Rozwój urządzeń łączności szybowej

Transkrypt

1 inż. ROMAN GIEL dr inż. TOMASZ JACKIEWICZ Carbonex Sp. z o.o. Rozwój urządzeń łączności szybowej Przez wiele lat jedynym sposobem porozumiewania się maszynisty maszyny wyciągowej z brygadą w naczyniu była linka rewizyjna. Sytuacja taka stwarzała pole do powstawania różnych zagrożeń podczas prowadzenia ruchu maszyny, stąd pod koniec lat 80. ubiegłego wieku zaczęto tworzyć urządzenia pozwalające w lepszy sposób realizować łączność w szybach. W artykule przedstawiona zostanie droga rozwoju tych urządzeń, stan aktualny rozwiązań technicznych oraz dalsze kierunki rozwoju. 1. WSTĘP 4 1 Systemy łączności bezprzewodowej w szybach kopalnianych mają już ponad 30-letnią historię rozwoju. W tym czasie przechodziły one różnorakie przeobrażenia, jednak już od samego początku zarysowany został wyraźny podział na trzy kategorie, różniące się sposobem transmisji sygnału. Wyróżnia się tu systemy wykorzystujące liny nośne i wyrównawcze jako tory dla sygnałów w.cz., systemy wykorzystujące propagację swobodną fali w.cz. w szybie oraz systemy wykorzystujące tzw. kabel cieknący. Jednak z uwagi na silne tłumienie fal elektromagnetycznych w szybach kopalnianych bezprzewodowa łączność szybowa została zdominowana poprzez pierwszą z wymienionych kategorię urządzeń, pozostawiając urządzeniom pozostałych kategorii funkcję rezerwowego środka łączności. Na rysunku 1 przedstawiona została idea działania urządzeń wykorzystujących liny do propagacji sygnału. Tor sygnałowy tworzą: lina nośna (1), lina wyrównawcza (2), naczynia szybowe (3), a także w niektórych przypadkach koła prowadnicze lub napędowe (4). Sygnał w.cz. jest przesyłany i odbierany z toru za pomocą sprzęgaczy indukcyjnych (5,6). Z uwagi na różnorodność rozwiązań konstrukcji szybów istnieje wiele wariantów modyfikacyjnych przedstawionego schematu, np. wykorzystujący liny prowadnicze czy jedynie liny nośne w przypadku napędu wielolinowego Rys. 1. Schemat ideowy linowego toru sygnałowego 2. URZĄDZENIA ŁĄCZNOŚCI I SYGNALIZACJI SZYBOWEJ Pierwszym systemem bezprzewodowej łączności szybowej wprowadzonym seryjnie do eksploatacji, wykorzystującym jako tor sygnałowy liny było urządzenie MERKURY F przeznaczone do prowadzenia łączności fonicznej w trybie simpleks pomiędzy ruchomym naczyniem szybowym a pomieszczeniem maszyny wyciągowej. Urządzenie

2 Nr 7(461) LIPIEC w zależności od wersji wykonania wykorzystywało do pracy dwie częstotliwości 32 lub 65 khz. System tworzony był poprzez następujące elementy: zespół stacyjny zainstalowany w pomieszczeniu maszynisty oraz zespół klatkowy zainstalowany w naczyniu szybowym. W skład zespołu stacyjnego wchodziły następujące podzespoły: - urządzenie stacyjne, - mikrofon ze statywem, - przełączniki nożny n/o, - sprzęgacz z kablem. Zespół klatkowy natomiast składał się z: - urządzenia klatkowego, - urządzenia dodatkowego, - sprzęgacza z kablem, - zasilacza klatkowego. Rozwinięcie tego systemu stanowił telefon szybowy typu TS-32/65. Urządzenie to, przy zachowaniu struktury systemu MERKURY, charakteryzowało się zwartą budową, prostszym i bardziej niezawodnym sposobem łączenia poszczególnych podzespołów, a także baterią zasilającą urządzenie klatkowe, w której zastosowano ogniwa gazoszczelne, co w znacznej mierze poprawiło niezawodność i bezpieczeństwo pracy. Oba te urządzenia pomimo swych niezaprzeczalnych zalet posiadały jednak dość poważną wadę funkcjonalną polegającą na braku możliwości przesyłania sygnałów dwustanowych, dla potrzeb systemów sygnalizacji szybowej. Lukę tę wypełniło urządzenie do radiowego nadawania sygnałów typu URNS. Umożliwiało ono przesyłanie dwustanowych sygnałów informacyjnych i kontrolnych pomiędzy naczyniem wyciągowym a urządzeniami sygnalizacji szybowej. Częstotliwość pracy systemu była wyższa ( khz) od systemów łączności fonicznej. Urządzenie to posiadało również w odróżnieniu od wcześniej wspomnianych systemów układ kontroli ciągłości działania transmisji pomiędzy maszyną a klatką. Rozwiązanie to pozwalało skutecznie zapobiegać niepożądanym sytuacjom w momentach zaniku sygnału podczas ruchu naczynia. Podstawową wadą tego systemu był jednak brak możliwości przesyłania sygnałów fonicznych, co w praktyce zmuszało kopalnie do jednoczesnego wykorzystywania dwóch systemów: łączności i sygnalizacji. Skutkowało to nadmiernym upakowaniem wyposażenia w naczyniach oraz niejednokrotnie niekorzystnym wzajemnym oddziaływaniem poszczególnych systemów. Wad tych pozbawione było urządzenie do bezprzewodowego nadawania sygnałów i łączności typu GH-FTS. Łączyło ono zalety obu grup urządzeń, umożliwiając łączność foniczną oraz przesyłanie sygnałów dwustanowych. Częstotliwość pracy systemu została wypośrodkowana w stosunku do wcześniejszych systemów i zawierała się w przedziale khz. Kolejnym krokiem w rozwoju urządzeń łączności szybowej było pojawienie się urządzenia typu ECHO. Dzięki zastosowaniu techniki mikroprocesorowej urządzenie to nie tylko umożliwiało kontrolę ciągłości działania, ale również poprawności przesyłanych informacji. Akces Polski do struktur europejskich spowodował gwałtowne zmiany w uwarunkowaniach prawnych i technicznych stawianych urządzeniom pracującym w strefach potencjalnie niebezpiecznych. Dotychczas stosowane urządzenia musiały zostać poddane gruntownej przebudowie, aby sprostać wymogom dyrektyw unijnych. Efektem tych prac jest urządzenie łączności i sygnalizacji szybowej ECHO-S, które umożliwia nawiązanie dwukierunkowej dupleksowej łączności fonicznej oraz przesyłanie sygnałów informacyjnych i sterujących pomiędzy maszynistą maszyny wyciągowej a załogą znajdującą się w ruchomej klatce. Dzięki temu urządzeniu brygada szybowa jest w stanie samodzielnie sterować maszyną wyciągową bez udziału maszynisty, co w znacznym stopniu upraszcza i ułatwia wykonywanie rewizji i prac szybowych. Aparat klatkowy urządzenia ECHO-S umożliwia przesyłanie następujących sygnałów sterujących z naczynia szybowego do maszyny wyciągowej: jednouderzeniowych, alarmu, blokady, zdalnego uruchamiania, jazdy w górę, stopu, jazdy w dół, załączenia prędkości V2, załączenia prędkości V3, uprawnienia do wyboru prędkości V3. Natomiast zwrotnie z maszyny do naczynia przesyłane jest: potwierdzenie foniczne sygnałów jednouderzeniowych, potwierdzenie załączenia blokady, potwierdzenie włączenia rewizji szybu, potwierdzenie włączenia jazdy osobistej lub jazdy brygad, potwierdzenie uprawnienia aparatu klatkowego do nadawania sygnałów, potwierdzenie załączenia zdalnego uruchamiania, potwierdzenie załączenia jazdy w górę, potwierdzenie załączenia jazdy w dół, potwierdzenie załączenia prędkości V1, potwierdzenie załączenia prędkości V2,

3 80 MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA potwierdzenie załączenia prędkości V3. System posiada dwa wykonania różniące się częstotliwością nośną, w celu umożliwienia jednoczesnej pracy w szybach dwuprzedziałowych. Wygląd zewnętrzny aparatu klatkowego typu ECHO-S przedstawia rys. 2. Wersję uproszczoną tego urządzenia dla szybów gdzie nie może być zrealizowane zdalne sterowanie maszyny wyciągowej stanowi urządzenie typu ECHO-P, które oprócz braku funkcji sterowniczych jest tożsame z urządzeniem ECHO-S (rys. 4). Aparat stacyjny zarówno dla wersji pełnej jak i uproszczonej stanowi standardowa kaseta EURO z modułami zasilania i obwodów we/wy (rys. 4). Rys. 4. Aparat stacyjny urządzenia ECHO 3. URZĄDZENIA ŁĄCZNOŚCI I SYGNALIZA- CJI DLA SZYBÓW GŁĘBIONYCH Rys. 2. Aparat klatkowy urządzenia typu ECHO-S Rys. 3. Aparat klatkowy urządzenia ECHO-P Osobną gamę urządzeń stanowiły systemy łączności w szybach głębionych. Specyfika technologii głębienia powoduje, że i tak już trudne warunki środowiskowe przybierają tam wartości skrajne: zmiany temperatury dochodzące do 40 stopni na przestrzeni nawet 100 m, bardzo silne drgania i wstrząsy, fale detonacyjne podczas robót strzałowych. Dodatkowo w szybach tych nie występują klasyczne naczynia wyciągowe, ale kubły podwieszane do sań prowadniczych i ruchome pomosty robocze. Wszystkie te elementy spowodowały, że w praktyce jako środek łączności znalazła tam zastosowanie jedynie linka rewizyjna i urządzenie sygnalizacji typu HERMES. System przeznaczony był do kontroli wzajemnego położenia sań prowadniczych względem naczynia wydobywczego w szybie budowanym lub pogłębianym oraz do przesyłania sygnałów porozumiewawczych i awaryjnych w czasie jazdy ludzi. Urządzenie pracowało w układzie jednokierunkowego przesyłania informacji, tj. z zespołu naczynie wydobywcze sanie prowadnicze do pomieszczenia maszynisty. Urządzenie to realizowało następujące funkcje: kontrolę wzajemnego przylegania sań prowadniczych i naczynia wydobywczego, przekazywanie sygnałów awaryjnych, przekazywanie sygnałów porozumiewawczych, przekazywanie informacji o stanie baterii zasilającej nadajnik, kontrolę ciągłości toru transmisyjnego.

4 Nr 7(461) LIPIEC Częstotliwość pracy urządzenia wynosiła w różnych wersjach od 32 do 100 khz. Komplet wyposażenia tworzyły następujące podzespoły: - nadajnik, - sprzęgacz I (nadajnika), - zasilacz, - czujnik magnetyczny (przylegania), - odbiornik, - sprzęgacz II (odbiornika). Podstawową niedogodnością podczas eksploatacji tego systemu był brak sygnalizacji zwrotnej i łączności fonicznej, jednak wstrzymanie w latach 90. ubiegłego wieku większości prac związanych z głębieniem szybów spowodował zahamowanie prac rozwojowych nad tego typu systemami. Prace te zostały wznowione dopiero w roku 2007 i zaowocowały powstaniem urządzenia typu ECHO-G, będącego modyfikacją istniejącego już systemu łączności ECHO. Po rocznej eksploatacji podczas głębienia szybu SW-4 ZG Polkowice-Sieroszowice projekt poddano modyfikacji i ostatecznie weszło do produkcji w dwóch wersjach: dla sań prowadniczych z kubłem i dla pomostów roboczych. Pierwsze urządzenie typu ECHO-FG jest przeznaczone do łączności fonicznej i przesyłania sygnałów w szybach głębionych, pomiędzy załogą znajdującą się w ruchomym naczyniu (kuble) a maszynistą wyciągowym. Widok aparatu oraz jego elementów przedstawiono na rys. 5. System umożliwia przesyłanie następujących sygnałów sterujących: - jednouderzeniowych, - alarmu, - przylegania kubła do sań prowadniczych, oraz sygnałów zwrotnych: - potwierdzenia fonicznego sygnałów jednouderzeniowych, - potwierdzenia załączonej blokady. System ten może być montowany w szybach, w których liny stanowią zamkniętą elektrycznie pętlę, co jest warunkiem jego prawidłowego działania. Na jednej pętli może pracować tylko jedno urządzenie. Łączność i przekazywanie sygnałów z kubła odbywa się za pomocą dodatkowego manipulatora podłączonego kablem do aparatu klatkowego. W wykonaniu nieiskrobezpiecznym urządzenie posiada dodatkową zewnętrzną baterię zasilającą, co ułatwia bieżącą eksploatację, gdyż w odróżnieniu od klasycznych urządzeń szybowych jest ono wykorzystywane również w trakcie transportu urobku, czyli w praktyce 24 godziny na dobę. Drugie urządzenie typu ECHO-PG (rys. 6) jest przeznaczone do łączności fonicznej i przesyłania sygnałów w szybach głębionych pomiędzy załogą znajdująca się na pomoście roboczym a maszynistą wyciągowym. System umożliwia przesyłanie następujących sygnałów sterujących z pomostu do maszyny wyciągowej: jednouderzeniowych z aparatu, jednouderzeniowych z manipulatora, Rys. 5. Aparat klatkowy urządzenia ECHO-FG alarmu, blokady, zapowiedzi rodzaju jazdy, kasowania rodzaju jazdy, oraz sygnałów zwrotnych z maszyny na pomost: potwierdzenia fonicznego sygnałów jednouderzeniowych do aparatu, potwierdzenia świetlnego sygnałów jednouderzeniowych do manipulatora, potwierdzenia załączonej blokady, potwierdzenia włączonej rewizji szybu, potwierdzenia włączonej jazdy osobistej, potwierdzenia uprawnienia aparatu klatkowego do nadawania sygnałów, potwierdzenia uprawnienia manipulatora sygnałów. Łączność foniczna możliwa jest tylko z aparatu umieszczonego na pomoście roboczym, natomiast sygnały można nadawać zarówno z aparatu jak i dodatkowego manipulatora. Rys. 6. Aparat klatkowy urządzenia ECHO-PG

5 82 MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA 4. PODSUMOWANIE Łączność bezprzewodowa w szybach stwarza wiele problemów, gdyż na jej prawidłowe działanie ma wpływ wiele czynników środowiskowych i organizacyjno-technicznych. W praktyce, każdy szyb posiada swoją wyjątkową specyfikę, co wymaga od producentów indywidualnego podejścia do każdego przypadku, a od służb utrzymania ruchu dużego zasobu wiedzy teoretycznej i wysokiej kultury technicznej. Niewątpliwie wprowadzenie do ruchu tego typu urządzeń w znacznym stopniu zwiększyło poziom bezpieczeństwa i komfortu pracy. W obecnych realiach ekonomicznych umożliwia również efektywniejsze wykorzystanie załogi, co przyczynia się do poprawienia rentowności procesu wydobycia. Rozwój urządzeń łączności szybowej był oczywiście wyznaczany poprzez rozwój elektroniki, ale także technologii, dzięki temu obecnie produkowane urządzenia charakteryzują się dużą trwałością i odpornością na działanie zewnętrznych warunków środowiskowych. Tak jak i w innych gałęziach elektroniki technika analogowa jest powoli wypierana przez technikę cyfrową i jest to kierunek, który będzie kontynuowany w przyszłości. Literatura 1. Giel R., Jackiewicz T.: Sterowanie maszyn górniczych w świetle nowych wymagań dla niezawodności oprogramowania. MiAG, nr 7 (438), Katowice 2007 r. 2. Utikal J.: Sygnalizacje i napędy w górniczych wyciągach szybowych. Wydawnictwo Górnicze, Katowice 2007 r. 3. Utikal J.: Systemy telekomunikacyjne w górnictwie. ZG SITG, Katowice 1998 r. Recenzent: dr inż. Grzegorz Wiśniewski DEVELOPMENT OF SHAFT COMMUNICATION EQUIPMENT One and only method of communication between a winding-machine operator and a staff in a cage was a method using an inspection rope. That situation created possibilities that various risks may happen at operation of a winder, hence at the end of 80s in the last century, construction of new equipment began to allow better communication in shafts to be made. The stages of development of the communication equipment, a current state of technical solutions as well as further direction of development have been shown in the paper. РАЗВИТИЕ УСТРОЙСТВ СВЯЗИ В ШАТНОМ СТВОЛЕ Многие годы единственным способом связи между машинистом подъемной машины с бригадой был ревизионный шнур. Такая ситуация создавала поле для возникновения разных опасностей во время управления движением машины, поэтому под конец 80-тых годов прошлого века начали создавать устройства, позволяющее лучшим способом управлять связью в шахтных стволах. В статье будет представлен путь развития этих устройств, актуальное состояния технических решений и направлений развития в будущем.