Innowacyjnoœæ systemowego zasilania, informatyki i automatyki w procesach technologicznych wydobycia wêgla

Transkrypt

1 GOSPODARKA SUROWCAMI MINERALNYMI Tom Zeszyt 1/2 STANIS AW TRENCZEK*, STANIS AW WASILEWSKI** Innowacyjnoœæ systemowego zasilania, informatyki i automatyki w procesach technologicznych wydobycia wêgla Wprowadzenie Proces produkcji wêgla kamiennego jest procesem wieloelementowym, o przejrzystej strukturze [6]. Coraz czêœciej wspó³wystêpowanie licznych zagro eñ w kopalniach podziemnych wp³ywa na koszty przygotowania wêgla handlowego o odpowiednich parametrach jakoœciowych. Konkurencyjnoœæ wêgla w stosunku do innych surowców energetycznych jest jednym z elementów decyduj¹cych o dalszej perspektywie kontynuowania jego wydobycia. Innymi elementami mog¹ byæ uwarunkowania spo³eczno-gospodarczo-polityczne, które mo na rozpoznawaæ i kszta³towaæ. Istotnym atutem w rêkach decydentów jest zatem posiadanie okreœlonej strategii produkcji wêgla, która uwzglêdnia kilka scenariuszy rozwoju przy ró nych warunkach brzegowych. Istotnym elementem polityki spo³eczno-gospodarczej jest perspektywiczna ocena innowacyjnoœci i rozwoju procesu produkcji wêgla kamiennego w Polsce, która jest obecnie realizowana w ramach projektu, pt. Scenariusze rozwoju technologicznego przemys³u wydobywczego wêgla kamiennego, zwanego foresight wêglowy. Projekt ten jest wspó³finansowany jest przez Uniê Europejsk¹ ze œrodków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego. Udzia³ w nim bior¹ jednostki badawczo-rozwojowe i jednostki naukowe zwi¹zane z górnictwem, to jest: G³ówny Instytut Górnictwa w Katowicach bêd¹cy jednoczeœnie koordynatorem projektu, Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energi¹ Polskiej Akademii Nauk w Krakowie, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Po- ** Dr in., Centrum Elektryfikacji i Automatyzacji Górnictwa EMAG, Katowice; trenk@emag.pl ** Prof. dr hab. in., Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków.

2 90 litechnika Œl¹ska w Gliwicach, Centrum Elektryfikacji i Automatyzacji Górnictwa EMAG w Katowicach i Centrum Mechanizacji Górnictwa KOMAG w Gliwicach. Projekt ten swym zakresem obejmuje najistotniejsze elementy struktury procesów technologicznych zwi¹zanych z wydobyciem wêgla w podziemnych zak³adach górniczych, to jest: procesy przygotowawcze (udostêpniaj¹ce z³o a wêgla, przygotowuj¹ce pok³ad wêgla do eksploatacji), procesy podstawowe zwi¹zane z eksploatacj¹ (roboty monta owo-zbrojeniowe, eksploatacja wêgla ze œcian, likwidacja œcian demonta wyposa enia technicznego œcian), proces przeróbki mechanicznej wêgla kamiennego (klasyfikacja urobku, jego kruszenie i wzbogacanie), procesy pomocnicze ogólnokopalniane (transport, wentylacja i odwadnianie). Uwzglêdniane s¹ równie procesy, bez których poprawa bezpieczeñstwa i efektywnoœci by³aby niemo liwa, a s¹ to procesy mechanizacyjne oraz towarzysz¹ce wszystkim procesom technologicznym infrastruktura systemowego zasilania, informatyki technicznej i automatyki. 1. Infrastruktura zasilania, informatyki i automatyki Zasilanie Podstawow¹ funkcj¹ zasilania jest zapewnienie bezpiecznego ruchu zak³adu górniczego, pomimo du ego zró nicowania pod wzglêdem poziomu technicznego. Stosowane rozwi¹zania maj¹ indywidualny charakter i wynikaj¹ z potrzeb dyktowanych warunkami technicznymi (bêd¹cymi czêsto nastêpstwem tzw. zasz³oœci ), uwarunkowaniami górniczo- -geologicznymi, w tym wystêpuj¹cymi zagro eniami naturalnymi i zak³adanym planem produkcji wêgla. Rys. 1. Model funkcjonalny zasilania Fig. 1. Functional model of supply

3 Pod pojêciem systemowe zasilanie kopalni wêgla kamiennego rozumie siê dwie kategorie sieci elektroenergetycznych: œredniego napiêcia SN tj. zasileniem napiêciem powy ej 1 kv oraz niskiego napiêcia NN tj. zasilenie napiêciem do 1 kv (rys. 1). Informatyka Systemowa informatyka techniczna to g³ównie jedno i dwukierunkowe przep³ywy danych w zak³adzie górniczym. W zale noœci od uwarunkowañ towarzysz¹cych produkcji wêgla stosowane s¹ ró ne rozwi¹zania z zakresu systemowej informatyki zarówno pod wzglêdem rodzajów i typów, jak i ich poziomu technicznego. Pierwsz¹ grupê stanowi¹ systemy dyspozytorskie, których zasadnicz¹ funkcj¹ jest mo - liwoœæ ci¹g³ej, niezawodnej obserwacji procesu technologicznego w kopalni, pozwalaj¹cej na jednoznaczn¹ ocenê parametrów ruchowych maszyn i urz¹dzeñ oraz stanu bezpieczeñstwa. Inna grupa systemowej informatyki, która dotyczy dziœ zdecydowanie przewa aj¹cej liczby kopalñ, to monitorowanie parametrów bezpieczeñstwa w zakresie zagro eñ naturalnych. S¹ to zwykle systemy gazometrii automatycznej i szeroko rozumianych parametrów przewietrzania oraz kontroli zagro eñ geofizycznych. Coraz czêœciej w kopalniach g³êbinowych wêgla kamiennego mamy do czynienia z warunkami wspó³wystêpowania zagro eñ, czyli tzw. zagro eniami skojarzonymi. Najczêœciej dotyczy to zagro eñ: t¹paniami, metanowego i po arowego, a najskuteczniejszym narzêdziem s¹ wówczas zintegrowane podsystemy: ci¹g³ego monitorowania stanu œrodowiska, automatycznej metanometrii oraz kontroli zjawisk sejsmicznych, sejsmoakustycznych i ogólnokopalnianej ³¹cznoœci telefonicznej z funkcjami alarmowania, a tak e rozg³aszania komunikatów. 91 Rys. 2. Model funkcjonalny systemowej informatyki Fig. 2. Functional model of system informatics

4 92 Bior¹c pod uwagê szeroki zakres zastosowañ mo na przyj¹æ, e we wspó³czesnej kopalni systemowa informatyka wspomaga dzia³ania i podejmowanie decyzji przez osoby dozoru ruchu w ramach dyspozytorskiego nadzoru i kierowania kopalni¹ dostarczaj¹c informacji o przebiegu procesów i poziomie bezpieczeñstwa w kopalni. Na szczególn¹ uwagê zas³uguj¹ przede wszystkim rozwi¹zania z zakresu: kontroli parametrów pracy urz¹dzeñ i procesów technologicznych oraz parametrów bezpieczeñstwa kontrolowanego œrodowiska, ³¹cznoœci telefoniczno-alarmowej, a tak e telewizji przemys³owej (rys. 2). Automatyka Systemow¹ automatykê tworz¹ ró nego rodzaju rozwi¹zania z zakresu sterowania i automatyzacji maszyn oraz urz¹dzeñ bior¹cych udzia³ w procesach eksploatacji kopalñ i przygotowania wêgla handlowego. Nale ¹ do nich równie rozwi¹zania zabezpieczaj¹ce, które w uk³adach kontrolnych zastosowanych w procesach technologicznych oraz decyzyjnych wyrêczaj¹ lub nawet eliminuj¹ udzia³ cz³owieka. Do procesów technologicznych objêtych automatyzacj¹ nale y szereg elementów, w zale noœci od poziomu technicznego wyposa enia kopalni. Mog¹ one obejmowaæ kompleksy wydobywcze, w tym m.in.: maszyny urabiaj¹ce w przodkach dr¹ onych wyrobisk i w wyrobiskach wybierkowych, obudowê œcianow¹, a tak e urz¹dzenia transportu poziomego oraz pionowego urobku, materia³ów i ludzi. Wspó³czesna kopalnia wyposa ona jest w uk³ady automatyczne urz¹dzeñ zak³adu przeróbki mechanicznej wêgla i niektóre ci¹gi technologiczne, a tak e urz¹dzenia s³u ¹ce przewietrzaniu (wentylatory, urz¹dzenia wentylacyjne) oraz urz¹dzenia s³u ¹ce odwadnianiu (kopalñ czynnych i zlikwidowanych). Mo na wiêc przyj¹æ tezê, e na pocz¹tku XXI wieku przy produkcji wêgla kamiennego rozwi¹zania z zakresu systemowej automatyki znajduj¹ zastosowanie w prawie ka dej technologii cz¹stkowej oraz s¹ wa nym elementem poprawy bezpieczeñstwa. Dobrym przyk³adem systemowej automatyki z punktu widzenia bezpieczeñstwa za³ogi i ruchu zak³adu górniczego jest automatyczna metanometria. Zasadniczym celem metanometrii automatycznej jest uniemo liwienie zap³onu metanu od iskier mog¹cych powstaæ podczas pracy maszyny urabiaj¹cej (tarcie no y o ska³y stropowe lub o stropnice obudowy œcianowej) lub urz¹dzeñ odstawy œcianowej (tarcie ³añcucha o elementy metalowe przenoœnika), czy te od ³uku elektrycznego (z urz¹dzeñ lub kabli elektrycznych). Uzyskuje siê to przez automatyczne i bezw³oczne wy³¹czanie spod napiêcia maszyn i urz¹dzeñ w zagro onym rejonie, dokonywane przez czujniki pomiaru metanu po stwierdzeniu stê eñ wy szych ni dopuszczalne. O skutecznoœci takiego dzia³ania decyduje czas, jaki up³ynie pomiêdzy pomiarem niedopuszczalnego stê enia, a momentem wy³¹czenia energii elektrycznej. Zakres stosowania systemowej automatyki jest uzale niony od potrzeb i mo liwoœci danej kopalni. Mo na jednak wyró niæ dwie podstawowe kategorie rozwi¹zañ automatyki górniczej. Pierwsz¹ kategoriê stanowi¹ rozwi¹zania z zakresu kontroli i sterowania procesami, bêd¹cymi elementami podstawowych i pomocniczych technologii górniczych takich, jak na przyk³ad urabianie maszynami ska³ i wêgla, transport urobku, za³adunek i wa enie

5 produktu finalnego. Drug¹ kategoriê stanowi¹ rozwi¹zania z zakresu kontroli i zabezpieczania za³ogi i ruchu zak³adu górniczego przed skutkami wystêpuj¹cych zagro eñ naturalnych i technicznych takich, jak: zagro enie metanowe, zagro enie t¹paniami, zagro enie po arem (rys. 3). 93 Rys. 3. Model funkcjonalny systemowej automatyki Fig. 3. Functional model of system automatics Rys. 4. Model infrastruktury systemowej w procesie produkcji wêgla kamiennego Fig. 4. Model of system infrastructure in the hard coal mining process

6 94 Powy sze trzy segmenty sk³adaj¹ siê na warunki techniczno-technologicznego funkcjonowania wspó³czesnego zak³adu górniczego i stanowi¹ zasadnicz¹ infrastrukturê systemow¹ [8]. Jej podstawê stanowi zasilanie, które z powierzchni [2] jest stopniowo rozprowadzane w coraz odleglejsze rejony kopalñ, a do przodków wydobywczych. Pocz¹tki szeroko rozumianej informatyki technicznej stanowi ³¹cznoœæ telefoniczna od przewodowej do bezprzewodowej. Na bazie sieci teleinformatycznych [11] rozwinê³y siê ró ne rozwi¹zania informatyki, takie jak sieæ nadzoru dyspozytorskiego dla urz¹dzeñ oraz procesów technologicznych [10, 1] i monitorowania parametrów bezpieczeñstwa œrodowiska pracy [5, 7]. Natomiast automatyka górnicza, bêd¹ca najm³odsz¹, najdynamiczniej rozwijaj¹c¹ siê ga³êzi¹ infrastruktury, znajduje zastosowanie praktycznie we wszystkich procesach technologicznych, chocia w zró nicowanym charakterze i zakresie [3, 4]. Wzajemne korelacje tych procesów przedstawiono na rysunku Innowacyjnoœæ jako wyznacznik poziomu bezpieczeñstwa Zasadniczy wp³yw na rodzaj stosowanych rozwi¹zañ z zakresu zasilania oraz informatyki i automatyki maj¹ technologie stosowane w procesie produkcji wêgla kamiennego, a tak e poziom zagro eñ wystêpuj¹cych w danym zak³adzie górniczym. Nie bez znaczenia jest te poziom technicznego wyposa enia kopalni. Stosowane rozwi¹zania maj¹ zwi¹zek z jakoœciowym poziomem elementów infrastruktury, w tym tak e z jej powszechnoœci¹ i poziomem technicznym wp³ywaj¹cym na perspektywê czasow¹ jej stosowania. W infrastrukturze systemowej mo na wyró niæ nastêpuj¹ce elementy: stosowane powszechnie, ze wzglêdu na ich koniecznoœæ w procesie produkcji wêgla (z przyczyn technicznych) oraz ze wzglêdu na wymagania przepisów dla zak³adów górniczych, stosowane warunkowo, co oznacza koniecznoœæ ich stosowania dla pewnych rozwi¹zañ ze wzglêdu na wystêpuj¹ce zagro enia i przepisy prawa, stosowane dobrowolnie, czyli nie obligatoryjne, a wiêc wynikaj¹ce z mo liwoœci (g³ównie finansowych) ich wykorzystywania, np. dla podniesienia bezpieczeñstwa, poprawy efektywnoœci itp. Pod wzglêdem poziomu technicznego innowacyjnoœæ elementów infrastruktury trudno jest oceniæ, g³ównie dlatego, e stanowi¹ one grupê rozwi¹zañ charakteryzuj¹cych siê podobieñstwem na umownym poziomie ogólnoœci. Ponadto w pewnych uwarunkowaniach mo liwe i wystarczaj¹ce jest stosowanie rozwi¹zañ o kilkudziesiêcioletnim rodowodzie, a w innych prawie wy³¹cznie konieczne s¹ rozwi¹zania najnowsze. Mo na zatem dokonaæ oceny poziomu technicznego: poziom techniczny uznaje siê za zadowalaj¹cy gdy: wszystkie rozwi¹zania umo liwiaj¹ bezpieczne prowadzenie ruchu bez odrêbnych rygorów, lecz nie zapewniaj¹ uzyskiwania wysokich efektów ekonomicznych,

7 istnieje mo liwoœæ zast¹pienia w najbli szym czasie aktualnie stosowanych rozwi¹zañ nowszymi z nastêpuj¹cych powodów: fizycznego zu ycia oraz nieop³acalnoœci lub wrêcz niemo liwoœci zast¹pienia ich takimi samymi rozwi¹zaniami (np. ze wzglêdu na zakoñczenie produkcji), zmiany uwarunkowañ i zaostrzenie rygorów w stosunku do stosowanych rozwi¹zañ, koniecznoœci poprawy ekonomiki produkcji wêgla; poziom techniczny uznaje siê za zaawansowany, co oznacza e: bez najnowoczeœniejszych rozwi¹zañ nie by³oby mo liwe spe³nienie na³o onych (przepisami) rygorów bezpieczeñstwa, czy te uzyskanie wysokiej efektywnoœci produkcji wêgla, a tak e dokonanie pe³niejszego rozpoznania zagro eñ oraz zapewnienie co najmniej dostatecznego poziomu bezpieczeñstwa, jest przysz³oœciowy, czyli istnieje mo liwoœæ stosowania aktualnych rozwi¹zañ w d³u szej perspektywie czasu, jak te mo liwoœæ ich modernizacji zapewniaj¹cej dostosowanie do podwy szonych rygorów. W ka dym przypadku, bez wzglêdu na innowacyjny poziom stosowanego elementu infrastruktury, wymagane jest zapewnienie bezpieczeñstwa minimum na podstawowym poziomie. Dla oceny innowacyjnoœci elementów infrastruktury przyjêto nastêpuj¹ce kryteria [9]: kryterium poziomu techniczno-technologicznego w zaawansowanych dziedzinach techniki (materia³y, informatyka, organizacja, automatyzacja itp.), kryterium skutecznoœci w odniesieniu do warunków zewnêtrznych przy czym przez skutecznoœæ rozumie siê zdolnoœæ do spe³niania funkcji w warunkach wystêpuj¹cych w kopalniach; skutecznoœæ nale y rozpatrywaæ w aspekcie technicznym, bezpieczeñstwa, op³acalnoœci, strat z³o a, niezawodnoœci itp., kryterium uniwersalnoœci w odniesieniu do techniki i warunków stosowania przy czym przez uniwersalnoœæ rozumie siê modu³owoœæ infrastruktury technologii; uniwersalnoœæ wystêpuje w wymiarze technicznym i funkcjonalnym. O innowacyjnoœci decydowaæ bêdzie przynale noœæ do jednego z trzech poziomów: rozwojowego I, rozpowszechnionego II, zanikowego III, oraz w przypadku poziomu I i II do jednego z trzech subpoziomów natê enia innowacyjnoœci: a najni szego, b poœredniego, c najwy szego. Wartoœæ natê enia innowacyjnoœci NI w metodzie oceny punktowej oblicza siê wed³ug wzoru NI = piwi (1) gdzie: pi kryterium przydatnoœci o wartoœciach: p1 = 1 jeœli przydatnoœæ jest ograniczona (szcz¹tkowa) ze wzglêdu na niskie wymagania wynikaj¹ce z minimalnego poziomu zagro eñ wystêpuj¹cych 95

8 96 wi w procesie produkcji wêgla (z przyczyn technicznych) oraz o rozwi¹zaniach na poziomie technicznym odbiegaj¹cym od tendencji rozwojowych, p2 = 2 jeœli przydatnoœæ jest warunkowa, co oznacza koniecznoœæ stosowania rozwi¹zañ ze wzglêdu na wystêpuj¹ce zagro enia i zwi¹zane z tym przepisy prawa, a rozwi¹zania s¹ na poziomie technicznym zadawalaj¹cym, p3 = 3 jeœli przydatnoœæ jest rozwojowa, co oznacza wykorzystywanie rozwi¹zañ dla podniesienia bezpieczeñstwa, poprawy efektywnoœci itp. o zaawansowanym poziomie technicznym, (i = 1 3) oznacza wagê o wartoœci liczb z przedzia³u 0 1, okreœlaj¹ca jego istotnoœæ (przy czym suma wag wynosi wi =1): w1 = 0,25 obecny poziom technologiczny odgrywa znacz¹c¹ rolê w ocenie innowacyjnoœci, jednak jego istotnoœæ nie jest najwa niejsza, w2 = 0,40 skutecznoœæ funkcjonowania elementów zasadniczej infrastruktury jest najwa niejsza, a istotnoœæ tego kryterium jest najwiêksza, w3 = 0,35 uniwersalnoœæ funkcjonalnoœci ma du e znaczenie dla zastosowania elementów w ró nych uwarunkowaniach, jednak nie jest ona najwa niejsza. Natê enie innowacyjnoœci elementów zasadniczej infrastruktury systemowej NI oblicza siê jako NI = p1w1 + p2w2 + p3w3 (2) Wartoœæ natê enia innowacyjnoœci zale y g³ównie od wartoœci przypisanej przydatnoœci (pi) i waha siê w przedziale od NI min =1,00(pi = p1) doni max =3,00(pi = p3). Podzia³ na stopnie innowacyjnoœci SI dokonany jest w oparciu o nastêpuj¹ce wartoœci natê enia innowacyjnoœci: III element zanikowy SI 1,50 IIa element rozpowszechniony o najni szym poziomie innowacyjnoœci 1,50 < SI 1,75 IIb element rozpowszechniony o poœrednim poziomie innowacyjnoœci 1,75 < SI 2,00 IIc element rozpowszechniony o najwy szym poziomie innowacyjnoœci 2,00 < SI 2,25 Ia element rozwojowy o najni szym poziomie innowacyjnoœci 2,25 < SI 2,50 Ib element rozwojowy o poœrednim poziomie innowacyjnoœci 2,50 < SI 2,75 Ic element rozwojowy o najwy szym poziomie innowacyjnoœci 2,75 < SI 3,00.

9 97 3. Infrastruktura systemowa w ocenie natê enia innowacyjnoœci 1. Elementy zasilania Ze wzglêdu na wystêpuj¹c¹ w zak³adach górniczych ró norodnoœæ stosowanych rozwi¹zañ z zakresu zasilania mog¹ wystêpowaæ i wystêpuj¹ elementy, które mo na zaliczyæ do ka dego z trzech poziomów natê enia innowacyjnoœci [9]. Jednoznaczne okreœlenie stopnia innowacyjnoœci elementów zasilania SI Z jest praktycznie niemo liwe. Decyduje o tym specyfika sieci elektroenergetycznych i urz¹dzeñ poœrednich (pomocniczych), które spe³niaj¹ rolê us³ugow¹ dla technologii górniczych oraz mechanizacyjnych i musz¹ byæ do nich dostosowane. Uwzglêdniaj¹c tê specyfikê do przyjêtej metody punktowego obliczania natê enia innowacyjnoœci systemowego zasilania NI Z podstawiono wszystkie wartoœci przydatnoœci p i. W rezultacie otrzymano ocenê ogóln¹, uniemo liwiaj¹c¹ wyodrêbnienie konkretnych stopni innowacyjnoœci rozwi¹zañ systemowego zasilania. Oznacza to, e ka dy z elementów, zawieraj¹c zró nicowane rozwi¹zania dostosowane do konkretnych potrzeb, okreœla stopieñ innowacyjnoœci. Jest to te zgodne z poprzednio dokonan¹ ocen¹ uwzglêdniaj¹c¹ poziom techniczno-technologiczny (tab. 1). Natê enie innowacyjnoœci elementów zasilania Intensity of innovativeness of the supply component TABELA 1 TABLE 1 Element systemowego zasilania Wartoœæ przydatnoœci stosowania p i Natê enie innowacyjnoœci Nazwa w 1 =0,25 w 2 =0,40 w 3 =0,35 NI Z Stopieñ innowacyjnoœci SI Z Urz¹dzenia zasilaj¹ce SN 1,0 3,0 1,0 3,0 1,0 3,0 Urz¹dzenia zasilaj¹ce NN 1,0 3,0 1,0 3,0 1,0 3,0 Aparatura ³¹czeniowa SN 1,0 3,0 1,0 3,0 1,0 3,0 Aparatura ³¹czeniowa NN 1,0 3,0 1,0 3,0 1,0 3,0 Kable i przewody wraz z osprzêtem SN 1,0 3,0 1,0 3,0 1,0 3,0 Kable i przewody wraz z osprzêtem SN 1,0 3,0 1,0 3,0 1,0 3,0 Urz¹dzenia zabezpieczeniowe SN 1,0 3,0 1,0 3,0 1,0 3,0 Urz¹dzenia zabezpieczeniowe NN 1,0 3,0 1,0 3,0 1,0 3,0 1,0 3,0 Ia, Ib, Ic, IIa, IIb, IIc, III 2. Elementy informatyki Rozwi¹zaniom stosowanym w systemowej informatyce mo na przypisaæ konkretne wartoœci przydatnoœci p i, co jednoznacznie okreœla natê enie innowacyjnoœci systemowej informatyki NI I oraz stopnia jej innowacyjnoœci SI I. Wyniki obliczeñ pokazuj¹, e innowacyjnoœæ

10 98 zdecydowanej wiêkszoœci elementów informatyki ma charakter rozwojowy (SI I Ia Ic) (tab. 2). Natê enie innowacyjnoœci elementów systemowej informatyki Intensity of innovativeness of the system informatics components TABELA 2 TABLE 2 Element systemowego zasilania Wartoœæ przydatnoœci stosowania p i Natê enie innowacyjnoœci Nazwa w 1 =0,25 w 2 =0,40 w 3 =0,35 NI I Stopieñ innowacyjnoœci SI I ¹cznoœæ analogowa ,75 IIa ¹cznoœæ cyfrowa ,65 Ib Gazometria ,00 IIb Aerometria ,65 Ib System dyspozytorski podziemnych procesów produkcyjnych System dyspozytorski technologicznych procesów przeróbki ,40 Ia ,40 Ia Monitorowanie zagro enia t¹paniami ,40 Ia Zintegrowane systemy bezpieczeñstwa ,0 Ic Telewizja przemys³owa ,65 Ib Nie ma elementów o zanikowym charakterze (SI I III), a najmniej innowacyjne w tym zestawieniu s¹ rozwi¹zania o du ym stopniu rozpowszechnienia (SI I II). Potwierdza to ogólny pogl¹d, e systemowa informatyka stale uzupe³niana stanowi najnowsze rozwi¹zania techniczne, przez co proces jej starzenia siê praktycznie nie wystêpuje. Œwiadczy to równie o sta³ym zapewnianiu najwy szych standardów bezpieczeñstwa za³ogi i ruchu zak³adu górniczego. 3. Elementy automatyki Równie rozwi¹zaniom stosowanym w systemowej automatyce mo liwe jest przypisanie odpowiednich wartoœci liczbowych przydatnoœci pi. Umo liwia to okreœlenie natê enia innowacyjnoœci systemowej automatyki NI A oraz jej stopnia innowacyjnoœci SI A (tab. 3). Z zestawienia wynika, e elementy systemowej automatyki s¹ najbardziej zró nicowane pod wzglêdem innowacyjnoœci. Decyduj¹ o tym rozwi¹zania starsze, które jednak w wielu przypadkach s¹ wystarczaj¹ce zarówno pod wzglêdem funkcjonalnoœci jak i bezpieczeñstwa oraz rozwi¹zania najnowsze. Spoœród nich wiele rozwi¹zañ umo liwia efektywne wykorzystywanie mocy urz¹dzeñ w procesach wydobywczych. Istniej¹ tak e

11 rozwi¹zania umo liwiaj¹ce przeniesienie stanowiska pracy z rejonów najbardziej zagro- onych do miejsc bezpiecznych, do których przenoszone s¹ uk³ady sterowania. 99 Natê enie innowacyjnoœci elementów systemowej automatyki Intensity of innovativeness of the system automatics components TABELA 3 TABLE 3 Element systemowego zasilania Wartoœæ przydatnoœci stosowania p i Nazwa w 1 =0,25 w 2 =0,40 w 3 =0,35 Natê enie innowacyjnoœci NI A Stopieñ innowacyjnoœci SI A Automatyczna metanometria cykliczna ,75 IIa Automatyczna metanometria ci¹g³a ,25 IIc Kontrola i diagnostyka kombajnu chodnikowego ,90 IIb Kontrola i diagnostyka kombajnu œcianowego ,90 IIb Sterowanie maszyn urabiaj¹cych w wyrobiskach wybierkowych ,65 Ib Sterowanie obudow¹ wyrobisk wybierkowych ,65 Ib Sterowanie jednostkowymi elementami procesów przeróbki Kompleksowe sterowanie poszczególnymi procesami technologicznymi przeróbki Uk³ad przekaÿnikowo-stykowy automatyzacji i sterowania transportu pionowego Uk³ad mikroprocesorowy automatyzacji i sterowania transportu pionowego Uk³ad automatyzacji i sterowania transportu szynowego torowego Uk³ad automatyzacji i sterowania transportu szynowego podwieszanego Uk³ad przekaÿnikowo-stykowy automatyzacji i sterowania transportu przenoœnikowego Uk³ad mikroprocesorowy automatyzacji i sterowania transportu przenoœnikowego ,65 IIa ,65 Ib ,65 IIa ,65 Ib ,65 IIa ,65 Ib ,65 IIa ,65 Ib Bezregulacyjne uk³ady napêdów wentylatorów ,65 IIa Regulacyjne uk³ady napêdów wentylatorów ,00 Ic Monitorowanie i sterowanie g³ównego odwadniania Systemowe monitorowanie i sterowanie pompowni g³êbinowych ,65 IIa ,65 Ib

12 100 Podsumowanie Stosowane w górnictwie wêgla kamiennego rozwi¹zania z zakresu zasilania, informatyki i automatyki charakteryzuj¹ siê du ¹ ró norodnoœci¹ powodowan¹ przede wszystkim: wystêpowaniem w kopalniach zró nicowanych warunków geologiczno-górniczych, a zatem zró nicowanym poziomem wystêpuj¹cych zagro eñ, ró nym poziomem kultury technicznej, ró nym poziomem wyposa enia w maszyny i urz¹dzenia oraz poziomem stosowanych technologii, ró nymi mo liwoœciami finansowymi zak³adów górniczych. O zró nicowanym poziomie stosowania elementów infrastruktury oraz jej poziomie technicznym decyduj¹ g³ównie uwarunkowania naturalne i techniczne, a tak e finansowe w zak³adach górniczych. Publikacja zosta³a opracowana w ramach projektu nr WKP_1/1.4.5/2/2006/9/12/590/2006/U pt.: Scenariusze rozwoju technologicznego przemys³u wydobywczego wêgla kamiennego, wspó³finansowanego z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego. LITERATURA [1] Bohosiewicz M.,Jakubów A.,Szarafiñski M.,Wasilewski S.,Wojtas P.,2004 Przegl¹d systemów monitorowania zagro eñ gazowych w polskich kopalniach. Bezpieczeñstwo Pracy i Ochrona Œrodowiska w Górnictwie nr 10, s [2] K r a s u c k i F., 1997 Elektryfikacja podziemi kopalñ. Wyd. Œl¹sk, Katowice. [3] Mironowicz W., Wasilewski S., 2001 Kierunki automatyzacji procesów technologicznych w ramach restrukturyzacji technicznej kopalñ. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa nr 9, s [4] S i k o r a T., C z e r w B., 2005 Urz¹dzenia kontrolno-pomiarowe i systemy sterowania dla zak³adów mechanicznej przeróbki wêgla w dzia³alnoœci EMAG. Rozwój i stan obecny. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa nr 5, s [5] Trenczek S., 2005 Automatyczna aerometria górnicza dla kontroli zagro eñ aerologicznych. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa nr 3, s [6] Trenczek S., 2007 Uwarunkowania górniczo-geologiczno-techniczne produkcji wêgla kamiennego a zasadnicza infrastruktura systemowa zasilania, informatyki i automatyki. Bezpieczeñstwo Pracy i Ochrona Œrodowiska w Górnictwie nr 6, s [7] Trenczek S.,Wojtas P.,2006 RozwójpomiaroznawstwastosowanegoodpomiarówwskaŸnikowych do monitorowania i nadzorowania bezpieczeñstwa. Prace Naukowe Instytutu Górnictwa Politechniki Wroc³awskiej, Seria: Studia i Materia³y nr 32, Wroc³aw, s [8] Trenczek S.,2007 Zasadniczainfrastrukturasystemowazasilania,informatykiiautomatykiwprocesie produkcji wêgla kamiennego. Materia³y XXXV Konferencji Sekcji Cybernetyki w Górnictwie PAN nt. Telekomunikacja i Systemy Bezpieczeñstwa w Górnictwie ATI Jaworze, 30 maja 1 czerwca 2007 r. Wyd. CEiAG EMAG, Katowice, s [9] Trenczek S., Wasilewski S., 2007 Innowacyjnoœæ zasilania, informatyki i automatyzacji w ruchu zak³adu górniczego. Materia³y VIII Miêdzynarodowej Konferencji Naukowo-Technicznej nt. Innowacyjne i bezpieczne maszyny i urz¹dzenia dla górnictwa wêgla kamiennego. Szczyrk listopada 2007 r. Wyd. CMG KOMAG, Gliwice 2007, s

13 101 [10] W a s i l e w s k i S., 2003 Kopalniane systemy dyspozytorskiego nadzoru. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa nr 9, s [11] W o j t a s P., R e j A., 2005 Wk³ad Centrum EMAG w rozwój urz¹dzeñ i systemów telekomunikacyjnych w górnictwie. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa nr 5, s INNOWACYJNOŒÆ SYSTEMOWEGO ZASILANIA, INFORMATYKI I AUTOMATYKI W PROCESACH TECHNOLOGICZNYCH WYDOBYCIA WÊGLA S³owa kluczowe Kopalnia, zagro enia, bezpieczeñstwo, zasilanie, informatyka techniczna, automatyka Streszczenie Zasadnicz¹ infrastrukturê systemow¹ zasilania, informatyki technicznej i automatyki zapewnia prawid³owy przebieg procesu wydobywczego wêgla kamiennego w podziemnych zak³adach górniczych. Pod pojêciem systemowe zasilanie kopalni wêgla kamiennego rozumie siê dwie kategorie sieci elektroenergetycznych: œredniego napiêcia SN tj. zasilanie napiêciem powy ej 1 kv oraz niskiego napiêcia NN tj. zasilanie napiêciem do 1 kv (rys. 1). Systemowa informatyka techniczna to g³ównie jedno- i dwukierunkowe przep³ywy danych w zak³adzie górniczym. W zale noœci od uwarunkowañ stosowane s¹ ró ne rozwi¹zania pod wzglêdem rodzajów i typów, jak i ich poziomu technicznego. We wspó³czesnej kopalni s³u y do dostarczania informacji o przebiegu procesów i poziomie bezpieczeñstwa, w tym z zakresu: kontroli parametrów pracy urz¹dzeñ i procesów technologicznych oraz parametrów bezpieczeñstwa kontrolowanego œrodowiska, ³¹cznoœci telefoniczno-alarmowej, a tak e telewizji przemys³owej (rys. 2). Systemow¹ automatykê tworz¹ ró nego rodzaju rozwi¹zania z zakresu sterowania i automatyzacji maszyn oraz urz¹dzeñ bior¹cych udzia³ w procesach eksploatacji kopalñ i przygotowania wêgla handlowego. Nale ¹ do nich równie rozwi¹zania zabezpieczaj¹ce, które w uk³adach kontrolnych zastosowanych w procesach technologicznych oraz decyzyjnych wyrêczaj¹ lub nawet eliminuj¹ udzia³ cz³owieka (rys. 3). Wzajemne korelacje procesów produkcji wêgla kamiennego i infrastruktury przedstawiono na rysunku 4. O innowacyjnoœci elementów infrastruktury decyduje przynale noœæ do jednego z trzech poziomów: rozwojowego I, rozpowszechnionego II, zanikowego III, oraz w przypadku poziomu I i II do jednego z trzech subpoziomów natê enia innowacyjnoœci: a najni szego, b poœredniego, c najwy szego. Wartoœæ natê enia innowacyjnoœci NI w metodzie oceny punktowej oblicza siê wed³ug wzoru (1). Natomiast natê enie innowacyjnoœci elementów zasadniczej infrastruktury systemowej NI oblicza siê wed³ug wzoru (2). Wartoœæ natê enia innowacyjnoœci zale y g³ównie od wartoœci przypisanej przydatnoœci (pi) i waha siê w przedziale od NI min =1,00(pi = p1)doni max =3,00(pi = p3). Pozwala to dokonaæ odpowiedniego podzia³u elementów zasilania (tab. 1), informatyki technicznej (tab. 2) oraz automatyki (tab. 4.). Badania innowacyjnoœci pokaza³y, e stosowane w górnictwie wêgla kamiennego rozwi¹zania z zakresu zasilania, informatyki technicznej i automatyki charakteryzuj¹ siê du ¹ ró norodnoœci¹. Spowodowane jest to¹ przede wszystkim: wystêpowaniem w kopalniach zró nicowanych warunków geologiczno-górniczych, a zatem zró nicowanym poziomem wystêpuj¹cych zagro eñ, ró nym poziomem kultury technicznej, ró nym poziomem wyposa enia w maszyny i urz¹dzenia oraz poziomem stosowanych technologii, ró nymi mo liwoœciami finansowymi zak³adów górniczych. O zró nicowanym poziomie stosowania elementów infrastruktury oraz jej poziomie technicznym decyduj¹ g³ównie uwarunkowania naturalne i techniczne, a tak e finansowe w zak³adach górniczych.

14 102 INNOVATIVENESS OF POWER SUPPLY SYSTEMS, COMPUTER TECHNOLOGIES AND AUTOMATION INVOLVED IN TECHNOLOGICAL PROCESSES OF COAL MINING Key words Mine, hazards, safety, supply, technical informatics, automatics Abstract General systematic infrastructure of power supply systems, industrial computer technologies and automation is closely associated with undisturbed flow of extraction processes of hard coal in underground mining enterprises. The term of systematic power supply in hard coal mines encompasses two categories of electric power networks: the medium voltage (MV SN) system with supply voltages above 1 kv and the low voltage (LV NN) with supply voltages below 1 kv (Fig. 1). The systematic industrial computer technology handles unidirectional and bidirectional data streams within every single mining enterprise. Depending on local conditions, various specific solutions can be applied that may differ in types and sorts as well as in the level of technical development. Modern collieries employ computer systems to acquire information about technological processesinprogressandlevelofsafety, including checking operational parameters of the mining equipment and technological processes as well as safety factors of the environment under control, performance of telephone and emergency communication along with the CCTV system (Fig. 2). The systematic automation incorporates various solutions on the area of machinery control and automation, including the equipment that is involved in operation of coal mines, coal extraction and the run-of-mine initial treatment to have it prepared for commercial purposes. The automation comprises also large diversity of safety and protecting system that assist or even eliminate human activities in control systems applied to technological operations and also support the decision-making process (Fig. 3). Mutual correlations between production processes of hard coal and the related technological infrastructure is exhibited in Fig. 4. Innovativeness of infrastructural components is classified on the basis of their assignment to one of three levels: ascending I, mature II and descending III and, in case of classification to the levels I or II association with one of three sublevels of innovativeness intensity: a low, b intermediate and c high. The index of innovativeness intensity NI is evaluated by means of the gradation method with use of the formula (1). In contrary, index of innovativeness intensity NI for components of the essential systematic infrastructure is calculated with use of the formula (2). Te index of innovativeness intensity depends chiefly on the value of the assigned usefulness (pi) and ranges within the interval from NI min =1.00(pi = p1) doni max =3.00(pi = p3). The above classification makes it possible to adequately structure the components of power supply systems (Table 1), industrial computer technology (Table 2) and automation (Table 4). Research on innovativeness have proved that technical solution involved in the hard coal mining industry with regard to power supply systems, industrial computer technologies and automation exhibit substantial diversity. Differences are caused by a number of factors, including: discrepancies in geological and mining condition that vary from one coal mine to another and result in diverse levels of existing hazards, uneven level of technical culture, various levels of machinery and equipment availability as well as levels of mining technologies applied, differences in financial healthiness of mining enterprises, Therefore, diversities in application of innovative structural components and technical level of the infrastructure itself is determined chiefly by natural and technical circumstances as well as availability of financial resources in mining enterprises.