PL167413B1

PL167413B1 - Sposób i urzadzenie do sterowania i kontroli ukladu elektrycznego automatyzacji kopalnianego urzadzenia wyciagowego PL

Info

Publication number: PL167413B1
Application number: PL91291977A
Authority: PL
Inventors: Richard Kramer; Wolfgang Kabzinski; Wilhelm-Hermann Prumbach; Bernd Tueshaus
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1990-10-09
Filing date: 1991-10-09
Publication date: 1995-09-30
Also published as: PL291977A1; ZA918029B; DE4032033A1; CA2052926A1; DE4032033C2

Abstract

1. Sposób sterowania i kontroli ukladu elektry- cznego automatyzacji kopalnianego urzadzenia wy- ciagowego, w którym wystepujace w urzadzeniu wejsciowe sygnaly bezpieczenstwa wyzwala sie przy- najmniej podwójnie 1 przekazuje sie w sposób ciagly co najmniej dwoma niezaleznymi od siebie torami sygnalowymi do co najmniej dwóch redundancyjnych ukladów skladowych ukladu automatyzacji, przez które odbiera sie te sygnaly wejsciowe i przetwarza sie je w sygnaly sterujace i kontrolne, znamienny tym, ze przynajmniej podwójnie wyzwolone, wejsciowe sygnaly bezpieczenstwa podaje sie kazdorazowo naj- pierw na co najmniej dwa redundancyjne, podrzedne urzadzenia automatyzacji, które umieszcza sie w róz- nych miejscach, czesciowo nad ziemia i czesciowo pod ziemia, na róznych poziomach kopalnianego urzadzenia wyciagowego, przy czym wejsciowe syg- naly bezpieczenstwa przetwarza sie wstepnie w pod- rzednych urzadzeniach automatyzacji 1 nastepnie stamtad przesyla sie przez podwójnie redundancyjny uklad magistral, wspólny dla wszystkich podrzednych urzadzen automatyzacji, do co najmniej dwóch nad- rzednych, redundancyjnych, glównych urzadzen automatyzacji, przez które przetwarza sie wejsciowe sygnaly bezpieczenstwa. Fig. 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do sterowania i kontroli układu elektrycznego automatyzacji kopalnianego urządzenia wyciągowego, gdzie sygnały są przesyłane co najmniej dwoma niezależnymi torami sygnałowymi i są wykorzystywane przez jeden z układów składowych .

Znany jest tego rodzaju układ automatyzacji, przedstawiony na przykład w niemieckim czasopiśmie Energie und Automation, cz. 11, 1989, zeszyt 3, strony B do 10, który pracuje bardzo niezawodnie, lecz przy awarii urządzenia automatyzacji, niezależnie od redundancji układu magistral, nie jest możliwe nadawanie ani odbiór żadnych informacji. Zwłaszcza przy awarii urządzenia głównego lub przy błędach wyzwalania nie jest zapewniona dalsza kontrola urządzenia .

Znany jest z niemieckiego opisu patentowego nr 3 225 455 sposób niezawodnej pracy redundancyjnego układu sterowania, w którym urządzenie techniczne jest sterowane przez jeden z kilku połączonych równolegle komputerów i przy błędnym działaniu tego komputera następuje przełączenie na inny komputer.

Znane jest z niemieckiego czasopisma etz, tom 102, 1981, zeszyt 18, strony 973-977, urządzenie automatyzacji z podwójną redundancją, stosowane w górnictwie, którego redundancyjne układy składowe sterują wspólnie urządzeniem. W tym urządzeniu automatyzacji sygnały wyjściowe są sprawdzane na komplementarność. Jednak mierniki sygnałów i ich wyjścia nie mają redundancji, więc przy awarii miernika sygnałów nie jest zapewnione poprawne sterowanie urządzeniem.

Znane są z europejskiego opisu patentowego nr 0 229 559 sposób i urządzenie sterowania układem automatyzacji, wykorzystujące zdublowane, powiązane ze sobą organicznie układy przetwarzania danych. Sposób sterowania polega na tym, że stosuje się układy sterujące, z których każdy nadzoruje się przez układ liczący, przy czym przy pomocy co najmniej jednego dodatkowego układu liczącego kontroluje się obliczenia przeprowadzane przez co najmniej jeden z układów liczących nadzorujących układy sterujące. Urządzenie sterujące zawiera dołączone do magistrali układy zbierania informacji, układy liczące i układy sterujące. W każdej chwili układ sterujący jest nadzorowany przez układ liczący, przy czym liczba układów liczących jest większa od liczby układów sterujących i uszkodzony układ liczący można zastąpić przez układ redundancyjny. Sygnały wejściowe są wzbudzane bezpośrednio. Miernik prędkości jest przyporządkowany wprawdzie dwóm redundancyjnym układom analizującym, jednak oba układy analizujące odbierają jeden i ten sam sygnał wejściowy z miernika prędkości. Podwójne tory sygnałowe są wzajemnie zależne. Sygnał wejściowy jest doprowadzany równocześnie oo dwóch układów analizujących. Każdy układ analizujący jest dołączony równocześnie do dwóch magistral, a każde urządzenie sterujące jest dołączone do każdej z obu magistral.

Znane są z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 532 594 sposób i urządzenie do sterowania i kontroli układów automatyzacji w pojeździe samochodowym posiadającym dwa mikrokomputery. Sposób polega na tym, ze dostarcza się bezpośrednio z jednego mikrokomputera do drugiego mikrokomputera sygnał kontrolny wskazujący, czy mikrokomputer wyjściowy działa błędnie. Nadzoruje się sygnał kontrolny dostarczany przez każdy z mikrokomputerów przez drugi mikrokomputer, przy czym każdy z mikrokomputerów jest przystosowany do rozpoznawania, czy drugi mikrokomputer działa błędnie. Realizuje się funkcję mikrokomputera błędnie działającego przy pomocy drugiego mikrokomputera. Urządzenie posiada więc dwa podukłady sterowania wzajemnie się kontrolujące, dzięki czemu uproszczone zostało przetwarzanie i zwiększona szybkość reakcji.

Znany jest z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 697 566 sposób sterowania elektronicznego wtryskiem paliwa do silnika spalinowego, w którym dzieli się sterowane

167 413 układy na dwie grupy, wprowadza się dwa układy elektroniczne sterowania tymi dwoma grupami układów, porównuje się obliczane sygnały wyjściowe z dwóch elektronicznych układów sterowania, ocenia się, czy praca tych układów elektronicznych jest normalna na podstawie porównania i steruje się w wyniku tego pracą sterowanych układów. Wykorzystuje się więc tutaj dwa podukłady sterowania i w przypadku awarii uruchamia się sterowane układy w ograniczonym zakresie.

Sposób według wynalazku polega na tym, że przynajmniej podwójnie wyzwolone, wejściowe sygnały bezpieczeństwa podaje się każdorazowo najpierw na co najmniej dwa redundancyjne, podrzędne urządzenia automatyzacji, które umieszcza się w różnych miejscach, częściowo nad ziemią i częściowo pod ziemią, na różnych poziomach kopalnianego urządzenia wyciągowego. Wejściowe sygnały bezpieczeństwa przetwarza się wstępnie w podrzędnych urządzeniach automatyzacji i następnie stamtąd przesyła się przez podwójnie redundancyjny układ magistral, wspólny dla wszystkich podrzędnych urządzeń automatyzacji, do co najmniej dwóch nadrzędnych, redundancyjnych, głównych urządzeń automatyzacji, przez które przetwarza się wejściowe sygnały bezpieczeństwa. '

Wejściowe sygnały bezpieczeństwa w co najmniej dwóch układach składowych sprawdza się w sposób ciągły co do identyczności. Kontroluje się wzajemnie co najmniej dwa układy składowe w sposób ciągły. Sprawdza się cyklicznie poszczególne elementy co najmniej dwóch układów składowych. Przy awarii jednego z co najmniej dwóch układów składowych uruchamia się za pomocą specjalnego rozkazu urządzenie techniczne przynajmniej w ograniczonym zakresie. Specjalny rozkaz podaje się korzystnie przez sterowanie ręczne. Przez jeden z co najmniej dwóch układów składowych przetwarza się następne sygnały nie będące sygnałami bezpieczeństwa.

Po długotrwałym przestoju urządzenia technicznego, uruchomienie urządzenia opóźnia się o czas samotestowania układu automatyzacji, przez co sprawdza się wzajemne uprzednio dwa układy składowe.

Tory sygnałowe i magistrale układu automatyzacji sprawdza się cyklicznie co do przerw w przewodach, zwarć do ziemi i innych stanów.

W urządzeniu według wynalazku do dwóch niezależnych torów sygnałowych są dołączone co najmniej dwa podrzędne układy automatyzacji czyli elektroniczne listwy zaciskowe przyporządkowane układom składowym i dołączone przez przynajmniej podwójny, redundancyjny układ magistral do co najmniej dwóch nadrzędnych, głównych urządzeń automatyzacji i do wyłącznika awaryjnego, który posiada co najmniej dwa czujniki sygnalizacyjne niezależne od siebie.

Korzystnie jest, gdy jeden z układów składowych jest układem głównym przetwarzania wszystkich sygnałów, a pozostałe układy składowe są układami podrzędnymi przetwarzania sygnałów bezpieczeństwa.

Korzystnie urządzenie zawiera baterię zasilania awaryjnego.

Zaletą wynalazku jest opracowanie sposobu i urządzenia zapewniających, przy wystąpieniu niedopuszczalnych stanów roboczych poszczególnych układów składowych urządzenia, szybkie określenie i usunięcie tych stanów. Korzystnie jest, gdy przez jeden z co najmniej dwóch układów składowych przetwarza się następne sygnały nie służące do zapewnienia bezpieczeństwa. Dzięki temu możliwe jest uproszczenie pozostałych układów składowych przetwarzających wyłącznie dane służące do zapewnienia bezpieczeństwa. Przy pełnym wykorzystaniu układu automatyzacji jest możliwe osiągnięcie czasu reakcji alarmowej krótszego od 500 ms, z reguły nawet krótszego od 200 ms. Przy stosowaniu dwóch identycznych układów składowych, z których każdy całkowicie nadzoruje sterowanie urządzeniem, osiągnięcie tak krótkiego czasu reakcji alarmowej nie jest możliwe nawet przy użyciu skomplikowanych sposobów przetwarzania. Poza tym urządzenie sterowane może być łatwo rozbudowywane o podrzędne urządzenia automatyzacji, bez konieczności zmiany przy tym liczby połączeń przewodowych pomiędzy podrzędnym urządzeniem automatyzacji i oboma głównymi urządzeniami automatyzacji.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia układ automatyzacji w schemacie blokowym i fig. 2 - połączenie wyłączników bezpieczeństwa z układem automatyzacji.

Zgodnie z fig. 1 układ automatyzacji kopalnianej składa się z dwóch głównych urządzeń automatyzacji 1, 1', które połączone są ze sobą za pośrednictwem szyny danych 2. Każde z głównych urządzeń automatyzacji 1, 1' jest wyposażone w specjalny procesor komunikacyjny 3, 3

167 413 do komunikowania się ich ze sobą. Za pomocą procesorów 3, 3' urządzenia automatyzacji 1, 1', a zatem i układy składowe mogą dokonywać wzajemnej kontroli. Dzięki temu możliwa jest m.in. ciągła kontrola identyczności wejściowych sygnałów bezpieczeństwa.

Przed każdym z głównych urządzeń automatyzacji 1, 1' magistrala 4, 4' ma odgałęzienie,do podrzędnych urządzeń automatyzacji czyli elektronicznych listew zaciskowych 5 do 8, 5' do 8'. Przy tym w każdym węźle rozgałęźnym układu automatyzacji jest przyłączone do magistrali 4, 4 jedno urządzenie automatyzacji czyli listwa zaciskowa. Elektroniczne listwy zaciskowe 5 do 8, do 8 są zainstalowane częściowo na powierzchni, częściowo pod ziemią, na przykład na różnych poziomach kopalni.

Elektroniczne listwy zaciskowe 5 do 8, 5’ do 8 mają przy tym, podobnie jak główne urządzenia automatyzacji 1, 1’ , pewną redundancję w odniesieniu do sygnałów bezpieczeństwa.

Zasilanie podrzędnych urządzeń automatyzacji czyli elektronicznych listew zaciskowych 5 do 8, 5' do 8’ odbywa się parami z zasilaczy 5 do 8.

Do głównego urządzenia automatyzacji 1 jest dołączony ponadto przewód 9, za pośrednictwem którego są dołączone sygnalizatory akustyczne 10, na przykład syreny lub głośniki. Sygnalizatory 10 służą do powiadamiania o otrzymanych za pośrednictwem urządzeń automatyzacji rozkazach i/lub ostrzeżeniach, na przykład przed zatrzymaniem maszyny wyciągowej.

Główne urządzenia automatyzacji 1, 1’ są poza tym, w celu kontroli i dokumentowania sterowania instalacją, połączone z drukarką 11 i blokiem rejestracji 12, na przykład pamięcią magnetyczną oraz w celu wdrażania aktualnego stanu roboczego, z monitorem 13. Poza tym główne urządzenia automatyzacji 1, 1' są połączone w celu przekazywania poleceń z pulpitem 14 maszyny wyciągowej.

Dzięki konstrukcji układu automatyzacji z zastosowaniem magistral 4, 4’ liczba układanych przewodów nie zależy od stopnia automatyzacji urządzenia, bądź zmian jego konfiguracji.

W opisywanym przypadku urządzenie automatyzacji jest rozplanowane w ten sposób, że urządzenia automatyzacji 1 oraz 5 do 8 przetwarzają wszystkie dochodzące sygnały, natomiast urządzenia automatyzacji 1' oraz 5’ do 8 kontroluję i przetwarzają tylko sygnały bezpieczeństwa, na przykład żądania zatrzymania awaryjnego.

Figura 2 przedstawia korzystny układ połączeń do detekcji wejściowych sygnałów bezpieczeństwa z zastosowaniem urządzeń automatyzacji 6, 6'. Zgodnie z fig. 2 obydwa urządzenia automatyzacji 6, 6' są połączone za pośrednictwem torów sygnałowych 15, 15’z dwoma czujnikami sygnalizacyjnymi 16, 16' wyłącznika awaryjnego 17. Po naciśnięciu wyłącznika awaryjnego 17, co zaznaczono strzałką A, uruchamiane są obydwa czujniki sygnałowe 16, 16’. Następnie urządzenia automatyzacji 6, 6’ dokonują detekcji zmian sygnałów i do głównych urządzeń automatyzacji 1, 1’, za pośrednictwem magistral 4, 4' zgłaszają żądanie awaryjnego zatrzymania. Główne urządzenia automatyzacji 1, 1’ reagują na nadchodzące sygnały w ten sposób, że niezwłocznie zostaje zatrzymana maszyna wyciągowa (nie przedstawiona). Nie jest przedstawiony na fig. 2 analogiczny do opisanego wyłącznika awaryjnego 17 układ kontroli innych procesów bezpieczeństwa, na przykład zamknięcia wrót w dojściach do szybu wyciągowego. Dopóki choćby jedno z urządzeń automatyzacji czyli jedna z elektronicznych listew 5 do 8, 5’ do 8' informuje o niezamknięciu wrót, maszyna wyciągowa nie jest uruchamiana. Uruchomienie maszyny wyciągowej następuje na podstawie danych wyjściowych urządzeń automatyzacji 1, l’z zachowaniem stanu bezpieczeństwa instalacji wyciągowej.

Tory sygnałowe 15, 15’ oraz magistrale 4, 4’ są sprawdzone cyklicznie, na przykład co 10 sekund, na występowanie przerw w przewodach, zwarć do ziemi itp. Sprawdzanie może się odbywać na przykład przez podanie sygnału testowego na tory sygnałowe 15, 15' bądź magistrale 4, 4 i sprawdzenie prawidłowości jego odbioru.

Niezawodność układu automatyzacji można dodatkowo zwiększyć zapewniając wzajemne sprawdzanie redundancyjnych urządzeń automatyzacji 1, 1' i zobrazowanie wyników sprawdzenia na monitorze 13 i drukarce 11. Jeżeli na przykład urządzenie automatyzacji 1' wykryje awarię, to następuje jej wskazanie na drukarce 11 i monitorze 13 oraz unieruchomienie maszyny wyciągowej Możliwe jest na przykład zezwolenie na dalszą pracę urządzenia kopalnianego dopiero wtedy, gdy albo zostanie przywrócona poprawność działania obu głównych urządzeń automatyzacji 1, 1 , albo za pośrednictwem tylko jednego urządzenia automatyzacji 1 zostanie podany przez operatora specjalny rozkaz uruchamiający maszynę wyciągową, który nie jest zaprogramowany z góry.

167 413

Poprawność działania głównych urządzeń automatyzacji 1, 1' można sprawdzać na przykład przez dokonywanie cyklicznej kontroli działania układów pamięci urządzeń automatyzacji 1, 1' nie pokazanych na rysunku, nawet włącznie z kontrolą'zawartości pamięci. Możliwe jest dokonywanie cyklicznego sprawdzania również innych części składowych głównych urządzeń automatyzacji 1, 1', na przykład procesorów również nie pokazanych na rysunku. Tego rodzaju samotestowania urządzeń automatyzacji dokonuje się zawsze po dłuższym przestoju urządzenia, zwłaszcza przed ponownym'jego uruchomieniem, tak że powstałe w międzyczasie ewentualne uszkodzenia są natychmiast wykrywane i sygnalizowane.

Innym sposobem zwiększenia bezpieczeństwa pracy jest zabezpieczenie przynajmniej jednego z głównych urządzeń automatyzacji 1, 1', przed skutkami zaniku zasilania za pomocą nie pokazanej baterii.

Opisany powyżej układ automatyzacji może być oczywiście stosowany do nadzoru i/lub sterowania również innych urządzeń technicznych o podwyższonych wymaganiach bezpieczeństwa.

167 413

FIG 2

167 413

Ft6 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób sterowania i kontroli układu elektrycznego automatyzacji kopalnianego urządzenia wyciągowego, w którym występujące w urządzeniu wejściowe sygnały bezpieczeństwa wyzwala się przynajmniej podwójnie i przekazuje się w sposób ciągły co najmniej dwoma niezależnymi od siebie torami sygnałowymi do co najmniej dwóch redundancyjnych układów składowych układu automatyzacji, przez które odbiera się te sygnały wejściowe i przetwarza się je w sygnały sterujące i kontrolne, znamienny tym, że przynajmniej podwójnie wyzwolone, wejściowe sygnały bezpieczeństwa podaje się każdorazowo najpierw na co najmniej dwa redundancyjne, podrzędne urządzenia automatyzacji, które umieszcza się w różnych miejscach, częściowo nadziemią i częściowo pod ziemią, na różnych poziomach kopalnianego urządzenia wyciągowego, przy czym wejściowe sygnały bezpieczeństwa przetwarza się wstępnie w podrzędnych urządzeniach automatyzacji i następnie stamtąd przesyła się przez podwójnie redundancyjny układ magistral, wspólny dla wszystkich podrzędnych urządzeń automatyzacji, do co najmniej dwóch nadrzędnych, redundancyjnych, głównych urządzeń automatyzacji, przez które przetwarza się wejściowe sygnały bezpieczeństwa.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wejściowe sygnały bezpieczeństwa w co najmniej dwóch układach składowych sprawdza się w sposób ciągły co do identyczności .
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że kontroluje się wzajemnie co najmniej dwa układy składowe w sposób ciągły.
4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, żp sprawdza się cydicz nio poszczególne elementy co najmniej dwóch układów składowych.
5. Sposób według zast^. 4, znamienny tymż pe ynaw rwane izgndpd z na -aj mniej dwóch układów składowych uruchamia się za pomocą specjalnego rozkazu urządzenie techniczne przynajmniej w ograniczonym zakresie.
6. Sposób według zastrz. 5, znamienny ty,, że specjalny rozkaz podaje się przez sterowanie ręczne.
7. Soposb według zas^z. 6, znaminięd t y m, Zs rzezn edenn n on sjjroczej dwóch układów składowych przetwarza się następne sygnały nie będące sygnałami bezpieczeństwa.
8. Bsposó według zas^z. 7, znamienys t m m , że on dłuooepsaęyd eazssZjuu urządzenia technicznego, uruchomienie urządzenia opóźnia się o czas samztzżtowaniα układu automatyzacji, przez co sprawdza się wzajemne uprzednio dwa układy składowe.
9. Ssoosó według zastrz. 8, znamienny tym_t ie tory sygnałowe n mag istraZe układu automatyzacji sprawdza się cyklicznie co do przerw w przewodach, zwarć do zazyl i innych stanów.
10. Urządzenie do sterowania i kontroli układu elektrycznego automatyzacji kopalnianego urządzenia wyciągowego, zawierające co najmniej dwa rzrunraiięjnz układy składowe, połączone zz sobą szyną danych i zaopatrzone w co najmniej dwa niezależne tory sygnałowe, znamienne tym, ze do dwóch niezależnych torów sygnałowych (15, 15 ') są dołączone co najmniej dwa podrzędne układy automatyzacji czyli elektroniczne listwy zaciskowe (5, 5), (6, 6'), (7, 7), (8, 8) przyporządkowane układom składowym i dołączone przez przynajmniej podwójny, ezruirαncyjny układ magistral do co najmniej dwóch nadrzędnych, głównych urządzeń automatyzacji (1, 1’) i do wyłącznika awaryjnego (17), który posiada co najmniej dwa czujniki sygnalizacyjne (16, 16') niezależne od siebie.
11. Urządzenie według zαżtep. 10, znamienne tym, że jzden z układów składowych jzst układem głównym przetwarzania wszystkich sygnałów, a pozostałe układy składowe są układami podrzędnymi przetwarzania sygnałów bezpieczeństwa.

167 413
12. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że zawiera baterię zasalania awaryjnego.