Technik_gor_podziemnego_311[15].Z2.04

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

Wprowadzenie

Wymagania wstępne

Cele kształcenia

Materiał nauczania

4.1. Łączność w górnictwie podziemnym

4.1.1. Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2. Pomiary parametrów atmosfery kopalnianej i automatyzacja odwadniania

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

4.3. Napędy elektryczne

4.3.1. Materiał nauczania

4.3.2. Pytania sprawdzające

4.3.3. Ćwiczenia

4.3.4. Sprawdzian postępów

Sprawdzian osiągnięć

Literatura

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1. WPROWADZENIE

Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu podstawowej wiedzy o układach

sterowania, sygnalizacji i łączności w górnictwie podziemnym, przepisach, zasadach ich
budowy i eksploatacji.

W poradniku zamieszczono:

−

wymagania wstępne – wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć juŜ ukształtowane,
abyś bez problemów mógł korzystać z poradnika,

−

cele kształcenia – wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z poradnikiem,

−

materiał nauczania – wiadomości teoretyczne niezbędne do opanowania treści jednostki
modułowej,

−

zestaw pytań, abyś mógł sprawdzić, czy juŜ opanowałeś określone treści,

−

wiczenia, które pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz ukształtować

umiejętności praktyczne,

−

sprawdzian postępów,

−

sprawdzian osiągnięć, przykładowy zestaw zadań. Zaliczenie testu potwierdzi
opanowanie materiału całej jednostki modułowej,

−

literaturę uzupełniającą.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Schemat układu jednostek modułowych

311[15].Z2

Eksploatacja maszyn i urządzeń

górniczych

311[15].Z2.01

Dobieranie maszyn do urabiania

i ładowania

311[15].Z2.02

UŜytkowanie urządzeń

transportowych

311[15].Z2.03

UŜytkowanie maszyn i urządzeń

do zabezpieczenia wyrobisk

311[15].Z2.04

Eksploatowanie układów

sterowania, sygnalizacji

i łączności

311[15].Z2.05

Eksploatowanie urządzeń do

wzbogacania i przeróbki

mechanicznej kopalin

311[15].Z2.06

UŜytkowanie sieci i urządzeń

elektrycznych w wyrobiskach

górniczych

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

stosować jednostki układu SI,

−

przeliczać jednostki,

−

posługiwać się podstawowymi pojęciami z zakresu elektrotechniki,elektroniki,

−

czytać rysunek techniczny i elektryczny,

−

rozróŜniać podstawowe wielkości fizyczne i ich jednostki,

−

rozróŜniać elementy obwodu elektrycznego,

−

odczytywać schematy prostych układów elektrycznych i elektronicznych,

−

korzystać z róŜnych źródeł informacji,

−

obsługiwać komputer,

−

współpracować w grupie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

określić układy sterowania w maszynach i urządzeniach,

−

zastosować urządzenia sygnalizacji w maszynach i urządzeniach wydobywczych,

−

zastosować urządzenia łączności w maszynach i urządzeniach wydobywczych,

−

rozróŜnić sygnały dźwiękowe stosowane w kopalni,

−

zastosować urządzenia sterowania w maszynach i urządzeniach wydobywczych,

−

ocenić prawidłowość uŜytkowania układów sterowania, sygnalizacji i łączności,

−

scharakteryzować zastosowanie sygnalizacji,

−

rozróŜnić sygnalizację w transporcie pionowym i poziomym,

−

scharakteryzować pracę dyspozytorni kopalni,

−

scharakteryzować łączność w zakładzie górniczym,

−

określić sposoby porozumiewania w czasie zagroŜenia,

−

wskazać drogi ucieczkowe,

−

określić sposoby nadzorowania odwadnianiem kopalni,

−

wyjaśnić zasady działania czujników stosowanych w automatyce kopalnianej,

−

określić miejsca rozmieszczenia czujników metanometrii w wyrobiskach górniczych,

−

wyjaśnić budowę i zasadę działania stycznika i przekaźnika elektromagnetycznego,

−

zmontować układ sterowania pracą silnika elektrycznego,

−

zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy oraz ochrony przeciwpoŜarowej
i przeciwporaŜeniowej w trakcie eksploatacji układów sterowania, sygnalizacji i łączności
w górnictwie podziemnym.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Łączność w górnictwie podziemnym

4.1.1. Materiał nauczania

Łączność stanowi zasadnicze ogniwo w łańcuchu optymalnego zarządzania i kierowania

ruchem zakładu produkcyjnego, jak równieŜ w systemie bezpieczeństwa kopalni. Obecnie
stosuje się trzy zasadnicze systemy łączności kopalnianej: ogólnokopalniany, lokalny
i dyspozytorski.

System łączności ogólnokopalnianej spełnia podstawowe zadania w zakresie zarządzania

i kierowania procesem produkcyjnym kopalni. W skład tego systemu wchodzą: automatyczna
centrala  abonencka,  stanowisko  pośredniczące  (tzw.  awizo),  aparaty  telefoniczne
powierzchniowe  i  dołowe  oraz  telefoniczna  sieć  kablowa.  W  zasięgu  systemu  łączności
ogólnokopalnianej  znajdują  się  wszystkie  istotne  i  krytyczne  ze  względu  na  ruch  zakładu
miejsca (pod ziemią i na powierzchni kopalni) oraz system łączności zewnętrznej (pocztowej
i resortowej).  Abonenci  powierzchniowi  łączą  się  między  sobą  za  pośrednictwem  centrali
automatycznej,  natomiast  połączenie  z  abonentami  dołowymi  realizuje  się  za  pomocą
stanowiska  pośredniczącego,  tzw.  awizo.  Awizo  realizuje  równieŜ  funkcję  ogniwa
pośredniego  między  centralą  automatyczną  miejską  i  kopalnianą.  Oprócz  łączności
ogólnokopalnianej  w  miejscach  w  których  wykonuje  się  roboty  wymagające  częstego
kontaktu lub roboty o specjalnym znaczeniu i niebezpiecznych, instaluje się łączność lokalną.
Przepisy bezpieczeństwa pracy wymagają aby lokalne sieci telefoniczne posiadały połączenie
z siecią ogólnokopalnianą.

Za łączność lokalną uwaŜa się instalację:

−

telefoniczną w szybach i szybikach,

−

telefoniczną w transporcie kołowym,

−

oddziałową,

−

przy pracach podsadzkowych,

−

w ratownictwie.
W podziemiach kopalń uŜywa się głównie aparatów telefonicznych miejscowej baterii

MB.  Wynika  to  przede  wszystkim  z  duŜej  pewności  działania,  stosunkowo  prostej  budowy
oraz  moŜliwości  realizacji  połączeń  nawet  przy  złym  stanie  technicznym  linii  telefonicznej,
co  jest  szczególnie  istotne  w  instalacjach  telefonicznych  lokalnych.(szybowej,  szybikowej,
transportu  poziomego,  w  długich  pochylniach.  Do  wad naleŜy zaliczyć duŜy cięŜar, znaczne
wymiary, duŜy prąd w obwodach linii, stosowania indywidualnego źródła zasilania i związana
z  tym  wymiana  baterii  oraz  stosunkowo  słaby  sygnał  wywoławczy.  Drugim  typem  aparatu
telefonicznego mającym zastosowanie na dole kopalni, lecz w bardzo ograniczonym zakresie,
jest  telefon  CBa  centralnej  baterii  z  tarczą  numerową,  w  wykonaniu  przeciwwybuchowym.
Aparaty  tego  typu  stosuje  w  przypadku  konieczności  realizacji  duŜe  liczby  rozmów
z powierzchnią,  a  telefoniczna  sieć  połączeniowa  ma  wymagane  parametry  elektryczne.
Aparaty  telefoniczne  CBa  zasilane  są  najczęściej  napięciem  50  V  prądu  stałego  z  baterii
akumulatorów zainstalowanej na powierzchni kopalni.

Ogólna

struktura

systemów

telekomunikacyjnych.

Pod

pojęciem

systemu

telekomunikacyjnego naleŜy rozumieć zespół urządzeń i środków technicznych oraz
podejmowanych działań logistycznych mających na celu przesłanie informacji na określoną

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

odległość.Formę przekazywanej informacji stanowią znaki graficzne, dźwięki, obrazy,
wielkości pomiarowe lub inne. Elementy systemu telekomunikacyjnego za pomocą których
realizowane są jego zadania stanowią:

−

urządzenia końcowe,

−

tory i łącza,

−

centra komutacji (centrale).

Ogólną strukturę systemu telekomunikacyjnego przedstawia rys. 1.

Rys. 1. Ogólna struktura systemu telekomunikacyjnego. [5, s. 6]

Urządzenie  końcowe  stanowią  elementy  systemu  przetwarzające  dowolne  sygnały  fizyczne
na sygnały, które mogą zostać przeniesione przez system telekomunikacyjny. Część urządzeń
końcowych  takich  jak  telefony,  faksy,  kamery,  monitory,  terminale  komputerowe,  układy
zobrazowania  sygnałów  telemetrycznych  stanowi  interfejs  pomiędzy  człowiekiem,
a systemem  telekomunikacyjnym.  Przetworniki  pomiarowe  stosowane  w  systemach  nadzoru
i regulacji stanowią rodzaj urządzeń końcowych, które pozwalają na realizację zadań zdalnego
sterowania, za pośrednictwem systemu telekomunikacyjnego.

Tory  telekomunikacyjne  są  elementami  systemu  których  zadaniem  jest  przesył  sygnałów.
Tory ze względu na rodzaj nośnika dzielimy na:

−

przewodowe,

−

wiatłowodowe,

−

radiowe.

Łącze telekomunikacyjne są to zespoły urządzeń technicznych dołączonych do toru
telekomunikacyjnego, których zadaniem jest standaryzacja sygnałów transmisji do
parametrów

stosowanych

danym

rodzaju

telekomunikacji.

Łącza

(kanały

telekomunikacyjne) są zróŜnicowane pod względem funkcji i budowy.

Podstawowy podział łącz telekomunikacyjnych.
Ze względu miejsce w strukturze systemu telekomunikacyjnego:

−

łącza końcowe (abonenckie),

−

łącza międzycentralowe (miejskie, międzymiastowe, międzynarodowe),
Ze względu na dostępność:

−

ograniczonej dostępności (sztywne),

−

wielodostępowe (komutowane).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ze względu na ilość torów potrzebnych do ich utworzenia:

−

jednotorowe,

−

dwutorowe.
Ze względu na stopień wykorzystania toru łącza dzielimy na:

−

naturalne – transmisja sygnału odbywa się w paśmie częstotliwości właściwym dla
danego rodzaju telekomunikacji,

−

wielokrotne – tor słuŜy do utworzenia większej ilości łącz (kanałów).

Centra komutacji (centrale) realizują połączenia pomiędzy poszczególnymi łączami
telekomunikacyjnymi.

Rys. 2. Struktura dołowej sieci magistralnej [5, s. 28]

Z uwagi na realizowane funkcje w systemie, wyróŜnić moŜna centrale :

−

wyodrębnione – obsługujące niezaleŜną strukturę urządzeń końcowych (np. centrale
telemetryczne, alarmowe, nadzoru wizyjnego itp.),

−

mające połączenie z publiczną siecią telekomunikacyjną, które z kolei dzielą się na:

końcowe (abonenckie),

miejskie,

międzymiastowe,

międzynarodowe.

Ze względu na sposób komutowania łącz centrale dzielą się na:

−

z obsługą ręczną,

−

automatyczne wspomagane przez operatora,

−

w pełni automatyczne.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wymagania

zakresie

przeciwwybuchowej budowy urządzeń i systemów

telekomunikacyjnych.  Zgodnie  zobowiązującymi  przepisami  w  zakładach  górniczych
eksploatujących  pola  metanowe  urządzenia  telekomunikacyjne  zainstalowane  w  podziemiu
kopalń  powinny  mieć  budowę  przeciwwybuchową  w  wykonaniu  iskrobezpiecznym.
W obowiązującej normie zdefiniowano pojęcia:
obwód  elektryczny  iskrobezpieczny  –  obwód  elektryczny,  w  którym  iskrzenie  lub
nagrzewanie  nie  moŜe  spowodować  zapalenia  mieszaniny  wybuchowej,  zarówno  w  stanie
normalnej pracy, jak i w stanie awaryjnym;
urządzenia  iskrobezpieczne  –  urządzenie  elektryczne,  którego  zewnętrzne  i  wewnętrzne
obwody są iskrobezpieczne;
system  iskrobezpieczny  –  zespół  połączonych  ze  sobą  urządzeń,  który  moŜe  równocześnie
składać  się  z  urządzeń  iskrobezpiecznych,  urządzeń  związanych  oraz  kabli  łączących,
w którym  obwody  systemu,  mogące  znajdować się w atmosferze wybuchowej, są obwodami
iskrobezpiecznymi.

Z definicji systemu iskrobezpiecznego wynika, Ŝe zapewnienie wymogów bezpiecznej

eksploatacji

przypadku

urządzeń

telekomunikacyjnych,

nie

moŜe

dotyczyć

iskrobezpieczeństwa jednego urządzenia (np. aparatu telefonicznego) ale całego systemu
połączonego z urządzeniem.

Obwody wyjściowe urządzeń zasilających iskrobezpieczne urządzenia telekomunikacyjne

muszą równieŜ mieć wykonanie iskrobezpieczne.

Rys. 3. a) Struktura budowy zasilacza iskrobezpiecznego, b) Przykład wykonania zasilacza ZIM [5, s. 12]

W przypadku zasilaczy instalowanych w podziemiach kopalń część nieiskrobezpieczna

musi  być  wykonana  jako  ognioszczelna,  ta  część  zasilacza  w  polach  metanowych  jest  wyłą-
czana  jest  przez  metanometrię  automatyczną.  W  wypadku  stosowania  zasilacza  do  zasilania
urządzeń  wymagających  zasilania  bezprzerwowego  (np.  metanomierz,  krytyczne  elementy
systemu zapewnienia bezpieczeństwa itp.), zasilacze wyposaŜa się w bateryjne podtrzymanie
przełączane w sposób automatyczny w przypadku awarii lub wyłączenia zasilania sieciowego.
Jeśli  urządzenie  iskrobezpieczne  zainstalowane  na  dole  kopalni  np.  metanomierz
współpracuje  z  urządzeniem  nieiskrobezpiecznym  na  powierzchni  (np.  centralą
metanometryczną)  to  oprócz  separacji  galwanicznej  między  tymi  dwoma  urządzeniami
wymagane  jest  stosowanie  bariery  ochronnej.  Ognioszczelne  wykonanie  urządzenia

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

elektrycznego  o  budowie  przeciwwybuchowej  polega  na  wykonaniu  obudowy  urządzenia
elektrycznego,  które  uniemoŜliwia  przeniesienie  wybuchu  z  wnętrza  obudowy  do  otoczenia.
Spełnienie  tego  wymogu  osiąga  się  poprzez  odpowiednią  konstrukcję  obudowy  oraz  układ
odpowiednio  zwymiarowanych  szczelin  zwanych  roboczymi  umoŜliwia  penetrację  czynnika
wybuchowego  do  wnętrza  obudowy,  a  jednocześnie  szczeliny  te  zapewniają  ujście  dla
nadciśnienia jakie powstaje po wybuchu we wnętrzu obudowy. Obudowa musi wytrzymywać
odpowiednie,  określone  przepisami  ciśnienie  by  w  czasie  wybuchu  nie  uległa  deformacji.
Ognioszczelne  wykonanie  urządzeń  elektrycznych  określa  norma.  W  przypadku  urządzeń
telekomunikacyjnych

zastosowanie

znajduje

jeszcze

jeden

rodzaj

budowy

przeciwwybuchowej, polegającej na hermetyzowaniu urządzenia masą izolacyjną.

MontaŜ  kabli  telekomunikacyjnych.  Kable  w  wyrobiskach  poziomych  wiesza  się  na
otwartych  lub  zamkniętych  uchwytach  wykonanych  i  ukształtowanych  ze  stalowego
płaskownika  do  mocowania  lub  zawieszania  na  elementach  obudowy.  W  przypadku  szybów
i szybików  kable  telekomunikacyjne  wiesza  się  na  uchwytach  z  odpowiednio  wykonanymi
klinami  drewnianymi.  Na  rys.  4  przedstawiono  uchwyt  do  mocowania  kabli  w  wyrobiskach
pionowych  (szybach).  Kable  szybowe  opuszcza  się  przy  pomocy  pomocniczych  wciągarek
linowych,  a  następnie  od  góry  przez  szczelinę  wprowadza  do  stoŜka  metalowej  części
uchwytu  i  klinuje  dwustronnie.  Zgodnie  z  przepisami  telekomunikacyjne  kable  górnicze
powinny być prowadzone co najmniej dwoma szybami. Ma to na celu zapewnienie ciągłości
działania  co  najmniej  części  systemu  telekomunikacyjnego  kopalni  w  wypadku  zniszczenia
kabli  w  jednym  szybie.  W  wyrobiskach  poziomych  o  obudowie  stalowej  podatnej,  kable
powinny  być  zawieszone  bez  napręŜeń  (z  pewnym  zwisem)  co  umoŜliwia  ich
przemieszczenie  przy  odkształceniach  wyrobiska.  W  czasie  przebudowy  wyrobisk
korytarzowych kable naleŜy ułoŜyć na spągu i zabezpieczyć przed moŜliwością uszkodzenia.

Rys. 4. Uchwyt kablowy do zawieszania kabli w szybie [5, s. 22]

Sygnały w górniczych systemach telekomunikacyjnych. Sygnałem w procesie
przekazywania informacji nazywamy przebieg w czasie dowolnej wielkości fizycznej
(ciśnienie akustyczne, drgania górotworu, napięcie i natęŜenie prądu elektrycznego, natęŜenie
ś

wiatła, pola magnetycznego, temperatury, skład chemiczny gazów (powietrza) itp.) Dla

przeniesienia  sygnałów  reprezentujących  wielkości  fizyczne  za  pośrednictwem  systemu
telekomunikacyjnego na odległość muszą one zostać przetworzone do postaci sygnału którego
parametry  są  akceptowane  przez  system  komunikacyjny.  W  zaleŜności  od  charakteru  toru
komunikacyjnego  przetwarzanie  sygnału  moŜe  być  jedno  lub  wielokrotne.  W  systemach

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

telekomunikacyjnych,  pomiarowych  i  telemetrycznych,  fizyczna  wartość  jest  przekształcana
do  postaci  sygnału  elektrycznego,  który  następnie  moŜe  zostać  przetworzony  na  sygnał
w postaci  fali  elektromagnetycznej  (np.w  przypadku  transmisji  światłowodowej).
W urządzeniach końcowych systemów np. telefonicznych, telewizyjnych lub telemetrycznych
musi  zachodzić  proces  odwrotny,  odtworzenie  pierwotnej  postaci  sygnału  np.dźwięku,
obrazu,  wydruku  itp.  W  telekomunikacji  informacja  jest  przesyłana  w  postaci  sygnału
analogowego  lub  cyfrowego.  Sygnał  analogowy  charakteryzuje  moŜliwość  jednoznacznego
określenia  jego  wartości  w  dowolnej  chwili  czasu.  Zjawiska  fizyczne  takie  jak,  np.  zmiany
temperatury,  fali  akustycznej,  drgania  górotworu,  stęŜenie  gazów  w  atmosferze,  napięcie
elektryczne itp. mają charakter analogowy.

Rys. 5. Sygnał analogowy [5, s. 47]

Ograniczenie szybkości transmisji, podatność na zakłócenia oraz niemoŜliwość ich

obróbki  i wizualizacji  przy  pomocy  systemów  komputerowych  spowodowała,  Ŝe  sygnały
analogowe zaczęto przetwarzać na sygnały cyfrowe. Proces przetwarzania na postać cyfrową
odbywa  się  w  trzech  etapach:  próbkowanie,  dyskretyzacja  i  kodowanie.  Operację  taką
nazywamy  przetwarzaniem  analogowo  cyfrowym,  a  układy  ją  realizujące,  przetwornikami
analogowo–cyfrowymi.  Proces  odtworzenia  z  sygnału  cyfrowego  jego  pierwotnej  postaci
analogowej  nazywa  się  przetwarzaniem  cyfrowo–analogowym,  a  układy  go  realizujące
przetwornikami  cyfrowo–analogowymi.  KaŜdy  sygnał  charakteryzują  pewne  podstawowe
parametry:

−

sygnały analogowe – np. amplituda, pasmo częstotliwości, kąt fazowy, sposób modulacji,

−

sygnały cyfrowe – np. poziom sygnału, szybkość transmisji, sposób kodowania sygnału.
Ze względu na kompatybilność róŜnych systemów sygnały w telekomunikacji są

standaryzowane zarówno pod względem poziomu jak i sposobu transmisji (przesyłania).

W publicznych systemach telekomunikacyjnych standardy te określa organizacja CCITT

(Comite Consultatif International Telegraphiąue et Telefoni–que) z siedzibą w Genewie, jako
organ doradczy Międzynarodowej Unii Telekomunikacyjnej ITU. Zalecenia i standardy ze
względu na dynamiczny rozwój elektroniki i telekomunikacji są na bieŜąco modyfikowane
w celu zapewnienia jak najlepszych standardów eksploatacji i kompatybilności urządzeń.

Transmisja sygnałów analogowych.
Transmisja

sygnałów

analogowych

systemach

telekomunikacyjnych

wymaga

uwzględnienia następujących problemów:

−

zapewnienie odpowiedniego poziomu sygnału na końcu łącza dla wysterowania części
odbiorczej urządzenia końcowego,

−

tłumienia poszczególnych elementów łącza transmisyjnego,

−

przesłuchów na skutek asymetrii torów przewodowych symetrycznych,

Poziom
sygnału

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

moŜliwości wzbudzenia układów transmisyjnych,

−

zniekształcenia linowe,

−

zniekształcenia nieliniowe,

−

szumy – są sygnałami zakłócającymi sygnał uŜyteczny wewnątrz przenoszonego pasma.

Łączność systemu dyspozytorskiego. Dyspozytor ruchu zakładu górniczego powinien mieć
bezpośrednie połączenie telefoniczne z wybranymi stanowiskami pracy pod ziemią i na
powierzchni kopalni, takimi jak:

−

pompownie odwadniania głównego,

−

podszybia, nadszybia szybów głównych,

−

wentylatory główne,

−

dyspozytornia przewozu,

−

stacja ratownictwa górniczego,

−

punkt opatrunkowy,

−

punkty załadowcze.
Urządzenia łączności dyspozytorskiej pozwalają na powiązanie istniejących w kopalni

rodków łączności z dyspozytornią. Dyspozytor ma moŜliwość połączenia telefonicznego

z kaŜdym abonentem ogólnokopalnianej sieci telefonicznej. Obowiązujące przepisy wymagają
aby ogólnozakładowy system dyspozytorski zapewniał łączność dyspozytorską umoŜliwiającą
niezaleŜnie  od  systemu  łączności  ogólnozakładowej  połączenie  foniczne  dyspozytora  ze
stanowiskami  pracy  określonymi  przez  kierownika  ruchu  zakładu  górniczego.  Łączność  ta
realizowana jest jako łączność telefoniczna przy pomocy specjalnych urządzeń. Urządzenia te
pozwalają  na  tworzenie  odrębnego  systemu  łączności  telefonicznej  oraz  umoŜliwiają
włączenie  się  dyspozytora  do  wybranych  abonentów  systemu  łączności  ogólnokopalnianej.
Cyfrowe  centrale  telefoniczne  i  cyfrowe  aparaty  telefoniczne  ISDN  pozwalają  na  realizację
telefonicznej  łączności  dyspozytorskiej  z  bardzo  zaawansowanymi  funkcjami.  Kopalniana
sieć telekomunikacyjna wraz z aparatami telefonicznymi:

−

analogowymi powierzchniowymi,

−

analogowymi dołowymi (w tym iskrobezpiecznymi z przyciskiem bezpośredniego
wywołania dyspozytora),

−

cyfrowymi powierzchniowymi,

−

łączami międzycentralowymi do sieci telekomunikacyjnej publicznej oraz sieci
telekomunikacyjnej węglowej,

−

pulpitem dyspozytorskim,

−

oraz centralą telefoniczną stanowią elementy systemu łączności dyspozytorskiej.

Drugim wymogiem przepisów dotyczących ogólnozakładowego systemu dyspozytorskiego
jest punkt dotyczący dyspozytorskiego systemu alarmowego stanowiącego integralną część
systemu ogólnozakładowego. Dyspozytorski system alarmowy powinien umoŜliwiać:

−

dwustronną łączność głośnomówiącą,

−

wywołanie dyspozytora w trybie alarmowym i zwykłym z automatycznym trybem
rejestracji rozmowy,

−

kontrolę stanu łącza,

−

nadawanie przez dyspozytora komunikatów alarmowych,
W systemie alarmowym funkcję zarządzającą systemu spełnia centrala alarmowa.

Sygnalizatory alarmowe systemu poprzez linie dozorowane i bariery ochronne w centrali
alarmowej posiadają indywidualne zespoły liniowe, których zadaniem jest:

−

nadzór w stanie spoczynku stanu linii wraz z sygnalizatorem, a w razie jej uszkodzenia
generowanie sygnału informacyjnego,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

zapewnienie

ładowania

baterii

akumulatorów

stanowiących

ródło

zasilania

sygnalizatorów,

−

umoŜliwienie identyfikacji rodzaju wywołania dyspozytora – zwykłe lub alarmowe,

−

umoŜliwienie przełączenia linii dozorowej na pracujący w systemie simplex układ
rozmowny jednego z dwóch stanowisk dyspozytorskich.

Rys. 6. Schemat strukturalny dyspozytorskiego systemu alarmowego [5, s. 135]

Łączność podczas akcji ratownictwa górniczego.
KaŜdy podziemny zakład górniczy musi posiadać odpowiednio zorganizowaną i wyposaŜoną
słuŜbę  ratownictwa  górniczego.  Środki  łączności  stanowią  podstawowe  wyposaŜenie  słuŜb
ratowniczych.  Kierowanie  akcją  ratowniczą  odbywa  się  zgodnie  z  określonymi  procedurami
i przepisami.  W  czasie  akcji  ratowniczej  obowiązuje  następująca  organizacja  kierowania
akcją:

Na powierzchni

−

kierownik akcji – funkcję tę pełni zwykle kierownik ruchu zakładu górniczego (KRZG),
lub inna wyznaczona przez niego osoba o odpowiednich kwalifikacjach,

−

sztab akcji – stanowi go zespół ludzi z osób kierownictwa ruchu kopalni oraz ekspertów
z poza kopalni. W sztabie akcji mają prawo przebywać równieŜ jako obserwatorzy
przedstawiciele WUG, OUG i inni.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Na dole

−

kierownik bazy,

−

zastępy ratownicze pod kierownictwem zastępowego.
W rejonie prowadzenia akcji ratowniczej na dole zakłada się bazę (jedną lub kilka), skąd

do miejsca prowadzenia właściwej akcji ratowniczej kierowane są druŜyny (zastępy)
ratownicze. KaŜdy zastępowy (kierownik) zespołu ratowników musi być wyposaŜony
w iskrobezpieczny

aparat

telefoniczny

AR.

Aparaty

przewodem

długości

~ 1 m zakończonym  wtyczką  podłączone  są  torem  dwuprzewodowym  rozwijanym
z zasobnika bębnowego (z dwuŜyłowym przewodem o długości 250 m). Przewód ten z jednej
strony  zakończony  jest  gniazdem  wtykowym  zamontowanym  na  obudowie  zasobnika,
a z drugiej  wtyczką,  która  moŜe  być  włoŜona  do  gniazd  wejściowych  aparatu  bazowego
względnie  do  gniazda  kolejnego  zasobnika  jeśli  zasięg  działania  druŜyny  jest  większy  niŜ
250 m.

Rys. 7. Aparat ratowniczy PTR-3 a) bęben z 250 m kabla, b) aparat ratownika,

c) sposób rozwijania linii (1000 m) przez druŜynę ratowniczą [Ratownictwo Górnicze nr 4/2007]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Co to jest łącze telekomunikacyjne?

Co to jest tor telekomunikacyjny?

Co nazywamy obwodem iskrobezpiecznym?

Co uwaŜa się za łączność lokalną?

Co to jest sygnał analogowy?

Jakie są podstawowe parametry sygnału analogowego?

Jakie są podstawowe parametry sygnału cyfrowego?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Korzystając ze stanowiska dyspozytorskiego w ośrodku szkolenia lub pracowni szkolnej

przeprowadź symulowaną akcję ewakuacyjną załogi z zagroŜonego rejonu.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

na podstawie mapy wybranego rejonu kopalni i danych o zaistniałym zagroŜeniu
określonych przez prowadzącego zajęcia, określić:

−

miejsca zagroŜone w których pracują ludzie,

−

określić drogi ewakuacji załogi z danego rejonu,

−

sposób powiadomienia załogi w danym rejonie.

zapoznać się z sygnałami alarmowymi i procedurami obowiązującymi w zaistniałej
sytuacji,

opracować plan ewakuacji i przedstawić prowadzącemu zajęcia,

na polecenie prowadzącego zajęcia,przeprowadź akcję ewakuacyjną korzystając
z dostępnych środków łączności (rzeczywistych i symulowanych),

na kaŜdym etapie realizacji ćwiczenia przestrzegać przepisów BHP,

opracować wnioski z realizacji ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

materiały do pisania,

−

mapy,

−

rodki łączności,

−

stanowisko dyspozytorskie,

−

plansze z sygnałami alarmowymi i strukturą powiadamiania,

−

instrukcja ćwiczenia.

Ćwiczenie 2

Korzystając ze stanowiska kierowania akcją ratowniczą w ośrodku szkolenia lub

pracowni szkolnej i sztolni przeprowadź symulowaną akcję przeciwpoŜarową.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

na podstawie mapy wybranego rejonu kopalni, map wentylacyjnych i danych
o zaistniałym zagroŜeniu określonych przez prowadzącego zajęcia, określić:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

miejsca zagroŜone w których pracują ludzie,

−

określić drogi ewakuacji załogi z danego rejonu,

−

sposób powiadomienia załogi w danym rejonie.

zapoznać się z sygnałami alarmowymi i procedurami obowiązującymi w zaistniałej
sytuacji,

zorganizować bazę dla ratowników i kierownictwa akcji zgodnie z obowiązującymi
procedurami,

określić niezbędne środki i materiały potrzebne podczas akcji,

na polecenie prowadzącego zajęcia,przeprowadź akcję korzystając z dostępnych środków
łączności (rzeczywistych i symulowanych),

na kaŜdym etapie realizacji ćwiczenia przestrzegać przepisów BHP,

opracować wnioski z realizacji ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

materiały do pisania,

−

mapy,

−

rodki łączności,

−

stanowisko dyspozytorskie,

−

plansze z sygnałami alarmowymi i strukturą powiadamiania,

−

instrukcja ćwiczenia.

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

przedstawić strukturę zarządzania podczas akcji ratowniczej?

przedstawić zadania dyspozytorskiego systemu łączności?

strukturę systemu łączności ogólnokopalnianej ?

przedstawić zadania indywidualnych zespołów liniowych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2. Pomiary parametrów atmosfery kopalnianej i automatyzacja

odwadniania

4.2.1. Materiał nauczania

Wzrost głębokości zalegania eksploatowanych pokładów jak równieŜ stosowanie

nowoczesnych technologii wydobycia wymaga stosowania nowoczesnych rozwiązań pomiaru
zawartości metanu i innych gazów oraz odpowiednio szybkiej reakcji systemu na zagroŜenia.
Ciągły postęp w dziedzinie metrologii, rozwój czujników pomiarowych i systemów akwizycji
danych pozwala na realizację zintegrowanych układów dyspozytorskich. Podstawowymi
czynnikami które decydują o rozwoju systemów pomiaru gazów kopalnianych są:

−

rozwój technologii i metrologii,

−

przepisy Prawa geologicznego i górniczego,

−

wnioski komisji powypadkowych opracowane na podstawie analizy przyczyn wypadków
i katastrof.
Standardem

obecnie

obowiązującym

wszystkich

nowych

instalacjach

metanometrycznych  o  działaniu  ciągłym  jest  stosowanie  systemu  z  czasem  wyłączenia
krótszym  niŜ  15  sekund.  Wzrost  zagroŜeń  powoduje,  Ŝe  w  kopalniach  o  duŜym
prawdopodobieństwie  wystąpienia  zagroŜeń  wprowadza  się  systemy  zintegrowane  łączące
funkcje  metanometrii  automatycznej  i wczesnego  wykrywania  poŜarów  z  systemami
alarmowo  rozgłoszeniowymi.  Systemy  monitorowania  z  zaawansowanymi  funkcjami
wspomagania  dyspozytora  pozwalają  na  wykorzystanie  komputerowych  systemów  do
ciągłego  monitorowania  i  zwalczania  zagroŜeń.  Instalowanie  i  eksploatacja  urządzeń
elektrycznych  w  kopalniach  metanowych  związane  są  z automatycznym  systemem
metanometrycznym.  System  metanometryczny  stanowi  podstawę  elektryfikacji  pól  IV
kategorii  zagroŜenia  metanowego.  Metanomierze  i  ich  obwody  zewnętrzne  powinny  być
iskrobezpieczne  klasy  IIBI  lub  budowy  specjalnej  BS  dopuszczone  do  pracy  przy  dowolnej
koncentracji  metanu.  Klasę  iskrobezpieczności  IIBI  musi  mieć  równieŜ  system  wyłączania
spod  napięcia  sieci  i  urządzeń  elektrycznych.  Wymagana  jest  równieŜ  zdalna  sygnalizacja
uszkodzenia  linii  łączącej  metanomierz  z  urządzeniem  wyłączającym  oraz  sygnalizacja
wadliwego  działania  metanomierza.  W  wyrobiskach  z prądami  powietrza  świeŜego,  gdzie
instalowane są urządzenia elektryczne budowy zwykłej, metanomierz poza ciągłym pomiarem
zawartości  metanu  w  powietrzu  powinien  wyłączyć  urządzenia  elektryczne  przy  stęŜeniu
metanu > 1%. W wyrobiskach z wentylacją lutniową muszą być zainstalowane metanomierze
automatyczne, które wyłączają wszystkie urządzenia i maszyny niespełniające wymagań klasy
IIBI  lub  BS  (dopuszczonych  do  pracy  przy  dowolnej  koncentracji  metanu),  gdy  zawartość
metanu  w  powietrzu  przekroczy  2%.  Umieszczenie  czujników  do  pobierania  powietrza
uzaleŜnione  jest  od  rodzaju  stosowanej  wentylacji  (ssąca,  tłocząca,  kombinowana).
W  wyrobiskach  niezabezpieczonych  metanomierzami  automatycznymi  instaluje  się
metanomierze  rejestrujące  stęŜenie  metanu  w  powietrzu,  przekazujące  wyniki  zdalnie  do
dyspozytora  pod  ziemią  lub  na  powierzchni.  Przy  stęŜeniu  metanu  >  1%  alarmowana  jest
słuŜba wentylacyjna i metanometryczna kopalni. Przy stęŜeniu >2% – wyłączane są wszystkie
urządzenia  elektryczne  pracujące  w  zagroŜonej  strefie.  Dla  wyrobisk  z  urządzeniami
elektrycznymi  przewietrzanych  przypływowym  prądem  powietrza  system  metanometrii
zachowuje  się  zaleŜnie  od  tego,  czy  urządzenia  znajdują  się  w  wyrobisku  doprowadzającym
powietrze  do  ściany  czy  teŜ  odprowadzającym.  W  pierwszym  przypadku  urządzenia
zainstalowanego  w  wyrobisku  doprowadzającym  powietrze  są  wyłączane  przy  zawartości
metanu  >1%,  a  w  wyrobisku  odprowadzającym  powietrze  są  wyłączane  przy  zawartości

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

metanu >2%. W prądzie wylotowym ze ściany zawartość metanu powinna być automatycznie
rejestrowana  u  dyspozytora  ruchu.  W  przypadku  instalowania  napędów  i urządzeń
elektrycznych  w  chodniku  nadścianowym  z  prądami  powietrza  zuŜytego,  czujnik
metanomierza  umieszczany  jest  na  tym  urządzeniu,  przy  którym  istnieje  największe
zagroŜenie  metanowe.  Automatyczne  wyłączenie  urządzeń  musi  nastąpić  przy  stęŜeniu
metanu  >2%.  Główny  wyłącznik  urządzeń  elektrycznych  zainstalowanych  w  wyrobisku
przyścianowym  z  prądem  powietrza  zuŜytego  powinien  znajdować  się  w  prądzie  powietrza
ś

wieŜego. Do podstawowych zaleceń dotyczących budowy metanometrii automatycznej

naleŜy przeprowadzanie odbioru technicznego przewodów, kabli i urządzeń elektrycznych
zgodnie z określonymi zasadami. W kopalniach stosujących metanometrię automatyczną musi
być zorganizowana słuŜba metanometryczna.

Rys. 8. Przykład instalacji metanomierza automatycznego (MW) [3, s. 877]

Przesyłanie i przetwarzanie informacji metanometrycznych. Integralną część układów
pomiarowych i zabezpieczeń metanometrycznych są urządzenia do przetwarzania oraz
przesyłania informacji. Spełniają one następujące funkcje:

−

wzmacniają sygnały,

−

przesyłają informacje,

−

automatycznie sygnalizują uszkodzenia systemu,

−

alarmują o zagroŜeniu metanowym,

−

wyłączają obwody zasilania elektrycznego w rejonach zagroŜonych,

−

rejestrują informacje.
Od układów tych wymaga się:

−

budowy, która pozwala na pracę przy dowolnej koncentracji metanu,

−

duŜej niezawodności i odporności na zakłócenia przemysłowe i naraŜenia środowiskowe,

−

niezaleŜności zasilania od dołowej sieci elektroenergetycznej,

−

automatycznej sygnalizacji i lokalizacji uszkodzeń.
Realizacja wymienionych funkcji i wymagań zaleŜy głównie od typu układu (systemu)

telemetanometrycznego. WyróŜnia dwa rodzaje systemów telemetrycznych, stosowanych
w metanometrii:

−

z dowolnym dostępem do wielkości mierzonych (czujniki pracują ciągle),

−

synchronicznym sterowaniu zasilaniem i pomiarem (czujniki pracują periodycznie).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Istotnym elementem systemu metanometrycznego są urządzenia wyłączające dopływ

energii  elektrycznej  do  rejonów  zagroŜonych.  Niezawodność  całego  systemu  zabezpieczenia
przed  wybuchem  metanu  zaleŜy  od  niezawodności  działania  urządzeń  wyłączających.
Urządzenia  wyłączające  mogą  pracować  w  logice  dodatniej  lub  w  logice  ujemnej.  Pojęcie
pracy  w  logice  dodatniej  lub  ujemnej  określa  sposób  wzbudzenia  zasadniczego  elementu
wykonawczego  urządzenia  wyłączającego,  jakim  jest  przekaźnik  (lub  wyzwalacz),  którego
zestyki sterują wyłączaniem energii elektrycznej.
W  przypadku  logiki  dodatniej  cewka  przekaźnika  wykonawczego  jest  wzbudzana przez cały
czas  pomiaru  –  przy  braku  przekroczenia  przez  kontrolowany  parametr  wartości
dopuszczalnej, jak równieŜ wtedy, gdy urządzenia systemu zabezpieczenia pracują poprawnie.
Przestawienie styków przekaźnika następuje:

−

przy przekroczeniu dopuszczalnej wartości koncentracji metanu,

−

w przypadku uszkodzenia czujnika metanu lub urządzenia przetwarzającego sygnał
z czujnika,

−

przy uszkodzeniu linii transmisyjnej łączącej zespół czujnik–przetwornik z dyspozytornią
w zdalnych systemach metanometrycznych,
Stosowanie logiki dodatniej powoduje wyłączanie sieci elektroenergetycznej takŜe

w przypadku  nie  przekroczenia  dopuszczalnej  koncentracji  metanu  –  gdy  jest  to
spowodowane uszkodzeniem systemu zabezpieczenia metanometrycznego.
Przy  stosowaniu  logiki  ujemnej  pewność  poprawnego  działania  systemu  zabezpieczenia
metanometrycznego  jest  mniejsza.  Jest  to  spowodowane  tym,  Ŝe  wzbudzenie  cewki
przekaźnika  wykonawczego  następuje  tylko  w  przypadku  przekroczenia  dopuszczalnego
stęŜenia  metanu.  Przy  stosowaniu  logiki  ujemnej  sprawdzenie  właściwej  pracy  systemu
wymaga  stosowania  dodatkowych  obwodów  kontrolnych.  W  nowoczesnych  systemach
zabezpieczeń metanometrycznych realizuje się wyłącznie logikę dodatnią.

Czujniki  metanu  –  zawartość  metanu  w  atmosferze  kopalnianej  moŜe  być  mierzona  jedną
z następujących metod:

−

termokatalityczną (spalanie katalityczne),

−

termokonduktometryczną (przewodnictwo cieplne),

−

interferencji światła,

−

półprzewodnikową, akustyczną itp.

Metoda  termokatalityczną  –  polega  na  pomiarze  ilości  ciepła  wydzielonego  podczas
spalania  metanu.  Elementem  grzejnym  dla  uzyskania  odpowiedniej  temperatury
i stanowiącym  jednocześnie  czujnik  pomiarowy  jest  spirala  wykonana  z  drutu  platynowego
o średnicy  kilkudziesięciu  mikronów.  Dla  zwiększenia  czułości  oraz  w  celu  kompensacji
wpływu  innych  niŜ  metan  gazów  stosuje  się  dwie  spirale  stanowiące  dwa  ramiona  mostka
Wheatstone'a,  z  których  jedna  stanowi  właściwy  przetwornik  pomiarowy,  a  druga  element
kompensacyjny. W górnictwie wykorzystywane są przetworniki termokatalityczne:

−

Wysokotemperaturowe  (około  1000°  C)  –  spalanie  odbywa  się  bezpośrednio  na
aktywowanej  spirali  grzejnej.  Spirala  kompensacyjna,  osiąga  niŜszą  temperaturę  dzięki
innemu  ukształtowaniu  mimo,  Ŝe  obie  spirale  umieszczone  są  we  wspólnej
ognioszczelnej  komorze  pomiarowej.  Rys9.  przedstawia  schemat  czujnika  metanu
typu CMI–677.

−

Niskotemperaturowe (około 650°C) czujniki pelistorowe wykonane jako spirale z drutu
platynowego w ceramicznej osłonie z tlenku glinu. Przetwornik pomiarowy jest
aktywowany torem lub palladem co zapewnia niskotemperaturowe spalanie metanu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Układ

pomiarowy

przedstawiony

rys.

10b

róŜni

się

czujnika

wysokotemperaturowego

koniecznością

stosowania

indywidualnego

rezystora

kompensacyjnego. Pelistory P

(pomiarowy) i P

(kompensacyjny) są parowane

(dobierane parami) drogą selekcji na etapie produkcji.

Rys. 9. Schemat blokowy metanomierza z czujnikiem CM 5 [5, s. 97]

Rys. 10. Pelistorowy przetwornik stęŜenia metanu a) budowa, metanu b) układ pomiarowy [5, s. 97]

Metoda termokonduktometryczna – wykorzystuje fakt Ŝe przewodność cieplna metanu jest
o  jedną  trzecią  większa  niŜ  powietrza.  Pomiar  oparty  jest  o  metodę  mostkową  z  mostkiem
Wheatstone'a,  dwa  ramiona  mostka  stanowią  komory  ze  spiralami  cienkiego  drutu  (PtRd)
podgrzewanymi  do  temperatury  około  210°C  z  autonomicznego  źródła  zasilającego  mostek.
Spirala  w  komorze  S  (pomiarowej)  jest  chłodzona  przepływem  powietrza  z  atmosfery,
natomiast  komora  S

(kompensacyjna) jest hermetyczna i wypełniona czystym powietrzem

(stanowi wzorzec). Jeśli w atmosferze kopalnianej wystąpi odpowiednie stęŜenie metanu to
spirala S będzie intensywniej chłodzona od spirali S

, a tym samym mniejsza będzie jej

rezystancja. RóŜnica rezystancji spiral w komorach powoduje naruszenie równowagi mostka
pomiarowego, a tym samym, w przekątnej mostka pojawi się napięcie nierównowagi U

proporcjonalne do procentowego stęŜenia CH

Pomiar stęŜenia metanu w kopalniach odbywa

się  metodami  termokatalitycznymi.  Inne  rozwiązania  czujników  oparte  o  elementy
półprzewodnikowe  lub  promieniowanie  podczerwone  (technologia  MEMS)  ze  względu  na
czułość  i  duŜe  stałe  czasowe  na  razie  nie  znalazły  zastosowania  w  górnictwie  podziemnym.
Jednak  prowadzone  są  badania  nad  tymi  czujnikami  i  ich  wdroŜeniem.  Do  pomiarów  przy
niskim stęŜeniu metanu stosuje się komory z elementem pelistorowym, a w zakresie wysokich
stęŜeń  komory  termokonduktometryczne.  Ze  względu  na  wadę  czujników  pelistorowych
polegającą  na  utracie  swoich  własności  metrologicznych  po  przekroczeniu  stęŜenia  5%  CH

w rozwiązaniach metanomierzy stosuje się pomiar w dwóch zakresach:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

0–5% CH

– pomiar z dokładnością ± 0,1 %CH

metodą katalitycznego spalania

w układzie mostka pelistorowego,

−

5–100% CH

– pomiar z dokładnością ±3% CH

w układzie mostka

konduktometrycznego
Rozwiązanie takie jest wykorzystywane w mikroprocesorowych metanomierzach

typu MM, które pozwalają na kontrolę stęŜenia metanu w wyrobiskach podziemnych kopalń
w zakresie 0–100% CH

, a ponadto umoŜliwiają bieŜącą analizę stęŜenia metanu w trybie

kontroli zaprogramowanych dwóch wartości progowych oraz sterowanie dwoma
dwustanowymi

układami

wyjściowymi.

Metanomierze

są

urządzeniami

iskrobezpiecznymi,  przystosowanymi  do  pracy  w  pomieszczeniach  „a”,  „b”  i  „c”
niebezpieczeństwa  wybuchu  metanu.  Metanomierz  MM–2P  moŜe  współpracować
z  centralami  telemetrycznymi  CMC–3MT,  CMC–3MS  transmituje  dane  pomiarowe  do
systemu SMP–NT, który zapewnia archiwizację i raportowanie wyników pomiarów.

Rys. 11. Metanomierz MM4 i iskrobezpieczny czyjnikKMz-4i [www.teberia.pl]

Przetworniki stęŜenia tlenu oraz tlenku i dwutlenku węgla. Zgodnie z przepisami stęŜenie
tlenu nie moŜe być mniejsze niŜ 19% (w atmosferze ziemskiej 21%). Mniejsza zawartość
tlenu w atmosferze kopalnianej jest wynikiem utleniania do postaci C0

(dwutlenku węgla)

oraz  wypierania  przez  inne  gazy  atmosfery  kopalnianej  (metan,  tlenek  węgla,  tlenek  azotu,
dwutlenek  siarki  lub  siarkowodór).  StęŜenie  tlenu  w  atmosferze  jest  wskaźnikiem
prawidłowego  działania  systemu  wentylacyjnego  kopalni.  W  górnictwie  wykonuje  się
pomiary stęŜenia tlenu, którego wartość stanowi istotny czynnik prognozowania i wykrywania
poŜarów.  W  górnictwie  wykorzystuje  się  elektrochemiczne  czujniki  stęŜenia  tlenu  (oraz
tlenku  węgla,  dwutlenku  węgla  i  innych)  Przetwornik  elektrochemiczny  stanowi  ogniwo
galwaniczne  wytwarzające  energię  elektryczną  w  wyniku  przemiany  chemicznej
analizowanego  gazu  doprowadzonego  do  elektrolitu  ogniwa.  Ładunki  elektryczne
gromadzone na elektrodach ogniwa w zaleŜności od rodzaju analizowanego gazu, elektrolitu
oraz  materiału  elektrod  powstają  w  wyniku  redukcji  katodowej  względnie  anodowego
utleniania.  NatęŜenie  prądu  płynącego  w  obwodzie  zewnętrznym  ogniwa  pomiarowego  jest
określone  przez  prędkość  transportu  cząstek  badanego  gazu  do  elektrody  pomiarowej.  Na
rys.  12.  a  i  b  przedstawiono  schemat  funkcjonalny  dwuelektrodowego  ogniwa  stosowanego
między  innymi  jako  przetwornik  stęŜenia  tlenu  oraz  jego  charakterystykę  I  =  f(U).
W konstrukcji czujników tlenku i dwutlenku węgla wykorzystuje się ogniwa trójelektrodowe,
dodatkowa  elektroda  stanowi  elektrodę  odniesienia  pozwalającą  na  realizację  układu
pomiarowego  ze  wzmacniaczem  operacyjnym,  z  pętla  ujemnego  sprzęŜenia  zwrotnego
Konstrukcja  elektrochemicznych  przetworników  wymaga  ich  okresowej  wymiany  (reakcje
chemiczne  zachodzące  w  elektrolicie  i  elektrodach  powoduje  ich  starzenie  oraz  zmianę
charakterystyki).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 12. Elektrochemiczny przetwornik stęŜenia tlenu

a) schemat funkcjonalny, b) charakterystyka I = f(u) [5, s. 99]

Przetworniki temperatury do pomiaru temperatury powietrza lub górotworu są istotnym
ź

ródłem informacji w systemach wczesnego wykrywania poŜarów. Przetwornik jest strukturą

półprzewodnikową  scaloną  z  układem  przetwarzania  i  standaryzacji  analogowego  sygnału
wyjściowego.  Poziomy  napięciowe  sygnału  wyjściowego  charakteryzują  wartości  z  zakresu
0,4 V do 2 V, akceptowane przez centrale CDD lub VAL.

Analogowy  czujnik  dymu  typu  ACD–1  jest  czujnikiem  izotopowym,  dwie  komory
jonizacyjna  i  wzorcowa,  stanowią  źródła  sygnału  róŜnicowego.  Zadymione  powietrze
przepływając  przez  szeregowo  połączone  komory  na  wskutek  róŜnej  absorpcji
promieniowania powoduje róŜnicę w rezystancji komór (róŜny stopień jonizacji gazu), co jest
przyczyną pojawienia się róŜnicowego sygnału wyjściowego w zakresie 0,4–2 V w zaleŜności
od stopnia zadymienia. Czujnik przystosowany jest do współpracy z cyfrową centralą dołową
typu  CCD

Czujnik ACD–1 rys. 13 słuŜy do pomiaru zawartości dymu w wyrobiskach

kopalnianych.

Cechy czujnika:

−

szybkie wykrywanie poŜarów w początkowej fazie rozwoju,

−

duŜa dokładność pomiaru,

−

wysoka niezawodność pracy,

−

współpraca z centralami typu CCD,

−

bezobsługowa praca,

−

moŜliwość sprawdzenia poprawności działania czujnika testerem TCD,

−

pomiar realizowany jest w czujniku zawierającym połączone szeregowo i pracujące
w układzie róŜnicowym dwie komory jonizujące,

−

sygnał wyjściowy odpowiada zmianom zawartości dymu w powietrzu.

Rys. 13. Analogowy czujnik dymu ACD-1 [www.emag.katowice.pl]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przetworniki  zjawisk  sejsmicznych  stosowane  w  górnictwie.  Geofony  są  przetwornikami
sygnałów sejsmoakustycznych i słuŜą do przetwarzania napręŜeń powstających w górotworze
na  sygnały  elektryczne  w  dolnym  zakresie  pasma  akustycznego.W  miejsce  wycofanych
z uŜycia  przetworników  elektrodynamicznych  obecnie  wykorzystywane  są  piezoceramiczne
przetworniki sejsmoakustyczne z geofonami typu GPZ–2. Czujnik wyposaŜony jest w płaską
spręŜynę z mechanizmem rozpierającym, co zapewnia dobre przyleganie czujnika do calizny.
Czujniki sejsmoakustyczne instaluje się w odległości 40–110 m przed frontem ścianowym (po
jednym  lub  dwa  od  strony  chodnika  pod  i  nadścianowego)  oraz  30  –100  m  za  frontem
wyrobiska chodnikowego.

Sejsmometr przenośny inŜynierski SPl–70 jest elektrodynamicznym przetwornikiem drgań
mechanicznych  stosowanym  w  górniczych  systemach  mikrosejsmologicznych.  W  celu
prawidłowego  przetwarzania  drgań  górotworu  sejsmometr  musi  być  umieszczony
w obudowie,  która  jest  posadowiona  na  stabilnym  betonowym  fundamencie  związanym  ze
spągiem wyrobiska. Obudowa sejsmometru zawiera stację transmisji sygnałów sejsmicznych.
Lokalizację  oraz  liczbę  zainstalowanych  sejsmometrów  w  wybranych  rejonach  ustala  słuŜba
d/s tąpań kopalń. Sejsmometr SPI–70, zawiera dwa podstawowe zespoły:

−

zespół wahacza,

−

obudowa.
Zespół wahacza stanowią dwa ramiona obciąŜone cięŜkim walcem, którego masa jest

kompensowana  spręŜyną  o  regulowanym  okresie  drgań  swobodnych.  Do  walca
przymocowane  jest  ramię,  na  którym  nawinięte  są  uzwojenie  pomiarowe  i  tłumiące.
W zaleŜności  od  układu  spręŜyn  oraz  usytuowania  obudowy  na  fundamencie  sejsmometr
słuŜy  do  przetwarzania  składowej  poziomej  lub  pionowej  drgań  podłoŜa.  Sygnał pomiarowy
jest  generowany  w  cewce  pomiarowej  w  wyniku  względnego  ruchu  obudowy,  do  której
przymocowany  jest  magnes  pierścieniowy,  w  którego  szczelinie  znajduje  się  cewka.  Siła
elektromotoryczna  indukowana  w  cewce  jest  proporcjonalna  do  prędkości  ruchu  magnesu.
W celu  zapobieŜenia  uszkodzeniom  z  powodu  duŜej  czułości  zespołu  wahacza,podczas
transportu, musi on być blokowany. Czułość sejsmometru wyraŜona w woltach przy prędkości
1 [m/s] ustalona jest indywidualnie dla kaŜdego sejsmometru w procesie wzorcowania.

Rys. 14. Sejsmometr typu SPI-70. [www.emag.katowice.pl]

Dyspozytorski system monitorowania zagroŜeń metanowo–poŜarowych SMP–NT stanowi
zespół, zasilanych z powierzchni, iskrobezpiecznych urządzeń kontrolno-pomiarowych

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

pracujących  w  przestrzeniach  zagroŜonych  wybuchem  metanu.  W  powierzchniowej  części,
system  telemetryczny  połączony  jest  z  komputerem  stacji  centralnej,  w  którym  informacje
z dołowych urządzeń kontrolno-pomiarowych są dostępne na stanowisku dyspozytora. System
umoŜliwia  prowadzenie  kompleksowej  kontroli  parametrów  środowiska  kopalnianego  na
podstawie pomiarów:

−

parametrów fizycznych i składu chemicznego powietrza, stanu i parametrów pracy
urządzeń wentylacyjnych,

−

stanu pracy wybranych maszyn i urządzeń technologicznych, istotnych z punktu widzenia
bezpieczeństwa.
Cechy systemu

−

wielowarstwowa struktura sprzętowo-programowa,

−

centralne zasilanie urządzeń kontrolno-pomiarowych,

−

moŜliwość dostosowania do kontrolowanego obiektu,

−

sterowanie pracą urządzeń z poziomu stanowiska nadzoru dyspozytorskiego,

−

realizacja programowej matrycy wyłączeń,

−

przyjazny interfejs uŜytkownika,

−

rozbudowane mechanizmy archiwizacyjne,

−

praca w wydzielonej sieci dyspozytorskiej,

−

moŜliwość integracji z innymi systemami nadzoru dyspozytorskiego
Struktura

−

poziom urządzeń pomiarowych i koncentratorów danych,

−

poziom stacyjny z centralami CMC–3MT,CMC–3MS,

−

poziom nadzoru dyspozytorskiego

Rys. 15. System Monitorowania Parametrów Środowiska – SMP-NT [www.emag.katowice.pl]

Poziom 1

W skład poziomu urządzeń pomiarowych i koncentratorów danych wchodzą m.in:

−

metanomierze mikroprocesorowe

−

centrale dołowe

−

czujniki analogowe o częstotliwościowym sygnale wyjściowym,

−

czujniki analogowe o sygnale wyjściowym 0,4–2 V.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Poziom 2
Poziom stacyjny składa się z central telemetrycznych CMC–3MT lub CMC–3MS.
stanowiących powierzchniowe urządzenia systemów telemetrycznych z centralnym zasilaniem
iskrobezpiecznych urządzeń kontrolno–pomiarowych pracujących w przestrzeniach
zagroŜonych wybuchem metanu.

Rys. 16. Centrala metanometryczna CMC-3M [www.emag.katowice.pl]

Centrala metanometryczna CMC–3M jest urządzeniem dyspozytorskim przeznaczonym

dla  kopalnianych  systemów  kontroli  parametrów  bezpieczeństwa.  UmoŜliwia  budowę
systemów  monitorowania  o  krótkim  czasie  reakcji,  szczególnie  przydatnych  dla  kopalń,
w  których  występują  wyrzuty  metanu.  Nowoczesna  konstrukcja  centrali,  oparta  na  technice
mikrokomputerowej,  zapewnia  wysoka  niezawodność  systemu  metanowo–poŜarowego
i wysoki  komfort  pracy  dyspozytora.  Centrala  umoŜliwia  prezentacje  danych  na  kolorowym
monitorze  graficznym  i  ciągłe  dokumentowanie  pracy  systemu  na  drukarce  graficznej.
Komputerowa  centrala  powierzchniowa  CMC–3M  moŜe  współpracować  z  urządzeniami
dołowymi  o  transmisji  cyfrowej  szeregowej  lub  transmisji  cyfrowej  kodowanej
częstotliwościowo,  przystosowanymi  do  zdalnego  zasilania  energią  z  powierzchni.  W  skład
centrali  powierzchniowej wchodzą następujące układy pośredniczące zapewniające separacje
galwaniczną  iskrobezpiecznej  części  dołowej,  słuŜące  do  obsługi  transmisji  i  zasilania
urządzeń dołowych, w tym:

−

układy

grupowe

typu

przeznaczone

podłączenia

metanomierzy

mikroprocesorowych MM–2,

−

układy liniowe typu PUL przeznaczone do podłączenia centralek dołowych typu CCD.
Sterownik przemysłowy z monitorem ciekłokrystalicznym i klawiatura do sterowania

panelami układów grupowych i układów liniowych oraz wstępnego przetwarzania danych.
Zestaw komputerowy IBM PC w wykonaniu przemysłowym pracujący jako stanowisko
dyspozytora bezpieczeństwa. Komputer połączony jest ze sterownikiem łączem
ś

wiatłowodowym poprzez interfejs RS 232. Kasety sterownika, układów grupowych

i układów liniowych montowane są w stojakach. Konfiguracja oraz ilość kaset w stojakach
zaleŜy od wielkości systemu i preferencji uŜytkownika.

Jeden stojak centrali ma pojemność 64 linii, co pozwala na przyłączenie 64 metanomierzy

MM–2 (osiem kaset typu UG) lub maksymalnie 512 czujników analogowych i 1024
dwustanowych poprzez centralki dołowe CCD (osiem kaset typu PUL).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Poziom 3

W skład poziomu nadzoru dyspozytorskiego wchodzi komputer z zainstalowanym

specjalizowanym oprogramowaniem umoŜliwiającym :

−

wizualizację online stanów z urządzeń kontrolno-pomiarowych,

−

sterowanie pracą urządzeń poprzez wydawanie poleceń zmiany stanów obwodów
wyjściowych zabudowanych w urządzeniach kontrolno-pomiarowych,

−

dostęp offline do danych zgromadzonych w bazach danych,

−

wykonywanie złoŜonych raportów i zestawień,

−

udostępnianie gromadzonych danych do innych systemów wyŜszego poziomu nadzoru
dyspozytorskiego.

Zakres zastosowań

−

kontrola zagroŜeń metanowych,

−

kontrola sieci odmetanowania,

−

kontrola zagroŜeń poŜarowych,

−

kompleksowe monitorowanie stanu wentylacji,

−

monitorowanie pracy wentylatorów głównych,

−

inne obiekty wymagające monitorowania
W systemie moŜe być stosowany szeroki asortyment czujników pomiarowych, dzięki

czemu  zakres  jego  zastosowań  obejmuje  praktycznie  całość  szeroko  rozumianej  kontroli
procesu  wentylacji  kopalnianej  i  związanych  z  tym  procesem  zagroŜeń.  NajwyŜszy  priorytet
mają  dwa  zadania,  określane  jako  doraźna  profilaktyka  metanowo–poŜarowa,  której  celem
jest:

−

pomiar stęŜenia metanu w wyrobiskach, wczesne wykrywanie i sygnalizacja
niebezpiecznych wzrostów stęŜenia metanu i realizacja szybkich automatycznych blokad
(wyłączeń energii elektrycznej) w rejonach zagroŜonych wybuchem metanu,

−

pomiar wybranych parametrów powietrza umoŜliwiających wczesne wykrywanie
i sygnalizację objawów wystąpienia poŜaru podziemnego.
W części podziemnej stosowane są nowoczesne urządzenia kontrolno-pomiarowe,

czujniki  parametrów  powietrza,  koncentratory  danych  oraz  układy  sygnalizacji  zagroŜeń
i  wyłączeń  energii  elektrycznej.  W  części  pomiarowej  systemu  wyodrębniona  jest  gałąź
metanometryczna  i  wentylacyjno–poŜarowa.  Ciągły  pomiar  stęŜenia  metanu  w  wyrobiskach
i  rurociągach  odmetanowania  realizują  mikroprocesorowe  metanomierze  serii  MM.
Najnowszą  konstrukcją  z  tej  grupy  urządzeń  jest  metanomierz  typu  MM–4,  pracujący
w  systemie  niezawodnej  transmisji  modemowej  (rys.  10.).  Czujniki  innych  parametrów
powietrza (np. CO, CO

, O

, dym, temperatura, wilgotność, prędkość przepływu powietrza) są

podłączane  do  systemu  za  pośrednictwem  koncentratorów  danych  noszących  nazwę  central
dołowych.  Do  jednej  centrali  dołowej  moŜna  podłączyć  osiem  czujników  analogowych
zasilanych  energią  dostarczaną  z powierzchni  linią  telemetryczną,  ponadto  centrale  dołowe
dają  moŜliwość  ciągłego  monitorowania  od  kilku  do  kilkudziesięciu  sygnałów  (czujników)
dwustanowych. Do systemu SMP–NT oprócz urządzeń o działaniu ciągłym, mogą być takŜe
stosowane praktycznie wszystkie typy eksploatowanych w kopalniach urządzeń analogowych
mierzących w sposób cykliczny. Poza pomiarami parametrów atmosfery urządzenia dołowe są
wykorzystywane  do  budowy  lokalnych  i  centralnych  systemów  wyłączających  za  pomocą
wbudowanych  układów  dwustanowych  wyjść  sterujących.  Styki  wyjściowe  tych  układów  są
rozwierane  po  osiągnięciu  zaprogramowanego  progu  alarmowego,  a  po  włączeniu  w  obwód
zasilania maszyn i urządzeń technologicznych stanowią element zapewniający, w warunkach
groŜących  wybuchem  lub  zapaleniem  metanu,  szybką  blokadę  ich  pracy.  Wykorzystując

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

moŜliwości systemu SMP–NT moŜna monitorować i zabezpieczać rejony o szczególnym
naraŜeniu. Zgodnie z przepisami stęŜenie poszczególnych gazów w atmosferze kopalnianej
nie moŜe przekraczać maksymalnych dopuszczalnych wartości podanych w tabeli 1.

Tabela 1. dopuszczalne stęŜenia gazów w atmosferze kopalnianej [uti, s. 214]

Rodzaj gazu

NDS [mg/m

]

(objętościowo i %)

NDSCh [mg/m

]

(objętościowo i %)

Dwutlenek węgla

(1,0)

Tlenek węgla

30 (0.0026)

180 (0,015)

Tlenek azotu

(0.00026)

(0.00052)

Dwutlenek siarki

2 (0,000075)

5 (0,00019)

Siarkowodór

(0,0007)

20 (0,0014)

Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Społecznej z dnia 29 listopada 2002 r.

w sprawie najwyŜszych dopuszczalnych stęŜeń i natęŜeń czynników szkodliwych dla zdrowia
w środowisku pracy. (Dz. U. Nr 217 poz. 1833) definiuje następująco te stęŜenia:

−

NDS  –  najwyŜsze  dopuszczalne  stęŜenie;  wartość  średnia  waŜona  stęŜenia,  którego
oddziaływanie  na  pracownika  w  ciągu  8-godzinnego  dobowego  i  przeciętnego
tygodniowego  wymiaru  czasu  pracy,  określonego  w  Kodeksie  pracy,  przez  okres  jego
aktywności zawodowej nie powinno spowodować ujemnych zmian w jego stanie zdrowia
oraz w sianie zdrowia jego przyszłych pokoleń;

−

NDSCh – najwyŜsze dopuszczalne stęŜenie chwilowe; wartość średnia stęŜenia, które nie
powinno  spowodować  ujemnych  zmian  w  stanie  zdrowia  pracownika,  jeŜeli  występuje
w  środowisku  pracy  nie  dłuŜej  niŜ  15  minut  i  nie  częściej  niŜ  2  razy  w  czasie  zmiany
roboczej, w odstępie czasu nie krótszym niŜ 1 godzina;
Przeliczanie  dopuszczalnych  stęŜeń  masowych  [mg/m

] na objętościowe [%] omówiono

w poradniku ucznia pt: „Rozpoznawanie zagroŜeń górniczych” – Z3.02 Przepisy określają
równieŜ  dopuszczalne  prędkości  powietrza  dla  poszczególnych  wyrobisk.  Do  wyrobisk  „nie
zuŜytego”  powietrza  zaliczane  są  wyrobiska  łączące  szyb  wdechowy  z  wlotem  do  wyrobisk
eksploatacyjnych  (ścian,  komór  i  chodników  ślepych).  Ciągi  dróg  wentylacyjnych  od  tych
wyrobisk  do  szybu  wydechowego  są  ciągami  „zuŜytego”  powietrza.  Wentylację  obiegową
wymusza  odpowiednia  wydajność  [m

/ min] oraz depresja [Pa] wentylatorów głównych.

Wyrobiska „ślepe” nie objęte wentylacją obiegową o długości od 2 do 10 m w zaleŜności od
kategorii zagroŜenia metanowego i nachylenia wyrobiska muszą posiadać wentylację odrębną.
Wentylację odrębną realizuje się poprzez system lutni prowadzonych od wyrobiska z prądem
ś

wieŜego powietrza do czoła wyrobiska ślepego wraz z wentylatorami lutniowymi. Regulację

rozdziału  świeŜego  powietrza  na  poszczególne  wyrobiska  wykonuje  się  poprzez  stosowanie
tam  wentylacyjnych.  Kontrolę  występujących  zagroŜeń  oraz  prawidłowości  wentylacji
zapewnia  się  poprzez  system  czujników  odpowiednio  rozmieszczonych  w  wyrobiskach.
Sposób  rozmieszczania  czujników  pomiarowych  oraz  nastawę  progów  alarmowych  ustala
słuŜba wentylacyjna kopalni.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 17. Schemat strukturalny systemu SMP z centralą CMC-M [5, s. 227]

Automatyzacja  odwadniania.  Ze  względu  na  bezpieczeństwo  i  organizację  pracy
odwadnianie  kopalni  naleŜy  do  najwaŜniejszych  zadań  ruchu  elektromaszynowego
i górniczego.  W  zaleŜności  od  lokalnych  warunków  hydrogeologicznych  dopływ  wody  do
poszczególnych kopalń wynosi od kilku do kilkudziesięciu m

/min i w niektórych kopalniach,

aby nie dopuścić do ich zalania, odpompowywanie wody musi trwać stale, nawet w przypadku
zatrzymania  robót.  Z  uwagi  na  duŜą  liczbę  punktów  odwadniania  automatyzacja  pompowni
pozwala na zmniejszenie liczby osób obsługi.

Automatyzacja pomp przodkowych
Do  odwadniania  przodków  eksploatacyjnych  stosuje  się  przenośne  pompy  pracujące
w pozycji  pionowej,  o  wydajności  do  0,5  m

/min przy wysokości tłoczenia sięgającej ponad

kilkanaście  metrów.  Przykładowy  schemat  automatyzacji  pompy  przedstawiony  został  na
rys.  18.  Układ  pozwala  na  pracę  pompy  w  trybie  sterowania  ręcznego  lub  automatycznego,
wybieranym  przełącznikiem  rodzaju  pracy.  Elektroda  sterująca,  pełniąca  funkcję  czujnika

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

poziomu, zawiera dwa metalowe pierścienie izolowane od metalowej osłony. Pierścienie
ustalające górny i dolny poziom wody połączone są między sobą rezystorem R

= 2 kΩ. JeŜeli

woda sięga dolnego poziomu, a pompa jest w trybie pracy automatycznej, to zamyka się
obwód zasilany napięciem 16 V przekaźnika pomocniczego P

. Ze względu na duŜą

rezystancję rezystor R

prąd w obwodzie jest zbyt mały, aby wysterować przekaźnik.

Rys. 18. Schemat poglądowy układu sterowania pompą EW-50 [1, s.325]

M – silnik pompy, p – pompa, E – elektroda, R

– rezystor, Ł

– łącznik programujący,

– przekaźnik termiczny, St – stycznik, C

— cewka stycznika, Z – przewód uziemiający,

– listwa zaciskowa, P

– przekaźnik prądu stałego, P

– przekaźnik sterowniczy, Tr

– transformator,

l-6 – zaciski elektryczne, R – rezystor ograniczający, Pr – prostownik, B – bezpiecznik

Po osiągnięciu przez lustro wody górnego poziomu, rezystor R

zostaje zbocznikowany

(równoległe połączenie- sumaryczna rezystancja takiego połączenia jest mniejsza) rezystancją
przejścia przez wodę i powoduje wzrost prądu w obwodzie, a tym samym działanie przekaźnika
pomocniczego P

. Przekaźnik pomocniczy P

swoim stykiem zamyka obwód zasilania

przekaźnika sterowniczego P

napięciem 24 V, a ten z kolei zamyka obwód cewki C

stycznika St. Stycznik włącza napięcie trójfazowe 3X l27 V na silnik pompy. Pompa, pracując
obniŜa poziom wody i górna elektroda zostaje odsłonięta. Prąd w obwodzie przekaźnika
pomocniczego P

maleje, ale jest on jednak wystarczający do jego podtrzymywania. Pompa

działa dopóty, dopóki poziom wody nie obniŜy się poniŜej dolnego styku elektrody, co
powoduje przerwanie obwodu przekaźnika pomocniczego P

. Przy ponownym podniesieniu się

poziomu  wody  powtórzy  się  cykl  pracy.  Ze  względu  na  zasadę  działania  czujnika  poziomu
(elektrody  sterującej)  sterowanie  pracą  pompy  jest  moŜliwe  pod  warunkiem  dobrej
przewodności wody, a wody kopalniane spełniają ten warunek. W nowych układach sterowania
pomp  wykorzystuje  się  nowoczesne  sterowniki  mikroprocesorowe,  a  czujniki  poziomu  są
czujnikami pojemnościowymi lub działającym w oparciu o pomiar ciśnienia hydrostatycznego.
Przykładem  takiego  rozwiązania  jest  system  automatyzacji  pomp  głównego  odwadniania
z wykorzystaniem sterowników programowalnych (rys. 19 [www.micon.pl]). System słuŜy do
automatyzacji  pompowni  głównego  odwadniania  w  kopalniach  oraz  monitorowania  pracy
pomp.  UmoŜliwia  równieŜ  transmisję  danych  do  dyspozytorni  powierzchniowej  oraz
optymalizację  zuŜycia  energii  elektrycznej  w  procesie  odwadniania.  KaŜda  pompa
wyposaŜona jest w szafę sterowniczą złoŜoną z dwóch skrzynek:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

sterowniczej zawierającej sterownik, zasilacz, układ kontroli izolacji i przekaźniki
pośredniczące,

−

zasilającej zawierającej wyłącznik, transformator, ochronniki przepięciowe i bezpieczniki.

Na  drzwiach  skrzynki  sterowniczej  umieszczone  są  przełączniki  i  przyciski  sterownicze,
elementy  sygnalizacyjne  oraz  panel  operatorski  sterownika  z  wyświetlaczem  LCD.  Do
sterowania  zasuw  pomp  olejowych  i  wodnych  stosowane  są  oddzielne  szafy  sterownicze,
wyposaŜone w styczniki oraz zabezpieczenia układów napędowych.

Układ sterowania pomp kontroluje następujące parametry:

−

ciśnienie wody na ssaniu i tłoczeniu,

−

ciśnienie oleju w układzie smarowniczym,

−

ciśnienie wody chłodzącej,

−

temperaturę łoŜysk silnika,

−

poziom wody w rząpiu,

−

prąd pobierany przez silnik
System sterowania umoŜliwia automatyczny rozruch i wyłączanie zespołów pompowych

pełną  kontrolę  parametrów  pracy  pomp,  diagnostykę  i  monitorowanie  stanu  zespołów
pompowych,  transmisję  danych  do  dyspozytorni.  Załączanie  i  wyłączanie  pompy  odbywa  się
ręcznie  przyciskami  umieszczonymi  na  szafce  sterowniczej.  Układ  jest  równieŜ  przygotowany
do  sterowania  zdalnego  przez  dyspozytora.  Pompa  zostaje  uruchomiona  jeśli  sterownik  na
podstawie  przeprowadzonych  testów  stwierdzi,  Ŝe  wszystkie  parametry  decydujące
o bezpiecznej pracy zespołu mają prawidłowe wartości. Po uzyskaniu odpowiedniego ciśnienia
na  tłoczeniu  sterownik  otwiera  zasuwę  i  kontroluje  pracę  zespołu  pompowego.  W  przypadku,
gdy  ustawione  parametry  pracy  zespołu  pompowego  zostaną  przekroczone  sterownik  wyłącza
zasilanie silnika pompy w trybie awaryjnym i uruchamia sygnalizację optyczną i akustyczną. Na
panelu  operatorskim  zostaje  wyświetlony  komunikat  o  przyczynie  awarii.  Wszystkie  elementy
składowe posiadają dopuszczenie do pracy pod ziemią. Zastosowanie sterownika PLC pozwala
na elastyczną konfigurację systemu i przystosowanie go do lokalnych warunków pracy systemu.

Rys. 19. System automatyzacji pomp głównego odwadniania z wykorzystaniem sterowników programowalnych

Szafa

sterownicza

Czujniki
poziomu

Sterownik S7-200

Dyspozytor kopalni

Zespół
pompowy

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Jakie są funkcje urządzeń do przetwarzania i przesyłania informacji w systemach
metanometrycznych?

Jak działa przekaźnik wykonawczy urządzenia wyłączającego, pracujący w logice
dodatniej?

Jak działa czujnik metanometryczny wysokotemperaturowy?

Do czego wykorzystywane są geofony?

Jak zdefiniowany jest NDS?

W jakim zakresie napięć mieści się wartość analogowego sygnału wyjściowego systemu
metanometrycznego?

Do czego słuŜy sejsmometr?

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Na podstawie mapy oraz przepisów i zaleceń zaproponuj rozmieszczenie czujników

gazonometrii automatycznej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

na podstawie mapy oraz obowiązujących przepisów prowadzenia ruchu zakładów
górniczych określić miejsca w których trzeba zainstalować czujniki,

sprawdzić prawidłowość wyboru oraz określić popełnione błędy,

na kaŜdym etapie realizacji ćwiczenia przestrzegać przepisów BHP,

opracować wnioski z realizacji ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

materiały do pisania,

−

instrukcja ćwiczenia,

−

mapy rejonów kopalni.

Ćwiczenie 2

Wykonaj pomiary zawartości określonych przez prowadzącego zajęcia gazów z uŜyciem

rodków będących w dyspozycji pracowni.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapoznać się z budową i własnościami przyrządów do pomiaru parametrów powietrza
kopalnianego

wykonać pomiar zlecony przez prowadzącego zajęcia stosując się ściśle do otrzymanej
procedury pomiaru,

wykonać kilkakrotnie pomiar,

określić niepewność pomiaru,

na kaŜdym etapie realizacji ćwiczenia przestrzegać przepisów BHP,

opracować wnioski z realizacji ćwiczenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

materiały do pisania,

−

czujniki i przyrządy pomiarowe,

−

procedury pomiarowe,

−

instrukcja ćwiczenia.

Ćwiczenie 3

Wykorzystując oprogramowanie firmowe producenta zaprogramuj i przeprowadź

symulację, a następnie uruchom na sterowniku PLC program obsługi dwustanowego czujnika
poziomu.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapoznać się z budową i własnościami dwustanowych przyrządów do pomiaru poziomu
cieczy,

na podstawie otrzymanego od prowadzącego zajęcia algorytmu sterowania, w programie
symulacyjnym przenieś algorytm do pamięci komputera i skompilować program,

wykonać symulację działania programu sterującego,

zapoznać się z procedurą ręcznego programowania sterownika,

zgodnie z zaleceniem prowadzącego zajęcia zaprogramować sterownik PLC ręcznie lub
korzystając z interfejsu komputera,

uruchomić program sterowania i sprawdzić działanie sterownika,

opracować wnioski z realizacji ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

materiały do pisania,

−

czujniki i sterownik PLC (LOGO, EASY, S700, ITP.),

−

algorytm programu sterującego,

−

instrukcja programowania sterownika.

4.2.4. Sprawdzian postępów.

Czy potrafisz:

Tak

Nie

omówić budowę czujnika pelistorowego?

określić zasady rozmieszczania czujników metanometrii automatycznej?

określić strukturę systemu metanometrycznego?

rozróŜnić elementy sejsmometru?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3. Napędy elektryczne

4.3.1. Materiał nauczania

Procesy technologiczne moŜna podzielić na:

−

procesy zmechanizowane, w których napęd odbywa się za pomocą urządzeń
przetwarzających róŜne postacie energii,najczęściej elektryczną, na energię mechaniczną,

−

procesy  zautomatyzowane,  w  których  procesy  zmechanizowane  są  inicjowane
i realizowane  pod  kontrolą  urządzeń  pracujących  automatycznie;  zadania  człowieka
ograniczają  się  w  tym  przypadku  do  obserwacji  pracy  i  konserwacji  urządzeń
automatycznych.
W  napędach  urządzeń  zadaniem  podstawowym  jest  sterowanie  prędkości  obrotowej

silników napędowych w taki sposób, aby wartość prędkości była zgodna z potrzebami procesu
technologicznego.  Sterowanie  dzieli  się  na  sterowanie  w  układzie  otwartym  (bez  pętli
sprzęŜenia  zwrotnego),  nazywane  sterowaniem  i  sterowanie  w  układzie  zamkniętym(z  pętlą
sprzęŜenia  zwrotnego),  nazywane  regulacją.  Sterowanie  w  układzie  otwartym  polega  na
zmianie  określonego  parametru  urządzenia  w  sposób  niezaleŜny  od  tego  parametru.
Sterowanie w układzie zamkniętym (regulacja) róŜni się od sterowania w układzie otwartym
tym,  Ŝe  człowiek(sterowanie  ręczne)  lub  regulator  otrzymują  dodatkowo  poprzez  sprzęŜenie
zwrotne  informacje  o  stanie  wielkości  wyjściowej.  Informacja  ta  słuŜy  do  korygowania
wartości  wielkości  wejściowej

W napędach elektrycznych sygnałami sterowniczymi są

sygnały elektryczne, przy czym mogą to być sygnały ciągłe lub sygnały dyskretne. Regulatory
składają się z następujących bloków (elementów):

−

zadajnika,

−

elementu porównującego,

−

wzmacniaczy,

−

elementu pomiarowego,

natomiast element wykonawczy oraz element regulowany tworzą obiekt regulacji.

Rys. 20. Sterowanie w układzie zamkniętym 1 – człon zadający, 2 – człon porównujący,

3 – wzmacniacz, 4 – człon wykonawczy, 5 – obiekt regulacji, 6 – człon pomiarowy,

x – wielkość regulowana (np. prędkość silnika

)

Układ sterowania zamkniętego jest pokazany na rys. 20. Obwód pomocniczy zawiera

oprócz  zadajnika  1  oraz  wzmacniacza  sygnału  3  jeszcze  element  porównujący  2,  tzw. węzeł
sumacyjny.  Cechą  charakterystyczną  sterowania  w  układzie  zamkniętym  (regulacji)  jest
oddziaływanie  wielkości  regulowanej  (np.  prędkości  silnika)  na  sygnał  zadający.
Oddziaływanie  to  jest  realizowane  za  pośrednictwem  pętli  sprzęŜenia  zwrotnego  głównego.

SprzęŜenie zwrotne

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SprzęŜenie zwrotne działa w ten sposób, Ŝe element pomiarowy 6 (prądnica

tachometryczna)  mierzy  wielkość  regulowaną  (prędkość  obrotową  silnika)  i  wynik  pomiaru
w  postaci  sygnału  (napięcie  o  wartości  proporcjonalnej  do  prędkości)  doprowadza  przez
obwód sprzęŜenia zwrotnego do węzła sumacyjnego 2. Jeśli prędkość jest większa od zadanej,
to sygnał zadający zostaje zmniejszony i prędkość maleje, jeśli natomiast prędkość okaŜe się
mniejsza  od  zadanej,  to  sygnał  zostaje  powiększony,  wskutek  czego  prędkość  wzrasta.
SprzęŜenie  zwrotne  powoduje  więc  zrównanie  prędkości  rzeczywistej  silnika  z  prędkością
zadaną  za  pomocą  zadajnika.  Jeśli  w  czasie  pracy  silnika  wystąpi  jakieś  zaburzenie,  które
spowoduje zmniejszenie się prędkości silnika, to układ samoczynnie powiększy prędkość do
wartości  zadanej.

Zadajnik słuŜy do nastawienia wartości zadanej (wartości którą chcemy

uzyskać)  sygnału  sterującego.  Nastawienie  moŜe  odbywać  się  ręcznie  lub  automatycznie.
Element pomiarowy składa się z czujnika wielkości mierzonej oraz przetwornika zmierzonej
wielkości  fizycznej  na  wielkość  elektryczną.  Elementem  pomiarowym  jest  np.  prądnica
tachometryczna,  która  mierzy  prędkość  obrotową  (wielkość  fizyczną)  i  przetwarza  ją  na
napięcie  (wielkość  elektryczną).  W  razie  potrzeby  zmierzona  wartość  jest  wzmacniana  za
pomocą  wzmacniacza.  W  elemencie  porównującym  następuje  porównanie  wartości
(rzeczywistej  pobranej  z  wyjścia  np.  prędkości)  z  wartością  zadaną  przez  zadajnik.  Element
wykonawczy  steruje  przepływem  energii  do  elementu  regulowanego  i  sposób  bezpośredni
wpływa  na  wielkość  regulowaną.  W napędach,  zaleŜnie  od  układu  napędowego,  elementami
wykonawczymi  są  prądnice  prądu  stałego,  przekształtniki  energoelektroniczne,  nastawniki
bezstykowe.  Elementem  regulowanym  jest  silnik  napędowy,  a  wielkością  regulowaną
prędkość  silnika.  Przy  sterowaniu  ręcznym  stycznikowym,  zadajnikami  są  najczęściej
przyciski  sterownicze,  a  przy  sterowaniu  za  pomocą  łączników  bezstykowych  wykorzystuje
się  sterowniki  o  analogowym  sygnale  wyjściowym,  np.  potencjometry.  Przy  sterowaniu
automatycznym  zadajnikami  są  przekaźniki  czasowe,  przekaźniki  programowe,  sterowniki,
potencjometry.  Jako  elementy  wykonawcze  są  stosowane  elementy  o  działaniu  nieciągłym
(dyskretnym), np. styczniki, sprzęgła, elektrozawory, łączniki tyrystorowe itd., jak i elementy
o działaniu ciągłym, np. sterowane oporniki lub transformatory regulacyjne, tranzystory mocy,
wzmacniacze,  prądnice  prądu  stałego,  przekształtniki.  W  układach  regulacji  moŜemy
wyróŜnić dwa rodzaje regulacji:

−

regulację statyczną, przy której wielkość regulowana zostaje sprowadzona do nowej
wartości, zbliŜonej do zadanej, jednak róŜniącej się od niej o pewną wartość (uchyb),

−

regulacja astatyczna, przy której wielkość regulowana zostaje sprowadzona dokładnie do
wartości zadanej.
Podstawowe typy regulatorów stosowanych w układach regulacji to:

−

regulator P (proporcjonalny), w którym sygnał sterujący jest proporcjonalny do wielkości
uchybu. Regulator proporcjonalny daje regulację statyczną,

−

regulator I (całkujący), podaje sygnał sterujący do elementu wykonawczego do czasu
zlikwidowania odchylenia. Regulator I działa stosunkowo wolno, lecz sprowadza
wielkość regulowaną dokładnie do wartości początkowej, regulacja jest astatyczna,

−

regulator PI, jest to regulator proporcjonalno–całkujący, który ma zalety obu typów
regulatorów P i I,

−

regulator PD, jest to regulator proporcjonalno–róŜniczkujący reagujący na prędkość
powstawania odchylenia,

−

regulatory PID, łączące w sobie cechy regulatorów P, I, D.

Sterowanie w układzie otwartym. Sterowanie silników klatkowych

Silniki klatkowe moŜna sterować poprzez ich zasilanie bezpośrednio z sieci, albo za

pośrednictwem przełącznika gwiazda–trójkąt. Włączanie bezpośrednie moŜna stosować bez

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

ograniczania  mocy  silnika  jedynie  przy  zasilaniu  z  sieci  wysokiego  napięcia.  W  układzie
przedstawionym  na  rys.  21a  moŜna  zastosować  łącznik  typu  walcowego  lub  krzywkowego.
Przed  łącznikiem  są  włączone  bezpieczniki  stanowiące  zabezpieczenie  zwarciowe.
Charakterystykę  mechaniczną  przedstawia  rys.  21b.  Silnik  rozwija  moment  początkowy
o pełnej  wartości  i  dlatego  układ  moŜe  być  stosowany,  gdy  rozruch  silnika  następuje  przy
pełnym obciąŜeniu.

Rys. 21. Sterowanie silnika klatkowego łącznikiem poprzez bezpośrednie włączenie do sieci: ,

a) schemat; b) charakterystyka mechaniczna

1 – moment silnika, 2 – moment statyczny (największy dopuszczalny) [4, s. 183]

Jeśli wymagana jest zmiana kierunku wirowania (układ nawrotny), to zamiast łącznika

stosuje  się  przełącznik  kierunku  obrotów,  zbudowany  z  elementów  łączników  walcowych  lub
krzywkowych. W przypadku gdy silnik jest oddalony od miejsca sterowania lub wymagane jest
sterowanie  z  kilku miejsc to do realizacji układu sterowania wykorzystuje się styczniki. Układ
sterowania stycznikowego z dwóch miejsc oddalonych od silnika przedstawia rys. 22. Przyciski
załączające  GZ  są  połączone  równolegle,  a  przyciski  wyłączające  GW  szeregowo.  Jako
zabezpieczenie  zwarciowe  słuŜą  bezpieczniki.  Sterowanie  wg  tego  schematu  moŜe  być
stosowane  w  sieci  400/230  V,  przy  napięciu  500  V  obwody  sterowania  muszą  być  zasilane
napięciem  230  lub  127  V  z  odrębnego  źródła.  Sterowanie  ma  następujący  przebieg:  w  chwili
naciśnięcia  jednego  z  przycisków  załączających  GZ  w  uzwojeniu  elektromagnesu  stycznika
zaczyna płynąć prąd, jarzmo elektromagnesu zostaje przyciągnięte i stycznik zamyka się. Zestyk
pomocniczy  stycznika  zamyka  się  bocznikując  przyciski  załączające  tworząc  w  ten  sposób
obwód podtrzymujący. W tej chwili przycisk GZ moŜe być zwolniony, obwód elektromagnesu
bowiem zamyka się przez obwód podtrzymujący oraz przez zestyki przycisków wyłączających
GW,  połączone  szeregowo.  W  celu  wyłączenia  stycznika  i  zatrzymania  w  ten  sposób  silnika,
przyciska się jeden z przycisków wyłączających GW. Obwód elektromagnesu stycznika zostaje
przerwany i stycznik otwiera się.

Rys. 22. Sterowanie silnika klatkowego stycznikiem [4, s. 184]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W przypadku silników pracujących w napędach bez stałego nadzoru i konieczności

zabezpieczenia silnika przed skutkami przeciąŜenia (np. zanik napięcia jednej fazy) stosuje się
sterowanie  z  wykorzystaniem  wyłączników.  Stosowane  są  zarówno  wyłączniki  z  zamkiem,
jak  i  wyłączniki  stycznikowe.  W  przypadku  wyłącznika  stycznikowego,  zabezpieczenie
zwarciowe  stanowią  bezpieczniki,  które  wyłączają  prądy  zwarciowe,  takie  rozwiązanie  jest
konieczne poniewaŜ styczniki mają małą zwarciową zdolność łączeniową. W napędach, które
nie  powinny  uruchamiać  się  samoczynnie  po  przywróceniu  zasilania,  stosuje  się  wyłączniki
z zamkiem  wyposaŜone  w  wyzwalacze  zanikowe,  ich  zadaniem  jest  wyłączenie  wyłącznika,
w  przypadku  zaniku  napięcia.  Wyłączniki  stycznikowe  wyłączają  się  przy  zaniku  napięcia
i z tego  powodu  nie  wymagają  odrębnych  wyzwalaczy.  Na  rysunku  23a  jest  pokazany  układ
sterowania  za  pomocą  wyłącznika  stycznikowego.  Stycznik  jest  wyposaŜony  w  przekaźniki
termobimetalowe  PT  zabezpieczające  silnik  przed  przeciąŜeniem.  Na  rys.  23b  jest
przedstawiony wyłącznik z zamkiem który jest wyposaŜony w wyzwalacze elektromagnesowe
PI  tworzące  zabezpieczenia  zwarciowe,  w  przekaźniki  termobimetalowe  tworzące
zabezpieczenie  od  przeciąŜeń  oraz  w  wyzwalacz  podnapięciowy.  Napęd  wyłącznika  jest
ręczny;  zarówno  załączanie,  jak  i  wyłączanie  wyłącznika  wykonuje  się  za  pomocą  dźwigni
napędu.

Rys. 23. Sterowanie silnika klatkowego

a) wyłącznikiem stycznikowym b) wyłącznikiem z zamkiem [4, s. 184]

W przypadku konieczności zasilania silnika klatkowego z sieci niskiego napięcia przez

bezpośrednie  włączenie,  występuje ograniczenie dopuszczalnej mocy silnika który moŜe być
zasilany  z  tej  sieci  (np.  dla  sieci  230  V  moc  silnika  <  4  kW).  Chcąc  wykorzystać  silnik
o większej  mocy  konieczne  jest  zastosowanie  rozrusznika  w  postaci  przełącznika  gwiazda–
trójkąt. W połoŜeniu gwiazda przełącznika moment na wale silnika jest trzykrotnie mniejszy
niŜ  w  połoŜeniu  trójkąt  i  dlatego  rozruch  silnika  jest  moŜliwy  tylko  przy  małym  obciąŜeniu
lub  bez  obciąŜenia.  W  przypadku,  gdy  rozruch  musi  odbywać  się  pod  obciąŜeniem,  a  moc
silnika przekracza dopuszczalną wartość, to naleŜy w miejsce silnika klatkowego zastosować
silnik  pierścieniowy.

Przykładowy schemat sterowania stycznikowym przełącznikiem

gwiazda–trójkąt  przedstawia  rys.  24.  Przełącznik  zawiera  trzy  styczniki  i  jest  sterowany  za
pomocą  przycisków.  Stycznik  oznaczony  SSi  łączy  uzwojenie  stojana  z  siecią,  stycznik  SG
w łączy  uzwojenia  w  gwiazdę,  a  stycznik  STr  w  trójkąt.  Przełączenie  z  gwiazdy  w  trójkąt
odbywa  się  samoczynnie  i  jest  inicjowane  przekaźnikiem  czasowym  PC.  Rozruch  silnika

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

przeprowadza  się  w  następujący  sposób.  Po  naciśnięciu  przycisku  załączającego  GZ  tworzy
się  obwód:  T  –  GW  –  GZ  –  PCI  –  STr2  –  SGw  –  PT  – N. Stycznik SGw zamyka się, gdyŜ
obwód  jego  elektromagnesu  został  zamknięty.  Stycznik  SGw  zestykiem  zwiernym  SGwl
zamyka obwód dla stycznika sieciowego SSi, który zamyka się i swoim zestykiem zwiernym
SSil  tworzy  dla  siebie  obwód  podtrzymujący.  Jednocześnie  stycznik  SGw  zestykiem
rozwiernym  SGw2  przerywa  obwód  stycznika  STY.  Silnik  rusza  z  uzwojeniem  połączonym
w gwiazdę.  W  chwili  zamknięcia  się  stycznika  SGw  zostaje  wzbudzony  przekaźnik
czasowy PC, który zaczyna odmierzać czas trwania włączania stycznika SGw. Po określonym
czasie  przekaźnik  PC  otwiera  zestyk  PCI  przerywając  w  ten  sposób  obwód  elektromagnesu
stycznika  SGw,  który  otwiera  się.  Zamyka  się  zestyk  SGw2,  co  powoduje  wzbudzenie
stycznika  STr,  który  zamyka  się  łącząc  uzwojenie  silnika  w  trójkąt.  Silnik  kończy  rozruch
z uzwojeniem połączonym w trójkąt.

Rys. 24. Sterowanie silnika klatkowego przełącznikiem stycznikowym gwiazda-trójkąt [4, s.184]

Sterowanie  silników  prądu  stałego.  Silniki  obcowzbudne  prądu  stałego  są  typowymi
silnikami do układów sterowania zamkniętego. JeŜeli w układzie wymagany jest duŜy zakres
sterowania  prędkości,  natomiast  dokładność  uzyskiwanych  prędkości  jest  mniej  istotna  to
moŜna  zastosować  silnik  obcowzbudny  w  układzie  sterowania  otwartego,  jednak  takie
rozwiązanie jest w chwili obecnej uwaŜane za przestarzałe. Silniki obcowzbudne są sterowane
za pomocą zmiany napięcia zasilającego twornik lub osłabiania wzbudzenia, pracując w tzw.
układzie  Leonarda.  Silniki  szeregowe  są  stosowane  w  trakcji  elektrycznej  i  napędach
dźwignicowych.  W  kaŜdym  przypadku  układy  sterowania  są  ściśle  dostosowane  do  potrzeb
napędu,  są  to  więc  układy  specjalne,  dedykowane,  dla  konkretnego  rozwiązania  napędu.
Silniki większej mocy są sterowane za pomocą styczników prądu stałego, silniki mniejsze, np.
silniki  napędowe  trakcji  lub  dźwignicowe  są  sterowane  równieŜ  za  pomocą  nastawników
prądu  stałego. W innych przypadkach są stosowane nastawniki półprzewodnikowe, sterujące
silnikiem w sposób impulsowy, poprzez zmianę szerokości impulsu (sterowanie PWM (Pulse
Width  Modulation)).  W  tyrystorowym  układzie napędowym twornik silnika obcowzbudnego
prądu stałego jest zasilany za pomocą przekształtnika tyrystorowego. Uzwojenie wzbudzenia
silnika  jest  zasilane  z  odrębnego  źródła,  którym  moŜe  być  prostownik  lub  odrębny
przekształtnik  tyrystorowy.  Schemat  uproszczony  tyrystorowego  układu  napędowego

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

pokazano  na  rys.  25.  Układ  z  rysunku  nazywa  się  układem  symetrycznym.  Na  schemacie
przedstawione są jedynie obwody główne, z obwodów pomocniczych pokazano tylko obwód
włączania  (wyzwalania)  tyrystorów.  Zespół  przekształtnika  składa  się  z  transformatora
pośredniczącego  1,  przekształtnika  tyrystorowego  2  w  układzie  trójfazowego  mostka  oraz
układu  wyzwalania  3.  Urządzenia  zabezpieczające,  sterujące  oraz  zasilające  nie  są  na
schemacie pokazane. Silnik 4 jest silnikiem obcowzbudnym prądu stałego. Dławik 5 słuŜy do
wygładzania prądu twornika. Układ jest stosowany w napędach o mocy od 1 kW do powyŜej
1000 kW w całym zakresie zmian momentu i prędkości obrotowej silnika.

Rys. 25. Schemat uproszczony tyrystorowego układu napędowego prądu stałego [4, s. 220]

Automatyczny napęd tyrystorowy prądu stałego zapewnia dokładną regulację prędkości

w niewielkim  stopniu  zaleŜną  od  zmian  obciąŜenia,  częstotliwości  sieci  zasilającej  oraz
temperatury  otoczenia. UmoŜliwia on płynną zmianę prędkości obrotowej silnika w zakresie
100  :  1,  a  nawet  większym  (rozwiązania  specjalne).  DuŜą  zaletą  układu  tyrystorowego  jest
jego  wysoka  sprawność,  gotowość  do  pracy  w  kaŜdej  chwili  oraz  dobre  wykorzystanie
transformatora  pośredniczącego.

Przy napędzaniu maszyny roboczej przez silnik,

przekształtnik  pracuje  jako  prostownik;  pobiera  z  sieci  energię  elektryczną  prądu
przemiennego  i  przekształca  ją  w  energię  elektryczną  prądu  stałego.  Wartość  napięcia
wyprostowanego  przekształtnika  zaleŜy  od  kąta  włączenia  tyrystorów

(kąt wyzwalania

tyrystorów). Największe napięcie występuje przy kącie

= 0 (pełne wysterowanie), przy

0 <

< 60° występuje przewodzenie ciągłe prądu, przy a = 60

następuje początek

przerywanego przewodzenia, przy

> 60° przewodzenie prądu jest przerywane. Przy

hamowaniu odzyskowym przekształtnik pracuje jako falownik. Tyrystory są włączane przy
kącie włączania

> 90°. Tyrystory przewodzą prąd w tym czasie, gdy napięcie transformatora

ma  w przewaŜającej  części  lub  całkowicie  wartość  ujemną.  Średnie  napięcie  na  wyjściu
mostka ma wartość ujemną, natomiast kierunek prądu w tyrystorach pozostaje dodatni. W tym
stanie pracy energia jest pobierana z układu napędowego i zwracana do sieci zasilającej. Prąd
przepływa  przez  tyrystory  pod  wpływem  siły  elektromotorycznej  silnika,  napędzanego  przez
maszynę roboczą. Silnik wytwarza przy tym moment hamujący. W automatycznych układach
napędowych tyrystorowych występują dwa główne ujemne sprzęŜenia zwrotne: prędkościowe
oraz prądowe z ograniczeniem. W celu uzyskania stabilizacji prędkości obrotowej stosuje się
sprzęŜenie  prędkościowe  ujemne.  Pomiaru  prędkości  silnika  dokonuje  się  albo  za  pomocą

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

prądnicy  tachometrycznej,  albo za pomocą układu mostka tachometrycznego. Zasadę działania
układu odwrotnie–równoległego ilustruje rys. 26. Silnik jest zasilany z dwóch przekształtników
połączonych odwrotnie–równolegle (przeciwsobnie). Jeden z przekształtników zasila silnik przy
napędzaniu,  drugi  przy  hamowaniu.  Przy  nawrocie  przekształtnik,  który  pracował  jako
prostownik,  zostaje  przez  układ  sterowania  zablokowany,  drugi  zaś  przekształtnik  zostaje
wysterowany na okres pracy falownikowej. W pierwszej chwili silnik hamuje z oddawaniem
energii  do  sieci,  a  następnie  zmienia  kierunek  wirowania.  Jest  to  układ  szybki,  stosowany
w napędach  o  mocy  1000  kW  i  większej;  jego  podstawową  wadą  jest  wysoki  koszt
wynikający  z  uŜycia  dwóch  przekształtników.  Z  tego  teŜ  powodu  jest  on  stosowany  tylko
wtedy, gdy konieczny jest szybki nawrót.

Rys. 26. Układ tyrystorowy nawrotny odwrotnie-równoległy [4, s. 220]

4.3.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Jakie są rodzaje regulacji?

Jakie są typy regulatorów?

W jakich przypadkach stosuje się sterowanie silnika za pomocą przełącznika gwiazda–
trójkąt?

Jakie zadania spełnia element pomiarowy w układzie regulacji?

Jak przebiega sterowanie w układzie zamkniętym?

W jaki sposób są sterowane silniki obcowzbudne?

Co to jest tyrystorowy układ napędowy prądu stałego?

Z jakich elementów składa się tyrystorowy układ napędowy?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Na podstawie schematu zmontuj układ sterowania silnika klatkowego przełącznikiem

stycznikowym gwiazda–trójkąt oraz pakietowym.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

na podstawie schematu zmontować układ na stanowisku,

sprawdzić prawidłowość połączeń,

zgłosić prowadzącemu zajęcia gotowość do uruchomienia układu,

uruchomić układ na polecenie prowadzącego zajęcia,

na kaŜdym etapie realizacji ćwiczenia przestrzegać przepisów BHP,

opracować wnioski z realizacji ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

materiały do pisania,

–

narzędzia,

–

miernik uniwersalny,

–

silnik klatkowy,

–

instrukcja ćwiczenia.

Ćwiczenie 2

Na podstawie schematu zmontuj układ sterowania wyłącznikiem stycznikowym silnikiem

klatkowym. Sprawdź co się stanie w przypadku odłączenia jednej fazy?

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

na podstawie schematu i instrukcji do ćwiczenia zmontować układ na stanowisku,

sprawdzić prawidłowość połączeń,

zgłosić prowadzącemu zajęcia gotowość do uruchomienia układu,

uruchomić układ na polecenie prowadzącego zajęcia,

na kaŜdym etapie realizacji ćwiczenia przestrzegać przepisów BHP,

opracować wnioski z realizacji ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

materiały do pisania,

−

narzędzia,

−

miernik uniwersalny,

−

silnik klatkowy,

−

instrukcja ćwiczenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

przedstawić klasyfikację układów regulacji?

omówić sposoby sterowania silnikiem klatkowym?

przedstawić schematy połączenia silnika klatkowego z siecią?

omówić automatyczny napęd tyrystorowy prądu stałego?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

Przeczytaj uwaŜnie instrukcję.

Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.

Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.

Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi.

Do zadań dołączone są 4 moŜliwości odpowiedzi. Tylko jedna jest prawidłowa.

Udzielaj odpowiedzi na załączonej karcie odpowiedzi, stawiając w odpowiedniej rubryce
znak X. W przypadku pomyłki naleŜy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem, a następnie
ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową.

Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.

Jeśli udzielenie odpowiedzi na niektóre pytania będzie Ci sprawiało trudność, odłóŜ ich
rozwiązanie na później i wróć do nich, gdy zostanie Ci czas wolny.

Na rozwiązanie testu masz 30 min.

Powodzenia!

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

Tory telekomunikacyjne są elementami systemu których zadaniem jest
a)

zasilanie centarali.

prowadzenie kabli telekomunikacyjnych.

przesył sygnałów.

zasilanie telefonu MB.

Obwód elektryczny iskrobezpieczny, jest to obwód elektryczny w którym
a)

iskrzenie nie moŜe wystąpić w Ŝadnym przypadku.

łuk elektryczny nie moŜe wystąpić w Ŝadnym przypadku.

iskrzenie lub nagrzewanie nie moŜe spowodować zapalenia mieszaniny wybuchowej.

nagrzewanie nie występuje.

Obwody wyjściowe urządzeń zasilających iskrobezpieczne urządzenia telekomunikacyjne
a)

muszą równieŜ mieć wykonanie iskrobezpieczne.

nie muszą mieć wykonania iskrobezpiecznego.

mogą mieć wykonanie iskrobezpieczne.

muszą równieŜ mieć wykonanie iskrobezpieczne tylko w polach IV kategori
zagroŜenia metanowego.

Zgodnie z przepisami telekomunikacyjne kable górnicze powinny być prowadzone
a)

co najmniej dwoma przedziałami szybowymi.

tylko głównym szybem wydobywczym.

jednym dowolnym szybem.

co najmniej dwoma szybami.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W  wyrobiskach  z  wentylacją  lutniową  muszą  być  zainstalowane  metanomierze
automatyczne,  które  wyłączają  wszystkie  urządzenia  i  maszyny  niespełniające  wymagań
klasy  IIBI  lub  BS  (dopuszczonych  do  pracy  przy  dowolnej  koncentracji  metanu),  gdy
zawartość metanu w powietrzu przekroczy
a)

2%.

1,5%.

1%.

0,5%.

Dla wyrobisk z urządzeniami elektrycznymi przewietrzanych przypływowym prądem
powietrza system metanometrii powinien wyłączyć urządzenia które znajdują się
w wyrobisku odprowadzającym powietrze ze ściany przy zawartości metanu
a)

>2%.

>1%.

>1,5%.

<1%.

Metoda termokatalityczna – polega na pomiarze
a)

ilości ciepła wydzielonego podczas spalania metanu.

konduktywności spirali chłodzonej metanem.

rezystancji spirali chłodzonej metanem.

pojemności spirali grzejnej.

Pomiar stęŜenia metanu z 3% błędem, metodą katalitycznego spalania w układzie mostka
konduktometrycznego moŜna prowadzić w zakresie
a)

5–100%.

10–150%.

>80%.

>150%.

Zgodnie z przepisami stęŜenie tlenu w powietrzu kopalnianym nie moŜe być mniejsze niŜ
a)

10%.

15%.

19%.

21%.

10.

NDS oznacza najwyŜsze dopuszczalne stęŜenie średnie, mierzone w okresie
a)

4 godzin.

8 godzin.

12 godzin.

24 godzin.

11.

Sterowanie w układzie otwartym
a)

posiada dwie pętle sprzęŜenia wyjścia z wejściem.

posiada jedną pętlę sprzęŜenia wyjścia z wejściem.

nie posiada pętli sprzęŜenia.

posiada trzy pętle sprzęŜenia wyjścia z wejściem.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

12.

Który z poniŜszych elementów naleŜy do obiektu regulacji?
a)

Zadajnik.

Silnik.

Wzmacniacz.

Element pomiarowy.

13.

Regulacja statyczna polega na tym, Ŝe
a)

wielkość regulowana zostaje sprowadzona do wartości zadanej, (uchyb=0).

wielkość regulowana zostaje sprowadzona do nowej wartości, zbliŜonej do zadanej,
jednak róŜniącej się od niej o pewną wartość (uchyb).

wielkość regulowana jest stałą i niezaleŜna od wartości zadanej.

taki rodzaj regulacji nie istnieje.

14.

Regulator typu P (proporcjonalny), jest regulatorem w którym sygnał sterujący jest
a)

proporcjonalny do wielkości zadanej.

proporcjonalny do wielkości uchybu.

proporcjonalny do wielkości wyjściowej.

nieproporcjonalny do wielkości uchybu.

15.

Włączanie bezpośrednie silnika klatkowego do sieci moŜna stosować bez ograniczania
mocy silnika jedynie przy zasilaniu
a)

z sieci niskiego napięcia.

z sieci wysokiego napięcia.

z baterii akumulatorów.

z sieci prądu stałego.

16.

Silnik jest zasilany z dwóch przekształtników połączonych odwrotnie–równolegle
(przeciwsobnie), w tym układzie
a)

oba przekształtniki zasilają silnik.

jeden z przekształtników zasila silnik przy napędzaniu, drugi przy hamowaniu.

jeden z przekształtników zasila silnik, drugi stanowi rezerwę.

jeden z przekształtników zasila silnik przy napędzaniu, drugi włącza się w chwili
zwiększonego obciąŜenia silnika.

17.

Stan pracy prądnicowej charakteryzuje się tym, Ŝe moment obrotowy silnika jest
a)

zgodny z kierunkiem ruchu, silnik pobiera energię elektryczną z sieci i oddaje
energię mechaniczną.

przeciwny do kierunku ruchu, silnik pobiera energię mechaniczną na wale i oddaje
energię elektryczną do sieci zasilającej.

przeciwny do kierunku ruchu, silnik pobiera energię mechaniczną na wale i energię
elektryczną z sieci zasilającej.

przeciwny do kierunku ruchu, silnik pobiera z sieci energię elektryczną, która
zamienia się w nim w ciepło.

18.

Czujniki sejsmoakustyczne instaluje się przed frontem ścianowym w odległości
a)

10–20 m.

40–110 m.

200–300 m.

300–500 m.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

19.

W połoŜeniu trójkąt przełącznika gwiazda-trójkąt moment na wale silnika jest
a)

jest dwukrotnie mniejszy niŜ w połoŜeniu gwiazda.

trzykrotnie mniejszy niŜ w połoŜeniu gwiazda.

jest dwukrotnie większy niŜ w połoŜeniu gwiazda.

jest trzykrotnie większy niŜ w połoŜeniu gwiazda.

20.

Silniki obcowzbudne są sterowane za pomocą zmiany
a)

napięcia zasilającego twornik.

zmiany rezystancji uzwojenia.

liczby biegunów.

częstotliwości napięcia zasilania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko................................................................................................

Eksploatowanie układów sterowania, sygnalizacji i łączności

Zakreśl poprawną odpowiedź

zadania

Odpowiedź

Punkty

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

Razem: