VŠB Technická universita Ostrava, Hornicko-geologická fakulta, Institut ekonomiky a systémů řízení Automatizace uhelných hlubinných dolů

VŠB – Technická universita Ostrava, Hornicko-geologická fakulta, Institut ekonomiky a systémů řízení

Automatizace uhelných hlubinných dolů

Alois Burý

2011

1

ÚVOD Česká republika nepatří mezi státy bohaté na přírodní zdroje, pouze v případě uhlí jde o komoditu obchodovanou na světovém trhu. Prognózuje se, že v budoucnu při značné vyčerpanosti ložisek ropy a zemního plynu stoupne výrazně význam uhlí. Proto je nezbytné zvážit perspektivnější možnosti pro užívání tuzemských ložisek uhlí, jako spolehlivého a cenově přijatelného zdroje energie a základní suroviny pro výrobu koksu k metalurgickým účelům. Hlubinné dobývání černého uhlí v současné době se dostává do velkých hloubek (kolem 900 metrů) a s tím souvisí i horší hornicko-geologické podmínky dobývání. Současně s mezinárodní konkurenci v prodeji s uhlím, se dostává do popředí otázka produktivity a rentability dobývacího procesu. Nejen proto je třeba zavádět komplexní automatizaci technologického procesu uhelného hlubinného dolu. Tyto studijní materiály se zabývají popisem stavu a možnostmi automatizace na uhelných hlubinných dolech. Uvádí řadu principů a řídicích systémů automatizace, které umožňují zvýšení produktivity, rentability a ziskovosti včetně možnosti úspory elektrické energie, úspory materiálů, zvýšení doby životnosti strojů a zařízení aj. Studijní materiály byly napsány pro podporu výuky v předmětech studijních oborů: Automatizace a počítače v surovinovém průmyslu, a Systémové inženýrství, které jsou vyučovány na VŠB – TU Ostrava, Hornicko-geologické fakultě, Institutu ekonomiky a systémů řízení, oddělení Automatizovaných systémů řízení.

Ostrava Poruba, 2011 Prof.Ing.Alois Burý,CSc.

2

Význam komplexní automatizace technologických procesů Současný rozvoj průmyslové výroby je charakterizován komplexní automatizací, která je postupně rozvíjena. Obecným cílem komplexní automatizace, respektive automatizovaných řídicích systémů technologických procesů je optimalizace technologického procesu či procesu výroby tak, aby se maximalizovala produktivita a minimalizovaly výrobní náklady, a tím se zvětšoval zisk a rentabilita výroby. Výhody uplatňování komplexní automatizace a automatizovaných řídicích systémů: • • • • • • • • • • • • • • •

Zvyšování produktivity, zisku, rentability Snižování výrobních nákladů Úspora mzdových fondů Úspora energie Úspora materiálu Zvýšení kvality produkce Eliminace nežádoucích prostojů ve výrobě Zvýšení provozní bezpečnosti práce Objektivizace řízení (eliminace subjektivně zkreslených informací) Zvýšení životnosti strojů, mechanizmů a zařízení Zvýšené využití investic (strojů, zařízení, komplexů) Zvýšení účinnosti (efektivity) práce strojů a zařízení Úspora nákladů na údržbu a opravy strojů a zařízení Zlepšení ekologie (životního prostředí) Možnost provozování složitých výrobních technologií

Tyto všechny faktory se podílejí na racionalizaci výrobních procesů a na zefektivnění výroby. V oblasti hornické výroby – technologického procesu dobývání uhlí na hlubinných dolech jsou v současnosti automatizační systémy, které zaručují příznivé ovlivnění ekonomických parametrů výroby , viz. obrázek 1. Ať je to růst produktivity práce, rentability, ziskovosti, či naopak snížení výrobních nákladů, úspory elektrické energie a materiálu. Mezi hlediska růstu produktivity práce a rentability v těžbě uhlí na hlubinných dolech patří (viz. bloky ve schématu vpravo) eliminace nežádoucích (netechnologických) prostojů, zvýšení využití investic do strojů a zařízení, zvýšení životnosti důlních dobývacích a razících strojů, zařízení a mechanizmů, úspora měrné energie, úspora materiálu, zlepšení kvality a efektivního zhodnocování těženého uhlí. Bloky ve schématu řazené vpravo v obrázku představují jednotlivé systémy automatizace užívané na uhelných hlubinných dolech. Na eliminaci či alespoň minimalizaci nežádoucích prostojů se podílí až osm systémů uvedených v obrázku. Rovněž tak na zvýšeném využití strojů a zařízení. A na zvýšení doby životnosti důlních strojů a mechanismů se podílí také osm z uvedených systémů automatizace. Úspora energie je dosahována v pěti automatizačních systémech uvedených v obrázku. Úspora materiálu pak v pěti systémech. Efektivnější zhodnocování těženého uhlí může umožnit aplikace dvou systémů automatizace. Uvedené systémy automatizace jsou jednak charakteru automatického řízení (logického řízení nebo automatické regulace), tak i automatizovaného řízení. 3

Obr.1 Vztah růstu produktivity a rentability a automatizačních systémů hlubinného dolu. 4

Systémové schéma Přípravné pracoviště – podsystém TZV Hlubinný důl a jeho řízení lze považovat za systém. Tento systém lze dekomponovat na tři podsystémy: 1. Podsystém výrobní (předky, poruby, horizontální a vertikální doprava, úpravna) 2. Podsystém technického zabezpečení výroby (větrání a degazace, zásobování důlních pracovišť elektrickou energií, stlačeným vzduchem, vodní hospodářství, zásobování předků a porubů vyztužovacím materiálem a důlní výstrojí) 3. Podsystém technicko-ekonomický (plánování, finance, normativní základna aj) Na obrázku 2 je uvedena systémová vazba podsystému technického zabezpečení na přípravné pracoviště (předek) [8 ] .

Obr.2 Systémové schéma vztahu přípravné pracoviště – podsystém TZV V systémovém schématu jsou zobrazeny jednak vazby funkční (vzájemné fyzikální souvislosti a omezení) a jednak vazby informační a řídicí. Funkční vazby, jako materiálové, energetické a jiné toky, je nutno v systému respektovat. Vazby informační a řídicí je nutno v řídicím systému zajistit. 5

Funkční vazby systému jsou: ZDE – zajištění dodávky energie (elektrická energie, energie vzduchová) ZDM – zajištění dodávky vyztužovacího materiálu a důlní výstroje ZKP – zajištění dobrých klimatických podmínek (systémy větrání a klimatizace) TUH – tok uhlí a horniny z razícího procesu Vazba VHP představuje proměnný vliv hornicko – geologických podmínek. Informační vazby systému jsou: IPO - informace o průběhu pracovních operací v procesu ražení ISM – informace o potřebě nutného materiálu pro zajištění razícího postupu IPP – informace o příčinách případných netechnologických prostojů v ražbě ISE – informace o spotřebě elektrické energie IPP – informace o plnění směnových předpokladů IPČ – informace o postupu čelby přípravného díla IM – informace o koncentraci metanu Řídicí vazby systému jsou: SPP – stanovení plánu práce (směnového předpokladu postupu v ražení) ŘOH – řízení odtěžení horniny a uhlí v průběhu razícího procesu ŘSP – řízení směnových postupů v ražení ŘSV – řízení separatního větrání v ražené důlní chodbě ŘDM – řízení dodávky vyztužovacího materiálu a důlní výstroje ŘDE – řízení dodávky energie Na vstupu do systému přípravných prací je přívod energie, vody čerstvých větrů a doprava vyztužovacího a pomocného materiálu a důlní výstroje. Nedílnou součástí v procesu ražení je stavění obloukové výztuže a tudíž trvalá spotřeba tohoto materiálu, která je ale značně ovlivněna měnícími se hornicko-geologickými podmínkami, jako jsou: geologické uspořádání ražených hornin a jejich tvrdosti, případné tektonické poruchy, průtrže uhlí, vod a plynu, otřesy slojí. Výstupem ze systému je odtěžení vyraženého uhlí a průvodní horniny. Přitom podsystém dopravy (odtěžení) bezprostředně ovlivňuje činnost daného předku. Protože pokud se rozpojený materiál neodtěží, nemůže razící proces pokračovat. Z horského masívu se rovněž uvolňuje i voda, která tak ztěžuje podmínky práce a zhoršuje i klimatické poměry. Na razící proces dále negativně působí vlivy z nesprávné činnosti podsystémů TZV, jako například výpadek dodávky elektrické energie, respektive i vzduchové energie, nedostatečné větrání odporující bezpečnostnímu předpisu, nedostatek materiálu a důlní výstroje (není–li aktuálně požadovaný vyztužovací materiál na přípravném pracovišti v dostatečném množství, sortimentu a kvalitě, pak nemůže pokračovat razící proces a tím je ohrožen termín přípravy daného porubu, a jeho zahájení činnosti a tím i ekonomické ztráty). Podstatnou roli má v razícím procesu podsystém větrání, které je obzvláště zhoršené pro nemožnost průchozích větrů a odvětrávání předku je zajištěno pouze separatním větráním (sací nebo tlačné) prostřednictvím ventilátoru a luten. Zvláštní pozornost si zde vyžaduje průběžné měření koncentrace výbušného plynu metanu a jeho odsávání podsystémem degazace. Na klima na pracovišti má vliv i rostoucí teplota, s tím jak se proces dostává stále do větších hloubek (geotermální stupeň). 6

Systémové schéma Porub – podsystém TZV Systémové schéma Porub – podsystém TZV je uvedeno na následujícím obrázku 3.

Obr. 3 Systémové schéma vztahu dobývací pracoviště (porub) – podsystém TZV Vztah dobývacího pracoviště (porubu) a podsystému technického zabezpečení je formálně podobný předchozímu obrázku. I zde na tomto důlním pracovišti musí být zabezpečení podsystémem TZV: • dodávky energie (elektrické a vzduchové) • zásobování potřebným materiálem • spolehlivé větrání (průchozím větrním proudem) Obsah jednotlivých informačních a řídicích vazeb je ale poněkud jiný, než v předchozím případě, což vyplývá z rozdílností obou technologických procesů a jejich cílů. Podstatným cílem podsystému předku je dosahování plánovaných denních postupů v ražení (tzv. vyražené metry důlních chodeb, ražené dle hornicko-geologických podmínek, buď prostřednictví trhacích prací, nebo prostřednictvím razících komplexů). Způsobem technologického procesu dobývání uhlí je stěnování. Kdy na základě vyražených důlních tříd se založí porub a vybaví se, dle typu uložení, mocnosti a tvrdosti dobývané sloje odpovídajícím dobývacím komplexem (kombajnovým nebo pluhovým). Podstatným cílem dobývacího procesu je množství vytěženého uhlí. 7

Funkční vazby systému jsou: ZDE – zajištění dodávky energie (elektrické energie, energie vzduchové) ZDM – zajištění dodávky potřebného materiálu pro dobývací proces ZKP – zajištění dobrých klimatických podmínek (průchozí větrní proud) TUH – tok (odtěžení) uhlí, respektive menší množství průvodní horniny z porubu Vazba VHP představuje proměnný vliv hornicko – geologických podmínek. Informační vazby systému jsou: IPO - informace o průběhu pracovních operací v procesu dobývání ISM – informace o potřebě materiálu, včetně případného základkového materiálu, pro zajištění technických režimů a směnových předpokladů v dobývacího procesu IPP – informace o příčinách případných netechnologických prostojů v dobývání ISE – informace o spotřebě elektrické energie IPP – informace o plnění směnových předpokladů (poloha kombajnu v porubu, systém ARP) IPČ – informace o postupu čelby porubu (porubní fronty) IM – informace o koncentraci metanu Řídicí vazby systému jsou: SPP – stanovení plánu práce (směnového předpokladu pro porub) ŘOH – řízení odtěžení horniny a uhlí v průběhu dobývacího procesu ŘSP – řízení směnových předpokladů porubu ŘSV – řízení větrání a degazace v porubu, dle aktuálních hodnot vývoje metanu ŘDM – řízení dodávky materiálu ŘDE – řízení dodávky energie pro porub I zde jako v předchozím případě, se z uhelné sloje, kromě výbušného plynu metanu, rovněž uvolňuje i voda, která tak ztěžuje podmínky práce a zhoršuje i klimatické poměry. A proto podsystém vodního hospodářství musí zabezpečit dobré pracovní podmínky. V neposlední řadě do podsystémů patří i podsystém bezpečnosti práce. Dobývací komplexy (kombajnové a pluhové) jsou tvořeny: 1. dobývacím strojem (dobývacím kombajnem nebo pluhovou soupravou) 2. porubovým dopravníkem 3. mechanizovanou výztuží Mezi úlohy automatizace dobývacího kombajnu patří: automatická regulace postupové rychlosti, automatická regulace polohy rozpojovacích orgánů kombajnu, dálkové bezdrátové řízení (radiové) dobývacího kombajnu, systém indikace polohy, pohybu, směru a rychlosti kombajnu v porubu, programové řízení dobývacího kombajnu, optimalizace práce kombajnu extremální regulací poměru postupové a řezné rychlosti, blokování chodu kombajnu aj. Mezi úlohy automatizace pluhové soupravy patří: automatická reverzace pluhu, dálkové řízení pluhu, programové řízení pluhu, indikace směru pohybu a rychlosti pluhu v porubu, zonální zkrápění uhelného pilíře dle místa pohybu pluhu, zablokování chodu pluhu i porubového dopravníku v porubu s porubu a hovorové spojení z porubu k řídicímu stanovišti. 8

Automatická regulace postupové rychlosti dobývacího kombajnu Řídí-li kombajnér postupovou rychlost dobývacího kombajnu ručně, při neustále se měnících hornicko-geologických podmínkách, pak v závislosti na jeho schopnostech a kvalifikaci mohou být elektromotory kombajnu přetěžovány (v krajnosti může dojít i ke spálení statorového vinutí), nebo v opačném případě není plně využito výkonu elektromotoru pro rozpojování uhelného pilíře. Systém automatické regulace postupové rychlosti zajistí v závislosti na měnících se exploatačních podmínkách (tvrdosti uhelného pilíře) to, že: • • • •

nedojde k trvalejšímu překročení zátěže elektromotoru nedojde k nevyužití jmenovitého příkonu elektromotoru zrovnoměrní se odběr elektrické energie (což má positivní účinek na cos φ ) zlepší se kultura práce kombajnéra (může se více věnovat jiným činnostem nutným k řízení kombajnu)

Obvod automatické regulace je typem základního regulačního obvodu (stabilizačního), kde poruchovou veličinou je tvrdost uhelného pilíře. V případě větší tvrdosti uhlí musí kombajn zpomalit svou postupovou rychlost a naopak. Stanovení regulované veličiny: Pro zjednodušení, uvažujme dobývací kombajn s jedním elektromotorem sloužícím jak pro pohon rozpojovacího orgánu, tak i pro odvození postupové rychlosti kombajnu. Obecně je dán celkový příkon elektromotoru P kombajnu vztahem: P = f ( vř , vp k, S1s ) kde: vp je postupová rychlost dobývacího kombajnu (m/sec) k je součinitel určující rozpojitelnost uhelného pilíře (tvrdost uhlí) vř je řezná rychlost rozpojovacího orgánu (ot/min) S1s je součinitel otupení rozpojovacích nožů na rozpojovacím orgánu Za předpokladu, že vř a S1s jsou konstantní se obdrží závislost vp = f (k) viz.obrázek 4. Parametrem grafu je nominální příkon P asynchronního elektromotoru s kotvou nakrátko (v obrázku 4 je znázorněna síť těchto příkonů, dle použitého elektromotoru). Na grafu je pro parametr označený jako 3 pro odpovídající tvrdost uhelného pilíře (20 MPa) vhodná postupová rychlost 1,3 m/min. Je-li tato rychlost překročena, pak by se zátěž motoru přesunula do oblasti jeho přetěžování z hlediska jeho nominálního příkonu. Pro měnící se rozpojitelnost uhlí v porubu systém musí volit takovou postupovou rychlost, aby příkon elektromotoru byl konstantní a nebyla překročena jeho nominální hodnota. Zvětší-li se tvrdost uhlí, pak regulační systém musí zabezpečit snížení postupové rychlosti a naopak. Vycházíme-li ze známého vztahu pro příkon asynchronního elektromotoru s kotvou nakrátko: P = √3 . U.I cos φ.η Za předpokladu, že: U = konst, cos φ = konst, η= konst pak lze snímat zatížení elektromotoru měřícím transformátorem proudu, zapojeném v jedné fázi elektromotoru a regulovanou veličinou, kterou regulační obvod udržuje na konstantní hodnotě je pak proud zátěže. 9

Obr. 4 Principielní blokové schéma automatické regulace vp a graf závislosti vp = f (k) Popis principielního blokového schéma automatické regulace: P… příkon asynchronního elektromotoru s kotvou nakrátko EM … asynchronní elektromotor s kotvou nakrátko RO … rozpojovací orgán dobývacího kombajnu S … snímač regulované veličiny obvodu (snímač proudové zátěže EM) AČ … akční člen regulace pro odvození postupové rychlosti kombajnu V … vrátková část dobývacího kombajnu (pro odvození postupové rychlosti kombajnu) ÚČR …ústřední člen regulátoru k(t) ..... časově závislá změna tvrdosti uhelného pilíře S1S(t) …otupení rozpojovacích nožů na rozpojovacím orgánu Pozn.: Otupení rozpojovacích nožů se pro jednoduchost uvažuje jako konstantní veličina (viz.výše). Jde to vysvětlit tím, že vliv otupení nožů je vykompenzován působením regulačního obvodu v rámci automatické regulace postupové rychlosti. 10

V zásadě lze automatickou regulaci postupové rychlosti kombajnu uskutečnit jak u kombajnů vybavených elektromotorem s možností regulace otáček, tak i u kombajnů s elektromotorem s konstantními otáčkami. První typ má stejnosměrný motor a řízený tyristorový usměrňovač, nebo asynchronní motor s regulací otáček pomocí tyristorového regulátoru. Druhý typ regulace je vybaven asynchronním motorem s kotvou nakrátko a regulovatelným hydraulickým převodem postupové části (hydraulického vrátku) dobývacího kombajnu. Na následujícím obrázku 5 je schéma automatické regulace postupové rychlosti druhého typu.

Obr.5 Schéma struktury prvků automatické regulace postupové rychlosti. Asynchronní elektromotor s kotvou nakrátko AM pohání přes převod jak otáčení rozpojovacího orgánu (což není v obrázku zakresleno), tak i hydraulické čerpadlo HČ, které spolu s hydraulickým motorem HM tvoří hydrodynamický převod. Zatěžovací proud elektromotoru je snímán měřícím transformátorem proudu TP. Ze snímače zatížení se předává informace o hodnotě regulované veličiny do elektronického regulátoru ER. 11

Elektronický regulátor je nelineární, třípolohový. Jeho statická charakteristika vykazuje pásmo necitlivosti, je reléového typu a posunuta vzhledem k počátku souřadnic vpravo. Elektrické napětí vytvořené v bloku usměrňovače U elektronického regulátoru se dále vyhodnocuje ve dvou paralelních větvích. Obě větve elektronického obvodu obsahují Shmittův klopný obvod SK1 , SK2 a koncové zesilovače KZ1 , KZ2 . Horní větev obvodu navíc obsahuje invertor I čímž se vytvoří druhá polovina statické charakteristiky nelineárního regulátoru. Pásmo necitlivosti na charakteristice odpovídá nastaveným prahům spínání Shmittových klopných obvodů. Spadá-li vstupní signál zátěže do pásma necitlivosti regulátoru, pak na obou jeho výstupech budou elektrické signály mít hodnotu úrovně logické nuly. Bude-li signál ze snímače zatěžovacího proudu statoru asynchronního motoru spadat mimo pásmo necitlivosti (nalevo či napravo od něj) vytvoří se odpovídající elektrický signál na jednom či druhém výstupu elektronického regulátoru. Vznik signálu na jednom výstupu regulátoru pak vede na zvýšení postupové rychlosti a naopak na druhém výstupu k jejímu snížení. Proudové výstupy z nelineárního elektronického regulátoru jsou propojeny na elektromagnetické cívky elektrohydraulického rozvaděče EHR. Ten pak svými hydraulickými signály ovládá třípolohový hydraulický ventil HV. Hydraulický ventil propouští hydraulickou kapalinu z hydraulického okruhu, jejímž zdrojem je hydraulické čerpadlo HČ, nad anebo pod píst hydraulického servomotoru SM, dle zátěže vyvolané tvrdosti uhelného pilíře. Pístový servomotor mění excentricitu rotoru vůči statoru hydraulického čerpadla HČ, a tím i množství hydraulické kapaliny čerpané do hydraulického motoru HM. Takto se mění otáčky hydraulického motoru, jež je základem hydraulického vrátku V, a odvozuje se rychlost pohybu (postupová rychlost) dobývacího kombajnu. Do hydraulického ventilu HV vstupuje také hydraulický signál od redukčního ventilu RV1 maximálně přípustného tlaku v hydraulickém okruhu postupové části kombajnu. Při překročení přípustného tlaku v hydraulickém okruhu tento signál způsobí snížení postupové rychlosti kombajnu po dobu, než se sníží tlak v hydraulickém okruhu. Toto se děje nezávisle na elektronickém regulátoru ER. Hydraulický okruh je napájen z hydraulického čerpadla HČ přes redukční hydraulický ventil RV2 , který zajišťuje stabilní tlak v hydraulickém okruhu, nezávisle na stupni přetížení postupové části dobývacího kombajnu.

Stabilizace zatížení elektromotoru kombajnu s tepelným omezováním Správné určení výkonu elektromotoru kombajnu má značný význam, protože při jeho přetěžování není zajištěn normální chod stroje, vznikají poruchy a motor je pak předčasně vyřazen z provozu. Naopak používat elektromotor předimenzovaný je nehospodárné, jednak kvůli pořizovacím nákladům a jednak kvůli zhoršování účiníku cos φ a zvětšování ztrát elektrické energie vilvem nižší účinnosti η elektromotoru. Při volbě vhodného elektromotoru dle typu a výkonu je nutno vycházet z druhu zatížení stroje. Obecně zatížení stroje může být trvalé, krátkodobé a přerušované. Trvalé zatížení je takové, kdy motor pracuje nepřetržitě (hlavní ventilátory) a jeho oteplení dosáhne určité ustálené hodnoty, která musí být nižší než maximálně přípustné. Krátkodobé zatížení (např. elektrické vrátky) je charakterizováno tím, že oteplení elektromotoru nedosáhne ustálené hodnoty během své činnosti a doba prostoje zařízení je tak dlouhá, že se motor ochladí na teplotu okolí. 12

Přerušované zatížení se vyznačuje tím, že oteplení elektromotoru nedosáhne ani v jedné pracovní periodě své ustálené hodnoty, ale také v žádné nepracovní periodě se motor nestačí ochladit na teplotu okolí, viz. obrázek 6.

Obr.6 Graf přerušovaného zatížení Většina elektromotorů kombajnů je navržena na trvalé pracovní zatížení i když charakter práce kombajnů (zvláště razících) je mnohdy přerušovaný. Tuto vzniklou rezervu ve výkonu umožní systém omezování tepelného zatížení pohonu kombajnu využít,což umožní zvýšit výkonnost kombajnu při stávajícím výkonu elektromotoru a to bez nebezpečí jeho přetížení. Na obrázku 7 je uvedeno blokové schéma regulačního obvodu systému stabilizace zatížení elektromotoru kombajnu s teplotním omezováním. Jde v podstatě o vlečnou regulaci, kdy se řídicí veličina Iw(s) regulačního obvodu přepíná v logickém obvodu LO v závislosti na hodnotě oteplení elektromotoru Θ(s). Dokud oteplení motoru nepřekročí svou maximální hodnotu Θmax(s), pak řídicí veličina regulačního obvodu je nastavena na vyšší požadovanou hodnotu, než v případě, kdy oteplení motoru již dosáhne své maximální přípustné hodnoty.

Obr. 6 Blokové schéma regulačního obvodu systému s teplotním omezováním. Stanovení nastavení možné hodnoty přetížení vychází z tzv. zatěžovatele [12] který respektuje v poměru součtu časových úseků oteplování elektromotoru ku celkové době, tj. součtu jak úseků, ve kterých se motor otepluje, tak i časových úseků, ve kterých se motor ochlazuje. 13

Tyristorové tažné zařízení Tyristorové tažné zařízení typů TTZ1 a TTZ2 bylo vyvinuto z důvodu většího využití výkonu elektromotoru dobývacího kombajnu. Toho bylo dosaženo tím, že z dobývacího kombajnu byla odstraněna vrátková část, tak že se pak mohl plně využít příkon elektromotoru pro samotnou exploataci uhlí. Oproti původnímu došlo k navýšení asi o 30% výkonu, který byl dříve nutný pro postupovou rychlost. Kombajn bez vrátkové části je pak tažen elektropohony umístěnými na třídách (obdoba pluhu), viz. obrázek 8.

Obr.8 Blokové schéma tyristorového tažného zařízení TTZ2. Otáčky elektropohonů P1 a P2 jsou regulovány v rozsahu 0-150 % jmenovitých otáček, tyristorovým regulátorem EZTR-1 v nevýbušném provedení, umístěném na stabilním stanovišti, které mohlo být vzdálené od porubu až 700 metrů. Postupová rychlost tyristorového tažného zařízení TTZ2 je regulována automaticky v závislosti na proudovém zatížení elektromotoru (snímač zátěže). Řízení TTZ2 je velmi operativní. Obsluha volí pouze směr jízdy tažného zařízení. Jeho postupová rychlost je regulována, jak již bylo uvedeno, automaticky. Systém je vybaven i 14

opatřením, kdy při dvojnásobném přetížení dojde automaticky k rychlé reverzaci směru jízdy a po odlehčení opět k návratu do původního směru dobývání. Základním prvkem systému je tyristorový regulátor EZTR-1. Je to výkonný polovodičový měnič frekvence umístěný v nevýbušném rychlouzávěru. Je tvořen řízeným usměrňovačem, měničem (střídačem) a regulátorem. V obvodu regulátoru se zpracovává odchylka způsobena změnou zatížení elektromotoru pro pohon obou rozpojovacích orgánů RO1 a RO2 v důsledku změny tvrdosti uhelného pilíře. Změnu postupové rychlosti může provádět i obsluha pomocí přenosného ovládače EZK5. Systém je vybaven i elektrickým zařízením EZOR2, které je ochranným elektronickým relé pro případ že se v obvodu vyskytne zkrat. Potom EZOR2 nedovolí sepnutí stykače. A naopak vypne stykač v případě, že dojde-li ke zkratu. Označení O.K. ve schématu představuje odbočnou krabici, ve které se odbočuje výstup z tyristorového zařízení na oba elektropohony na třídách. Elektronické obvody zařízení automaticky indikují svitem indikačních světel tyto provozní stavy: • stav CHOD, silové obvody zařízení jsou zapnuty • výskyt nestabilizovaných napájecích napětí • přítomnost stabilizovaných napájecích napětí (+5V, -5V, + 15V) • řídicí elektronika je zapnuta • regulátor proudu je odblokován • regulátor proudu je zablokován • nevyužívaný provozní stav • chod elektropohonu • zablokování regulátoru statorové frekvence • dosažení minimální statorové frekvence • reverzace sledu fází na výstupu zařízení • automatická reverzace sledu fází • servisní režim Dále jsou elektronickými obvody průběžně měřeny: statorová frekvence, sdružené výstupní napětí (0-500 V),proud (0-100 A). Rovněž jsou indikovány poruchové stavy: • • • • • • • •

porucha-silové obvody zařízení vypnuty nesynchronní chod zařízení vzhledem k napájené síti výpadek synchronizačních impulsů překročení kritické hodnoty napětí plovoucí ochrany překročení kritické hodnoty proudu výpadek jedné fáze napájecí sítě překročení kritické vnitřní teploty zařízení výpadek síťových pojistek bloku usměrňovače, nebo porucha plovoucí ochrany řízeného můstku bloku usměrňovače • překročení nastavené (hodnoty proudu) doby chodu zařízení 15

Dálkové bezdrátové řízení dobývacího kombajnu Význam a očekávaný přínos dálkového bezdrátového (radiového) řízení dobývacího kombajnu spočívá jednak ve zvýšené bezpečnosti a zlepšení hygienických podmínek práce kombajnéra a jednak ve zvýšení operativnosti řízení dobývacího kombajnu. V porubech s větší mocnosti uhelné sloje je kombajnér vystaven nebezpečí úrazu kusy horniny padajícím ze stropu a uhlím či průvodní horninou vytrhávanou rozpojovacím orgánem kombajnu. Na druhé straně, v porubech se sloji menší mocnosti má kombajnér velmi ztíženou možnost pohybu a přehledu o probíhající exploataci. Bezprostřední pobyt kombajnéra u dobývacího kombajnu je v pásmu největší prašnosti, která současně značně snižuje viditelnost a tím zhoršuje i možnost správného ovládání kombajnu. Největšímu nebezpečí je však kombajnér vystaven ve slojích s nebezpečím průtrží uhlí a plynů. Při dálkovém bezdrátovém řízení dobývacího kombajnu může kombajnér rychleji reagovat na mimořádné situace proto, že si zvolí nejvýhodnější místo k pozorování činnosti dobývacího kombajnu a všechny ovládací prvky má soustředěny na vysílači rádiových vln, který drží v ruce. Systém dálkového bezdrátového řízení dobývacího kombajnu využívá, v převážné většině, radiových vln. Vysílač řídicích povelů vysílá prostřednictvím vysílací antény řídicí povely zakódované modulací nosné vlny, která je pak přenáší k přijímací anténě systému, která je přijme a přijímač povelů je vyhodnotí a vytvoří ovládací signály pro ovládací a regulační obvody kombajnu. Vysílač řídicích povelů je lehce přenosný, napájený z baterie. Pomocí ovládacích prvků na vysílači řídí kombajnér, na dálku sedmi až desíti metrů, jednotlivé pracovní úkony dobývacího kombajnu, jako jsou: směr postupu kombajnu, zvýšení či snížení postupové rychlosti, snížení či zvýšení polohy obou rozpojovacích orgánů, zastavení kombajnu, atd. Přijímač je včetně přijímací antény umístěn většinou přímo na kombajnu a je napájen ze síťového zdroje. Na obrázku 9 je jako příklad uvedeno blokové schéma vysílače a přijímače čs. systému DOK 02. V zařízení bylo použito sdělovacího systému s časovým dělením jednotlivých sdělovacích kanálů. Vysílač DOKV-02 je tvořen obvody vysokofrekvenční části, a obvody polohové a šířkové impulsní modulace. Vysokofrekvenční část je tvořena vysokofrekvenčním generátorem VGF, modulátorem M, symetrickým koncovým zesilovačem KZ a feritovou vysílací anténou A. Základem vysokofrekvenčního generátoru je krystalem řízený oscilátor, který generuje vysokofrekvenční nosnou vlnu o kmitočtu 1,5 až 1,9 MHz. Tím se v případě blízkosti čtyř porubů, ve kterých by bylo použito zařízení DOK 02, zabrání jejich vzájemnému rušení. Vysokofrekvenční nosná vlna je v modulátoru modulována impulsním modulačním signálem, který se vytváří v obvodech modulace. Obvody vytvářející modulační signál, jsou tvořeny multivibrátorem MLT, blokem dělících stupňů DS, kruhovým čítačem KČ, ovládacími prvky OP a kódovacím obvodem KO. Z dělicího stupně DS vystupují posouvací impulsy jednak do kódovacího obvodu a jednak do kruhového čítače, který pak určuje časový interval vysílání jednotlivých řídicích povelů. Na jeho výstupech jsou připojeny přepínače tvořící blok ovládacích prvků pro volbu povelů. Výstupy z přepínačů jsou přivedeny na vstupy kódovacího obvodu, kde také přicházejí posouvací impulsy s dělícího stupně. 16

Obr.9 Blokové schéma vysílače a přijímače systému dálkového řízení kombajnu. Výstupem kódovacího obvodu je pak impulsní modulační signál polohové a šířkové impulsní modulace. Poloha impulsů, která přísluší jednotlivým řídicím povelům,vůči synchronizačním (pilotním) impulsům je charakteristická pro daný ovládací povel.

17

Přijímač systému DOK 02 je tvořen vysokofrekvenční části, která je spolu s anténním systémem umístěna na kombajnu, a logicko - vyhodnocovací částí umístěné spolu se síťovým napájecím zdrojem v tělese kombajnu. Obě dvě části přijímače jsou propojeny koaxiálním kabelem. Modulovaný vysokofrekvenční signál, přijímaný feritovým anténním systémem A2, se zesiluje v selektivním vysokofrekvenčním zesilovači VFZ. Ve směšovači S se signál směšuje se signálem z oscilátoru O, a výsledný mezifrekvenční signál se zesiluje v mezifrekvenčním zesilovači MFZ. Dále se signál detekuje v dekodéru DS a přes emitorový sledovač ES se impedančně přizpůsobuje vedení kabelem do logické vyhodnocovací části přijímače LVČP. Druhý výstup z mezifrekvenčního zesilovače je veden do detektoru pro obvody automatického vyrovnávání citlivosti DAVC. Činnost tohoto detektoru AVC je řízena z bloku řízení detektoru automatického řízení citlivosti ŘDAVC, který je tvořen logickými obvody vyhodnocujícími signály z bloku logické vyhodnocovací části přijímače LVČP. Signál AVC ovlivňuje zesílení VFZ a prvního stupně MFZ tak, aby citlivost přijímače byla na žádoucí úrovni. Tím je zlepšena možnost příjmu vysokofrekvenčního signálu o velkém rozsahu změn intenzit. Signál z VFČP vstupující do LVČP koaxiálním kabelem se renovuje ve Schmittově klopném obvodu SK. Odtud je pak přiváděn do bloku měření šířky impulsů MŠI, který je tvořen čítačem doby trvání impulsů a dekodérem. Čítač je spouštěn hodinovými impulsy z dělicího stupně DS1 , který dělí impulsy generátoru G (tvořeném oscilátorem a Schmittovým klopným obvodem). Obvod měření šířky impulsů potlačí všechny impulsy, které vznikly případným rušením, tj. ty, které mají větší či menší šířku, než impulsy pilotní či ovládací. Rovněž MŠI oddělí synchronizační impulsy (3 násobní šíře) od impulsů řídicích. Synchronizační impulsy nastavují dělící stupeň DS2. Z druhého výstupu bloku MŠI vystupují impulsy pro obvod měření polohy impulsu PI. Zde se jednotlivé řídicí impulsy vyhodnocují z hlediska jejich polohy vůči synchronizačním impulsům. Tyto se pak zaznamenávají do paměťového stupně PS. Odtud jsou buzeny obvody v koncovém stupni KS logické vyhodnocovací jednotky. Z koncového stupně logické vyhodnocovací části přijímače jsou vedeny odpovídající ovládací signály k ovládacím obvodům dobývacího kombajnu. Logická vyhodnocovací část přijímače obsahuje dále blok řízení logických funkcí detektoru automatického vyrovnávání citlivosti ŘFDAVC. Hodnota řídicího napětí AVC je dána jednak úrovní synchronizačního vstupního signálu z bloku DS2 a jednak úrovní rušení, která je snímána v mezerách mezi impulsy jednotlivých řídicích povelových signálů. Pro případ jakékoliv poruchy vyhodnocovacích obvodů přijímače systému DOK 02 jsou jeho obvody zalohovány paralelním systémem (v obrázku nezakresleno). Zálohový systém je navržen úsporněji, zpracovává pouze synchronizační signál. Dobývací kombajn lze tedy v případě poruchy alespoň dálkově vypnout.

18

Extrémální regulace dobývacího kombajnu Dobývání uhlí válcovými kombajny se děje otáčením rozpojovacího orgánu a postupem celého kombajnu. Přičemž u většiny strojů se rozpojovací orgán (respektive orgány) otáčí konstantní rychlostí. Zde se může uplatnit pouze automatická regulace postupové rychlosti, kdy pro určité dobývací podmínky a pro daný nominální výkon elektromotoru se maximalizuje postupová rychlost kombajnu [1]. V případě možnosti regulace i rychlosti otáčení rozpojovacího orgánu vř je možná extremální regulace, která slibuje zvětšení výkonnosti dobývacího kombajnu o 30 až 50 %, za současného snížení spotřeby elektrické energie, protože existuje jen jedna hloubka třísky, při níž je měrná spotřeba elektrické energie minimální. Uplatněním extremální regulace se také zlepší fragmentace exploatovaného uhlí tím, že se v těživu sníží podíl jemných tříd. Extrémální regulace pro své uplatnění vyžaduje, aby statická charakteristika soustavy vykazovala extrém. Pro její uplatnění u dobývacího kombajnu je to závislost dle obrázku 10.

Obr. 10 Graf sítě extremálních charakteristik s extremální regulací s krokovou změnou. Graf sítě na obrázku 10 je závislost postupové rychlosti kombajnu na řezné rychlosti otáčení jeho rozpojovacího orgánu. Parametrem grafu je tvrdost uhlí. Extremální body A,B a C, které odpovídají optimálním pracovním režimům kombajnu, spojuje čárkovaná křivka neprocházející počátkem souřadnic. V případě nižší tvrdosti uhlí k3 v porubu, je maximum křivky (bod C) posunut vlevo od přímky procházející počátkem. Optimalizační systém vyhledá příslušné extremální body (maxima) a trvale je pro danou tvrdost uhlí udržuje. Změní-li se tvrdost uhelného pilíře, optimalizační systém přejde na odpovídající 19

charakteristiku dané tvrdosti uhlí a na ní znovu vyhledá maxim, které pak udržuje. (v obrázku je to naznačeno jako přechod z bodu B na bod B´ kde opět již pro parametr k1 vyhledá maximum (bod A) a ten udržuje, až do další případné změny tvrdosti uhlí. Pro uvedenou extremální soustavu byl zvolen extremální regulátor s krokovou změnou akční veličiny [1]. Na obrázku je uvedeno principielní schéma tohoto způsobu extremální regulace.

Obr.11 Blokové schéma obvodu extremální regulace dobývacího kombajnu V obrázku značí: EM – je elektromotor, SZ – snímač zátěže, ÚR-regulátor postupové rychlosti , AČP- akční člen vp, V-vrátková část kombajnu pro postupovou rychlost. V obrázku je uveden extremální regulátor ER s krokovou změnou akční veličiny. Obsahuje bloky vytváření diferencí signálů D1 a D2, bloky identifikace znamének diferencí signálů Z1 a Z2, zdroj taktovacích impulsů IZ, logický obvod LO a regulační orgán RO. Výstupní signál z extremálního regulátoru ovládá akční člen rozpojovacího orgánu AČO pro změnu jeho rychlosti otáčení. Signál také přináší informaci o dané změně řezné rychlosti a vstupuje do bloku D2 extremálního regulátoru. Druhým vstupem do extremálního regulátoru ER je signál nesoucí informaci o hodnotě postupové rychlosti (vstup do bloku D1). Činnost logického obvodu LO je vyjádřena následující tabulkou: signum Δvp signum Δvř signum Δvř+1 Δvp Δvř Δvř+1 + 0 0 1 + 1 0 0 + 0 1 0 + + + 1 1 1 V tabulce uvedené znaménko (–) představuje snížení postupové, respektive řezné rychlosti, znaménko (+) pak zvýšení v dané krokové změně. Přijetím, že snížení rychlosti je hodnota logické 0 a že zvýšení je hodnota logické 1 jsou vstupy do LO uvedeny v posledních třech sloupcích. 20

Systémy indikace polohy a směru pohybu kombajnu v porubu Při stále rostoucím stupni automatizace dobývacích komplexů se dostává do popředí otázka správné organizace a koordinace porubových prací. To vyžaduje použití spolehlivých kontrolních systémů, jejichž součástí je i indikace polohy kombajnu a směr jeho pohybu v porubu. Indikace polohy dobývacího kombajnu je nezbytná i pro systémy řízení mechanizované výztuže (viz. dále), a také pro řízení zakládacího procesu v porubu. Také v případě regulace polohy rozpojovacího orgánu kombajnu a rovněž i u jeho programového řízení, je nutné indikovat polohu a směr pohybu kombajnu v porubu (viz.dále). Systémy indikace pracují na základě dvou způsobů. Přímý způsob spočívá v bezprostředním určování polohy kombajnu tak, že kombajn je vybaven vysílačem – zdrojem gama záření a po porubu jsou na jednotlivých sekcích mechanizované výztuže umístěna průjezdová čidla – detektory gama záření. Projíždí-li kombajn mimo jednotlivé sekce, vyhodnocuje se bezkontaktně jeho průjezd impulsem, od detektoru na každé sekci. Na kontrolním stanovišti, umístěném na těžní třídě, se pak vyhodnocují tyto impulsy reverzibilním čítačem. Údaj reverzibilního čítače odpovídá okamžité poloze kombajnu v porubu. Nepřímý způsob umožňuje indikaci kombajnu i v porubu, který není vybaven mechanizovanou výztuží s patřičnými detektory. Metoda je založena na měření počtu otáček řetězového kola vrátku postupové části kombajnu. Mezi počtem otáček n řetězového kola o průměru d a dráhou s kterou kombajnu uvede je vztah: s = n.π.d Jsou – li snímány otáčky snímačem na jehož výstupu se obdrží k impulsů po jedné otáčce rozety, potom z celkového počtu impulsů N obdržených po ujetí této dráhy je počet otáček dán vztahem: n = N/k Po dosazení do původního vztahu bude pak dráha ujetá kombajnem od výchozí polohy, například od těžní třídy dána : s = π.d. N/k Označí-li se : k/( π.d) jako N1 (počet impulsů ze snímače po ujetí jednoho metru) pak celková ujetá dráha kombajnem je dána vztahem: s = N/N1 Takto celkový počet impulsů na reverzibilním čítači podělený konstantou N1 přímo určuje ujetou dráhu kombajnem v metrech. Příkladem snímání otáček řetězového kola snímačem je způsob, kdy součástí snímače je kódovací kotouč, který je upevněný na hřídeli řetězového kola. Kódovací kotouč je tvořen řadou elektricky vodivých a nevodivých plošek (viz.obrázek 12) Snímání obstarávají dva kluzné kontakty – kartáčky vzdálené od sebe o čtvrtinu rozteče rastru na kotouči. Styku kontaktu s nevodivou ploškou odpovídá nulová úroveň signálu, s vodivou pak jednotková. Signály se pak dále upravují a vyhodnocují v obvodech. Počet otáček se zaznamenává na reverzibilním čítači. 21

Obr.12 Systém indikace polohy kombajnu s kódovacím kotoučem. 22

V obrázku 12 jednotlivá označení představují: SO1 a SO2 jsou Schmidtovy klopné obvody, použité pro regeneraci snímaných impulzů, DO1 až DO3 jsou derivační obvody, k1 a k2 jsou kluzné kontakty, k ..kódovací kotouč, OZ1 až OZ3 jsou obvody omezení záporné složky derivace, OČ ..obvod ovládání reverzibilního čítače, RČ je reverzibilní čítač. Systém PDK 10 Principielní schéma systému, užívaném v OKR i v zahraničí [1] je na obrázku 13.

Obr.13 Principielní schéma systému PDK 10

23

Systémy užívané v OKR měly označení PDK 4 a PDK 10. Principielně užívají také nepřímého způsobu indikace, ale snímačem otáček řetězového kola jsou jazýčkové spínací kontakty, které jsou spínány bezkontaktně působením magnetického pole feritových permanentních magnetů. Tyto magnety jsou umístěné ve vyfrézovaných drážkách na rozetě a zality epoxidovou pryskyřicí. Principielní činnost jiskrově bezpečného snímače typu JS-4 je zřejmá z následující tabulky: 1.kontakt (I. směr) 2. kontakt(I.směr) 1.kontakt(II.směr) 2.kontakt(II.směr) 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 Směr pohybu dobývacího kombajnu je systémem vyhodnocován pořadím spínání jednotlivých jazýčkových kontaktů snímače JS-4 a ujetá dráha kombajnu je vyhodnocována současným sepnutím obou jazýčkových kontaktů (viz. silně vyznačené 1 v tabulce). Systémy PDK 4 a PDK 10 jsou význačné tím, že přenos informací z kombajnu v porubu na těžní třídu se děje po silových vodičích vlečného napájecího kabelu kombajnu. Výstup ze snímače JS-4 (viz.obrázek 13) je připojen na vstup bloku přenosového systému PS-10 (vysílače), který je umístěn v nevýbušné skříni reverzačního přepínače vrátku kombajnu. Vysílač přenosového systému PS-10 obsahuje logické vyhodnocovací obvody, oscilátor, koncový zesilovač a oddělovací člen. Oscilátor vysílače přenosového systému má laděný oscilační obvod, z části tvořený kondenzátory spínanými do zkratu, podle stavu logických vyhodnocovacích obvodů tak, že osciluje buď na frekvenci 18 kHz, nebo na frekvenci 20 kHz, dle směru pohybu kombajnu. Jsou-li sepnuty současně oba jazýčkové kontakty snímače (vždy za jednu otáčku řetězového kola) jsou oscilace vysazovány. Je tedy rozdílnou frekvencí oscilací rozlišen směr pohybu a vysazováním kmitů pak ujetá dráha kombajnu. Napájení PS 10 je zajištěno z proudového napájecího zdroje typu NZ. Transformátor zdroje je navlečen (2 závity) na jeden silový vodič vlečného kabelu kombajnu tak, že pokud není kombajn pod napětím, není přenosový blok v provozu. V bloku přenosového systému u PDK 4 jsou pro nesuperponování informačního signálu na silovou část užity oddělovací kondenzátory. U systému PDK 10 je použito induktivní vazby přes vazební člen VC 10. Po silovém vodiči napájecího kabelu kombajnu je informace přenášena do nevýbušného svorkovnicového prostoru stykačové skříně kombajnu, a přes oddělovací převodník (vazební člen VC 10) koaxiálním kabelem na přijímač JP-10 v jiskrově bezpečném provedení. Přijímač obsahuje dvojici selektivně naladěných zesilovačů (na 18kHz a 20kHz) pro jednotlivé směry pohybu kombajnu. Na jejich výstupech jsou pak relé s přepínacími kontakty. Přepínací kontakty jsou vyvedeny na svorkovnici JB a odtud je pak možný další přenos informace až na dispečink, či CŘS dolu prostřednictvím užitého přenosového systému užívaným na dole (např. DFP 20, 48, DAP 100, aj.). Napájení přijímače systému PDK 10 je z proudového napájecího zdroje NZ 41, který je umístěn ve svorkovnicové části stykače kombajnu. 24

Automatická regulace polohy rozpojovacího orgánu dobývacího kombajnu Efektivní práce dobývacího kombajnu je do značné míry závislá na uložení uhelné sloje a také na měnící se mocnosti uhelné sloje. Cílem polohové regulace rozpojovacích orgánů kombajnu je zabránit zařezávání orgánů do stropu nebo počvy porubu, při němž dochází k rychlému opotřebování rozpojovacích nožů nebo i jejich poškození. Nutná výměna rozpojovacích nožů vede pak k častým prostojům v dobývací činnosti. Naopak v případě měkké, bořivé počvy je nutné ponechat určitou vrstvu uhelné sloje, aby se zabránilo boření mechanizované výztuže. Ponechá-li se však zbytečně větší vrstva uhlí vznikají tím ztráty. Za běžných podmínek exploatace je síla ponechávané uhelné vrstvičky 2 až 5 cm. Při změně profilu uhelné sloje v porubu, musí tedy rozpojovací orgán „kopírovat“ strop, respektive počvu. Struktura hydraulického obvodu polohové regulace je na obrázku 14 a). Hydraulickým čerpadlem HČ a pomocí elektrohydraulického rozvaděče (E) se přivádí hydraulická kapalina pod respektive nad píst hydraulického válce HV, s jehož pístní tyčí je spojen rozpojovací orgán kombajnu RO. Elektrohydraulický rozvaděč ovládá prostřednictvím elektrického zařízení kombajnér. Má-li být tato činnost polohové regulace rozpojovacího orgánu automatizována, viz. obrázek 13 b), pak základním předpokladem této automatizace je snímač rozhraní uhlí – průvodní hornina. Informace od snímače se pak vede do porovnávacího členu regulátoru, kde se srovnává se žádanou hodnotou. Regulovanou veličinou v obvodu automatické regulace polohy rozpojovacího orgánu je ponechávána mezivrstvička uhlí (2-5 cm). Poruchově zde působí její změna, v důsledku změn průběhu a mocnosti uhelné sloje v porubu. Stěžejním článkem regulace je snímač rozhraní uhlí-hornina. Dosud nebyl vyvinut snímač, který by byl universálně použitelný, odpovídal všem požadavkům, zvláště v těch případech, kdy rozdíly fyzikálních vlastností uhlí a horniny jsou nevelké, a také v případech, kdy uhelná sloj obsahuje proplástky. Dosud známé snímače rozhraní uhlí-hornina lze zařadit do dvou základních skupin. A to na snímače dotykové a bezdotykové. Dotykové snímače představují celou škálu principu dotykového měření ponechávané mezivrstvičky uhlí u stropu či počvy. Obvykle jde o speciální měřící nože, umístěné na rozpojovacím orgánu, které jsou systémem periodicky uváděny do kontaktu s uhelnou mezivrsvičkou, vždy po ujetí určité dráhy, například 1 metru. Měřící nože poněkud přesahují nože rozpojovací tak, že se zařezávají v předstihu do uhelné mezivrstvičky, nebo do průvodní horniny. Velikost sil na ně působících lze měřit buď tenzometricky, nebo pomocí různých převodníků převést na elektrický signál, který pak zpracovává regulátor. Technicky zajímavým řešením dotykového způsobu snímaní rozhraní uhlí-hornina je mechanicko-hydraulický systém (viz.obrázek 14c), jehož správná funkce je ovšem zajištěna při velkém rozdílu součinitele rozpojitelnosti uhlí a horniny. Z obrázku je zřejmé, že na hřídeli rozpojovacího orgánu je volně uloženo snímací dvoukolo Dk , volně otočné vzhledem k hřídeli. Do dvoukola zabírá ozubené kolo OK , na jehož hřídeli je miniaturní hydraulický motor HM, poháněný ze samostatného hydraulického čerpadla HČ3. Zvýší-li se moment sil na hřídeli hydraulického motorku HM v důsledku většího záběru snímacího dvoukola Dk do průvodní horniny, zvýší se také tlak hydraulické kapaliny v přívodu k hydraulickému motoru. 25

Obr.14 Polohová regulace rozpojovacího orgánu dobývacího kombajnu. a) Struktura hydraulického obvodu b) Blokové schéma obvodu automatické regulace c) Mechanicko-hydraulický systém „kopírování“ počvy rozpojovacím orgánem 26

Tento tlak nese o sobě informaci, zda rozpojovací orgán kombajnu zabírá do uhelné mezivrstvičky, nebo již do průvodní horniny, a je přenášen na ovládání hydraulického rozvaděče HR. Tento reaguje na rozdíl tlaků hydraulické kapaliny jednak od HM a jednak od dalšího miniaturního hydraulického čerpadla HČ2, které tak vytváří srovnávací hodnotu tlaku. Rozvaděč HR pak propustí hydraulickou kapalinu z hydraulického čerpadla HČ1, zdroje silového okruhu, nad respektive pod píst hydraulického válce HV ovládající svislý pohyb rozpojovacího orgánu kombajnu a tak mění automaticky jeho polohu. Systém se seřizuje nastavením propouštěcích ventilů Pv1 a Pv2 tak, aby v požadovaném rozsahu udržoval rozpojovací orgán kombajnu v požadované vzdálenosti od průvodní horniny. Představitelem bezdotykových snímačů rozhraní uhlí-hornina jsou snímače radioizotopové. Radioizotopový snímač je tvořen zdrojem radioizotopového záření gama a detektorem tohoto záření [1]. Radioizotopové záření gama proniká ponechávanou uhelnou mezivrstvičkou a dále pak do nadložní či podložní průvodní horniny, kde se rozptýlí. Část tohoto záření se rozptýlené vrací zpět, které vyhodnotí Geiger-Mullerův čítač. Na základě toho se vyhodnocuje tloušťka ponechávané uhelné mezivrstvičky. Přesnost snímače je závislá na mnoha parametrech jako je: vzdálenost (vzduchová mezera) mezi snímačem a mezivrstvičkou uhlí, tloušťka ponechávané mezivrstvičky, ozářená plocha na uhelné mezivrstvičce, intenzita gama záření zdroje, atomové číslo uhlí, atomové číslo průvodní horniny, atomová váha uhlí, atomová váha průvodní horniny, měrná hmotnost uhlí, měrná hmotnost průvodní horniny, stupeň kolimace. Citlivost snímače bude lepší při větším rozdílu fyzikálních a chemických vlastností uhlí a průvodní horniny.

Programové řízení dobývacího kombajnu Protože pro úplnou automatizaci dobývacího kombajnu se nedaří, ve výše uvedených podmínkách, zajistit i automatickou regulaci poloh jeho rozpojovacích orgánů (automatická regulace postupové rychlosti již běžná) bylo navrženo programové řízení [14]. Programové řízení se skládá ze dvou fází. V prvé, kombajnér řídí kombajn ručně, za současného nahrávání informací o poloze rozpojovacích orgánů do paměti systému, dle aktuální situace v porubní stěně. Pak přepne na programové řízení a kombajn vše opakuje dle uloženého programu. Obrázek 15 ilustruje jízdu kombajnu při obousměrném dobývání. Význam programového řízení dobývacího kombajnu spočívá ve zvýšené bezpečnosti práce kombajnéra a jeho pomocníka, zlepšení hygienických podmínek práce (pobyt mimo zónu největší prašnosti), protože zde není nutná přítomnost obsluhy kombajnu v porubu. Při programové řízení kombajnu se předpokládá, že automatická regulace postupové rychlosti je zajišťována autonomně vlastním regulačním obvodem stabilizace zatížení. Dalším předpokladem je, že dobývací kombajn umožňuje dobývání obousměrné a to bez nutnosti zhotovování výšanků na okrajích porubů (kombajn se samozařezává se). Informace o profilu a mocnosti uhelné sloje a o jejím sklonu a úklonu, se v případě programového řízení získávají v průběhu prvé fáze programového řízení, při vzorové (nahrávací), ručně řízené jízdě kombajnu, kdy informace od snímačů se zaznamenávají do paměti dat mikroprocesorového systému, viz. obrázek 16. 27

Obr.15 Graf jízdy dobývacího kombajnu v porubu při obousměrném dobývání. Automatická, programově řízená jízda kombajnu pak probíhá ve druhé fázi, kdy uložené informace se vybavují z paměti mikroprocesorového systému a kombajn je pak řízen automaticky přes jeho ovládací obvody.

28

Obr. 16 Mikroprocesorová sestava programového řízení dobývacího kombajnu Iniciátorem obou fází řízení je okamžik určení polohy kombajnu v porubu, která je snímána a vyhodnocována v obvodu indikace polohy kombajnu IPK. Informace o poloze se odvozuje od otáček řetězového kola postupové části dobývacího kombajnu. 29

Vzhledem k tomu, že kombajn bývá často zasypáván padajícím uhlím a horninou, předpokládá se snímání polohy obou rozpojovacích orgánů uvnitř tělesa kombajnu tak, že se měří doba přestavení daného elektrohydraulického rozvaděče OER1 a OER2 . Toto měření zajišťují elektronické obvody vyhodnocování polohy příslušného rozpojovacího orgánu PRO1 a PRO2, které spolupracují s generátorem frekvence GF. Generátor generuje dvě frekvence, F1 odpovídající zvýšení polohy rozpojovacího orgánu a F2 , která odpovídá snížení daného rozpojovacího orgánu. Dalšími vstupy do systému jsou: obvody kontaktních spínačů OKS obsahující přepínač volby pracovního režimu (nahrávací-programem řízená jízda) a koncové spínače informující o délce porubní fronty. Bloky systému: SPJ (obvody shody parametrů jízdy) a OVH (obvody vyhodnocování havarijních stavů) jsou napojeny na řadič prioritního přerušení ŘPP mikroprocesorového systému. Zde nejvyšší úroveň je přiřazena havarijnímu stavu a ovládacím signálům STOP a START. Další přerušovací úroveň v systému přerušení je přiřazena volbě pracovního režimu (fáze) programového řízení kombajnu. Na nižší přerušovací úrovni je shoda parametrů jízdy s údaji v paměti a informace od koncových snímačů na okrajích porubu. Další úrovni je signalizace od snímače polohy dobývacího kombajnu. Výstupem systému jsou obvody stykačů elektropohonů kombajnu a ovládací obvody elektrohydraulických rozvaděčů OER1 a OER2, které rozvádějí hydraulickou kapalinu do hydraulických válců s rozpojovacími orgány kombajnu. O stavech ovládacího obvodu elektrohydraulických rozvaděčů je informován řadič prioritního přerušení ŘPP a jeho prostřednictvím (signál INT) i mikroprocesor. GH představuje ve schématu generátor hodinových impulzů. Z mikroprocesoru jsou přes adresový budič AB, prostřednictvím adresové sběrnice adresovány paměť programu PP (v níž je uložen algoritmus zpracování údajů a řízení ovládacích obvodů), paměť dat PD s údaji o průběhu mocnosti uhelné sloje po celé délce uhelné porubní stěny, atd. Adresovány jsou i vstupně-výstupní paralelní adaptéry PA1 a PA2, jejíchž funkce je programovatelná řídícím slovem zaslaným mikroprocesorem přes systémový řadič SŘ po datové sběrnici. Systémový řadič je spojen s mikroprocesorem prostřednictvím řídicích signálů vystupujících z mikroprocesoru. Ze systémového řadiče vystupuje řídicí sběrnice pro řízení funkce řadiče prioritního přerušení, paralelních adaptérů, paměti dat a programu. Prostřednictvím datové sběrnice se, v nahrávací fázi programového řízení, zaznamenávají data do paměti dat a to přes oba paralelní adaptéry. Při druhé fázi naopak se data vybavuji z paměti dat a přes paralelní adaptér PA2 se ovládají stykače pohonů kombajnu. Přes paralelní adaptér PA1 se ovládají elektrohydraulické rozvaděče. Systém programového řízení dobývacího kombajnu je možné rozšířit i o další funkce jako jsou: číslicové řízení postupové rychlosti, optimalizace pracovního režimu kombajnu, kontrola spotřeby elektrické energie, diagnostika stavu elektronických obvodů, vazba na ostatní systémy řízení strojů a zařízení v dobývacím komplexu (zejména automatického řízení sekcí mechanizované výztuže), respektive vazba na průběh zakládacího procesu v porubu. Systém vybavený např. analyzátorem koncentrace metanu umožní měnit postupovou rychlost kombajnu i v závislosti na vývinu metanu z exploatovaného uhelného pilíře. 30

Automatické řízení pluhových souprav Vysoký stupeň mechanizace a velká koncentrace těžby uhlí při dobývání pluhem umožňují automatizaci, která na druhé straně podmiňuje plynulou činnost pluhového dobývacího komplexu. Mezi problémy, jejichž řešení je třeba zajistit při automatizaci pluhových souprav, patří přesný dojezd pluhového tělesa k vratným stanicím v daném časovém úseku a případně automatická reverzace směru chodu. Rovněž tak i stabilizace zatížení elektropohonů pluhu, dálkové bezdrátové ovládání, součinnost řídicích systémů jednotlivých komponent dobývacího komplexu. Důležitá je i problematika udržování přímočarosti porubní fronty a s tím i související automatická reverzace pluhu na zadaném úseku porubní stěny. Různé automatické řídicí systémy pluhových souprav zajišťují ve větší či menší míře i funkce bezpečnostního charakteru, jako například kontrolu hydraulických okruhů dobývacího komplexu, signalizaci poruch na systému a jeho případné odpojení od napájení, automatické zkrápění uhelného pilíře v zóně se pohybujícího pluhu, odpojení elektrických zařízení při překročení dovolené meze koncentrace metanu. Automatická reverzace pohybu uhelného pluhu Na obrázku 17 je uvedena logická síť obvodu automatické reverzace pluhu. Mezi vstupní logické proměnné patří: • • • • • • •

X1= 1 aktivována stisknutím tlačítka A1 pro požadovaný směr pohybu pluhu X7= 1 aktivována stisknutím tlačítka A2 pro opačný směr pohybu pluhu X2=1 zapůsobení tepelné ochrany TR1 elektropohonu pluhu S1 X6= 1 zapůsobení tepelné ochrany TR2 elektropohonu pluhu S2 X4=1 aktivování vypínacího tlačítka Vyp. X3=1 aktivace koncového (dojezdového) spínače KS1 na jedné straně porubu X5=1 aktivace koncového spínače (dojezdového) KS2 na opačné straně porubu

Výstupními logickými proměnnými v obvodu jsou: • • • • •

U1=1 spouštěcí ovládací povel elektropohonu S1 U5=1 spouštěcí ovládací povel elektropohonu S2 U2=1 indikace chodu elektropohonu S1 U4=1 indikace chodu elektropohonu S2 U3=1 indikace zastavení pluhové soupravy stisknutím vypínacího tlačítka Vyp.

Funktory OR realizují funkce logického součtu (disjunkce) Funktory AND realizují funkce logického součinu (konjunkce) Funktory F1 až F5 (s pruhem) realizují logickou funkci negace Funktory F1(τ) a F2(τ) zajišťují časové zpoždění signálů od koncových spínačů KS1 a KS2, které aktivují automatickou reverzaci chodu pluhového tělesa. 31

Obr.17 Logická síť obvodu automatické reverzace pluhu Na obrázku 18 je blokové schéma systémů EVPL82, EZT1 a EZOP1 realizovaném pro účely dobývání pluhovým dobývacím komplexem.

32

Obr.18 Blokové schéma systému automatického řízení pluhové soupravy Elektrické vybavení na obrázku 18 zajišťuje tyto funkce [12 ]: • • • • • • • • • •

Dálkové ovládání stykačů pluhové soupravy u ovládacího stanoviště Zablokování chodu pluhu i porubového dopravníku z porubu Automatické zastavení pluhu při jeho dojezdu do koncové polohy Automatické zastavení pluhu pří dojezdu do předvolené polohy Automatickou reverzaci pohybu pluhu mezi dvěma koncovými spínači Automatickou reverzaci pohybu pluhu mezi programově vymezenými úseky Indikaci směru pohybu pluhu a jeho polohy v porubu na displeji ovládacího stanoviště Číslicové zobrazení možných předvolených poloh reverzace na ovládacím stanovišti Signalizaci a hlasité hovorové spojení mezi porubem a ovládacím stanovištěm Automatické ovládání řídících stanic pro zónové zkrápění v porubu dle aktuální polohy pluhu • Uchování informace o poloze pluhu v porubu i při výpadku elektrické sítě, prostřednictvím napájení z akumulátorové baterie.

Systém řízení pluhu se skládá z části silnoproudé a slaboproudé. Silnoproudá část je tvořena nevýbušnými rozvaděči elektropohonů pluhové soupravy a elektropohony porubového hřeblového dopravníku. 33

Slaboproudá část, umístěna na ovládacím stanovišti, je tvořena elektrickým zařízením pro řízení pohybu uhelného pluhu s polohoměrem EZOP 1 a elektrickým zařízením pro transportéry EZT1. (V jiskrově bezpečném provedení). Elektrické zařízení pro řízení uhelného pluhu s polohoměrem je tvořeno několika bloky, viz. obrázek 18. Do bloku zpracování vstupních a výstupních signálů vstupují informace od snímače polohy tělesa pluhu, od koncových spínačů umístěných na okrajích porubu a stav blokovacího kontaktu porubového dopravníku. Dále zde vstupují řídicí signály z bloku ovládání jako jsou signály START, STOP a volba typu řízení (dálková ruční nebo programová, automatická). Z bloku zpracování vstupně-výstupních signálů jsou informace a řídicí povely vybírány řídicím programem, který je uložen v programové řídicí jednotce a jsou následně poskytovány pro zpracování v jiných blocích. V bloku polohoměru jsou vyhodnocovány údaje o okamžité poloze pluhového tělesa v porubu. Snímač polohoměru je umístěn na dolním elektropohonu pluhové soupravy (u těžní třídy). Je tvořen dvojicí jazýčkových kontaktů, postupně spínaných permanentními magnety, které jsou umístěné na kruhové desce spojené s hřídelem řetězového kola elektropohonu. Rozlišovací schopnost polohoměru je 10 cm. Z pořadí spínání obou jazýčkových kontaktů je ve vyhodnocovacích obvodech POLOHOMĚRU zjišťován směr pohybu pluhu. (Při různém směru otáčení řetězového kola je postup spínání jazýčkových kontaktů odlišný). Z počtu sepnutí je pak odvozována informace o poloze pluhu v porubu. V bloku paměti předvolby poloh jsou uloženy hodnoty obsluhou předvolených poloh, mezi nimiž pak dochází k automatické reverzaci pluhu, nebo jen k zastavení tělesa pluhu. Údaje o okamžité poloze pluhu, to znamená stav polohoměru, a informace o předvolených polohách se porovnávají. Výsledek porovnání je pak přes blok zpracování vstupně-výstupních signálů opět podle potřeby vybírán řídicím programem a dále zpracován na patřičné ovládací signály obou rozvaděčů elektropohonů. Blok zobrazení provozních stavů indikuje na číslicových displejích jednak okamžitou polohu pluhu, včetně směru jeho pohybu a také obsahy bloku paměti o předvolených polohách. V bloku indikace zatížení se zobrazují aktuální hodnoty elektrické zátěže elektropohonů, pro upozornění obsluhy o možném přetížení a nutnosti snížit rychlost pluhu. Elektrické zařízení pro ovládání porubového dopravníku, jenž je součástí elektrického vybavení systému, lze aplikovat i samostatně na jakýkoliv transportér. Zařízení umožňuje: • Zastavení a zablokování chodu dopravníku z porubu prostřednictvím sítě porubových zesilovačů a signalizačních klíčů (rozmístěných v určitých vzdálenostech po porubu) • Hlasité simplexní konferenční dorozumívání osádky porubu s ovládacím stanovištěm • Indikaci zablokování dopravníku signalizačním klíčem či porubovým zesilovačem • Světelnou signalizaci provozních a poruchových stavů zařízení na ovládací skříni Porubové zesilovače jsou nainstalovány na nástavných pleších dopravníku ve vzdálenostech 6 až 16 metrů. Sdružené tlačítko porubového zesilovače slouží k zastavení a zablokování dopravníku a také zabezpečí vysílání výstražného akustického signálu po celé délce porubu.Mezi dva porubové zesilovače se zapojují vždy dva signalizační klíče sloužící k zablokování chodu dopravníku. (Uvést dopravník do opětného chodu lze až po odblokování na příslušném signalizačním klíči, respektive porubovém zesilovači). 34

Systémy řízení mechanizované výztuže Mechanizovaná výztuž zajišťuje spolehlivé podpírání a ovládání nadloží, s co možná nejdokonalejší časovou a prostorovou vazbou na činnost dobývacího stroje. Během jedné jízdy dobývacího stroje je počet operací prováděných sekcemi mechanizované výztuže značný. Řídicí systém mechanizované výztuže musí řídit její přesouvání tak, aby se dosáhlo plynulé činnosti dobývacího stroje při plném využití jeho dobývacího výkonu a současně tak, aby odkrytá stropní plocha byla udržována na maximálně možné hodnotě vzhledem k bezpečnosti práce v porubu. Řízení mechanizované výztuže je závislé na tom, zda je dobývacím strojem kombajn, nebo pluh. Kombajnový dobývací komplex, tvořený kombajnem, porubovým dopravníkem a sekcemi mechanizované výztuže, je vzhledem ke spolupráci kombajnu a sekcemi výztuže, charakterizován tím, že dobývací kombajn odkrývá nadloží při exploataci v poměrně širokém záběru. V určité vzdálenosti za postupujícím kombajnem se proto, pokud možno přesouvá porubový dopravník a přestavují se postupně jednotlivé sekce mechanizované výztuže. Proces přestavování mechanizované výztuže probíhá vlnovitým způsobem ve tvaru tzv. S křivky. Přestavná činnost je tedy soustředěna do jednoho pohyblivého úseku (ať již při jednosměrném či obousměrném dobývání). U dobývacích kombajnových komplexů musí být řídicí systém obousměrný. Aktuální průběh přestavování mechanizované výztuže se odvozuje od stále indikované polohy dobývacího kombajnu. Pluhový dobývací komplex tvořený pluhovou soupravou, porubovým dopravníkem a sekcemi mechanizované výztuže je charakterizován tím, že hloubka záběru pluhového tělesa je poměrně malá a pracovní rychlost poměrně velká. Tedy až po několika reverzacích pluhu se dosáhne odkrytí stropu, dané maximální hodnotou vysunutí přítlačných (přesouvacích)válců, a to po celé délce porubní stěny. Proto zde se přesouvá mechanizovaná výztuž vždy tak, že se najednou přesunou např. všechny liché sekce a pak následně všechny sudé. Přesouvací válce trvale vyvozují přítlak na porubový dopravník v daných roztečích. Průběh přesouvání sekcí výztuže pak může být dán například časovým programem, který je odvozen od postupu porubní fronty a parametrů hydraulického obvodu. V porubech s nesoudržnými stropy, kdy při uvolnění stropnice sekce výztuže při jejím přesouvání dochází k značným výlomům ve stropním pásu, je nutné použít posuvné výztuže vybavené systémem řízení poklesu stropnice. Zde není při plenicím cyklu sekce stropnice úplně uvolněna, ale je tlačena jistým přítlakem proti stropu. Strop zde je tedy neustále ve styku se stropnicí a tedy i v plenícím cyklu přestavování sekce, neustále podpírán. Použití tohoto systému (nazývaným i jako systém minimalizace poklesu stropnice) je vhodné také pro dobývací podmínky, kdy ve směru postupu porubní fronty se postupně snižuje mocnost uhelné sloje. Systém je autonomní pro každou sekci a jeho činnost je nezávislá na řídicím systému mechanizované výztuže. Řídicí systémy mechanizované výztuže lze klasifikovat dle [13] z hlediska stupně automatizace, který je dán počtem a rozsahem pracovních úkonů, které není nutno provádět ručně,ale jsou zajištěny automaticky, viz. obrázky 19 až 21.

35

Obr. 19 Klasifikační stupeň automatizace 3 řízení mechanizované výztuže

36

Automatizační stupeň 3 zajišťuje automatické řízení přestavení jedné sekce v postupném časovém cyklu, včetně přesouvání porubového dopravníku. Systémy řízení tohoto automatizačního stupně bývají buď jednosměrné, nebo obousměrné z hlediska směru ovládání. Přenos řídicích impulzů mezi jednotlivými sekcemi se děje u jednotlivých systémů řízení buď hydraulicky, nebo elektrohydraulicky či pneumaticky. Postupné cykly přestavení jedné sekce povětšině vychází z povelu (v obr. 20 je x1=1), pro odtlačení porubového dopravníku u1=1, povelu (x2 =1)pro plenění stropnice a přestavení sekce u2=1, a z povelu (p=1) pro upnutí sekce u3=1.

Obr.20 Logická síť přestavení jedné sekce výztuže. V obrázku 20 dále značí: i1 a i2 jsou inicializační impulzy generované z centrální řídicí jednotky, τ je nutná časová prodleva, funktory OR realizují funkci logického součtu, funktory Fα funkci logického součinu, funktory s pruhem realizují logickou funkci negace. 37

Automatizační stupeń řízení 3 umožńuje i nouzové ovládání z vlastní sekce. Vyhodnocení přesunutí sekce, její upnutí, přesun porubového dopravníku se snímá snímači, nebo vyhodnocením časové posloupnosti. Řízení jednotlivých funkcí je buď samostatné jednotlivými elektrohydraulickými rozvaděči, nebo je sdruženo do jednoho rozvaděče. U elektrohydraulických řídicích systémů je mikropočítač aplikován buď pouze na třídě v rámci centrální řídicí jednotky výztuže a řídicí jednotky umístěné na sekcích jsou realizovány integrovanými obvody střední hustoty integrace. Nebo je na jednotlivých sekcích mechanizované výztuže mikroprocesorový systém. Automatizační stupeň 4- je skupinové následné ovládání sekcí. Řídí přesouvání jednotlivých sekcí mechanizované výztuže v postupném automatizačním cyklu. Obdobně jako u předchozího klasifikačního stupně, je umístění mikroprocesorového systému, funkce elektrohydraulických rozvaděčů, přenos řídicích signálů, směr ovládání aj. shodné. Také i indikace upnutí hydraulických stojek sekce, indikace přestavení sekce, odtlačení porubového dopravníku, umístění hydraulických zámků, nouzové ovládání z vlastní sekce a výstražná signalizace. Oproti předchozímu však je tento stupeň automatizace rozšířen o druh skupinového následného řízení a místo spuštění cyklu. Jednotlivé skupiny sekcí (bloky) v porubu mohou být konkrétním řídicím systémem realizovány buď jako pevné (o určitém počtu sekcí řízených z řídicího bloku skupiny v porubu), nebo jako posuvné s možnosti vytvořit blok skupiny sekcí dle aktuálních hornicko-geologických podmínek dobývání. Přičemž posuvných skupin sekcí v porubu může být i více, v závislosti na délce porubní fronty. Bloky sekcí se, dle použitého řídicího systému řídí buď z centrálního řídicího panelu na třídě, nebo v porubu z místa řídicího bloku skupiny sekcí stlačením tlačítka, kdy se postupně automaticky přestaví všechny sekce výztuže skupiny. Automatizační stupeň 5 je nejvyšším stupněm automatizace. Zahrnuje v sobě prvky systémů předchozích klasifikačních stupňů. Tak jako u automatizačního stupně 4 i zde je užit způsob automatického řízení elektrohydraulických rozvaděčů. Ovládací jednotky na sekcích výztuže, solenoidové ventily elektrohydraulických rozvaděčů i částí centrálních řídicích jednotek jsou v jiskrově bezpečném provedení. Impulz na postupný cyklus přestavení výztuže je vydáván zde automaticky na základě indikace polohy dobývacího stroje. Možnosti systému tohoto automatizačního stupně jsou na obrázku 22. Jsou to jak pro kombajnový nebo pluhový dobývací komplex tyto aspekty: • • • • • • • • • • • • •

Druh postupného cyklu přestavení výztuže Přenos impulzu Řídicí tlak Umístěni mikropočítače Funkce elektrohydraulických rozvaděčů Umístění napájecích zdrojů Umístění zámků Způsob dopínání sekcí Vyhodnocení přestavení porubového dopravníku Vyhodnocení přestavení jednotlivých sekcí Vyhodnocení upnutí hydraulických stojek sekce Způsob výstražné signalizace Způsob nouzového ovládání z vlastní sekce 38

Obr. 21 Klasifikační stupeň automatizace 4 řízení mechanizované výztuže 39

Obr.22 Klasifikační stupeň automatizace 5 řízení mechanizované výztuže

40

Na obrázku 23 je příklad technické struktury řízení sekcí výztuže z CŘS na třídě [1].

Obr. 23 Blokové schéma technické struktury příkladu řízení výztuže z CŘS Tato technická struktura příkladu systému dálkového řízení přestavování mechanizované výztuže v porubu, z místa CŘS na těžní třídě se skládá z: • • • • • • • • • •

monitorovacího panelu na příslušné sekci výztuže MP, řídicí skříně na sekci ŘS, řídicího panelu ŘP jehož součástí je vysílač přenosu dat ze sekce na CŘS skříně ovládání skupiny sekcí výztuže SOS skříně pro sběr dat SSD hlavního spínače HS tlakového spínače TS solenoidového ventilu SV signalizace SG bzučáku (akustické signalizace)

Ke snímačům systému řízení výztuže patří: • • • •

snímač přesouvacího zařízení PZ snímač tlaku v hydraulických stojkách sekce VTS inklinometr stropnice sekce INC snímač vysunutí stropnice VS

41

sekcí

Na obrázku 24 je blokové schéma příkladu technické struktury skupinového ovládání sekcí z porubu [1].

Obr.24 Principielní blokové schéma technické struktury skupinového ovládání výztuže. Skupinové ovládání mechanizované výztuže v porubu, dle uvedeného příkladu, započne inicializací I , kdy operátor řízení zapojí startovací obvod. Daná sekce výztuže se po uvolnění stropnice začne přesouvat, přesune se a upne se. Zkratky použité ve schématu představují: SV – solenoidový ventil, TS – tlakový spínač, ZTS – řídicí tlak pro skupinu sekcí, KRV – řídicí reverzační ventil, ISS – iniciace sousední skupiny sekcí, S – hydraulické stojky sekce, NV- naklápěcí válce, PZ – přesouvací zařízení, HV – hlavní ventil, KRV – kontrolní reverzační ventil, MV – mechanický ventil, KVT – ventil tlaku, PV(A) – sledovací, sekvenční ventil A, PV(B) – sledovací, sekvenční ventil B. Hlavní ventil se užívá pro zdvihy pracovní, kontrolní reverzační ventil pro přesnou kontrolu tlaku, mechanický ventil k indikaci dokončení kroku sekce, sekvenční ventil A se užívá k indikaci upnutí stropnice sekce a k vydání povelu sousední sekci k zahájení jejího přesunu. Sekvenční ventil B slouží pro indikaci přesunutí dané sekce.

42

Automatizace procesu zakládání Výhody zakládání jsou stále více ve světě uznávány, a proto je zakládání součástí technologie dobývání uhlí. Z hlediska automatizace prácí dobývacích komplexů, pak vznikne řada dalších problémů, které se musí vyřešit tak, aby nebyla zbytečně narušována exploatace a nebo, aby nutné pracovní prostoje byly minimalizovány.Především je to vazba (oboustranná) mezi dobývacím strojem, nebo přesněji mezi řízením dobývacího komplexu (kombajn, porubový dopravník, posuvná výztuž) a prací zakládacího stroje. Celý zakládací proces lze rozdělit v zásadě na dvě oblasti. Oblast problematiky dopravy vhodného zakládkového materiálu až k zakládacímu stroji a oblast automatické, nebo alespoň automatizované činnosti zakládacího stroje. Obě tyto oblasti je třeba skloubit tak, aby proces zakládání mohl být pokud možno co nejméně diskontinuální. Z toho hlediska je vhodnějším způsobem dopravy zakládkového materiálu doprava po pásových dopravnících. Pro dopravu materiálu z povrchu dolu na těžní patro je nejvhodnější spádové potrubí. Převážně se používá ocelové spádové potrubí v provedení hladkém nebo žebrovém. Toto potrubí se používá i při mezipatrové dopravě. Spádové potrubí se zatím používá do hloubek asi 400 metrů, při dopravě zrna zakládkového materiálu až 80 mm. Již tato hloubka způsobuje poměrně velkou degradaci zrna, což zvyšuje podíl třídy do 10 mm. Při foukané zakládce, která je nejrozšířenější u nás, se požaduje pro ploše uložené sloje, aby tento podíl nepřekročil 60%. Proto se někde při úpravě na povrchu provádí odtřídění zrn do 10 mm, případně 20 mm, před vstupem zakládkového materiálu do spádového potrubí. Jiný způsob zajištění optimální skládky zrnitosti po spádové dopravě spočívá ve spouštění zrna do 200 mm. Po spádu zůstává asi 5% zrna nad 80 mm a to je pak upravováno drcením ve speciální stanici v dole. Tato metoda umožňuje dopravovat zakládkový materiál pro foukanou zakládku s danou zrnitostí skladby i do hloubek přes 1000 m. Pro odběr zakládkového materiálu ze spádového potrubí se používají malé zásobníky,o obsahu jen několika m3. Zpravidla je to dvojnásobek provozního objemu celé svislé potrubního trasy, z nichž se zakládka vynáší pásovým dopravníkem. V zásobnících, z hlediska automatizace, je nutno indikovat hladiny prostřednictví stavoznaků, dle nichž se pak řídí provoz navazujících technologických zařízení, tj. blokování násypného zařízení zakládacího stroje, při dosažení max. hladiny (možnost nebezpečí ucpání zakládacího potrubí) a blokování výsypného zařízení při dosažení min. hladiny (možnost nebezpečí větrného zkratu a nutnost zachování trvalého polštáře k ochraně uzávěru zásobníku před mechanickým poškozením).Indikace provozní (střední) hladiny musí být volena tak, aby byl zajištěn plynulý provoz zakládání a vyrovnaly se případné nerovnosti v přísunu zakládkového materiálu. K snímání hladin materiálu se nejvíce užívá radionuklidových čidel. Snímač se skládá ze zářiče a detektoru. Jako detektor záření je nejčastěji užito gama relé, typu MKD 102, pracující na principu absorpce kontrolovanou látkou. Absorbuje-li kontrolovaná látka kolimovaný svazek záření, vycházející z úkrytu gama zářiče, dojde ke zmenšení četnosti impulzů v GM trubici snímače a jeho vyhodnocovací obvody reagují na tuto změnu rozepnutím kontaktu relé ovládající stykač daného zařízení, nebo jen signalizaci optickou či akustickou. Zářiče a gama relé se umisťují tak, aby nebyly poškozovány padajícím materiálem, například tak, že se zavěšují včetně jejich přívodních kabelů na nosné lanko a ukládají se do potrubí, umístěné mimo světlý průřez zásobníku.Horizontální doprava základkového materiálu od zásobníku spádového potrubí je závislá na konkrétní situaci v dole a na množství zakládaného materiálu. Výkony dopravy musí odpovídat max. výkonu zakládacích zařízení a provoz automatizované dopravní linky musí být svázán s provozem zakládacího stroje. Aby byla zajištěna plynulost toku zakládkového materiálu k zafoukávacímu zařízení, vřazuje se do dopravní cesty tzv. dopravníkový zásobník. Zásobník je tvořen jednotlivými segmenty, které jsou plněny zakládkovým materiálem z plnícího dopravníku a postupně vyprazdňovány posuvem zásobníku. Zakládkový materiál je pak z bunkru vynášen pomocí hřeblového dopravníku na 43

přísunový pásový dopravník. Automatizace činnosti dopravníkového zásobníku pak spočívá ve snímání hladiny v místě přesypu z přísunového dopravníku do zásobníku, pomocí radionuklidového snímače. Snímač dává impulz k posunu zásobníku. Krajní polohy zásobníku jsou hlídány koncovými spínači. Vazba na vynášecí hřeblový dopravník i přísunový pásový dopravník se zajišťuje prvky automatizace pásových dopravníků. Druhou oblastí v automatizaci zakládacího procesu je automatizace činnosti zakládacího stroje, kterou zajišťuje Elektrické zařízení pro zakládací stroj EZZ 2. Jde o signalizační a ovládací zařízení [12]. Na ovládacím stanovišti zafoukávacího stroje (mimo porub) je zařízení, tvořené ovládací skříní EZZ 1, ovládací skříní EZZ 2, pneumoelektrickým signalizátorem pro vyhodnocení stavu samočinného regulačního ventilu, panelem měřících přístrojů a porubovým zesilovačem, jenž je napojen na řadu signalizačních klíčů a porubových zesilovačů včetně koncového členu, umístěných v porubu. (Obdoba signalizace EZT 1). Na ovládací skříň EZZ 2 jsou napojeny snímače indikace feromagnetických předmětů na přísunovém pásovém dopravníku a snímač kovových spojů pásu. Ovládací skříň EZZ 1 je napojena na ovládací obvod dopravníkové linky. Ovládací skříň EZZ 2 pak na ovládací obvody stykače elektromotoru zakládacího stroje. Zařízení umožňuje následující funkce: • dálkové ovládání stykače elektromotoru zakládacího stroje, • automatické vyslání akustického varovného signálu do porubu, před spuštěním zafoukávacího stroje, • zablokování chodu stroje při poklesu tlaku vzduchu v zafoukávacím potrubí pod stanovenou dolní mez (proděravění potrubí), • zablokování chodu stroje při vzrůstu tlaku v zafoukávacím potrubí nad stanovenou horní mez (ucpání potrubí), • zablokování chodu stroje při indikaci feromagnetického předmětu v materiálu, • automatické vyřazení snímače indikace feromagnetických předmětů z činnosti po dobu, po kterou prochází kovový spoj pásů v dosahu snímače feromagnetických předmětů, • blokování chodu zakládacího stroje blokovacími tlačítky u výstřiku, • spuštění dopravní linky při zastavení stroje, • možnost nouzového chodu dopravníkové linky při zablokované činnosti zakládacího stroje, • možnost sledování zatížení elektromotoru zakládacího stroje, • hlasité hovorové spojení a akustickou signalizaci v porubu podél zafoukávacího potrubí a mezi strojníkem zafoukávacího stroje a místy v porubu, v nichž jsou podél zafoukávacího potrubí umístěny porubové zesilovače a signalizační klíče. Počty porubových zesilovačů a signalizačních klíčů jsou závislé na použité technologii zakládání. Největší vzájemná vzdálenost porubových zesilovačů se volí taková, aby v daném porubu byla zajištěna slyšitelnost varovného signálu před spuštěním zafoukávacího stroje podél celého zakládkového potrubí. Ovládací skříň EZZ 2 je v nevýbušném uzávěru a obsahuje stabilizovaný napájecí zdroj, vyhodnocovací elektronické obvody snímačů spojů pásů a indikace feromagnetických předmětů, logické obvody.Snímač indikace feromagnetických předmětů v základkovém materiálu je principielně otevřeným magnetickým obvodem tvořeným permanentními magnety a cívkami. Je zavěšen nad pásovým dopravníkem asi 15metru vzdálen od zakládacího stroje. Snímač spojů pásu je na obdobném principu jako snímač indikace přítomnosti železa a je umístěn pod okrajem pásu. Pneumoelektrický signalizátor obsahuje dva regulátory tlaku vzduchu při dopravě zakládky v zafoukávacím potrubí s kontakty na výstupech regulátorů pro zablokování chodu stroje v mezních případech. Regulátor zajistí mimo blokování i úsporu vzduchu v těch případech, kdy není materiál. 44

Řídicí systémy odtěžení s možnosti úspory energie Dobývací a razící proces na uhelném hlubinném dole je charakterizován poměrně značnou prostorovostí dobývacích a razících komplexů (dle časových snímků systému ARP v některých případech i několik hodin). Prostoje v pracovních činnostech jsou jednak z důvodu užívaných technologií dobývání a ražení (technologické prostoje), a jednak i vlivem poruch strojů, mechanismů a důlního zařízení, popřípadě nedobrou organizací práce. V neposlední řadě se na prostojích podílejí hornicko-geologické poruchy, průtrže uhlí a plynů, průtrže vod, otřesy uhelných slojí. Při těchto prostojích, velmi často jsou v chodu dopravníky odtěžovacích linek a běží tak zvaně naprázdno. Chod těchto dopravníkových linek naprázdno představuje zbytečnou spotřebu elektrické energie a případně i vzduchové. Chod dopravníků naprázdno způsobuje rovněž zvýšení podílu jalové složky elektrické energie (zhoršování účiníku, který pak musí být kompenzátory kompenzován) a neposlední míře i zbytečné opotřebování samotných pásů, válečků a jiných součástí dopravníků a tím i snížení jejich doby životnosti. Proto našly uplatnění v OKR systémy řízení odtěžení, kontinuální dopravou s možností racionalizace jejich provozu, s eliminací negativních vlivů chodu dopravníků naprázdno, a přitom vyhovující oborové normě a bezpečnostním předpisům. Přínosy těchto racionalizačních systémů řízení jsou: • • • •

úspora spotřeby elektrické energie, úspora materiálů dopravníků, zvýšení doby životnosti dopravníků, zvýšení produktivity a rentability dobývacího procesu.

Alternativy racionalizačních systémů kontinuálního odtěžení: • • • • •

dálkové ovládání spuštění, resp. vypnutí odtěžovací linky z místa důlního pracoviště (porubu či předku) pomocí pneumatických ventilů, dálkové ovládání spuštění, resp. vypnutí odtěžovací linky pomocí jiskrově bezpečných obvodů a elektropneumatických ventilů, automatické dálkové řízení odtěžení (zapnutí, či vypnutí) z místa důlního pracoviště, dálkové ovládání zastavení a rozběhu rozvětvených linek dopravníků i s možností automatického dálkového řízení, řízení rozvětvených dopravníkových linek odtěžení na hlubinném dole s povrchového řídicího stanoviště řídicím počítačem.

Racionalizační automatizované řídicí systémy kontinuálního odtěžení uhlí z důlních pracovišť musí respektovat požadavky, oborové normy pro automatizaci důlních pásových a hřeblových dopravníků a bezpečnostních předpisů, a vypínat linky dopravníků, po uplynutí nastavené doby, po zastavení práce dobývacího, resp. razícího komplexu. Tato doba se vypočte na základě parametrů dané dopravní linky odtěžení. Systém pak nesmí reagovat na kratší prostoje z důvodů negativního vlivu častého vypínání a zapínání dopravníků na jejich životnost. Rovněž negativně působí časté vypínání a zapínání dopravníků v lince na elektrickou síť, při jejich zatížení těživem (uhlí, průvodní hornina) [12]. 45

V obrázku 25 je zobrazen inovovaný systém MJM 24 v aplikaci na rozvětvenou dopravní síť odtěžení ze dvou porubů, od kterých lze dálkově ovládat chod odtěžovací linek, anebo i automaticky řídit odtěžení dle stavu dobývacího komplexu. V této aplikaci prvek MJM 16 také slouží i jako logický člen OR.

Obr.25 Inovovaný systém MJM 24 s možností úspory energie Podružný ovládací panel MJM 20b obsahuje ovládací tlačítka START a STOP a pneumatické časové relé, kterým se nastavuje doba pro automatické vypínání odtěžovací linky až do 15 minut v případě, že všesměrový snímač MJM 21 neindikuje těživo na dopravníku. Přívod tlakového vzduchu do podružného ovládacího panelu je z napájecího potrubí systému MJM 20, a tím je dosaženo závislosti dálkového ovládání z místa pracoviště na zapnutí hlavního ovládacího panelu MJM 20 v místě stanoviště obsluhy. Prvek MJM 16 může být použit pro plnění tři funkcí. Buď jako rychlořidič (obdobně jako prvek MJM 6) v případě vedení ovládacího signálu podél hřeblového dopravníku, nebo jako slučovač ovládacích pneumatických signálů ve funkci logického prvku typu OR (vstupy X a Z). A v neposlední řadě také ve funkci třícestného membránového ventilu s možností dvojího ovládání (viz. obrázek 25), který uzavírá či otvírá napájení řídicích skříní dopravníků. V obrázku 25 další popisy prvků v racionalizačním řídicím systému dopravníků znamenají: - MJM 24 EV jsou inovované řídicí skříně dopravníků v decentralizovaném, pneumatickém řídicím systému, - 25 jsou inovované skrápěcí zařízení (MJM 25) na přesypech mezi dopravníky, uváděných automaticky v činnost je-li těživo přítomno na pásu a dopravník přitom je v chodu, 46

-

MJM 11 zapojené do ovládacích okruhů (4) řídicích skříni dopravníků indikují případné zahlcení přesypu mezi dvěma dopravníky, a zavážející dopravník je zastaven a všechny ostatní dopravníky proti směru dopravy těživa, také, 22a jsou odstředivé ovládače (MJM 22a) zapojené do ovládacího okruhu zavážejícího dopravníku a tím zajišťující vazbu mezi dvěma dopravníky, 22b jsou snímače rychlosti a prokluzu (MJM22b) zapojené do prokluzového okruhu (5) dopravníku, hlídající správný rozběh a chod pásového dopravníku.

Pozn.: V obrázku 25 není z důvodu jeho přehlednosti, zakresleno propojení řídicích skříní na odpovídající ovládací obvody stykačů elektropohonů dopravníků. A také není zakreslena akustická výstražná signalizace podél celé linky dopravníků, tak jak to vyžaduje oborová norma a bezpečnostní předpis, a také blokovací lanko (podél linky dopravníků) pro možnost okamžitého zastavení dopravní linky, v případě ohrožení lidského života. V neposlední řadě, nejsou pro přehlednost výkladu zakresleny obvody snímačů chodu dopravníků (MJM 22E), napojené na signalizační a měřící panel (MJM 20a), umístěný spolu s ovládacím panelem obsluhy (MJM20), který umožňuje kontrolovat a ovládat obsluze až tři linky dopravníků přičemž v každé lince může být zapojeno až deset dopravníků. Kromě racionalizačních systémů, u kterých jsou ovládací signály dálkového ovládání pneumatické, byly v minulosti vyvinuty i systémy, kde jsou použity způsoby pomocí elektrických ovládacích signálů, například systémy AZOP-1, FPZ 1,FPZ 2, aj. Na obrázku 26 je uveden systém AZOP-1. Systém AZOP-1 umožňuje automatické zastavení a zapnutí dopravních linek v závislosti na zatížení elektropohonu kombajnu, nebo jiného mechanismu v porubu či předku, nebo i dálkové ovládání z místa důlního pracoviště. Systém je nadstavbou pneumatického systému MJM 20, který se doplňuje tímto zařízením (v závorce je vždy uvedeno označení v obrázku): • • • • • •

snímačem proudové náročnosti typu SNC, ovládačem XAV-1 ( K 1 ) jiskrově bezpečným převodníkem S-JBU24 ( P 1 a P 3 ) jiskrově bezpečným převodníkem JBOS-220 (P 2 ) elektropneumatickým ventilem EV5N ( V1 až V4) vyhodnocovacím zařízením BDL-01 (r1 až r4)

V obrázku 26 symbol A označuje prvky automatiky systému MJM 20. Princip činnosti racionalizačního systému AZOP-1 v automatickém provozu je následující: Dojde –li ke snížení proudového odběru sledovaného stroje či mechanismu pod stanovenou hodnotu, vyhodnotí to snímač proudové náročnosti, který je umístěn ve stykači K2 a sepne obvod převodníku S-JBU24. Tento signál se přenese jiskrově bezpečným převodníkem JBOS 220 na elektronické vyhodnocovací zařízení BDL-01, které je umístěno v rozvaděči r1. Vyhodnocovací zařízení v případě, že signál trvá delší dobu než 10 minut, uvede v činnost elektropneumatický ventil V1, který vypustí vzduch z automatiky MJM 20 řídicích skříní dopravníků D4 a D5. Dopravníky se tímto zastaví. Při nárůstu proudové zátěže mechanismu nad stanovenou mez, informující o jeho práci pod zatížením, se tato informace přenese do vyhodnocovacího zařízení, které pak prostřednictvím elektropneumatického ventilu V1 obnoví napájení vzduchem příslušných řídicích skříní dopravníků a uvedou se tyto v činnost dle příslušného algoritmu, včetně vyslání výstražného akustického signálů před spuštěním. V obrázku 26 jsou označené x1 až x4 ovládače speciální akustické signalizace pro systém.

47

Obr. 26 Systém AZOP – 1 48

Dalším systémem umožňujícím úsporu elektrické energie je FPZ 1 a FPZ 2. Zařízení FPZ1 -frekvenční přenosové zařízení,se skládá (viz.obrázek 27) ze soupravy vysílač – přijímač. Princip tohoto zařízení spočívá v tom, že vysílač VFPZ1 vysílá nastavenou frekvenci elektrického signálu tehdy, je-li v chodu dobývací nebo razící stroj, o čemž informuje snímač EPP1. Tento nasuperponovaný frekvenční signál, z rozmezí 2,5 až 20 kHz, je pak přenášen stávajícím vedením elektroakustické výstražné signalizace (220V,50Hz) podél celé linky dopravníků do přijímače PFPZ1, který tuto nastavenou frekvenci detekuje a automaticky ovládá elektropneumatický ventil EV5N, který je zapojený do vzduchového přívodu řídicí skříně MJM 23EV prvního dopravníku linky.

Obr. 27 Systém FPZ 1. Snímač EPP1 je principielně proudový převodník snímající zatěžovací proud elektropohonu stroje či mechanizmu, s možností nastavení hodnoty proudu, která určuje jeho sepnutí. Na vysílači systému lze také nastavit zpožděné vypnutí dopravníkové linky v rozsahu 20 sekund až 10 minut. Blokové schéma vysílače přenosového zařízení je na obrázku 28.

Obr. 28 Blokové schéma vysílače VFPZ1. 49

Napájení vysílače VFPZ1 je provedeno přes transformátor TR z vedení elektroakustické výstražné signalizace systému MJM 20, které slouží zároveň i jako přenosové vedení pro vysílaný signál z vysílače k přijímači. Spínací obvod SP přes Schmidtův klopný obvod SKO připojí z napájecího zdroje NZ na oscilátor OSC, který začne oscilovat na pevně nastavené frekvenci. Tyto oscilace se zesílí nízkofrekvenčním zesilovačem NFZ a přes oddělovací transformátor TR se vyšlou do vedení, kde se nasuperponují na elektrické vedení 220V~, 50Hz. Na vysílači lze zapojit přepínačem i zpožďovací obvod ZP, který zajistí nastavení zpoždění v rozsahu od 20 sekund do 10 minut. Aby nedocházelo k nežádoucímu střídavému odpojování a spínání oscilátoru, je zde použit Schmidtův klopný obvod, který při vybíjení kapacity kondenzátoru zpožďovacího obvodu odpojí oscilátor od napájecího napětí až při nastavené hodnotě na zpožďovacím obvodu. Blokové schéma přijímače PFPZ1 je uvedeno na obrázku 29.

Obr. 29 Blokové schéma přijímače PFPZ1. Elektrické vedení akustické signalizace (220V~, 50Hz) po němž je přenášen nasuperponovaný signál, rovněž slouží systému i pro napájení přijímače přes transformátor TR a usměrňovací obvody napájecího zdroje NZ. Vstupní pásmová zádrž PZ filtruje síťový kmitočet 50 Hz a horní propust HP propouští pouze signály s frekvencí větší jak 2 kHz. Aktivním filtrem AF je zesilován pak pouze signál vysílané frekvence. Ten je usměrněn detektorem D a vstupuje do Schmidtova klopného obvodu SKO, který se překlopí a vyšle ovládací signál na elektropneumatický ventil EV5N, přes optoelektronický člen OPČ. Řízení rozvětvených linek dopravníků, s ohledem na úsporu energie na uhelném hlubinném dole, umožňoval automatizovaný řídicí Racionalizační systém s řídicím počítačem na povrchovém řídicím stanovišti. Z tohoto důvodu musel být zajištěn přenos informačních signálů z dolu, přenosovým systémem DFP 20, resp.DFP 48 či 24, na povrchové řídicí stanoviště, kde řídicí počítač ve spolupráci s automatickým informačním systémem ARP generoval pak ovládací signály přenášené zpět do dolu pro ovládání spuštění a zastavování dopravníkových linek. Na obrázku 30 je uvedena skladba technických prostředků systému řízení v dole. Jsou zde zobrazeny dva kombajnové poruby s následující strukturou pásových dopravníků odtěžení, jejichž uhelný tok se spojuje.

50

Obr. 30 Důlní část racionalizačního systému s řídicím počítačem. 51

V důlní části je automatika systému MJM 20 rozšířena o elektropneumatické ventily EV5N a ovládací relé N1a. Pomocí těchto akčních prvků a důlní ústředny DU, řídicí počítač, umístěný na povrchu, vypíná úseky pásových linek dopravníků, jejichž provoz není technologicky nutný. Binární informace o stavech v důlní části systému jsou přenášeny na povrchové řídicí stanoviště. Jsou to informace o činnosti dobývacích kombajnů z jejich proudové zátěže získávané pomocí snímačů proudové náročnosti SPN 10, které přes jiskrově bezpečný převodník S-JBU spolu se signálem z ovladače XAV1 a informacemi o stavech dopravníků jsou přiváděny do koncentrátorů dat SV-41. Informace o chodu jednotlivých dopravníků jsou získávány pomocí snímačů chodu dopravníků (MJM 22E), stávajícího systému MJM 20, které jsou rovněž přes jiskrově bezpečné převodníky přiváděny na vstup koncentrátorů dat. Systém je v důlní části doplněn o vlastní akustickou signalizaci (H1,H2) v porubech. Informační signály systému jsou přiváděny jak na řídicí počítač, tak i na systém ARP prostřednictvím důlního frekvenčního přenosového systému, který je umístěn v reléovém sále dispečinku (RSD),přes lišty v mezilehlém kabelovém rozvodu, přes které jsou i pak posílány ovládací povely řídicího počítače do dolu. Racionalizační, automatický, řídicí systém pracuje tak, že po uvedení v činnost dobývacího kombajnu řídicí počítač registruje tento stav, vypisuje hlášení na obrazovce displeje a vydá povel k odblokování elektropneumatických ventilů příslušných úseků důlní pásové dopravy odtěžující dané kombajnové rubání. Současně počítač monitoruje rozběh těchto úseků pásové dopravy a kontroluje spuštění posledního dopravníku v lince, zda byl proveden v požadované době. Pokud však nedojde k rozběhu dopravníku v požadované době, vydá o tom výstražné hlášení výpisem na obrazovkovém displeji. Jakmile dojde k přerušení činnosti dobývacího kombajnu, řídicí počítač zaregistruje tento stav, vypisuje hlášení na obrazovkovém displeji a začíná odměřovat čas od jeho vypnutí. Po uplynutí nastavené doby počítač provede a oznámí vypnutí příslušných úseků pásových dopravníků. Dojde-li v průběhu odměřování doby dojezdu pásů, k opětnému rozjezdu dobývacího kombajnu, pak počítač dopravníky nezastaví. Spojení řídicího počítače se systémem ARP (automatická registrace práce důlních pracovišť) v rámci jednoho povrchového řídicího stanoviště, umožní i výpis a záznam prostojů jednotlivých dobývacích komplexů, respektive razících komplexů, z důvodu provozních poruch a registraci a záznam celého průběhu technologického procesu.

Systém ARP (Automatická registrace činností důlních pracovišť) Systém ARP je automatickým informačním systémem uhelného hlubinného dolu, informující v reálném čase o stavech hlavních strojů mechanizmů v porubech, resp. předcích a navazujícím kontinuálním odtěžení z hlediska změn a nepravidelností v dobývacím či razícím procesu, a to z důvodů případných poruch strojů a zařízení, hornicko-geologických poruch, aj., s cílem minimalizace těchto netechnologických prostojů. 52

Nepravidelnosti, které má systém odhalit, mohou být z těchto důvodů: • • • •

poruchy strojů a zařízení v komplexech a odtěžení (strojních i elektro – částí), nedůsledná, nedobrá organizace práce, špatné zacházení s dobývacími, respektive razícími stroji a dopravním zařízením, hornicko-geologické poruchy (objektivní důvody).

Cílem systému ARP je optimální využití mechanizmů, strojů a zařízení, a tudíž zlepšené ekonomické parametry těžebního procesu, opírající se o: minimalizaci prostojů, větší využití investic, vyšší produktivitu práce, rentabilitu a j. Hlavní úkoly systému ARP: • minimalizace prostojů (ztrátových časů) strojů a zařízení, dobývacích a razících komplexů, odhalením „viníka“ prostoje, ( operativní zkrácení prostojů i preventivně tím, že se zvýší kontrola a je možný poměrně rychlý rozbor příčin prostojů), • umožnění operativního zásahu v případě nutnosti opravy mechanizmů, • zajištění informací o stavech činnosti (práce) komplexů umožňující „fundovanější“ rozhodování řídicích pracovníků (přesnější a operativnější rozhodování v hlavních oblastech důlní výroby), • odstranění případných subjektivních dezinformací, • statistické zpracovávání informací o prostojích a vinících prostojů, pro účely: upozornění na nejzávažnější zdroje prostojů a možnosti jejich omezení, přiznávání prémií, plánování generálních oprav, taktického a strategického rozhodování, apod. Princip činnosti systému ARP Je založen na automatickém snímání signálů nesoucích informace o stavech základních strojů a mechanizmů v dobývacích a razících komplexech a odtěžení uhlí linkami dopravníků, které charakterizují práci daného dobývacího či razícího komplexu a odtěžení uhlí. Tyto informační signály jsou pomocí přenosového systému přenášeny na povrch dolu do centrálního řídicího stanoviště. Zde jsou tyto informace binárního charakteru (daný stroj je v chodu ano, či ne, apod.) převáděny, pomocí příslušného technického a softwarového vybavení, na významné informace o stavech a činnosti porubů, předků a odtěžovacích linek. Binární informace vyhodnocuje sekvenční logický obvod. Hlavními vstupními informacemi jsou: • chod dobývacího, či razícího stroje, (xk ) • chod porubového dopravníku (u dobývacího komplexu), či hřeblového dopravníku (u razícího komplexu), (xhd ) • chod 1. pásu dopravníkové linky odtěžení (xp) Hlavními výstupními logickými proměnnými sekvenčního logického vyhodnocovacího obvodu jsou: •

označení jako původce vzniklého prostoje dobývacího, razícího stroje (je-li uk = 1 pak je kombajn v chodu) a načítání doby prostoje ( v minutách) na čítači ČK, nepracuje –li kombajn (uk = 0) a také, byl – li viníkem prostoje celého komplexu a odtěžení, • označení jako původce vzniklého prostoje hřeblovému (porubovému) dopravníku (uhd = 0), a také byl – li viníkem prostoje celého komplexu a odtěžení, a načítání tohoto prostoje na čítači ČHD v minutách, 53

•

označení jako původce vzniklého prostoje lince pásových dopravníků (up=0), byla-li tato původcem prostoje a načítání tohoto prostoje na čítači ČP v minutách.

Systém ARP zajišťuje rovněž načítání čisté doby, po kterou daný komplex pracuje, načítání opožděného začátku směny, času kdy žádný prvek sledovaného systému není v chodu, aj. Jak již bylo uvedeno, jako tzv. viník prostoje je označen ten stroj či zařízení, který se zastaví jako první, i když následně jsou zastaveny další mechanismy, a po celou dobu jeho prostoje se toto načítá v odpovídajícím čítači. Protože však může vzniknout i současný prostoj dvou komponent systému (současný vznik prostojů všech tří prvků systému se nepředpokládá) pak byla stanovena tato priorita v načítání prostojů na čítačích (v opačném pořadí než je tok uhlí): 1. dopravníková linka → 2. porubový, hřeblový dopravník → 3.dobývací, či razící stroj K zabránění chodu naprázdno u dobývacího kombajnu (jakožto mylné informace) byl použit systém PDK4, informující o činnosti a pohybu kombajnu v porubu, s přenosem této informace na povrch do dispečinku, kde se tato zaznamenávala na zapisovači jakožto analogová hodnota (závislost polohy kombajnu v porubu na čase). Rovněž za tímto účelem byl vyvinut i snímač energetické náročnosti SEN, který má všestranné použití jako multiinformační snímač. V druhé generaci systému ARP byl vyhodnocovací sekvenční logický obvod začleněn jakožto nestandardní periferie do systému automatizovaného řízení důlního podniku s napojením na řídicí počítač a síť terminálů. Informace o aktuálním stavu na důlních pracovištích tak měli k dispozici tito řídicí pracovníci: ředitel, výrobní náměstek, hlavní inženýr, vedoucí odboru hlavního mechanika, vedoucí odboru rozvoje podniku, vedoucí hospodářského střediska, vedoucí odboru hlavního elektromechanika, a odpovídající vedoucí úseků porubů, vedoucí úseků příprav, mechanici a elektromechanici odpovídajících přípravných úseků, či úseků dobývání. Přičemž řídicí počítač měl napojení na centrální řídicí stanoviště (dispečink) s možností zpětné vazby prostřednictvím důlních telefonů. Řídicí počítač kromě okamžitého vyhodnocení stavu v porubech a přípravách, prováděl i sumarizaci údajů a statistiku za toto časové období: hodina, směna, den, týden, dekáda, měsíc, kvartál a rok. Pozn. Systém ARP byl i součástí některých racionalizačních systémů (umožňujích úsporu energie a součástí dopravníků) s řídicím počítačem ve vazbě in line, tedy plné řízení v reálném čase (real time control). Ve třetí generaci systému ARP, se tento stal integrální součástí hierarchicky uzpůsobeného víceúrovňového systému řízení důlního podniku, s koncentrátory dat, přenosovými systémy, databankou, počítačovou síti a síti terminálů s grafickými animovanými výstupy, atd. Na obrázku 31 je uvedeno principielní schéma automatického informačního systému ARP, který v reálném čase informuje o stavech na důlních pracovištích. V obrázku jsou zakreslena pouze dvě pracoviště uhelného hlubinného dolu. Ve skutečnosti systémem ARP byla snímána činnost všech porubů a přípravných pracovišť. Později byla ústředna ARP začleněna jako nestandardní periferie řídicího počítače na CŘS.

54

Obr.31 Principielní schéma automatického, informačního sytému ARP. Na dalším obrázku 32 je principielní schéma a grafy signálů snímače energetické náročnosti (SEN), který byl vyvinut pro systém ARP, a umožňuje poskytnutí multikriteriálních informací. 55

Obr.32 Blokové schéma snímače SEN Ve schématu snímač snímá proudové zatížení v jedné fázi asynchronního elektromotoru AM, měřícím transformátorem proudu (MTP). Snímaný proud je odporem R převáděn na elektrické napětí, které je vstupem srovnávacího členu snímače SČ. Zde je možné nastavit jak úroveň proudu naprázdno I0 , tak i maximální hodnotu zátěže IM. Schmitův klopný obvod (SKO) vytváří na svém výstupu asynchronní posloupnost impulzů, které jsou úměrné hodnotě zátěže. Spínací prvek SP je výstup snímače, který je možné napojit na přenosový systém. Princip snímače je založen na měření odběru elektrického proudu motorem dobývacího kombajnu, razicího kombajnu, nakladače či jiného důlního mechanizmu. Čidlem je zde měřící transformátor proudu zátěže elektromotoru, a takto získána analogová hodnota je ve snímači převedena na posloupnost asynchronních impulsů o konstantní amplitudě a šířce, ale s různou četností, která je úměrná hodnotě zatěžovacího proudu elektropohonu. (Při větším odběru proudu elektromotorem, při jeho větší zátěží, je větší četnost impulsů za daný časový úsek). Snímač energetické náročnosti (SEN) je typem multi-informačního snímače a poskytuje tyto informace: •

informaci o množství mechanické práce vykonané kombajnem za daný časový úsek Q = k . iz kde: Q je množství mechanické práce kombajnu [ v tunách dobývaného uhlí], iz je počet impulsů odvozených ze zátěže (odebraného proudu zátěže elektropohonem kombajnu), k je rektifikační konstanta,

•

informaci o postupu porubní fronty (po vynásobení dalšími rektifikačními koeficienty), 56

• • • •

informaci o okamžité hodnotě spotřeby elektrické energie kombajnem, respektive jiným důlním mechanismem (za určitý čas) a o jeho proudové náročnosti, určení efektivnosti (stupně využití) kombajnu, respektive rovnoměrnosti jeho využití za dané časové období (směnu, den, ve směně dosud, apod.) možnost statistického hodnocení za kvartál, rok, apod. objektivní aktuální informace o: a) b) c) d)

sepnutém stykači elektromotoru dobývacího či razícího kombajnu zatížení elektromotoru nad hodnotu proudu naprázdno I0 přetížení elektromotoru nad stanovenou přípustnou mez IM aktuální velikosti hodnoty zatěžovacího proudu (proudu zátěže elektromotoru).

Obr.33 SEN - příklad signálů vyhodnocení zátěže elektromotoru důlního stroje.

Z příkladu na obrázku 33 je patrno, že největší frekvence asynchronních impulzů ze snímače SEN je v časových úsecích, kdy zátěž elektropohonu dobývacího kombajnu, překračuje maximální nastavenou hodnotu IM (šedě vybarvené úseky). Na druhé straně však, snímač neposkytuje žádné impulzy (žádný výstupní signál) v případě, že by elektropohon běžel naprázdno, tj. dobývací kombajn by nepracoval (černě vybarvené úseky). Takto o činnosti kombajnu se obdrží automaticky objektivní informace a je zcela vyloučena případná možnost subjektivity v informování o činnosti dobývacího komplexu. 57

Centrální řídicí stanoviště uhelného hlubinného dolu Centrální řídicí stanoviště CŘS musí zabezpečit řízení všech podsystémů uhelného hlubinného dolu, tj. jak výrobního podsystému, kde patří činnost porubů, ale i přípravných pracovišť a neposlední řadě i odtěžení uhlí (horizontální i vertikální), a také podsystému technického zabezpečení (zásobování důlních pracovišť materiálem a důlní výstrojí, doprava základkového materiálu, zajištění pracovišť energií (elektrickou a vzduchovou), vodní hospodářství dolu, větrání dolu, degazace, aj.). Největší prioritu má podsystém bezpečnosti, především monitorování výbušného plynu metanu, predikce jeho vývoje, možnost vzniku průtrží uhlí a plynu, horských otřesů. Součástí je i podsystém ekonomický (investice, náklady, mzdy, účetnictví, vnější dodavatelé, prodej aj). Tomuto rozsahu úloh řízení a jejich provázanosti odpovídá nejlépe hierarchický víceúrovňový systém řízení důlního podniku. Víceúrovňový systém řízení důlní výroby Operativní řízení technologického procesu hlubinného dolu vyžaduje objektivnost, rychlost a včasnost získávání informací o průběhu a stavu technologického procesu. Hlavním centrem řízení je centrální řídicí stanoviště (CŘS). V důlních podnicích se složitou strukturou je činnost CŘS podpořena lokálními řídicími stanovišti provozu (LŘS) umístěných na jednotlivých důlních závodech (lokalitách). Technické vybavení obou typů řídicích stanovišť (dispečinků) je na bázi počítačově – displejové orientaci. V hlubinné části uhelného dolu, viz. obrázek 34 jsou základním prvkem technického vybavení systému řízení důlní koncentrátory (DKD) dat, které shromažďují automaticky snímané informace z důlních pracovišť (porubů, předků, aj.) Koncepce automatizovaného řízení je založena na principu začlenění technických prostředků automatizace do systému řízení tak, aby bylo na základě centralizace informací v databance (DATAB) umožněno řízení v reálném čase. Objektivnost informací je zajištěna jejich automatickým snímáním v místech důlních pracovišť, respektive automatizovaným zadáváním obsluhou z terminálů, s následným zpracováním příslušným řídicím centrem, kdy se odhalí i závislosti zdánlivě skryté. Automatickým snímáním a dálkovým přenosem informací do databanky je vyloučena možnost jejich zkreslení subjektivním zásahem zainteresovaného informátora. Současně je zrychlena doba jejich přenosu k odpovědnému řídicímu pracovníku. Ukládání informací v databance a jejich agregace je realizována tak, aby tyto zcela automaticky zajišťovaly vstup pro nadřazený informační systém a pro hromadné zpracování dat v centrálním středisku. Vše je organizováno tak, aby informační systém umožňoval pružný konverzační styk mezi jednotlivými řídicími pracovníky a databankou, a aby daný řídicí pracovník dostával bezprostředné a přesné informace na obrazovce svého obrazovkového displeje a tím aby byla tak zvýšena kvalita jeho rozhodovacího procesu. Rozhodování na úrovni operativního řízení, ale i taktického řízení, je zde co nejúžeji spojeno s automatizovaným informačním systémem reálného času a jeho součástí je i systém kontroly v rozhodování řídicího pracovníka, včetně jeho dopadu. Rozhodovací proces na všech řídicích úrovních je podpořen predikčními počítačovými modely. 58

Obr.34 Hierarchická struktura víceúrovňového systému řízení důlního podniku. Legenda: KD povrchový koncentrátor dat, DKD – důlní koncentrátor dat, OD – obrazovkový displej v nevýbušném provedení, LŘS – lokální řídicí stanoviště, CŘS – centrální řídicí stanoviště, IC – informační centrum, ŘP – řídicí počítač, KP- komunikační počítač, DATAB – databanka, TR- terminálové pracoviště pro řízení technických režimů, T - síť terminálů pro řídicí pracovníky (vrcholový management), DK – dispečink koncernu, SP – terminálové pracoviště pro řízení směnových předpokladů. 59

Úkoly řídicích stanovišť: • udržovat celý těžební proces dle stanoveného plánu (technické režimy, směnové předpoklady), • odstraňovat následky nepříznivých poruchových vlivů s minimální ztrátou ve výrobě, • zabezpečovat koordinaci všech podsystémů a technologických celků s maximálním využitím důlních strojů a zařízení, • zabezpečit bezpečnost celého provozu uhelného hlubinného dolu, monitorovat bezpečnostní parametry (koncentrace důlních plynů, stav v separátním větrání, atd.), předvídat místa vzniku nebezpečných situací, okamžitě identifikovat místa vzniku nebo možného vzniku nebezpečných událostí, • provést nutná bezpečnostní opatření pro odstraňování nebezpečných událostí, • vyhodnotit aktuální stav práce jednotlivých razicích a dobývacích komplexů (systém ARP), • zabezpečit automatické řízení příslušných strojů, zařízení, agregátů v uhelném hlubinném dole Řídicí stanoviště mají v celém systému víceúrovňového systému řízení významné postavení a plní integrující funkce v oblasti operativního řízení. Jsou hlavním koordinujícím, řídicím a kontrolním místem celého výrobního procesu uhelného hlubinného dolu. Jsou místem převážně využívající výpočetního systému, včetně dálkových přenosů dat, pro operativní řízení, s poskytováním informací nadřízenému řídicímu stanovišti, pro možnost další analýzy. Technické vybavení řídicích pracovišť • telefonní a ligyfonové hovorové spojení do dolu • tastatury a tlačítka pro dálkové ovládání a řízení • obrazovkové displeje (procesní, konverzační, pro výběr funkcí, havarijní) Procesní displej (PŘEHLED) zobrazuje v barevné grafické podobě těžební lokalitu, s možností zobrazení případných mimolimitních stavů v jednotlivých podsystémech, ze všech oblastí důlního provozu. Zobrazení každé limitní situace je doprovázeno akustickým signálem. Konverzační obrazovkový displej (KONVERZAČNÍ) zobrazuje černobíle všechna doporučení systému dispečerovi i zpětně žádosti dispečera na informační systém. Slouží také ke konverzaci s Centrálním řídicím stanovištěm CŘS (podniková řídicí úroveň). Displej výběru funkcí (LUPA) je barevný a slouží k informačnímu zobrazení zvolené části výrobního procesu (podsystému). Volbu informačního zobrazení (poruby, předky, doprava, větrání, degazace, zásobování pracovišť energií, stlačeným vzduchem, vodou, aj.) si volí směnový technik na klávesnici konverzačního displeje. Tento displej může sloužit i jako záloha displeje procesního. Havarijní displej (HAVARIJNÍ) je černobílý, napojený jen na řídicí úroveň podniku. Slouží spolu s klávesnicí pro konverzaci a informační zobrazení při výpadku systému řízení na lokálních řídicích úrovních. 60

Časové členění systémů operativního řízení: • •

řízení do výše směny zajišťuje plnění směnových předpokladů (SP) jednotlivých pracovišť, těžebních lokalit, podniku řízení nad úroveň směny do jednoho měsíce zajišťuje plnění technických režimů (TR) denních a měsíčních, pro jednotlivá důlní pracoviště, lokality, podnik.

Operativní řízení probíhá neustálým srovnáváním skutečně dosahovaných technologických, bezpečnostních a ekonomických parametrů s plánovanými (směnové předpoklady, technické režimy). Toto srovnání provede řídicí systém sám a jsou jim signalizovány odchylky od skutečnosti. (Řízení dle odchylek). Cílem řízení je vždy nalézt příčinu a místo vzniklé odchylky od plánu a tuto příčinu odstranit vydáním příkazů z příslušné kompetenční úrovně řízení. Sběr informací je nutno provádět v maximální míře automaticky tím lze vyloučit možnost jejich zkreslení subjektivním zásahem zainteresovaného informátora a zrychlit dobu jejich přenosu k odpovědnému řídicímu pracovníku. Ukládání informací, respektive jejich agregaci, je třeba realizovat tak, aby automaticky zajišťovaly vstup pro nadřazený informační systém a pro hromadné zpracování dat v centrálním středisku. Plně automatizovat problematiku sledování a vyhodnocování stavů (monitorování) výroby. Kvalitně fungující informační systém umožňuje pružný konverzační styk mezi jednotlivými řídicími pracovníky a databankou tak, aby řídicí pracovník dostal bezprostředné a přesné informace na obrazovce svého displeje a tím je tak zvýšena kvalita vlastního rozhodovacího procesu. Rozhodování na úrovni operativy, ale i taktického řízení je co nejúžeji spojeno s automatizovaným informačním systémem reálného času a jeho součástí je systém kontroly v rozhodování řídicího pracovníka, včetně jeho dopadu. Rozhodovací proces na všech řídicích úrovních je pak podpořen predikčními počítačovými modely. Databanka Zajišťuje vytvoření společného datového fondu pro všechny její uživatele. Z výrobního procesu jsou automaticky snímány jednotlivé údaje, které jsou doplňovány zodpovědnými útvary informacemi vkládanými přes terminál. Takto vytvořena banka dat pak slouží pro potřeby celého informačního systému. Zde pak nedochází k vícenásobnému zjišťování dat, každá informace vstupuje do systému jen jednou v maximálně nutné přesnosti a v době potřebné pro další zpracování. Práce s informacemi prostřednictvím databanky pak umožňuje různou skladbu uživatelských sestav, například informovat řídicí pracovníky komplexními informačními bloky, potřebnými v určité časové úrovni řídicího procesu. Pomocí databanky je zajištěno, že každá informace je objektivní, přesná a rychlá. Informační centrum (IC) je organizační útvar v útvaru ředitele důlního podniku, který zabezpečuje kumulaci informací, které tzv. cirkulují uvnitř systému. Funguje jako centrální, informační služba pro řídicí pracovníky. IC v rámci své činnosti využívá služeb databanky. Technicky je IC zabezpečeno komunikačním počítačem a databankovým počítačem. Na ně je napojena síť terminálů řídicích pracovníků a síť terminálů pro zajištění automatizovaného sběru dat, která nelze snímat automaticky. Do databanky jsou tyto informace zadávány zodpovědnými pracovníky buď pomocí formulářů, nebo přímo z terminálů v místech jejich vzniku. IC zabezpečuje všechny výpočetní a informační služby, týkající se rozvoje, údržby a racionalizace informačního systému celého podniku. 61

Systém automatického a automatizovaného řízení hlubinného dolu PROMOS

Jde o PROgramovatelný, MOdulární Systém, který umožňuje automatizaci výrobního podsystému a podsystému technického zabezpečení uhelného hlubinného dolu. Všechny jeho jednotky v důlní části jsou v nevýbušném provedení, nebo v provedení jiskrově – bezpečném a odpovídají evropským normám. Systém PROMOS má všechny znaky volně programovatelného řídicího systému a byl speciálně vyvinut pro aplikaci v uhelných hlubinných dolech s nebezpečím výbuchu uhelného prachu a metanu. Je vhodný téměř pro všechny specifické úlohy automatizace technologických procesů na uhelných hlubinných dolech. Systém je založen na možnosti nasazení velkého množství decentrálních jednotek automatického a automatizovaného sběru informací, dat a řízení, na hierarchicky uspořádaných řídicích úrovních důlního technologického procesu v těchto podsystémech [7]: • • • • •

dobývání, včetně zakládacího procesu přípravných razících prací dopravy (úsekové a centrální) jak těživa, tak i důlní výstroje a vyztužovacího materiálu větrání, degazace a bezpečnosti technického zabezpečení provozní infrastruktury (rozvody elektrické energie, stlačeného vzduchu a vody).

Systém PROMOS se skládá (viz. obrázek 35) z jednotek na povrchovém řídicím stanovišti a z jednotek umístěných v hlubinné části dolu. Na povrchovém řídicím stanovišti jsou to tyto jednotky: • • • •

komunikační a vazební počítač PS 1201, programovací počítač PS 1140 (ELTEC), programovací terminál PS 1123 (PROMCAD), řídicí terminál PS 1101 (PC - CONTROL).

Na povrchové řídicí stanoviště je napojen i řídicí počítač důlního podniku a počítačová síť. Komunikační a vazební počítač je rozhraním pro řídicí počítač a slouží pro předzpracování informací a komunikaci mezi povrchovým řídicím stanovištěm a jednotlivými LINIEmi, umístěnými v důlní části hlubinného uhelného dolu a může jich být až 8. Počítač umožňuje i vzájemnou komunikaci mezi jednotlivými LINIEmi. Jednotlivé LINIE jsou s komunikačním a vazebním počítačem propojeny přes vazební členy PS 6020. V důlní části hlubinného dolu jsou pak rozmístěny mikroprocesorové systémy, které tvoří základ universálních řídících jednotek PS 2000. Řídicí jednotky jsou propojeny LINIEmi (speciálními spojovacími kabelovými sběrnicemi) umožňující: duplexní přenos dat, napájení jednotek systému elektrickou energií, hovorové spojení mezi jednotkami v dole navzájem a povrchovým řídicím stanovištěm a vedení bezpečnostních okruhů. Vzdálenost mezi dvěma univerzálními řídicími jednotkami může být až 10 km. Rychlost přenosu dat LINIEmi je 38.400 Baudů , budou – li universální řídicí jednotky vzdáleny od sebe do sedmi kilometrů. 62

V univerzálních řídicích jednotkách PS 2000 jsou sloučeny tyto systémy: • • • • • • •

Řídicí logika Duplexní přenos dat Dorozumívací zařízení Vypínací a blokovací zařízení Displej pro textová hlášení Tastatura pro zadávání požadavků Napájení i pro navazující periferní přístroje

Univerzální řídicí jednotky jsou vybaveny displejem a tastaturou pro použití v důlním prostředí. Z každé univerzální řídicí jednotky vycházejí 3 větve (ASTy), ve kterých jsou zapojeny další jednotky vybavené mikroprocesorovými systémy. Každá LINIE je ukončená Kompaktní řídicí jednotkou PS 2010 (s koncovým přizpůsobovacím členem PE 6000). Jednotka PS 2010 uzavírá síť linie, a proto z ní vystupuje pouze jediná větev - AST. V ASTech (přístrojových sběrnicích) jsou zapojeny další jednotky s mikroprocesorovými systémy a to: pomocné řídicí stanoviště PS 4000, čtyřnásobný inteligentní adaptér PE 4110. Dalšími prvky ASTu jsou: vazební převodník PS 5000, koncové spínače SE 7121U, blokovací jednotky se signalizací SE 7121WS , jednotky hovorového spojení PS 9390 (reproduktorvysílač), kombinovaná jednotka SE 7125K (akustického spojení a blokování). Každý AST je napojen na svá zařízení pomocí vazebního upínače PS 5000. Rychlost přenosu dat v ASTu činí 2400 Baudů. Na jednotku čtyřnásobného inteligentního adaptéru PE 4110 lze připojit čtyřmi vstupy odpovídající snímače veličin a akční členy (například elektrohydraulický ventil HG 6012, aj.). Jednotka PS 4000 (pomocné řídicí stanoviště) obsahuje, obdobně jako univerzální řídící jednotka, displej a tastaturu tak, že umožňuje ovládání obsluhou. Rovněž i tato jednotka má vstupy pro snímače i pro akční členy. Senzory a akční členy jsou připojovány 4 žilovými kabely. Ve svém komplexu systém PROMOS umožňuje: • • • • • • • • • •

monitorování, vizualizaci, animaci důlních strojů a zařízení na povrchovém řídicím stanovišti, dálkové řízení důlních strojů, mechanizmů a zařízení z řídicího stanoviště na povrchu dolu, dálkové ovládání důlních strojů, mechanizmů a zařízení z řídicího stanoviště na těžní třídě duplexní přenos dat mezi důlní částí a řídicím stanovištěm na povrchu dolu, hovorové spojení mezi důlními pracovišti a řídicím stanovištěm na povrchu dolu, optickou a zvukovou signalizaci na řídicím stanovišti, dálkovou technickou diagnostiku stavů důlních strojů a zařízení až na povrchové řídicí stanoviště, textová hlášení na displejích universálních a pomocných řídicích jednotek, zadávaní informací a požadavků na tastaturách řídicích jednotek v dole, automatické vypínání a blokování chodu strojů a zařízení při ohrožení bezpečnosti provozu, 63

• • • • • •

decentrální, automatické řízení (logické řízení a automatickou regulaci) strojů a zařízení, pomocí čtyřnásobných inteligentních adapterů, dálkové programování funkce řídicích jednotek a čtyřnásobných inteligentních terminálů, z programovacího terminálu na povrchu dolu (PROMCAD) dálkovou simulaci činnosti systému, na povrchovém řídicím stanovišti automatické ,zonální řízení postřiku při pohybu pluhu v porubu, indikaci polohy , rychlosti a směru dobývacího stroje v porubu, aktivizaci akumulátorů řídicích jednotek a inteligentních periferií, včetně snímačů a akčních členů.

Některé aplikace systému PROMOS v řízení: • • • • • • • • • •

pluhových souprav v dobývacích komplexech, s možností spolupráce s řídicími systémy mechanizované výztuže, linek pásových dopravníků a porubových (hřeblových) dopravníků činnosti drtičů nadrozměrných kusů uhlí sedačkových lanovek pro dopravu osádek na pracoviště hlubinného dolu klimatizačních jednotek v ražených důlních dílech výměníkových chladících zařízení hydraulických čerpadel zakládacího procesu s foukanou základkou razících kombajnů na přípravných pracovištích oběhů důlních vozů (plných a prázdných)

Součástí systému PROMOS jsou i dodávky snímačů, kontrolních spínačů a akčních členů. Snímače systému: • snímač tlaku media • snímač teploty (oteplení) • snímač odběru elektrického proudu • snímač elektrického napětí • snímač průtoku chladící vody • snímač pozice a rychlosti pohybu pluhu • snímač otáček (chodu dopravníku) • snímač vybočení pásového dopravníku • hladinoměr • koncové snímače dojezdu pluhu SE 7121U • blokovací spínače (signalizační klíče) SE 7121WS Akční členy  • elektrohydraulické ventily HG 6012 Sběrnice AST je propojena 7 žilovými kabely a zajišťuje: • napájení všech periferních jednotek ve větvi (ASTu) • sběrnici pro výměnu dat potřebných pro provoz systému • bezpečnostní proudový okruh pro blokování a zastavení • nízkofrekvenční přenos pro akustické dorozumívání (stíněný pár) 64

Obr.35 Struktura jednotek systému PROMOS

65

Proces zhodnocování dobývaného uhlí způsobem selektivního odtěžení. Proces efektivního zhodnocování těženého uhlí selektivním způsobem nebo homogenizací, vychází ze základní podmínky a tou je existence současného výskytu uhelných slojí na dole, mající výrazně rozdílné kvalitativní parametry (výhřevnost, obsah popela, obsah prchavých látek, obsah síry, aj.). V současné době to je na dolech v Karvinské části revíru , kde pod karvinskými uhelnými slojemi jsou ve větších hloubkách ostravské sloje mající lepší kvalitativní parametry pro účely koksování [5]. Dalším předpokladem pro efektivní zhodnocování těženého uhlí je existence zásobníků v uhelných polích, umožňujících homogenizaci uhelných směsí, které odpovídají různým klasifikačním třídám a tudíž i prodejní cenám. Efektivnost tohoto optimalizačního procesu, kde optimalizačním kritériem je maximalizace zisku z prodeje zhodnoceného uhlí, je ovlivněna faktory jako jsou: použitá technologie dobývacího procesu, stupeň automatizace komplexů, způsob odtěžení uhlí, včetně stupně jeho automatizace, systém organizace a řízení dobývacích prací a důlní dopravy, technologie homogenizace, technologie úpravy uhlí. Implementace simulačních modelů na počítači s možností testování jednotlivých variant pro účely optimalizace a predikce pak napomáhají řídit tento složitý proces. Tvorba simulačních modelů vychází z analýz, které jsou prezentované v obrázku 36. Na tvorbě modelu (MODEL) se podílejí tyto základní analýzy: • • •

Analýza struktury dopravního systému odtěžení na dole (A1), včetně báze dat parametrů (DB1). Analýza kvalitativních parametrů uhelných slojí (A2), včetně dat (DB2). Analýza užité technologie dobývání (TA) související s možnosti zadávání těžebních výkonů dobývacích strojů pro jednotlivé varianty těžení (VT).

Obr.36 Blokové schéma tvorby modelu a simulace 66

Analýza struktury dopravní sítě odtěžení se opírá o dané vazby propojení dopravních linek se zásobníky v uhelném poli, včetně vyhodnocení jednotlivých délek důlních dopravníků, jejich rychlostí odtěžení a odtěžovaného množství. U důlních zásobníků se zjišťuje jejich kapacita, maximální a minimální hladina. Z hlediska odtěžení skipem je nutné znát těžní vzdálenost povrch – důlní patro, respektive dobu těžení, kapacitu skipových nádob. Analýza kvalitativních parametrů uhelných slojí je prováděna pomocí zásekových zkoušek, kdy jsou ve stanovených časových intervalech odebírány vzorky dané uhelné sloje, a to v určených vzdálenostech a pozicích. Vzorky jsou pak analyzovány z hlediska jejich výhřevnosti, obsahu popela, prchavé hořlaviny, obsahu síry, vlhkosti a koksovatelných vlastností. Časový interval odebírání a počet vzorků je závislý na variabilitě chemicko – technologických vlastností konkrétní uhelné sloje. Odběr vzorků se provádí vždy dvakrát. Při prvním odběru se začíná od posice třetí sekce mechanizované výztuže a další vzorky jsou pak odebírány co šestou až sedmou sekci v dolní a horní mocnosti sloje. Při druhém odběru vzorků se začíná od posice páté sekce výztuže. Další postup je pak již stejný jako při prvním odběru. Z obou odběrů vzorků se kvalitativní parametry uhelné sloje vyhodnocují průměrově zvlášť. Tyto dva průměry se pak porovnají. Analýza užité technologie dobývání vyhodnocuje způsob dobývání a to zda je použit kombajnový dobývací komplex nebo pluhový komplex, včetně výkonnostních parametrů. Časové harmonogramy dobývacích prací a těžební výkony jsou závislé na použitém dobývacím komplexu a jeho parametrech jako jsou dobývací výkon, postupová rychlost, aj. A také na parametrech dobývané uhelné sloje, její mocnosti a uložení, tvrdosti uhelného pilíře, délce porubní fronty, popřípadě výskytu hornicko – geologické poruchy, na systému organizace a řízení dobývacích prací. Na procesu řízení problematiky efektivního zhodnocovacího procesu uhlí se také podílejí požadavky odběratelů na množství a kvalitu uhelné směsi (Q), cenová analýza obchodních tříd uhelných směsí (CA), simulace jednotlivých variant za použití simulačního programu (SIM) umožňující jak predikci vývoje jednotlivých kvalit uhelných směsí (PD), tak i optimalizace kvalit směsí (OP). Součástí jsou i testy kapacit horizontálního i vertikálního odtěžení (T) a stanovení časových termínů (CPM) s bázi dat číselně časových charakteristik (DB3). Matematický model Matematický model systémově popisuje technologický proces těžby a dopravy uhlí z porubů až na povrch hlubinného dolu. Je prvním stádiem výzkumu algoritmů řízení situací zohledňujících podmínky dobývání a odtěžení, včetně vzájemných vztahů pracovních operací a úrovně jejich vlivů na výslednou těžbu jámou. Matematický model, zaměřený na účely selektivní těžby a homogenizace již v důlních zásobnících, vychází z výše uvedených analýz. Za předpokladu, že modelovaný důl má vybudované zásobníky v důlních polích a za předpokladu dvou centrálních zásobníků u jámy, je pak celková těžba z dolu dána vztahem (1). Qy (t ) = ∫ y (t ) ⋅ dt

67

kde:

⎡q1 (t ) ⎤ y (t ) = [ DZ 1 DZ 2 ] × ⎢ ⎥ ⎣q 2 ( t ) ⎦

Dz1 a Dz2 jsou dopravní zpoždění na linkách odtěžujících centrální zásobníky, q1(t) a q2( t ) - množství uhelných směsí v centrálních zásobnících. Vývoj uhelných směsí v obou centrálních zásobnících je dán následujícími vztahy.

⎡ q j (t ) ⎤ ⎥ ⎢ . ⎥ ⎢ dq1 (t ) + p1 ⋅ q1 (t ) = [D z i ........D zk ]× ⎢ . ⎥ dt ⎥ ⎢ ⎢ . ⎥ ⎢ q k (t )⎥ ⎦ ⎣ ⎡ qs ( t ) ⎤ ⎢ . ⎥ ⎥ ⎢ dq2 (t ) + p2 ⋅ q2 (t ) = [Dzs ........Dzu ] × ⎢ . ⎥ dt ⎥ ⎢ ⎢ . ⎥ ⎢⎣ qu (t )⎥⎦ Kde: p1 a p2 jsou parametry centrálních zásobníků, Dti – dopravní zpoždění linek pásových dopravníků, qi(t) – přepravována množství uhelných směsí.

Analogicky dle větvení sítě odtěžení je prezentován i vývoj směsí v dalších zásobnících až po těžbu z porubů dle vztahů :

dq s (t ) + p s .q s (t ) = Dt . Qn+1(t) dt dqu (t ) + pu .qu (t ) = Dt . Qn+k t) dt Parametry zásobníků jsou : ps ,pu , dopravní zpoždění linek dopravníků jsou: Dts a Dtu. Pracovní harmonogramy porubů jsou prezentovány množstvím vytěženým za zvolenou časovou jednotku dle vztahu : Qj( t ) = { Q1j , Q2j , Q3j , ...... , Q8j , ……, Q16j , …….. , Q24j }

pro: j = 1, 2, …. , m …důlních pracovišť, těžících do úsekových zásobníků K matematickému popisu vývoje kvalit jednotlivých směsí v zásobnících, lze použit mísících vztahů. Například, těží - li dva poruby uhlí do jednoho úsekového zásobníku, a to prvý množství - Q1 ( t ), s popelnatostí A1 a druhý množství - Q2 ( t ) s popelnatostí A2 , pak výsledná popelnatost uhelné směsi je dána vztahem: 68

Astř =

A1 .Q1 (t ) + A2 Q2 (t ) Q1 (t ) + Q2 (t )

Simulační program SIMDUL

Simulační model se realizuje na počítači pomocí simulačního programu. Vyvinuli jsme simulační program SIMDUL, který je realizován na bázi objektového programování a užívá objekty, které jsou definovány v dopravním systému odtěžení a dobývání, tj. dobývací komplexy, dopravníky, přesypy, skipové odtěžení. Na obrázku 37 je uvedeno menu programu.

Obr. 37 Menu interaktivního simulačního programu SIMDUL 69

Práce v interaktivním režimu se začíná první větví struktury sítě odtěžení. Je zde nutno zadat počet objektů které budou editovány ve větvi. Postupně se pak systém ptá na typ modelovaného objektu a na jeho parametry. Pro objekt typu dopravník (D) je parametrem v modelu dopravní zpoždění Td , který se zadává v minutách na základě délce daného dopravníku a jeho přepravní rychlosti. U objektu typu zásobník (Z) se jako parametr, v režimu editace, zadává jeho maximálně přípustné množství Qmax v tunách, jeho minimální přípustné množství Qmin rovněž v tunách, a také množství uhlí které je ze zásobníku odtěžováno Qodt. Je-li zadán poslední objekt v dané větvi sítě, systém se ptá zda na konci této větve má být modelován kombajnový porub, nebo zda na danou větev navazují další větve dopravní sítě odtěžení a v jakém počtu. Celý cyklus editace se opět opakuje pro každou další větev s tím, že ukončení posledních větví sítě je pracovištěm (kombajnovými poruby).

Obr.38 Animační schéma dopravní sítě odtěžení. 70

Je-li větev ukončena pracovištěm, program si vyžaduje jeho označení (jméno) a pak se zadává posloupnost těžebních výkonů v hodinách, ale je zde možnost volit i kratší časové intervaly (viz. pracovní režim F1). Po té následuje zadávání kvalitativních parametrů dobývané sloje, jež byly získány z její analýzy. Po té systém programu automaticky přejde na další větve vytvářeného modelu a celý proces editace se opakuje, až po zadání posledních kvalitativních parametrů posledního modelovaného porubu. Struktura takto vytvořeného modelu je pak v simulačním a animačním pracovním režimu (F5) programu graficky prezentována, viz. obrázek 38. Na obrázcích 38 a 39 je uveden příklad, modelu odtěžení uhlí z porubů P1 až P7 pomocí dopravních linek odtěžení do úsekových a pak centrálních zásobníků (46,900,DU,SEL,K a E), až po odtěžení skipem (OUT). Přitom je programem SIMDUL graficky animován pohyb toků uhelných směsí, jak po dopravnících, tak i v důlních zásobnících. V obrázku je zobrazena vyžadaná detailní informace o skladbě kvalitativních parametrů v zásobníku 900.

Obr.39 Animační režim simulace s detailní informací.

71

Simulační modely dopravy materiálu a důlní výstroje.

Účelem simulačních modelů dopravy materiálu a důlní výstroje na pracoviště uhelných hlubinných dolů je, aby napomáhaly operativnímu řízení zásobování pracovišť materiálem (ZPM). Cílem operativního řízení je, aby požadovaný materiál byl dopraven na pracoviště včas, a to v požadovaném množství, sortimentu a kvalitě. Není - li tomu tak, pak vznikají nežádoucí prostoje v přípravných pracích, a v důsledku, toho i ekonomické ztráty. Komplexní řešení této problematiky vyžaduje takový systém řízení, který zabezpečí bezporuchový a racionální tok výztužovacího materiálu a důlní výstroje na jednotlivá důlní přípravná pracoviště, plenění, výkliz, třídění a renovaci použité obloukové výztuže, při optimální koncentraci pracovních sil, podílejících se na dopravě, a manipulačních prostředků. Situaci v zabezpečování důlních pracovišť materiálem a důlní výstrojí, ilustruje systémově obrázek 40. Obrázek je členěn na povrchovou (podsystém MTZ) a hlubinnou část dolu (podsystém ZPM). Systém materiálně-technického zásobování (MTZ) se týká problematiky dodavatelskoodběratelských vztahů, toků materiálu od dodavatelů ( DCKS ) železniční vlečkou ( V ), nebo automobilovou dopravou ( A ), skladování materiálu na skládkách a ve skladech na povrchu dolu ( CPS ). Seřaďovací kolejiště u jámy ( SKJ ) tvoří systémově hranici mezi oblastí materiálně technického zásobování a oblastí zabezpečování důlních pracovišť. Oblast zásobování důlních pracovišť (ZPM) materiálem zahrnuje dopravu materiálu a důlní výstroje z povrchu dolu na důlní patra a odtud pak na jednotlivá důlní přípravná pracoviště, systémem kontrolované dodávky materiálu dle aktuální spotřeby. Doprava vyztužovacího materiálu (oblouková výztuž, rozpínky, pažnice, aj.) a důlní výstroje (lutny, vzduchové a vodní potrubí, důlní kabely, materiál pásových dopravníků,kolejnice, aj.) na přípravná pracoviště ( P1,i až PK,j ), po popuštění z povrchu dolu materiálovou jámou na důlní patra NDP1 ( N ) ,se zajišťuje třemi způsoby: po kolejích ( L ), po závěsné drážce ( ZD ) a kombinovaným způsobem. Kombinovaný způsob, nejvíce používaný, je tvořen dopravou po kolejích do místa překladiště ( PP1,i ) a po přeložení materiálu na závěsnou drážku, pak dopravou po závěsné drážce až na přípravná pracoviště. V zájmu co možná největší plynulosti dopravy materiálu a důlní výstroje, je žádoucí vlaky s materiálem seřazovat na seřaďovacím kolejišti SKJ u materiálové jámy podle pater a míst spotřeby. Obrácený směr dopravy má materiál z likvidovaných důlních pracovišť ( LP ). Po jejich roztřídění, dle stupně opotřebování ( TPŠ ) jsou buď směrovány do dílen na povrchu dolu k renovaci, nebo do opravárenských závodů OZ nebo sběrny. Po renovaci v dílnách na povrchu dolu se materiál znovu použije (znovupoužitý materiál). Na některých uhelných hlubinných dolech je i možnost renovace materiálu a výstroje v dílnách, umístěných přímo hlubinné části dolu. Po renovaci se tento materiál připojuje k dopravě materiálu nového, nepoužitého, dle stanoveného poměru odpovídajícímu ekonomičnosti procesu a hornicko-geologickým podmínkám.

72

Obr. 40 Systémové schéma zásobování důlních pracovišť materiálem.

Analýza systému řízení logistiky důlních přípravných pracovišť.

Z obrázku 40 je zřejmý způsob dopravy materiálu a vazeb mezi podsystémem materiálně technického zásobování a podsystémem zásobování pracovišť materiálem. Tento proces je třeba řídit komplexně, způsobem kontrolované dodávky materiálu dle skutečné potřeby, která se může měnit v důsledku předvídaných i nepředvídaných skutečností, například změnou hornicko-geologických podmínek, a jiných poruchových vlivů.

73

Mnoho - aspektová povaha uvedené problematiky logistického procesu si vyžaduje systémový přístup, opírající se o metodiku automatizovaných řídících systémů, který vychází z analýzy systému řízení a organizace. Celý postup analýzy systému řízení a organizace je charakterizován transformací struktur:

Organizační struktura – funkční struktura – informační struktura Organizační struktura určuje skladbu a vzájemné vztahy všech organizačních center podílejících se na organizaci a řízení daného procesu. Lze ji znázornit orientovaným grafem:

G 3 = {S 3 , I 3 , r} S 3 ≡ {..., S 3 i ,..., S 3 ij ,...}

S3 - jsou prvky organizační struktury - řídící centra,

I3 ≡ {I3i ,...,I3ij ,...} jsou hrany grafu,

které reprezentují hierarchii vztahů mezi řídícími centry ve vzájemných relacích r. Funkční struktura popisuje všechny druhy činností, které vykonávají organizační centra vzhledem k řízení daného procesu. Určuje ji graf:

G2 = {S 2 , I 2 , r} S 2 ≡ {..., S 21 , S 22 ,..., S 2i ,..., S 2ij ,...} kde: S2 jsou prvky struktury představující jednotlivé vykonávané funkce,

I 2 ≡ {I 2 i ,..., I 2 ij ,...} jsou hrany síťového grafu, které vyjadřují vzájemné vazby mezi funkcemi a posloupnosti jejich realizací. Informační struktura vyjadřuje směry a charakteristiky informačních toků. Lze ji definovat buď pro množinu funkcí systému, nebo pro množinu organizačních, řídících center. Je ji možné znázornit orientovaným grafem:

G4 ≡ {S4 , I4 , r} S4 = { ..S41,..S4i,..S4ij..} S4 jsou uzly grafu ( prvky informační struktury ) představující buď množinu funkcí, nebo množinu řídících center, a hrany: I 2 ≡ {I 2 i ,..., I 2 ij ,... } vyjadřují informační toky mezi nimi s odpovídajícími relacemi r .

74

Ke každé orientované hraně se přiřazují parametry předávaných informací a jejich četnost, adresy informačních zdrojů a uživatelů informací řídícího systému, frekvence snímání vstupů, atd. Informační struktura je stanovena funkčním posláním a charakterem jeho vazeb. Doporučuje se sestavení síťového grafu na hierarchickém základě. Při realizaci počítačových modelů, pro účely řízení dopravy materiálu a důlní výstroje, se vychází z analýz logistického procesu. Zjišťuje se struktura dopravního systému na daném dole, včetně jeho parametrů, provádí se analýza jednotlivých struktur systému organizace a řízení. Na obrázku 41 je uvedeno zjednodušené blokové schéma systémových struktur, podílejících se na logistickém procesu zásobování přípravných pracovišť ( P1 až Pn ) materiálem a důlní výstrojí. V blokovém schématu jsou uvedeny diskontinuální toky materiálu: a) nového - 1, ze skladů a skladišť na povrchu dolu, b) materiálu pro znovupoužití - 2, po opravě v dílnách na povrchu dolu ( D ), c) toky materiálu použitého -3, z pleněných, starých, důlních pracovišť ( Pp ), který po roztřídění se dopravuje, podle stupně poškození, buď na povrch dolu k renovaci v dílnách ( 3a ), a nebo se přímo začleňuje do důlní dopravy směřující k přípravným pracovištím ( 3b ). Na realizaci výrobního logistického procesu se podílí řada útvarů, organizačních center a pracovišť, které spadají pod různé kompetence vedoucích řídících pracovníků. ( Blokové schéma ilustruje jednu z možných systémových struktur). Informační toky a požadavky na materiál jsou ve schématu označeny čárkovanými hranami. Do oblasti materiálně technického zásobování, z hlediska zabezpečování důlních pracovišť materiálem, patří: MH - materiálový hospodář, EMTZ - ekonomický odbor materiálně technického zásobování, S - sklady a skladky materiálu a důlní výstroje. Tato oblast spadá pod pravomoc ekonomického náměstka. Oblast přípravy výroby ( PV ), v tomto schématu, zahrnuje přípravná pracoviště P1 až Pn , úseky příprav - ÚP, úsekovou dopravu - ÚD, dopravu na povrchu dolu - PD, odbor rozvoje podniku - ORP. Oblast přípravy výroby na uhelném hlubinném dole spadá do pravomoci hlavního inženýra. Oblast důlně – technických služeb DTS ,zahrnuje dopravu na povrchu dolu ze skladišť k seřazovacímu kolejišti u materiálové jámy, dále pak popouštění materiálu vertikální dopravou VD, horizontální dopravu HD na patře (včetně kolejové, dopravy po závěstné drážce na přípravná pracoviště), pleněná pracoviště PP, třídění a renovace použitého materiálu v dole ( T& R ), úsek výklizu ÚV. Tento podsystém spadá do pravomoci technického náměstka. Výše uvedené působnosti organizačních pracovníků (ekonomický náměstek, technický náměstek, hlavní inženýr) na logistice přípravných pracovišť nejsou ale jejich jediným úkolem. Například, hlavní inženýr má na starosti, kromě výše uvedeného, podsystém větrání, bezpečnosti a degazace , a zajištění ražení. Logistický proces příprav tak není řízen a organizován z jednoho centra a má víceaspektový charakter. To ještě více akcentuje potřebu simulačních modelů, které musí vycházet z analýz konkrétních podmínek na dole, matematické formalizace a s použitím vhodného simulačního programu. 75

Obr.41 Blokové schéma systémových struktur.

Matematicko - metodická fáze modelování

Řízení a organizace složitých systémů, jakými jsou technologické procesy a procesy logistiky, si vyžadují mít k dispozici metody a simulační modely, které umožní: •

poskytování vyčerpávajících znalostí vztahů a závislostí mezi všemi dílčími činnostmi tak, aby byl dán jasný a úplný přehled pracovního postupu s ohledem na daný hierarchický řídící stupeň se všemi návaznostmi a podmíněnostmi; 76

•

• • • • • • •

poskytování účinného lhůtového plánu umožňujícího: a) hodnocení významnosti dílčích činností z hlediska včasného splnění celé řízené akce, b) kontrolu časového postupu prací, c) prognózu plnění postupu prací v budoucnosti tak, že je možno provádět včas opatření k eliminaci vzniklých odchylek; možnost účinné koordinace všech těch aktivit, které se na dané akci podílejí; hospodárné využívání pracovních strojů a dopravních zařízení,které se na řízené akci podílejí a to i z hlediska dalších realizovaných akcí; možnost provádění do důsledku a včas, všech nutných změn v rámci stanovených termínů; eliminaci redundance informací pro určitý stupeň řízení zbytečných; stanovení celkové doby realizace řízené akce nejen s ohledem na přímé náklady spojené s její realizací, ale i s ohledem na ztráty a vícenáklady, které by vznikly nadměrnou délkou doby realizace, nebo jejím prodlužováním; vytváření předpokladů pro hladký tok informací, i předpoklady pro jejich zpracování na číslicovém počítači; optimalizaci průběhu řízené akce z hlediska doby trvání a zdrojů.

Organizačně – řídící činnosti, a činnosti pracovně technologického charakteru, při zajišťování dodávky materiálu na důlní pracoviště, lze modelovat a matematicky formulovat hranově orientovaným síťovým grafem:

GS = [U, H,Q] Síťový graf je zadán množinou uzlů: U = {1, 2,..., i , j , j + 1,..., n − 1, n} , množinou

orientovaných hran: H = {(i, j ) : i ∈ U , j ∈ U , i < j} . Q - je incidenční relace udávající směr orientace hrany. Jednotlivé modelované činnosti, podílející se na zabezpečování dodávky materiálu na důlní pracoviště, jsou v síťovém grafu znázorněny orientovanými hranami, vymezenými dvěma uzly, viz. obrázek 42. Ke každé hraně (činnosti - i,j) se přiřazuje doba trvání příslušné činnosti - ti,j . Uzel v síťovém grafu představuje okamžik, ve kterém dochází k zahájení respektive k ukončení jednotlivých činností. Činnosti vycházející z jednoho uzlu, mají činnosti, které jim bezprostředně předchází, společné.

Při analýze síťových grafů se pracuje s těmito číselnými časovými charakteristikami, viz. obrázek 42 : tij - doba trvání činnosti (i,j) ti(0)- nejdříve možný termín zahájení činnosti (i,j) ti(1)- nejpozději přípustný termín začátku činnosti (i,j) tj(0)- nejdříve možný termín ukončení činnosti (i,j) tj(0)- nejpozději přípustný termín ukončení činnosti (i,j) 77

TEi- nejdříve možný termín realizace uzlu (i) TLi- nejpozději přípustný termín realizace uzlu (i) Pozn.: „ Přípustnost“ termínu se vztahuje ke konečné době realizace celé řízené akce. „ Možnost“ termínu se vztahuje k termínu zahájení řízené akce. Nejdříve možný termín realizace uzlu označuje nejdříve možný začátek všech činností v tomto uzlu začínajících. Žádnou následující činnost nelze zahájit, dokud nejsou ukončeny všechny činnosti jí bezprostředně předcházející. Nejpozději přípustným termínem realizace uzlu se rozumí nejpozději přípustné ukončení všech činností vstupujících do daného uzlu a nejpozději přípustné zahájení všech činností z něho vystupujících. Správné sestavení časového modelu řízené akce předpokládá znalost odpovědí na otázky, které činnosti bezprostředně každé činnosti předcházejí, které za ní bezprostředně následují, které probíhají souběžně a které činnosti jsou na sobě závislé.

Obr. 42 Ilustrace číselných časových charakteristik. Časové rezervy

Hodnoty časových rezerv se určují vzájemným vztahem dob trvání jednotlivých operací a číselných časových charakteristik. Pro každou činnost lze rozeznat několik druhů časových rezerv:

78

Celková časová rezerva

představuje množství času, o který lze posunout danou činnost, aniž by se tím ovlivnil stanovený termín realizace řízené akce. Její číselná hodnota je dána vztahem:

RijC = t(j1) − ti(0) − tij = TLj −TEi − tij Volná časová rezerva

určuje množství času, v rámci kterého může být daná činnost prodloužena nebo zkrácena, aniž by byly ovlivněny činnosti na ni navazující. Pro tuto rezervu platí vztah:

RijV = TEj − TEi − tij Nezávislá časová rezerva

vyjadřuje je množství času, o který může být daná činnost posunuta, nebo zkrácena aniž by se tím ovlivnila jakákoliv jiná činnost v síťovém grafu. Tato rezerva je dána vztahem:

RijN = max(0;TEj − TLi − tij ) Hodnota této časové rezervy může vyjít i záporná tehdy, když minimální disponibilní čas je kratší než doba trvání činnosti. V tomto případě se záporné hodnoty neuvažují a rezerva se pokládá rovna nule. Závislá časová rezerva

udává nejvyšší zdržení začátku činnosti (i, j) oproti nejpozději přípustnému termínu, aniž by došlo k posunu nejpozději přípustného termínu uzlu (j):

RijZ = TLj − TLi − tij Interferenční časová rezerva

udává množství času mezi nejdříve možným a nejpozději přípustným termínem realizace uzlu (i).

R i = TLi − TEi Podle jednotlivých časových rezerv lze určit kritické činnosti, které leží na kritických či subkritických cestách, popřípadě lze vhodně zasahovat do dílčích činností celé řízené akce.

79

Kritická činnost (i,j) vykazuje nulovou celkovou časovou rezervu a tedy i oba uzly (i) a (j), které ji ohraničují, mají nulovou interferenční rezervu:

R ijC = 0 ; R i = 0 ; R

j

= 0

Prodloužení doby trvání těchto kritických činností vede k prodloužení doby trvání celé řízené akce. O posloupnost kritických činností, které tvoří kritickou cestu se opírají metody síťové analýzy CPM ( Critical Path Method), PERT ( Program Evaluation and Rewiev Technik) a další. Síťová analýza deterministických modelů logistiky příprav

Síťová analýza vychází z deterministického ohodnocení příslušných orientovaných hran v síťovém grafu ( modelu zásobování důlních pracovišť materiálem ) a opírá se o metodu kritické cesty CPM. Realizuje se ve dvou fázích výpočtu ( „postup vpřed“ a „postup vzad“ ). 1. Fáze

Výchozím uzlem pro využití metody je počáteční uzel, tj. uzel s nejnižším indexem, pro nějž platí:

TE1 = t1( 0 ) = t zp kde t zp je časem zahájení řízené akce. Další uzly síťového grafu jsou podřízeny následujícím vztahům:

t i( 0 ) = T Ei t (j 0 ) = t i( 0 ) + t ij

pro:

T Ej = max− (T Ei + t ij )

i = 2 , 3 ,..., n j = 1, 2 ,..., n − 1

(i, j )

2. Fáze

Výchozím uzlem je u této fáze ( postup vzad ) poslední uzel síťového grafu, tj. uzel s nejvyšším číslem. Ztotožníme nejpozději přípustný termín realizace s nejdříve možným termínem ukončení řízené akce:

TEn = TLn = λ = t n0 = t n1 kde - n je poslední uzel síťového grafu a λ je plánovaný termín dokončení řízené akce. Ve výpočtu se postupuje zpět od posledního uzlu grafu, až po uzel počáteční, dle algoritmu:

80

t (j1 ) = T L j t i( 1 ) = t (j1 ) − t ij

pro:

T Li = min + ( T L j − t ij )

i = n − 1, n − 2 ,..., 2 ,1 j = n , n − 1,..., 3, 2

(i, j)

Síťová analýza stochastických modelů

V těch případech, kde není možné ohodnotit jednotlivé činnosti deterministicky, na základě například norem spotřeby práce, nebo stanovením pomocí deterministických výpočtových vztahů, kde se musí počítat s určitým prvkem nahodilosti, to je se změnou doby trvání dané pracovní operace, tam je nutné užít stochastického modelu. Činnosti zabezpečování přípravných pracovišť materiálem a důlní výstrojí jsou převážně pod vlivem náhodného charakteru. Může se projevit například poruchovost strojů a dopravních zařízení, změny v hornicko-geologických podmínkách v procesu ražení, vliv lidského faktoru, aj. Zde neplatí předpoklad, že doba trvání každé činnosti je jednoznačně určena, ale její ohodnocení platí jen do okamžiku, do kterého jsou v platnosti ty podmínky, za kterých byla stanovena. Navíc při řízení toků materiálu a důlní výstroje na přípravná pracoviště se vyskytují činnosti, které nejsou ohodnocovány normami spotřeby práce. ( například činnosti administrativní povahy). Pak je nutné ohodnotit doby trvání operací pomocí metod induktivní statistiky, pomocí níž se určuje stupeň nejistoty, s níž se která operace spojuje. Cílem řízení je pak, mimo jiné, odhadnout tuto nejistotu, což umožňuje správnější rozhodnutí v tom smyslu, že lze odhadnout, jak bude trvat realizace celé řízené akce, nebo i jen některých jejich důležitých etap ve stanovených termínech. Doba trvání každé činnosti se zde chápe jako náhodná proměnná s určitým pravděpodobnostním rozdělením. U neopakovatelných činností, kdy nemůže být k dispozici statistický materiál dostatečného rozsahu výběrového souboru, je nutné užít expertních odhadů dob trvání operací. Využívá se zde zkušeností, úsudku a hodnocení expertů, kteří dlouholetou praxí v dole dovedou odhadnout podmínky i rizika realizace jednotlivých činností v rámci dopravy materiálu. Metoda odhadů dob trvání činností, vychází z tzv. Beta rozdělení, jehož užití je výhodné pro jeho vlastnosti, jako jsou: spojitost, konečné rozpětí, schopnost být symetrické, i nesymetrické. Zákon rozložení pravděpodobnosti pro Beta rozdělení je dán vztahem:

f ( x) =

1 x p −1 (1 − x ) q −1 B ( p, q)

distribuční funkce: 1

1 F ( x) = x p −1 (1 − x ) q −1dx ∫ B ( p, q ) 0 81

pro 0 ≤ x ≤ 1

Beta rozdělení je charakterizováno svými momenty: střední hodnotou, směrodatnou odchylkou, disperzí, viz. následující vztahy.

te =

Střední hodnota:

kde:

2 te

= M

6

σ te =

Směrodatná odchylka:

Disperse : σ

a + 4m + b

2

=

b−a 6

(b − a ) 2 36

m - je modus, nejpravděpodobnější odhad doby trvání činnosti a - je tzv. optimistický odhad doby trvání činnosti b - je tzv. pesimistický odhad doby trvání činnosti

Těchto expertních odhadů využívá metoda PERT a nahrazuje jimi doby trvání činností. Postup stochastické síťové analýzy má dvě fáze: 1. Fáze:

Obdobně jako u předchozí metody, i zde se zahajuje výpočet počátečním uzlem, jehož nejdříve možná realizace se pokládá době zahájení řízené akce:

T E1 = t1( 0 ) = t zp Výpočet hodnot nejdříve možných realizací uzlů je dán následujícími vztahy.

t i( 0 ) = T Ei t (j 0 ) = t i( 0 ) + t ij T E = max− ( T j

(i, j )

σ

2 j TE

= max− (σ (i, j )

i E

2i TE

pro

+ t ij ) +σ

2 teij

i = 2 , 3 ,..., n j = 1 , 2 ,..., n − 1

)

kde: σ 2teij - disperse činnosti ( i,j ) σ 2iTE - disperse termínu nejdříve možné realizace uzlu: i σ2jTE - disperse termínu nejdříve možné realizace uzlu: j 82

2. Fáze:

Při postupu vzad se u posledního uzlu síťového grafu ztotožňuje jeho nejdříve možný termín realizace s nejpozději přípustným, a pokládá se rovným plánovanému dokončení řízené akce:

TEn = TLn = λ = t n0 = t n1 Hodnoty nejpozději přípustných termínů realizací uzlů se postupně vypočítávají dle vztahů, uvedených níže.

t (j1 ) = T L j t i( 1 ) = t (j1 ) − t ij

i = n − 1, n − 2,..., 2,1 j = n, n − 1,..., 3,2

pro:

T Li = min+ ( T L j − t ij ) (i, j)

2 σ T2 i = max (σ T2 j + σ teij ) L

(i, j )+

L

kde: σ2iTL - disperse termínu nejpozději přípustné realizace uzlu: i σ2jTL - disperse termínu nejpozději přípustné realizace uzlu: j

Analýza pravděpodobnosti změn uzlů grafu v uzly kritické.

Hodnota interferenční časové rezervy u metody PERT udává její očekávanou hodnotu, která se v důsledku možného překrývání obou termínů, (nejdříve možné realizace a nejpozději přípustné realizace uzlu) může měnit a to zvětšovat či zmenšovat, popřípadě i nabývat záporných hodnot, jestliže se obě křivky hustoty pravděpodobnosti překrývají. V důsledku pravděpodobnostního odhadu pro realizace uzlů se může stát, že se dosavadní nekritické činnosti mohou stát kritickými a mohou tak ochromit splnění celé řízené akce. Proto je účelné zkoumat nekritické uzly a odhadovat pravděpodobnost, s jakou se tyto mohou stát kritickými:

P{R ≤ 0} Tato pravděpodobnost se stanovuje na základě vztahu:

u=

TE − TL

σ T2 − σ T2 E

L

83

=

−R

σT

R

kde: 2 σ T2 j = max (σ T2 i + σ teij ) E

(i, j ) −

E

2 σ T2 i = max (σ T2 j + σ teij ) L

(i , j ) +

L

Odhadu pravděpodobnosti potom odpovídá distribuční funkce normálního rozdělení:

Φ(u) = P{R ≤ 0} Její hodnoty jsou tabelovány, nebo je lze určit libovolnou numerickou metodou z řešení integrálu:

Φ (u ) =

1 2π

u

∫e

−u 2

du

−∞

U kritických činností je hodnota R=0 a proto i: u=0 . Odtud je pak pravděpodobnost: Φ (u ) = 0.5 . U všech uzlů ležících na kritické cestě lze s 50% jistotou očekávat, že se u nich v průběhu realizace vytvoří časová rezerva a že se dosavadní kritická cesta změní v nekritickou. Význam pravděpodobnostní analýzy roste u těch uzlů, které incidují se subkritickými činnostmi. Odhadovaná pravděpodobnost změn uzlů v uzly kritické roste směrem ke kritickým činnostem. Její růst však není lineární a je závislý rovněž na tvaru normálních rozdělení termínů realizací uzlů. Se vzrůstem hodnot směrodatných odchylek normálních rozdělení roste rychle i odhadovaná pravděpodobnost, i když se hodnota interferenční rezervy nemění. Snižuje-li se však hodnota interferenční rezervy, pak se odhadovaná pravděpodobnost rychle zvyšuje. Analýza pravděpodobnosti dodržení realizace zadaných termínů.

Tato pravděpodobnostní analýza umožňuje kontrolovat termíny realizací, jak stanovených termínů řízených akcí, tak i vytyčených etap (milníků) v grafu. Je-li zadán předpokládaný termín ukončení činností končících v daném uzlu TS, pak pro odhad pravděpodobnosti realizace tohoto uzlu

P{TE ≤ TS } u=

bude platit:

TE − TL

σT2 + σT2 E

protože

=

TE −TS

σT

E

L

σT = 0. S

84

Následně potom platí pro pravděpodobnost:

P {T ≤ T S } = Φ ( u ) Hodnoty distribuční funkce normálního rozdělení ve vztahu jsou, obdobně jako v předchozím, tabelovány. Je-li hodnota pravděpodobnosti dodržení termínu nižší jak 0,25 je nutné zavést opatření k zajištění lepšího průběhu všech činností, které koincidují s daným uzlem, například změnou organizace práce, přiřazením dalších zdrojů, apod. Hodnoty pravděpodobností v rozsahu 0,25 až 0,6 ukazují na dobré zabezpečení činností řízené akce. Hodnoty nad 0,6 indikují nadbytečné využívání zdrojů. Pokud uvedenými opatřeními nelze zvýšit pravděpodobnost realizace činností v daném kontrolovaném uzlu je nutno stanovit nový termín dle vztahu:

TS = TE + u ⋅ σ TE Kontrola postupu prací a dodržování stanovených termínů v rámci řízení logistického procesu metodami síťové analýzy, vede na optimalizaci času a nákladů.

Simulační program ASMAT

Simulační program ASMAT byl realizován, v rámci řešení projektu GAČR 105/01/0009 jako aplikační software pro tvorbu počítačových modelů a simulaci problematiky operativního řízení zásobování důlních pracovišť materiálem a výstrojí [4] . Koncepce interaktivního simulačního programu vychází z předpokladu, že modelovaný logistický proces, lze matematicky formulovat orientovaným síťovým grafem (množinou uzlů a k nim příslušných orientovaných hran). Simulační program se opírá o síťově orientované grafické prostředí, pro tvorbu modelu ( editaci síťového grafu ) s následnou simulací. Nabídkové menu programu ASMAT umožňuje tyto funkce: •

Práce se souborem – slouží k ukládání, načítání, popřípadě vymazání databáze modelu z disku počítače.

•

Editace grafické sítě – je grafickým prostředkem pro vstup údajů zadání struktury počítačového modelu pomocí síťového grafu. (obr.43)

•

Zadání vstupních údajů – expertní odhady dob trvání činností, popisy činností a uzlů grafu, naložený a dopravovaný materiál, aj.)

•

Aktualizace času – zadávání času zahájení řízené akce a času aktualizace změn polohy grafické animace pohybu materiálových dávek v síťovém grafu - modelu.

85

•

Grafické zobrazení – vykreslení síťového grafu modelu a zobrazení animace změn polohy souprav s materiálem, s možností detailní informace o sortimentu a množství dopravovaného materiálu.(obr.45)

•

Ganttův diagram – zobrazení dob trvání činností, s vyznačením činností kritických. Umožňuje i ilustraci časové aktualizace.

•

Tabulková zobrazení - expertních odhadů, hodnot časových rezerv operací, termíny realizací uzlů síťového grafu, pravděpodobnosti realizací kontrolních bodů- mílníků, pravděpodobnosti změn uzlů v kritické uzly.

•

Pravděpodobnost dokončení řízené akce v termínu – umožňuje prověření správnosti zvoleného termínu ukončení řízené akce a také pro zadanou pravděpodobnost realizace navrhnout nový termín.

•

Kritická cesta – zobrazuje posloupnost kritických činností jednak graficky ve formě Ganttova diagramu a jednak tabulkovým výpisem s uvedením uzlů vymezujících kritické činností, dobou trvání dané kritické činnosti, jejím názvem respektive popisem.

Příklad zadání simulační úlohy v programu ASMAT je uveden na obrázku 43. V modelu, materiál nový, nepoužitý, se na základě požadavků z úseků přípravných prací a po projednání výdejek, ( hrany síťového grafu : 2- 3, 3-11, 3- 12, 3- 13, 3- 14 ) vyskladňuje ze skladů a skládek ( hrany síťového grafu : 11- 16, 12- 15, 13- 15,14- 15 ). Doprava materiálu ze skladišť k jámě, k popuštění, je v síťovém grafu představována hranami 11 – 16 a 16 – 17. Síťový graf ( model ) prezentuje zásobování šesti přípravných pracovišť materiálem a důlní výstrojí. Po popuštění materiálu materiálovou jámou na odpovídající náraží v dole ( činnost 17-18 ), jeho vyložení z klecí ( 18-19 ), se materiál a výstroj dopravuje pomocí kolejové dopravy, jednak na překladiště 1 ( činnost 19-20 ) a jednak na překladiště 2 ( činnost 19-21 ). Na překladištích se vyztužovací materiál překládá na závěsnou drážku, což přestavují činnosti: ( 20-22 ) a ( 21-26 ).

v modelu

Doprava materiálu po závěsné drážce do předku P1 je vyjádřena hranou grafu ( 22- 23 ), do předku P2 orientovanou hranou ( 22- 24 ) a do předku P3 hranou ( 22- 25 ). Z překladiště 2 je materiál dopravován pomocí závěsné drážky do předku P4 činnost ( 26- 27 ), do předku P5 činnost ( 26-28 ) a do předku P6 je dopravní činnost vyjádřena orientovanou hranou ( 26- 29). Na překladištích Př.1 a Př.2 se setkává materiál nový, nepoužitý, popuštěný jámou, s materiálem renovovaným v dílnách přímo v dole. ( činnosti 6-8 a 7-9 ). Model zahrnuje také dopravu vypleněného materiálu ze starých důlních děl k renovaci do důlních dílen ( hrany grafu : 4- 6, 4- 7, 5- 6, 5 - 7 ). Renovace tohoto materiálu je v modelu prezentována hranami 6 - 8 a 7 – 9. Hrana grafu 1 – 2, představuje informaci z úseku plenění o množství a sortimentu renovovaného materiálu.

86

Obr. 43 Příklad zadání struktury simulační úlohy v programu ASMAT.

87

Obr.44 Ilustrace polohy dopravovaných souprav s materiálem, odpovídající času aktualizace.

Obrázek 44 ilustruje simulovanou polohu dopravních souprav s materiálem, na základě časové aktualizace (interaktivní režim modelu). V animačním schématu jsou zobrazeny aktuálně soupravy s renovovaným materiálem, dopravovaným po kolejové dopravě k překladištím na závěsnou drážku, (činnosti : 10- 20 a 10- 21), a také soupravy s materiálem novým ( orientované hrany v síťovém grafu : 19- 20 a 19 – 21 ). Na následujícím obrázku 45 je uvedena vyžádaná simulace polohy souprav s materiálem, včetně detailní informace o sortimentu a množství dopravovaného materiálu v daném místě.

88

Obr. 45 Simulace polohy souprav s matriálem s detailní informací. Jiný způsob řízené kontroly dodávky materiálu na důlní přípravná pracoviště, který simulační program ASMAT umožňuje, je zřejmý z obrázku 46, prezentovaný formou Ganttova diagramu. Aktualizace právě simulovaných činností je vyznačena svislicí, která protíná dané činnosti. V prvním sloupci grafu jsou aktuálně probíhající činnosti označeny písmenem AZ. Dvojitá šipka kurzoru v prvním sloupci označuje činnost, která je ve spodní části grafu popsaná. ( Popis všech činností modelu je možno provést v podmeny zadání vstupních údajů modelu).

89

Obr. 46 Vzhled okna simulačního programu s uvedením Ganttova diagramu.

Obrázek 47 ilustruje začlenění simulačního programu ASMAT do modelování a simulace řízení zásobování důlní přípravných pracovišť materiálem. Na tvorbě modelu se podílí analýza systému dopravy materiálu ( A1 ) a analýza systému řízení a organizace kontrolované dodávky materiálu na důlní pracoviště ( A2 ), s databází ( DB ) expertních odhadů. Model zásobováním materiálem ( MOD ) ve formě síťového grafu, je výchozím, pro vytvoření počítačového modelu, realizovaným v simulačním programu ASMAT, se kterým lze efektivně provádět simulace ( SIM ). Simulační program ASMAT poskytuje možnosti výstupů výsledků statického modelu ( SM ) pro účely taktického řízení ( TC ), a také dynamického modelu ( DM ) pro operativní řízení dopravy ( RTC ), pomocí grafické presentace změn polohy souprav s materiálem ( GD ). Další použité zkratky v obrázku mají tento význam: PROC - proces zásobování a dopravy materiálu, COR - korekce v procesu tvorby modelu a simulace, TB – tabulkové výstupy, CP – vymezení kritických cest, NG - síťový graf.

90

Obr.47 Začlenění programu ASMAT do modelování, simulace a řízení dopravy materiálu.

Obdobně jsou v podmeny 9 simulačního programu, graficky ilustrovány posloupnosti kritických činností, tvořící kritickou cestu, viz. obrázek 48. Lze také zvolit vypsání simulačním programem seznamu kritických činností s uvedením jejich dob trvání.

91

Obr. 48 Grafické zobrazení kritické cesty. Posloupnost kritických činností tvořících kritickou cestu je v programu ASMAT graficky zobrazena v podmeny - Ganttův diagram ( obr. 46 ) červenou barvou. Tím jsou kritické činnosti barevně odlišeny od ostatních činností. Samostatně je však posloupnost kritických činností graficky zobrazena v podmeny – Kritické činnosti , viz. obr. 48, který ilustruje simulační úlohu, zadanou síťovým grafem . Činností jsou graficky zobrazovány v procentech z celkové doby trvání řízené akce. Kritická činnost, kterou protíná nebo se ji dotýká svislice vymezující čas aktualizace, je v okně programu souhlasně označena v prvém sloupci dvojitou šipkou a písmenem AZ. Současně je ve spodní části okna vypsán název této kritické činnosti. V uvedeném příkladu to je činnost 10 – 21, s názvem „ Přeprava materiálu na překladiště č.2 kolejovou dopravou “. Podmenu – Kritické činnosti umožňuje rovněž výpis a popis všech kritických činností s uvedením jejich dob trvání, viz. obrázek 49.

Obr.49 Tabulka kritických činností prezentovaná simulačním programem ASMAT 92

Podmenu – Tabulková zobrazení umožňuje zobrazit výsledky simulační úlohy těmito formami tabulek: • • • •

Tabulka dob trvání činností Tabulka časových rezerv Tabulka realizací uzlů a interferenční rezervy Tabulka pravděpodobnosti změn uzlů v kritické

Příklad dob trvání činností simulační úlohy je uveden v tabulce na obrázku 50

Obr.50 Tabulka dob trvání činností s expertními odhady. Tabulka dob trvání činností je jedním z výstupů simulačního programu. Obsahuje souhrnně expertní odhady dob trvání jednotlivých činností, které byly do modelu zadány v rámci podmeny – Zadávání vstupních údajů. Pro každou činnost vymezenou uzly grafu Ui Uj , byl zadán modus ( tm ), pesimistický odhad ( tp ) a odhad optimistický ( to ). Na základě těchto vstupních údajů program vypočetl pravděpodobnostní momenty Beta rozdělení ( střední hodnotu - te, směrodatnou odchylku - O a disperzi - D ), s kterými nadále pracoval v rámci síťové analýzy stochastického modelu. V podmeny – Zadávání vstupních údajů se zadávají: • odhady dob trvání činností ( povinně – potřebné pro editaci modelu ); • popisy činností ( slovní, vysvětlující, popisy činností podílejících se na řízené akci ); • dopravovaný materiál ( zde je zadáván dopravovaný materiál u činností přepravy a překladky ); • popisy uzlů ( možnost označení názvem tzv. mílníků v modelu ). 93

Časové rezervy činností, uvedené simulační úlohy, jsou uvedeny v tabulce, viz obrázek 51. Jsou uvedeny časové rezervy mající vztah k jednotlivým činnostem : celková časová rezerva – Rc, nezávislá časová rezerva – Rn, závislá časová rezerva - Rz, volná časová rezerva – Rv, interferenční rezervy uzlů Ri, Rj.

Obr.51 Tabulka časových rezerv vypočtených simulačním programem ASMAT. Obdobně jsou programem ASMAT prezentovány i další tabulky. Tabulka realizací uzlů a interferenčních rezerv poskytuje přehled termínů nejdříve možných a nejpozději přípustných realizací jednotlivých uzlů síťového grafu. Rovněž jsou uvedeny vypočtené hodnoty disperzí těchto termínů. Hodnoty termínů realizací uzlů mající nulovou interferenční rezervu jsou v zobrazení vytištěné červeně. Tabulka hodnot pravděpodobností změn uzlů v kritické obsahuje vždy pro každý uzel síťového grafu termín nejdříve možné realizace uzlu, termín nejpozději přípustné realizace, jejich disperze a hodnotu pravděpodobnosti změny. Podmeny nazvané - Pravděpodobnost dokončení řízené akce, umožňuje predikovat hodnotu, s jakou pravděpodobností je možno dodržet stanovený termín realizace. Zde se při tvorbě podprogramu vycházelo z matematických vztahů, dříve uvedených. Interaktivní dialog, při aktivaci tohoto podprogramu, vyžaduje zadání stanoveného termínu konečné realizace řízené akce. Po zadání vypíše vypočtenou pravděpodobnost, s jakou se zadaný termín splní. Je – li tato nižší než 0,25 pak je nezbytné provést organizační opatření v zajišťování řízené akce. Program sám navrhne nový termín takový, aby pravděpodobnost jeho dodržení činila 0,90. 94

Literatura

1.BURÝ,A. Analýza automatizovaných řídicích systémů dobývacích komplexů, zpráva k výzkumnému úkolu 13900-01, VP VTR, VVUÚ Ostrava – Radvance., 80 stran, 1989. 2.BURÝ,A.,HETTNER,M. Modelování dynamiky sítě odtěžení, In Process control´98,Kouty na Desnou, s. 42-45, 1998. 3.BURÝ,A., VAJS,S. Využití modelování v procesu selektivní těžby uhlí hlubinného dolu. Uhlí- rudy- geologický průzkum. No.3, 2000, s. 8-12, ISSN 1210-7697. 4. BURÝ,A.,ČECH,R. Simulation Model Development for Underground Mine Logistics, In ICCC 2002,p.555-560, Malenovice, 2002, ISBN 80-248-0089-6. 5.BURÝ,A.: The computer model for management of material flows in coal underground mines. Transactions of the VŠB – Technical University Ostrava, Mining and Geological Series, No 1, 2000, p. 1- 7. ISBN 80-7078-777-5, ISSN-0474-8476. 6.BURÝ,A. Analýza a simulace vývoje kvalitativních parametrů uhelných směsí. Sborník vědeckých prací VŠB – TU Ostrava, řada hornicko-geologická,č.2/2000, ročník XLVI, s.1- 10, ISBN 80-7078-853-4, ISSN 0474-8476. 7.BURÝ,A. Problematika tvorby simulačních modelů pro řízení systémů dopravy na uhelných hlubinných dolech. Sborník vědeckých prací VŠB – TU Ostrava, řada hornicko-geologická, 2002, ročník XLVIII, 100 stran, ISSN 0474-8476. 8.BURÝ,A. Simulační modely materiálového zabezpečení výroby a dopravní logistiky na hlubinných dolech. Sborník vědeckých prací VŠB – TU Ostrava, řada hornickogeologická,č.2/2003, ročník XLIX, str.1- 8, ISBN 80-248-0562-6, ISSN 0474-8476. 9. BURÝ,A.,KODYM,O.,KEBO,V. Automation of Mining Processes,University mimeographed, VŠB – TU Ostrava, HGF, 2005, 42 stran, ISBN 80-248-0815-3. 10.BURÝ,A. Teorie systémů a řízení, VŠB-TU Ostrava,HGF,Ediční středisko univerzity,2007, 78 stran, ISBN 978-80-248-1602-9. 11.BURÝ,A.,JENDRYŠČÍK,M. Simulation Model of Updated Material Requirement Database for the Purpose of Material and Technical Supply Control in Underground Coal Mines, p.247-254, In MOSIS´07,Ostrava,2007, ISBN 978-80-86840-30-7. 12.BURÝ,A. Systémy automatizovaného řízení a simulační modely kontinuální důlní dopravy, 75 stran, Ediční středisko university,2009, ISBN 978-80-248-2088-0. 13. HRUBÝ,J. Aplikace mikropočítačů pro řízení důlních strojů, kandidátská disertační práce v oboru ASŘ v hornictví, VŠB Ostrava, HGF, 1986. 14.STRAKOŠ,V.,BURÝ,A.,BURÝ,J. Programové řízení dobývacího stroje, autorské osvědčení na vynález č. 223 702 z roku 1983. 15.STRAKOŠ,V., BURÝ,J., BURÝ,A. Automatizace dobývacích prací na hlubinných dolech, SNTL Praha, ALFA Bratislava, 280 stran, 1984.

95