Система мониторинга и диагностики работы шахтной подъёмной установки

Содержание
Введение
1. Характеристика проблемной ситуации и постановка задачи
1.1 Описание деятельности предприятия
1.2 Описание оргштатной структуры предприятия
1.3 Описание процесса
1.4 Обоснование необходимости автоматизации
1.5 Задачи на проектирование
2. Системный анализ объекта управления
2.1 Концептуальная модель объекта управления
2.2 Формирование требований к ИС
2.3 Формализованная модель технологического процесса
3. Проектирование ИС
3.1 Характеристика информационных потоков
3.2 Построение информационно-логической модели
3.3 Проектирование пользовательского интерфейса
4. Экономическая эффективность проектируемой ИС и безопасность жизнедеятельности
4.1 Анализ источников экономической эффективности ИС
4.2 Расчет эффективности системы и затрат, связанных с внедрением
4.3 Безопасность жизнедеятельности
Заключение
Библиографический список

Система мониторинга и диагностики работы шахтной подъёмной установки

В начале подъёма канат поднимающегося подъёмного сосуда навивается на малый цилиндр, далее на конус и на большой цилиндр. Большой цилиндр обслуживает две ветви каната. Для удобства регулирования каната барабаны изготавливают разрезными у большого основания конуса. Витки трения располагаются на малых цилиндрах, а канат испытания – обычно внутри малых цилиндров на бобинах.БЦК-8/5x2,7 — бицилиндроконический барабан, 8- диаметр большого барабана, 5- диаметр малого барабана, 2,7- ширина большого барабана. Ширина конической части составляет 1000 мм.Расположение подъёмных установок относительно ствола шахты.Одноканатные и барабанные двухканатные подъёмные машины располагаются в здании на уровне земли, а многоканатные – в машинном зале. В одноканатных установках направляющие шкивы на копре в зависимости от способа размещения подъёмных сосудов в стволе, места расположения здания машины и типа органа навивки канатов могут быть установлены на одной геометрической оси.1. Высота копра hк состоит из: hв - высота от устья шахты до верхней приёмной площадки; hс – высота от уровня верхней приёмной площадки до верхнего зажима каната; hп – высота переподъёма; добавочного расстояния 0,75Rн.ш.2. Расстояние между осью ствола и осью барабана.3. Максимальная длина Lc струны, т. е. отрезка каната от направляющего шкива до барабана согласно ПБ не должна превышать 65 м.4. Угол β между струной каната и её проекцией на горизонтальную плоскость, согласно ПБ должен быть не менее 30o и не более 50o.5. Угол отклонения струны каната α.Подъёмные установки и противовесы.Подъёмные установки с противовесом применяют в том случае, когда в стволе не могут быть размещены 4 подъёмных сосуда, что бывает при расположении 2-х подъёмных установок в стволе. Одна из этих установок одноклетьевая с противовесом.Установки с противовесом в последнее время широко применяют при многоканатных подъёмных системах на шахтах, где разработка месторождения ведётся на нескольких горизонтах. Две односкиповые установки с противовесами выгоднее, чем одна двухскиповая, т. К. при этом обеспечивается независимость работы с нескольких горизонтов, устраняется влияние вытяжки и повышается надёжность работы. Противовес, так же как и подъёмный сосуд, с помощью своего каната перемещается в стволе и необходим для уравновешивания собственной массы подъёмного сосуда и части полезного груза. Согласно ПБ подъёмный канат противовеса должен быть одинаковым с подъёмным канатом подъёмного сосуда, и в отношении надзора и испытания к нему предъявляются те же требования, что и к канату сосуда.Пульт управления шахтного подъёма. Функция пульта.Пульт шахтного подъёма ПШП предназначен для местного и дистанционного управления подъёмными установками. Функциями пульта являются: операции управления разгоном и замедлением подъёмного двигателя и дистанционное управление тормозов при помощи команд-аппаратов; визуальный контроль положения подъёмных сосудов при помощи сельсинных датчиков; визуальный контроль и запись диаграммы скорости подъёма; контроль нагрузки на подъёмный двигатель; отключение подъёмной машины кнопкой в аварийных случаях; сигнализация о наличии напряжения в главных и оперативных цепях; о давлении в тормозной системе; управление вспомогательными приводами. Тормоз подъемных машин. Основные элементы.Различают рабочее и предохранительное торможение. Рабочим торможением обеспечивается выполнение заданного режима движения подъёмных сосудов и остановка их в нужном положении. Предохранительное торможение необходимо для предотвращения аварий.Исполнительный орган тормоза является общим для рабочего и предохранительного торможения и представляет собой тормозные балки с закреплёнными на них пресс-массовыми колодками, действующими на стальные тормозные ободы органа навивки. Подъёмная машина имеет два тормозных обода и на каждый из них действует индивидуальный исполнительный орган. Тормоза бывают с угловым и поступательным перемещением колодок.Привод тормоза бывает: пружинный гидравлический безгрузовой, пневматический грузовой, пружинный пневматический грузовой и безгрузовой, пневматический грузовой. В привод гидравлического тормоза поступает масло под давлением 0,5-0,8 МПа. В привод пневматического тормоза поступает сжатый воздух от компрессора.Пружинные гидравлические безгрузовые приводы применяют на малых подъёмных машинах. Пневматические грузовые тормоза применяют на крупных подъёмных машинах, причём установка имеет два привода, каждый из которых действует на свой исполнительный орган.Указатели глубины и скоростемеры.Указатели глубины, указывающие местонахождение подъемных сосудов в стволе в любой момент подъемной операции, бывают механические и электрические.Механические указатели глубины непосредственно связаны с валом подъемной машины. Через приводной вал и систему зубчатых передач указателя глубины вращение передается от коренного вала двум вертикальным винтам с установленными на них гайками. При этом стрелки, укрепленные на гайках, указывают на шкале место нахождения сосудов в стволе. Механические указатели глубины не обеспечивают точных показаний и потому в настоящее время они не изготавливаются.Электрические указатели глубины не имеют механической связи с коренным валом. Они обеспечивают высокую точность определения места нахождения сосуда в стволе. Применение получили сельсинные указатели глубины, устанавливаемые на пульте управления.Скоростемеры бывают механические, имеющие непосредственную связь с коренным валом подъемной машины, и электрические, не имеющие такой связи.Механические ртутно-поплавковые скоростемеры СШ-1. От коренного вала подъемной машины через ременную передачу приводится во вращение система трех сообщающихся между собой трубок, в которых помещена ртуть. Центробежными силами ртуть вытесняется из средней трубки в крайние. При этом поплавок, находящийся в средней трубке, через систему рычагов приводит в движение стрелку прибора и перо записывающего устройства. Последнее вычерчивает на бумаге диаграмму скорости подъема. Скоростемеры СШ-1 недостаточно чувствительны к малым скоростям, имеют ненадежную ременную передачу. На пультах управления современных подъемных машин устанавливают электрические скоростемеры, в качестве которых применяют самопишущие вольтметры. Вольтметр получает питание от измерительного тахогенератора. Так как тахогенератор вращается от коренного вала подъемной машины, его выходная э.д.с. пропорциональна действительной скорости подъема. Поэтому шкала вольтметра отградуирована в м/с.Эксплуатация подъёмных машин.Здание одноканатных подъёмных машин имеет зал и подвал. Машинный зал многоканатных установок располагают на копре. В машинном зале располагаются органы навивки, редуктор, двигатель, пульт шахтного подъёма, реверсор, в подвале – роторную магнитную станцию, ящики сопротивления, аккумуляторные батареи аварийного освещения. В здании должно быть рабочее и аварийное освещения. Подъёмная установка находится в ведении главного механика шахты. Планово-предупредительные осмотры и ремонты представляют собой систему периодически повторяющихся мероприятий по проведению запланированных по времени профилактических работ по осмотру, уходу, надзору с устранением неисправностей, а также ревизий и ремонтов, восстанавливающихся работоспособность оборудования установки. Для подъёмных установок приняты следующие виды осмотров: ежесменный, ежесуточный осмотры. Текущий ремонт производят еженедельно бригадой по осмотру и ремонту подъёмной установки под руководством механика подъёма. Капитальный ремонт из-за сложности работ предусматривает остановку подъёма на длительное время по графику, составленному главным механиком ПО.1.2 Описание оргштатной структуры предприятияНа рис. 1.1 представлена оргштатная структура предприятия «Иргиредмет».Рис. 1.1 – Оргштатная структура компанииКак видно из схемы в состав предприятия входят следующие структурные подразделения:Производственный отдел – занимается непосредственно добычей полезных ископаемых, самый крупный отдел компании;Отдел лабораторных исследований – осуществляет лабораторные исследования пород, осуществляет контроль соблюдения технологического процесса при дальнейшей обработке добытой руды;Проектный отдел – осуществляет проектирование объектов компании;Аналитический центр – осуществляет аналитическую обработку показателей функционирования предприятия;Отдел научно-технической информации – осуществляет внедрение новых методов добычи и производства, участвует в выставка нового оборудования, готовит проект на обновление оборудования;Патентный отдел – занимается получением патентов на разработку месторождений, участвует в конкурсах от лица компании;Маркетинговый отдел – осуществляет продвижение продукции компании.1.3 Описание процессаСхема процесса контроля шахтной установки представлена на рис. 1.2-1.3.Рис. 1.2 – Схема процесса контроля работы шахтной подъемной установкиКак видно из схемы, на вход процесса поступают показания датчиков (вес груза, натяжение троса и т.д.) и системные события (подъем, спуск, остановка, ошибки работы подъемной установки).На выходе процесса: отчет о работе подъемной установке за смену.Работу ПУ контролирует оператор и действует в соответствии с должностными инструкциями.Рис. 1.3 – Схема декомпозиции процесса контроля работы шахтной подъемной установкиПроцесс контроля работы ПУ состоит из следующих этапов:Анализ показаний – по инструкции показания датчиков должны входить в определенный интервал, оператор, совершая обход, контролирует эти показания и записывает в журнал;Журналирование системных событий – все события системы попадают в журнал событий, журнал ведет оператор;Подача команд управляющему контроллеру – в случае отклонения показателей от допустимых значений или при совершении критического события, оператор подает соответствующие команды управляющему контроллеру для устранения неполадок;Журналирование действий оператора – все свои действия оператор заносит в журнал.1.4 Обоснование необходимости автоматизацииКак видно из схемы на вход системы [5] поступают показания датчиков:Вес груза;Натяжение каната;Скорость вращения шкива;Глубина спуска;Давление тормозной системы;Нагрузка на двигатель;Напряжение магнитоупругого датчика.Далее осуществляется анализ показаний оператором системы, если например, вес груза превышает допустимы оператор останавливает установку и дает указания снизить вес груза. Если натяжение каната ниже допустимого уровня возможно провисание струны каната.Все действия оператора журналируются.Недостатки существующего процесса:Журналирование действий оператора осуществляется вручную;Журналирование системных событий системы осуществляется вручную;Контроль показателей и анализ показателей осуществляется вручную;Отсутствует подсистема выдачи сообщений оператору;Неудобство управления ПУ через пульт.Таким образом, разрабатываемая система будет дублировать все функции диспетчерской, управление системой будет осуществляться удаленно через программный интерфейс, также появится возможность одному оператору контролировать работу нескольких подъемных установок.Задачей данного проекта будет являться повышение эффективности работы оператора путем разработки системы мониторинга и диагностики работы шахтной подъемной установки. Обоснование необходимости использования вычислительной техники для решения задачиВ наше время компьютеры и прочие периферийные устройства вычислительной техники облегчают нам жизнь, программные обеспечения, стали неотъемлемой частью трудового дня. Система управления мониторинга и диагностики работы шахтной подъемной установки:местный (с электрического щита);дистанционный (по команде оператора из диспетчерской).Ни один из этих способов не позволяет управлять системой удаленно, сотруднику приходится постоянно совершать обход, который занимает порядка 30 минут. За это время может произойти сбой на одном из участков системы, а оператор узнает об этом только при следующем обходе. Нарушение работы подъемной установки приводит к простоям в производстве и приносит значительные убытки предприятию, поэтому компании необходима разработка ИС управления мониторинга и диагностики работы шахтной подъемной установки для постоянного контроля показателей системы без обхода всех щитов управления.Оценка потоков информации и расходов на выполнение операций приведены в таблицах 1.1-1.2 [4].Таблица 1.1Оценка потоков информацииЭтапы процессаЧастота возникновения, в месяцТип обработки данныхРучнойАвтоматизированныйВременные затраты, мин.Вып. действияВременные затраты, мин.Вып. действияПросмотр показаний датчиков на всех пультах100030Показания датчиков дежурный собирает с нескольких пультов (для каждого цеха)5Показания датчиков представлены в виде таблицыПодача команд контроллеру200015Подача команд контроллеру осуществляется с нескольких пультов5Подача команд контроллеру осуществляется с использованием программного интерфейсаТаблица 1.2Расходы на выполнение операцийВид расходаТип обработки данныхРучнойАвтоматизированныйМинутыВ рубляхМинутыВ рубляхЗатраты на снятие показаний датчиков3080515Затраты на подачу команд1540515На обход всех терминалов дежурным оператором затрачивается около 30 минут времени, на подачу команд – 15 мин. Заработная плата сотрудника 25000 рублей в месяц, следовательно, снятие показаний с датчиков обходится компании в 80 рублей, подача команды в 15 рублей.При внедрении проектируемой ИС у дежурного оператора появится возможность видеть показания всех датчиков в виде таблицы, а подавать команды управляющему контроллеру через программный интерфейс.1.5 Задачи на проектированиеНа основе предложенного описания процесса работы «Как должно быть» [7], задачу можно поставить следующим образом:1. Необходимо разработать журнал отображения показания датчиков системы;2. Нужно разработать удобный интерфейс для подачи команд управляющему контроллеру системы;3. Необходимо разработать журнал отображения действий оператора и системных событий системы;4. Необходимо разработать подсистему уведомлений о критических событиях;5. Необходимо разработать подсистему формирования отчетов.Целями автоматизации являются повышение эффективности управления и контроля работы подъемной установки [6].Цели с точки зрения достижения прямого эффекта:Значительное сокращение временных затрат на снятие показаний датчиков;Значительное сокращение временных затрат на подачу команд управляющему контроллеру;Повышение оперативности принятия решений за счет автоматического анализа показаний и выдачи сообщений оператору;Полная автоматизация процесса подготовки отчёта.Назначение автоматизированного варианта решения задачи:Обеспечение возможности просмотра и анализа датчиков ПУ через программный интерфейс;Обеспечение возможности управления ПУ через программный интерфейс.На рис. 1.5-1.6 приведены схемы работы системы управления мониторинга и диагностики работы шахтной подъемной установкиРис. 1.5 - Схемы работы системы управления мониторинга и диагностики работы шахтной подъемной установкиРис. 1.6 - Схемы декомпозиции системы управления мониторинга и диагностики работы шахтной подъемной установкиКак видно из схемы, функциональность ИС управления мониторинга и диагностики работы шахтной подъемной установки полностью реализует существующий процесс и автоматизирует задачи существующего процесса:Автоматизирована задача «анализ показаний»;Автоматизирована задача «журналирование системных событий»;Автоматизирована задача «журналирование действий оператора»;Автоматизирована задача «формирование отчета»;Появилась функция «Выдача предупреждений оператору».2. Системный анализ объекта управления2.1 Концептуальная модель объекта управленияРис. 2.1 – Диаграмма USE CASEСценарии вариантов использования системы управления мониторинга и диагностики работы шахтной подъемной установки приведены в таблице 2.1.Таблица 2.1Сценарии вариантов использования представлены в таблицеАкторДействиеДатчикиОтображает показания датчиков ПУОператораПодает команды управляющему контроллеруСистема защиты и блокировкиПодает сигнал о системном событииСистема управленияЖурналирует действия оператора, журналирует системные события, журналирует показания датчиков, выдает сообщения пользователю2.2 Формирование требований к ИСОсновные требования к системе:Простота установки, настройки и использования;Быстрый доступ к основным функциям;Должен быть создан набор запросов для поиска информации в БД (поиск, сортировка);Страницы должны быстро возвращать результат запроса пользователя.Функциональные требованияУчет показаний счетчиков;Учет системных событий;Учет действий оператора;Вывод сообщений оператору.Требования к производительностиКоманды отдаваемые управляющему контроллеру должны иметь минимальную задержку выполнения.Требования к безопасностиОсновным требованием является необходимость обеспечить резервное хранение данных, в случае возникновения проблем с основным хранилищем информации. Требования к масштабируемостиПрограмма должна быть спроектирована таким образом, чтобы можно было добавлять и изменять её модули с минимальными изменениями в коде.2.3 Формализованная модель технологического процессаТехнология сбора информации заключается в регистрации в системе поступающей информации. В качестве поступающей информации выступают данные приходной накладной. Обработка и передача информации регистрируется внутри системы. Оформляемые документы заносятся в отдельную таблицу базы данных. Выдача информации происходит по запросу пользователя, например печать отчетов, либо по системному срабатыванию условий, например списки на ликвидацию генерируются системой без участия пользователя. Рис. 2.2 - Схема технологического процесса сбора, передачи, обработки и выдачи информации3. Проектирование ИС3.1 Характеристика информационных потоковСтруктура информационного фонда системы.ERwin создает визуальное представление (модель данных) для решаемой задачи. Это представление может использоваться для детального анализа, уточнения и распространения как части документации, необходимой в цикле разработки. Однако ERwin далеко не только инструмент для рисования. ERwin автоматически создает базу данных (таблицы, индексы, хранимые процедуры, триггеры для обеспечения ссылочной целостности и другие объекты, необходимые для управления данными).В ERwin существуют два уровня представления и моделирования - логический и физический. Логический уровень означает прямое отображение фактов из реальной жизни. Например, люди, столы, отделы, собаки и компьютеры являются реальными объектами. Они именуются на естественном языке, с любыми разделителями слов (пробелы, запятые и т.д.). На логическом уровне не рассматривается использование конкретной СУБД, не определяются типы данных (например, целое или вещественное число) и не определяются индексы для таблиц.Целевая система управления базами данных, имена объектов и типы данных, индексы составляют второй (физический) уровень модели ERwin.ERwin предоставляет возможности создавать и управлять этими двумя различными уровнями представления одной диаграммы (модели), равно как и иметь много вариантов отображения на каждом уровне.На логическом уровне данные не связаны с конкретной системой управления базами данных, поэтому могут быть наглядно представлены даже для неспециалистов.Физический уровень данных - это по существу отображение системного каталога, который зависит от конкретной реализации системы управления базами данных. ERwin позволяет проводить процессы прямого и обратного проектирования баз данных. Это означает, что по модели данных можно сгенерировать схему баз данных или автоматически создать модель данных на основе информации системного каталога. Кроме того, ERwin позволяет выравнивать модель и содержимое системного каталога после редактирования того либо другого.Схема логической структуры БД системы управления мониторинга и диагностики работы шахтной подъемной установки приведена на рис. 3.1.Рис. 3.