии..

Да 3-х входов

Модули ввода.1 выю да MW РС21-1

7 *4 ^

• НИН*

Модуль К'ОДИВ кон вврторэ MW-MK

I

Ш1

Датчики

Модуль vваиэ конвертора

MW-MK

Лист № 3 Всего листов 22

r je ^s.'s -s^a пв^а ;де see •-■ ;■ •'FS»< 5Ag n а-а-ь^ар 'a:a .as ч£:::у) Апаге'йаайа^чал тс-у:яи*1^'0 ,'~4-29.

АРМ Оператора АГК

АРМ Диспетчера

&

i-й ;ис 5::vL

5 - А'' ■

Датчики ft ft

Модуль медиа конвертора

MW-MK №1

Рисунок 1 - Принципиальная схема системы

Связь между первичными измерительными преобразователями и модулями ввода/вывода осуществляется посредством унифицированных аналоговых сигналов по току (4 - 20) мА или по напряжению (0,4 - 2,0) В или в цифровой форме.

Количество устройств, входящих в состав Системы на конкретном горно-технологическом объекте, определяется совокупностью контролируемых и управляемых параметров, количеством и расположением средств приема информации, устройств сигнализации, исполнительных устройств. Уровень защиты элементов системы по ГОСТ 14254:

-    подземная часть    IP54 ... IP65

-    наземная часть    IP20 ... IP44

Уровень и вид взрывозащиты элементов подземной части системы по ГОСТ 22782 и ГОСТ Р 51330:

-    подземные модули Minewatch PC 21    РО ExiaI

-    источники питания с батарейной поддержкой    РВ ExdiasI (РО ExiaI)

-    источники питания без батарейной поддержки    РВ ExdiaI

-    сигнализатор напряжения    РВ Exs[ia]I

-    первичные измерительные преобразователи    PO ExiaI, PO ExiaI X Уровень и вид взрывозащиты элементов наземной части системы по ГОСТ 22782 и

ГОСТ Р 51330:

-    барьер искробезопасности    ExiaI

-    СПХПИ и прочие устройства    без взрывозащиты Общий вид основных технических средств Системы АСКУ показан на рисунке 2.

Модуль телеметрии PC21-2T и барьер искробезопасности

Модуль преобразования MW-MS

Модуль медиаконвертора MW-МК

Датчики искробезопасные инфракрасные ИДИ Датчик кислорода искробезопасный ДКИ

Датчик оксида углерода искробезопасный ДОУИ

¥

Датчик токсичных газов стационарный СДТГ

II

Датчик скорости воздушного потока СДСВ 01

Система контроля параметров дегазационной сети СКПДС

Рисунок 2 - Общий вид основных технических средств системы АСКУ

Программное обеспечение

Системы диспетчерского контроля и управления горным предприятием автоматизированные АСКУ имеют следующие виды программного обеспечения:

-    встроенное программное обеспечение технических средств системы (первичных измерительных преобразователей, контроллеров и пр.);

-    программное обеспечение диспетчерского уровня «MineSCADA».

Программное обеспечение системы АСКУ имеет структуру, приведенную на рисунке 3, и может быть разделено на| четыре уровня:

1)    Полевой уровень - встроенное ПО микропроцессорных первичных измерительных преобразователей.

2)    Контроллерный уровень - встроенное ПО модулей ввода-вывода/модулей преобразования Canbus в Modbus;

3)    Уровень передачи информации - встроенное ПО устройств передачи данных.

4)    Диспетчерский уровень - прикладное ПО «MineSCADA», «Comms Server» и «OPC Server».

Встроенное ПО первичных измерительных преобразователей специально разработано изготовителем соответствующих технических средств и обеспечивает передачу данных в виде аналогового сигнала или цифровой форме в контроллеры системы.

Встроенное ПО контроллеров (модулей ввода-вывода MW PC21-1 и модулей преобразования Canbus в Modbus MW PC21-MC и преобразования CAN bus в Modbus MW-MS) специально разработано фирмой «Davis Derby Limited» и создает 8-битное значение (0 - 255) для каждого ПИП. Модуль ввода-вывода MW PC21-1 используется для аналоговых сигналов с ПИП, а модули преобразования Canbus в Modbus MW PC21-MC и преобразования CAN bus в Modbus MW-MS - для цифровых данных Modbus с ПИП. 8-битные значения используются другими контроллерами, а также передаются модулями передачи данных.

Встроенное ПО устройств передачи данных (модуль телеметрии MW PC21-2T, Comms Manager и модуль преобразования Canbus в Ethernet) специально разработано фирмой «Davis Derby Limited». Устройства передачи данных MW PC21-2T и Comms Manager используется, когда передача данных осуществляется по BS6556/SAP и модуль преобразования Canbus в Ethernet MW-EIP - при передаче данных помощью Ethernet IP. Модуль медиаконвертора используется для преобразования сигнала Ethernet 10/100 Base T (соединение по витой паре) в Ethernet 100 Base FX (оптико-волоконное соединение) и обратно. ПО устройств передачи данных не является метрологически значимым, т.к. не осуществляет преобразования данных, а только передачу.

ПО диспетчерского уровня включает в себя следующее прикладное ПО:

1)    «Comms Server».

2)    «MineSCADA».

3)    «OPC Server»

Прикладное ПО «Comms Server» обеспечивает:

-    обмен данными с контроллерами по BS6556/SAP через программный модуль «Msap.dll»;

-    обмен данными с контроллерами по Ethernet IP через программный модуль «Mseip.dll»;

-    передачу данных с ПО «MineSCADA»;

-    передачу данных с ПО «OPC Server», обеспечивая получение контролируемых параметров без преобразований.

ПО «Comms Server» специально разработано фирмой «Davis Derby Limited» и обеспечивает доступ к неизмененным данным с контроллеров согласно конфигурации. Метрологически значимыми ПО являются два программных модуля «Msap.dll» и «Mseip.dll», которые обеспечивают обмен неизмененными данными.

Прикладное ПО «MineSCADA» обеспечивает:

-    обмен данными с прикладным ПО «Comms Server» и получение значений измерений без преобразований с отображением в виде неисправленных значений на системной странице рабочей станции диспетчера;

-    редактирование и хранение файлов конфигурации «MineSCADA» (каналы данных используются для получения информации с контроллеров; типы датчиков для преобразования данных о результатах измерений; мнемосхемы отображаемой информации). Файлы конфигурации «MineSCADA» защищены контрольной суммой, «MineSCADA» при работе периодически проверяет конфигурационные файлы и выдаст сообщение об ошибке, если редактирование конфигурационного файла было проведено сторонним ПО;

-    преобразование результатов измерений, полученных от контроллеров, в значения с размерностью контролируемых параметров в соответствии с конфигурацией и определение характеристик, определяющих качество информации;

Лист № 9 Всего листов 22

-    отображение результатов измерения и контроля на дисплее диспетчера.

-    отображение на дисплее текущих и архивных результатов измерения и контроля

-    отображение и хранение всех результатов измерений в виде графиков (трендов).

-    отображение и хранение в файлах журнала всех тревог и событий.

-    защита паролем системы «MineSCADA».

Защита ПО диспетчерского уровня «MineSCADA» реализована разграничением уровня доступа пользователей (по вводу пары логин/пароль):

1)    Уровень «Гость» (Guest) - пользователь может просматривать мнемосхемы и тренды, но не может изменять какие-либо параметры.

2)    Уровень «Оператор» (Operator) - обладает правами Гостя и в дополнение может управлять технологическим оборудованием.

3)    Уровень «Инспектор» (Supervisor) - обладает правами Оператора и может изменять большую часть конфигурации системы.

4)    Уровень «Администратор» (Administrator) - обладает правами Инспектора, может добавлять/удалять пользователей, а также добавлять/изменять типы первичных измерительных преобразователей.

Прикладное ПО «MineSCADA» специально разработано фирмой «Davis Derby Limited» для получения неисправленных данных с контроллеров, обеспечивает отображение и хранение результатов измерения в соответствии с конфигурацией и не является метрологически значимым.

Прикладное ПО «OPC Server» обеспечивает передачу данных со SCADA-систем сторонних разработчиков без преобразований.

ПО «OPC Server» специально разработано фирмой «Davis Derby Limited» и обеспечивает доступ к неизмененным данным с контроллеров согласно конфигурации и не является метрологически значимым.

Идентификационные данные метрологически значимой части ПО приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Идентификационные данные программного обеспечения

Влияние программного обеспечения учтено при нормировании метрологических характеристик системы.

Защита ПО диспетчерского уровня от непреднамеренных и преднамеренных изменений соответствует уровню С по МИ 3286-2010.

1) Диапазоны измерений, пределы допускаемой основной погрешности и номинальное время установления показаний измерительных каналов системы приведены в таблицах 3 - 11.

Таблица 3 - Измерительный канал объемной доли метана

Таблица 4 - Измерительный канал объемной доли водорода

Таблица 5 - Измерительный канал объемной доли диоксида углерода

Таблица 6 - Измерительный канал объемной доли токсичных газов и кислорода

Таблица 8 - Измерительный канал температуры окружающей среды

Таблица 9 - Измерительный канал давления

Таблица 11 - Измерительный канал параметров дегазации

2) Вариация показаний системы по измерительным каналам не более приведенной в таблице 12

Таблица 12

4) Пределы допускаемой дополнительной погрешности системы от изменения атмосферного давления по измерительным каналам приведены в таблице 14.

Таблица 14

5)    Диапазон настройки    порогов срабатывания сигнализации, объемная доля метана, %    от 0,5 до 2,0

6)    Пределы допускаемой    погрешности срабатывания сигнализации, объемная доля метана, %    ±0,1

7)    Время срабатывания сигнализации, с, не более    15

8)    Время прогрева ПИП, входящих в состав ИК системы должно быть не более, мин:

-    ИДИ-10, ИДИ-20    30;

-    ДМС 01, ДМС 03    10;

-    ДОУИ    10;

-    СДТГ 02, СДТГ 03    10;

-    СДТГ 05, СДТГ 06    200;

-    ДКИ    10;

-    СДСВ 01    1;

-    ИДТ    10

-    МИДА-13П    не нормировано;

-    TX 6143    не нормировано;

-    ИЗСТ-01    не нормировано;

-    СКПДС    2.

9) Характеристики электрического питания элементов системы приведены в таблице 15.

Таблица 15

10) Характеристики линий связи системы приведены в таблице 16.

Таблица 16

11) Габаритные размеры и масса элементов системы не более указанных в таблице 17.

Таблица 17

12) Электрическая мощность, потребляемая элементами системы, не более указанной в таблице 18.

Таблица 18

Таблица 19 - Характеристики структуры Системы

14) Характеристики надежности элементов системы приведены в таблице 20.

Таблица 20

Условия эксплуатации системы

Знак утверждения типа

Знак утверждения типа наносится типографским способом на титульный лист Руководства по эксплуатации и на составные части Системы в виде таблички.

Комплектность

Типовой комплект технических средств системы включает в себя устройства, перечисленные в таблице 22.

Таблица 22

Поверка

осуществляется по документу МП-242-1449-2012 «Системы диспетчерского контроля и управления горным предприятием автоматизированные АСКУ модели АСКУ 4.0. Методика поверки», разработанному и утвержденному ГЦИ СИ ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева» «12» ноября

2012 г.

Основные средства поверки:

-    стандартные образцы состава газовые смеси метан - воздух (ГСО 3907-87, 4772-88), метан

- азот (3885-87, 3888-87, 3894-87), водород - азот (9168-2008), водород - воздух (3909-87, 426688), диоксид углерода - воздух (3792-87, 3794-87), оксид углерода - воздух (3843-87, 3844-87, 3847-87, 9792-2011), оксид азота - азот (8374-2003), диоксид азота - азот (8370-2003), кислород -азот (3726-87) в баллонах под давлением, выпускаемые по ТУ 6-16-2956-92.

-    рабочий эталон 1-го разряда генератор газовых смесей ГГС по ШДЕК.418813.900 ТУ в комплекте с ГС в баллонах под давлением по ТУ 6-16-2956-92. Пределы допускаемой относительной погрешности от ± 7 % до ± 5 %.

- калибратор напряжения и тока искробезопасный КНТИ-40.00.00, ТУ 314879-00417282729-05. Диапазон задаваемых значений напряжения постоянного тока (10-5000) мВ, основная абсолютная погрешность ±1 мВ. Диапазон задаваемых значений постоянного тока (0,01-25) мА, основная абсолютная погрешность ±0,01 мА

Кроме того, при проведении поверки используются эталонные и вспомогательные средства поверки, указанные в нормативных документах на поверку ПИП скорости воздушного потока СДСВ 01, температуры ИДТ, давления МИДА-13П и TX 6143, массовой концентрации пыли ИЗСТ-01, параметров дегазации СКПДС.

Сведения о методах измерений

Методики проведения измерений приведены в документе «Система диспетчерского контроля и управления горным предприятием автоматизированная АСКУ модели АСКУ 4.0. Руководство по эксплуатации», 2012 г.

Нормативные документы, устанавливающие требования к Системам диспетчерского контроля и управления горным предприятием автоматизированным АСКУ модели АСКУ 4.0

1)    ГОСТ 24032-80 Приборы шахтные газоаналитические. Общие технические требования. Методы испытаний.

2)    ГОСТ 13320-81 Газоанализаторы промышленные автоматические. Общие технические условия.

3)    ГОСТ Р 52350.29-1-2008 Взрывоопасные среды. Часть 29-1. Газоанализаторы. Общие технические требования и методы испытаний газоанализаторов горючих газов.

4)    ГОСТ Р 8.596-2002 ГСИ. Метрологическое обеспечение измерительных систем.

5)    ГОСТ Р 8.654-2009 ГСИ. Требования к программному обеспечению средств измерений.

6)    ГОСТ Р 52931-2008 Приборы контроля и регулирования технологических процессов. Общие технические условия.

7)    ГОСТ 8.578-2008 ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений содержания компонентов в газовых средах.

8)    ГОСТ 8.542-86 ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений скорости воздушного потока;

9)    ГОСТ 8.017-79 ГСИ. Государственный первичный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств измерений избыточного давления до 250 МПа.

10)    ГОСТ 8.223-76 ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная

22

схема измерений абсолютного давления в диапазоне 2,7 х 10 - 4000 х 10 Па.

11)    ГОСТ 8.187-76 ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема измерений разности давлений до 4х 104 Па.

12)    ГОСТ 8.558-93 ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерения температуры.

13)    Техническая документация фирмы-изготовителя "Davis Derby Limited", Великобритания.

Рекомендации к применению

при осуществлении производственного контроля за соблюдением установленных законодательством Российской Федерации требований промышленной безопасности к эксплуатации опасного производственного объекта.