MINISTERSTWO EDUKACJI
NARODOWEJ
Romuald Stasik
Eksploatowanie układów sterowania, sygnalizacji i łączności
311[15].Z2.04
Poradnik dla ucznia
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji  Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
Recenzenci:
mgr in\
. Piotr Chudeusz
mgr in\
. Janina ÅšwiÄ…tek
Opracowanie redakcyjne:
mgr in\
. Romuald Stasik
Konsultacja:
mgr in\
. Gabriela Poloczek
Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[15].Z2.04
 Eksploatowanie układów sterowania, sygnalizacji i łączności , zawartego w modułowym
programie nauczania dla zawodu Technik górnictwa podziemnego.
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji  Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
1
SPIS TREÅšCI
1. Wprowadzenie 3
2. Wymagania wstępne 5
3. Cele kształcenia 6
4. Materiał nauczania 7
4.1. A
ączność w górnictwie podziemnym 7
4.1.1. Materiał nauczania 7
4.1.2. Pytania sprawdzajÄ…ce 16
4.1.3. Ćwiczenia 16
4.1.4. Sprawdzian postępów 17
4.2. Pomiary parametrów atmosfery kopalnianej i automatyzacja odwadniania 18
4.2.1. Materiał nauczania 18
4.2.2. Pytania sprawdzajÄ…ce 32
4.2.3. Ćwiczenia 32
4.2.4. Sprawdzian postępów 33
4.3. Napędy elektryczne 34
4.3.1. Materiał nauczania 34
4.3.2. Pytania sprawdzajÄ…ce 40
4.3.3. Ćwiczenia 41
4.3.4. Sprawdzian postępów 42
5. Sprawdzian osiągnięć 43
6. Literatura 48
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
2
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 ju\
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 ju\
opanowałeś określone treści,
- ćwiczenia, 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
3
311[15].Z2
Eksploatacja maszyn i urządzeń
górniczych
311[15].Z2.01
Dobieranie maszyn do urabiania
i Å‚adowania
311[15].Z2.02
U\
ytkowanie urządzeń
transportowych
311[15].Z2.03
U\
ytkowanie 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
U\
ytkowanie sieci i urządzeń
elektrycznych w wyrobiskach
górniczych
Schemat układu jednostek modułowych
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
4
2. WYMAGANIA WST
PNE
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,
- rozró\
niać podstawowe wielkości fizyczne i ich jednostki,
- rozró\
niać elementy obwodu elektrycznego,
- odczytywać schematy prostych układów elektrycznych i elektronicznych,
- korzystać z ró\
nych z
ródeł informacji,
- obsługiwać komputer,
- współpracować w grupie.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
5
3. CELE KSZTAA
CENIA
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,
- rozró\
nić sygnały dz
więkowe stosowane w kopalni,
- zastosować urządzenia sterowania w maszynach i urządzeniach wydobywczych,
- ocenić prawidłowość u\
ytkowania układów sterowania, sygnalizacji i łączności,
- scharakteryzować zastosowanie sygnalizacji,
- rozró\
nić sygnalizację w transporcie pionowym i poziomym,
- scharakteryzować pracę dyspozytorni kopalni,
- scharakteryzować łączność w zakładzie górniczym,
- określić sposoby porozumiewania w czasie zagro\
enia,
- 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 przekaz
nika elektromagnetycznego,
- zmontować układ sterowania pracą silnika elektrycznego,
- zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy oraz ochrony przeciwpo\
arowej
i przeciwpora\
eniowej w trakcie eksploatacji układów sterowania, sygnalizacji i łączności
w górnictwie podziemnym.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
6
4. MATERIAA
NAUCZANIA
4.1. A
ączność w górnictwie podziemnym
4.1.1. Materiał nauczania
A
ączność stanowi zasadnicze ogniwo w łańcuchu optymalnego zarządzania i kierowania
ruchem zakładu produkcyjnego, jak równie\
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 równie\
funkcjÄ™ 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 uwa\
a siÄ™ instalacjÄ™:
- telefonicznÄ… w szybach i szybikach,
- telefoniczną w transporcie kołowym,
- oddziałową,
- przy pracach podsadzkowych,
- w ratownictwie.
W podziemiach kopalń u\
ywa się głównie aparatów telefonicznych miejscowej baterii
MB. Wynika to przede wszystkim z du\
ej pewności działania, stosunkowo prostej budowy
oraz mo\
liwości 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 nale\
y zaliczyć du\
y ciÄ™\
ar, znaczne
wymiary, du\
y prÄ…d w obwodach linii, stosowania indywidualnego z
ródła zasilania i związana
z tym wymiana baterii oraz stosunkowo słaby sygnał wywoławczy. Drugim typem aparatu
telefonicznego majÄ…cym zastosowanie na dole kopalni, lecz w bardzo ograniczonym zakresie,
jest telefon CBa centralnej baterii z tarczÄ… numerowÄ…, w wykonaniu przeciwwybuchowym.
Aparaty tego typu stosuje w przypadku konieczności realizacji du\
e 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 nale\
y rozumieć zespół urządzeń i środków technicznych oraz
podejmowanych działań logistycznych mających na celu przesłanie informacji na określoną
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
7
odległość.Formę przekazywanej informacji stanowią znaki graficzne, dz
więki, obrazy,
wielkości pomiarowe lub inne. Elementy systemu telekomunikacyjnego za pomocą których
realizowane sÄ… jego zadania stanowiÄ…:
- urządzenia końcowe,
- tory i Å‚Ä…cza,
- 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,
- światłowodowe,
- radiowe.
A
ącze telekomunikacyjne są to zespoły urządzeń technicznych dołączonych do toru
telekomunikacyjnego, których zadaniem jest standaryzacja sygnałów transmisji do
parametrów stosowanych w danym rodzaju telekomunikacji. A
ącza (kanały
telekomunikacyjne) są zró\
nicowane 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
8
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 słu\
y 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, wyró\
nić mo\
na centrale :
- wyodrębnione  obsługujące niezale\
ną 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
9
Wymagania w zakresie przeciwwybuchowej budowy urządzeń i systemów
telekomunikacyjnych. Zgodnie zobowiązującymi przepisami w zakładach górniczych
eksploatujÄ…cych pola metanowe urzÄ…dzenia 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 mo\
e spowodować zapalenia mieszaniny wybuchowej, zarówno w stanie
normalnej pracy, jak i w stanie awaryjnym;
urządzenia iskrobezpieczne  urządzenie elektryczne, którego zewnętrzne i wewnętrzne
obwody sÄ… iskrobezpieczne;
system iskrobezpieczny  zespół połączonych ze sobą urządzeń, który mo\
e 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, \
e zapewnienie wymogów bezpiecznej
eksploatacji w przypadku urządzeń telekomunikacyjnych, nie mo\
e dotyczyć
iskrobezpieczeństwa jednego urządzenia (np. aparatu telefonicznego) ale całego systemu
połączonego z urządzeniem.
Obwody wyjściowe urządzeń zasilających iskrobezpieczne urządzenia telekomunikacyjne
muszą równie\
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 metanometriÄ™ automatycznÄ…. W wypadku stosowania zasilacza do zasilania
urządzeń wymagających zasilania bezprzerwowego (np. metanomierz, krytyczne elementy
systemu zapewnienia bezpieczeństwa itp.), zasilacze wyposa\
a siÄ™ 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 urzÄ…dzenia
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
10
elektrycznego o budowie przeciwwybuchowej polega na wykonaniu obudowy urzÄ…dzenia
elektrycznego, które uniemo\
liwia przeniesienie wybuchu z wnętrza obudowy do otoczenia.
Spełnienie tego wymogu osiąga się poprzez odpowiednią konstrukcję obudowy oraz układ
odpowiednio zwymiarowanych szczelin zwanych roboczymi umo\
liwia penetracjÄ™ 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, polegajÄ…cej na hermetyzowaniu urzÄ…dzenia masÄ… izolacyjnÄ….
Monta\
kabli telekomunikacyjnych. Kable w wyrobiskach poziomych wiesza siÄ™ 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 siÄ™ przy pomocy pomocniczych wciÄ…garek
linowych, a następnie od góry przez szczelinę wprowadza do sto\
ka 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 naprę\
eń (z pewnym zwisem) co umo\
liwia ich
przemieszczenie przy odkształceniach wyrobiska. W czasie przebudowy wyrobisk
korytarzowych kable nale\
y uło\
yć na spągu i zabezpieczyć przed mo\
liwością 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 natę\
enie prÄ…du elektrycznego, natÄ™\
enie
światła, 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 sÄ… akceptowane przez system komunikacyjny. W zale\
ności od charakteru toru
komunikacyjnego przetwarzanie sygnału mo\
e być jedno lub wielokrotne. W systemach
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
11
telekomunikacyjnych, pomiarowych i telemetrycznych, fizyczna wartość jest przekształcana
do postaci sygnału elektrycznego, który następnie mo\
e 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.dz
więku,
obrazu, wydruku itp. W telekomunikacji informacja jest przesyłana w postaci sygnału
analogowego lub cyfrowego. Sygnał analogowy charakteryzuje mo\
liwość jednoznacznego
określenia jego wartości w dowolnej chwili czasu. Zjawiska fizyczne takie jak, np. zmiany
temperatury, fali akustycznej, drgania górotworu, stę\
enie gazów w atmosferze, napięcie
elektryczne itp. majÄ… charakter analogowy.
Poziom
sygnału
Rys. 5. Sygnał analogowy [5, s. 47]
Ograniczenie szybkości transmisji, podatność na zakłócenia oraz niemo\
liwość ich
obróbki i wizualizacji przy pomocy systemów komputerowych spowodowała, \
e 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. Ka\
dy 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 ró\
nych 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 TelegraphiÄ…ue et Telefoni que) z siedzibÄ… w Genewie, jako
organ doradczy Międzynarodowej Unii Telekomunikacyjnej ITU. Zalecenia i standardy ze
względu na dynamiczny rozwój elektroniki i telekomunikacji są na bie\
Ä…co modyfikowane
w celu zapewnienia jak najlepszych standardów eksploatacji i kompatybilności urządzeń.
Transmisja sygnałów analogowych.
Transmisja sygnałów analogowych w 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,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
12
- mo\
liwości wzbudzenia układów transmisyjnych,
- zniekształcenia linowe,
- zniekształcenia nieliniowe,
- szumy  są sygnałami zakłócającymi sygnał u\
yteczny wewnÄ…trz przenoszonego pasma.
A
ączność 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
środków łączności z dyspozytornią. Dyspozytor ma mo\
liwość połączenia telefonicznego
z ka\
dym abonentem ogólnokopalnianej sieci telefonicznej. Obowiązujące przepisy wymagają
aby ogólnozakładowy system dyspozytorski zapewniał łączność dyspozytorską umo\
liwiajÄ…cÄ…
niezale\
nie od systemu łączności ogólnozakładowej połączenie foniczne dyspozytora ze
stanowiskami pracy określonymi przez kierownika ruchu zakładu górniczego. A
ączność ta
realizowana jest jako łączność telefoniczna przy pomocy specjalnych urządzeń. Urządzenia te
pozwalają na tworzenie odrębnego systemu łączności telefonicznej oraz umo\
liwiajÄ…
włączenie się dyspozytora do wybranych abonentów systemu łączności ogólnokopalnianej.
Cyfrowe centrale telefoniczne i cyfrowe aparaty telefoniczne ISDN pozwalajÄ… na realizacjÄ™
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 umo\
liwiać:
- dwustronną łączność głośnomówiącą,
- wywołanie dyspozytora w trybie alarmowym i zwykłym z automatycznym trybem
rejestracji rozmowy,
- kontrolÄ™ stanu Å‚Ä…cza,
- 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
13
- zapewnienie ładowania baterii akumulatorów stanowiących z
ródło zasilania
sygnalizatorów,
- umo\
liwienie identyfikacji rodzaju wywołania dyspozytora  zwykłe lub alarmowe,
- umo\
liwienie 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]
A
ączność podczas akcji ratownictwa górniczego.
Ka\
dy podziemny zakład górniczy musi posiadać odpowiednio zorganizowaną i wyposa\
onÄ…
słu\
bę ratownictwa górniczego. Środki łączności stanowią podstawowe wyposa\
enie słu\
b
ratowniczych. Kierowanie akcją ratowniczą odbywa się zgodnie z określonymi procedurami
i przepisami. W czasie akcji ratowniczej obowiązuje następująca organizacja kierowania
akcjÄ…:
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 równie\
jako obserwatorzy
przedstawiciele WUG, OUG i inni.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
14
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 dru\
yny (zastępy)
ratownicze. Ka\
dy zastępowy (kierownik) zespołu ratowników musi być wyposa\
ony
w iskrobezpieczny aparat telefoniczny AR. Aparaty z przewodem o długości
~ 1 m zakończonym wtyczką podłączone są torem dwuprzewodowym rozwijanym
z zasobnika bębnowego (z dwu\
yłowym przewodem o długości 250 m). Przewód ten z jednej
strony zakończony jest gniazdem wtykowym zamontowanym na obudowie zasobnika,
a z drugiej wtyczką, która mo\
e być wło\
ona do gniazd wejściowych aparatu bazowego
względnie do gniazda kolejnego zasobnika jeśli zasięg działania dru\
yny jest większy ni\

250 m.
b)
a)
c)
Rys. 7. Aparat ratowniczy PTR-3 a) bęben z 250 m kabla, b) aparat ratownika,
c) sposób rozwijania linii (1000 m) przez dru\
ynę ratowniczą [Ratownictwo Górnicze nr 4/2007]
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
15
4.1.2. Pytania sprawdzajÄ…ce
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Co to jest Å‚Ä…cze telekomunikacyjne?
2. Co to jest tor telekomunikacyjny?
3. Co nazywamy obwodem iskrobezpiecznym?
4. Co uwa\
a się za łączność lokalną?
5. Co to jest sygnał analogowy?
6. Jakie są podstawowe parametry sygnału analogowego?
7. Jakie są podstawowe parametry sygnału cyfrowego?
4.1.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Korzystając ze stanowiska dyspozytorskiego w ośrodku szkolenia lub pracowni szkolnej
przeprowadz
symulowaną akcję ewakuacyjną załogi z zagro\
onego rejonu.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) na podstawie mapy wybranego rejonu kopalni i danych o zaistniałym zagro\
eniu
określonych przez prowadzącego zajęcia, określić:
- miejsca zagro\
one w których pracują ludzie,
- określić drogi ewakuacji załogi z danego rejonu,
- sposób powiadomienia załogi w danym rejonie.
2) zapoznać się z sygnałami alarmowymi i procedurami obowiązującymi w zaistniałej
sytuacji,
3) opracować plan ewakuacji i przedstawić prowadzącemu zajęcia,
4) na polecenie prowadzącego zajęcia,przeprowadz
akcjÄ™ ewakuacyjnÄ… korzystajÄ…c
z dostępnych środków łączności (rzeczywistych i symulowanych),
5) na ka\
dym etapie realizacji ćwiczenia przestrzegać przepisów BHP,
6) opracować wnioski z realizacji ćwiczenia.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- materiały do pisania,
- mapy,
- środki 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 przeprowadz
symulowanÄ… akcjÄ™ przeciwpo\
arowÄ….
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) na podstawie mapy wybranego rejonu kopalni, map wentylacyjnych i danych
o zaistniałym zagro\
eniu określonych przez prowadzącego zajęcia, określić:
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
16
- miejsca zagro\
one w których pracują ludzie,
- określić drogi ewakuacji załogi z danego rejonu,
- sposób powiadomienia załogi w danym rejonie.
2) zapoznać się z sygnałami alarmowymi i procedurami obowiązującymi w zaistniałej
sytuacji,
3) zorganizować bazę dla ratowników i kierownictwa akcji zgodnie z obowiązującymi
procedurami,
4) określić niezbędne środki i materiały potrzebne podczas akcji,
5) na polecenie prowadzącego zajęcia,przeprowadz
akcję korzystając z dostępnych środków
łączności (rzeczywistych i symulowanych),
6) na ka\
dym etapie realizacji ćwiczenia przestrzegać przepisów BHP,
7) opracować wnioski z realizacji ćwiczenia.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- materiały do pisania,
- mapy,
- środki łączności,
- stanowisko dyspozytorskie,
- plansze z sygnałami alarmowymi i strukturą powiadamiania,
- instrukcja ćwiczenia.
4.1.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) przedstawić strukturę zarządzania podczas akcji ratowniczej?
1
1

2) przedstawić zadania dyspozytorskiego systemu łączności?
1
1

3) strukturę systemu łączności ogólnokopalnianej ?
1
1

4) przedstawić zadania indywidualnych zespołów liniowych?
1
1

 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
17
4.2. Pomiary parametrów atmosfery kopalnianej i automatyzacja
odwadniania
4.2.1. Materiał nauczania
Wzrost głębokości zalegania eksploatowanych pokładów jak równie\
stosowanie
nowoczesnych technologii wydobycia wymaga stosowania nowoczesnych rozwiązań pomiaru
zawartości metanu i innych gazów oraz odpowiednio szybkiej reakcji systemu na zagro\
enia.
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 obowiÄ…zujÄ…cym we wszystkich nowych instalacjach
metanometrycznych o działaniu ciągłym jest stosowanie systemu z czasem wyłączenia
krótszym ni\
15 sekund. Wzrost zagro\
eń powoduje, \
e w kopalniach o du\
ym
prawdopodobieństwie wystąpienia zagro\
eń wprowadza się systemy zintegrowane łączące
funkcje metanometrii automatycznej i wczesnego wykrywania po\
arów z systemami
alarmowo rozgłoszeniowymi. Systemy monitorowania z zaawansowanymi funkcjami
wspomagania dyspozytora pozwalają na wykorzystanie komputerowych systemów do
ciągłego monitorowania i zwalczania zagro\
eń. Instalowanie i eksploatacja urządzeń
elektrycznych w kopalniach metanowych zwiÄ…zane sÄ… z automatycznym systemem
metanometrycznym. System metanometryczny stanowi podstawę elektryfikacji pól IV
kategorii zagro\
enia 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 równie\
system wyłączania
spod napięcia sieci i urządzeń elektrycznych. Wymagana jest równie\
zdalna sygnalizacja
uszkodzenia linii łączącej metanomierz z urządzeniem wyłączającym oraz sygnalizacja
wadliwego działania metanomierza. W wyrobiskach z prądami powietrza świe\
ego, gdzie
instalowane są urządzenia elektryczne budowy zwykłej, metanomierz poza ciągłym pomiarem
zawartości metanu w powietrzu powinien wyłączyć urządzenia elektryczne przy stę\
eniu
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
uzale\
nione jest od rodzaju stosowanej wentylacji (ssąca, tłocząca, kombinowana).
W wyrobiskach niezabezpieczonych metanomierzami automatycznymi instaluje siÄ™
metanomierze rejestrujÄ…ce stÄ™\
enie metanu w powietrzu, przekazujÄ…ce wyniki zdalnie do
dyspozytora pod ziemiÄ… lub na powierzchni. Przy stÄ™\
eniu metanu > 1% alarmowana jest
słu\
ba wentylacyjna i metanometryczna kopalni. Przy stÄ™\
eniu >2%  wyłączane są wszystkie
urzÄ…dzenia elektryczne pracujÄ…ce w zagro\
onej strefie. Dla wyrobisk z urzÄ…dzeniami
elektrycznymi przewietrzanych przypływowym prądem powietrza system metanometrii
zachowuje siÄ™ zale\
nie od tego, czy urzÄ…dzenia znajdujÄ… siÄ™ w wyrobisku doprowadzajÄ…cym
powietrze do ściany czy te\
odprowadzajÄ…cym. W pierwszym przypadku urzÄ…dzenia
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
18
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 zu\
ytego, czujnik
metanomierza umieszczany jest na tym urządzeniu, przy którym istnieje największe
zagro\
enie metanowe. Automatyczne wyłączenie urządzeń musi nastąpić przy stę\
eniu
metanu >2%. Główny wyłącznik urządzeń elektrycznych zainstalowanych w wyrobisku
przyścianowym z prądem powietrza zu\
ytego powinien znajdować się w prądzie powietrza
świe\
ego. Do podstawowych zaleceń dotyczących budowy metanometrii automatycznej
nale\
y przeprowadzanie odbioru technicznego przewodów, kabli i urządzeń elektrycznych
zgodnie z określonymi zasadami. W kopalniach stosujących metanometrię automatyczną musi
być zorganizowana słu\
ba 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 sygnalizujÄ… uszkodzenia systemu,
- alarmujÄ… o zagro\
eniu metanowym,
- wyłączają obwody zasilania elektrycznego w rejonach zagro\
onych,
- rejestrujÄ… informacje.
Od układów tych wymaga się:
- budowy, która pozwala na pracę przy dowolnej koncentracji metanu,
- du\
ej niezawodności i odporności na zakłócenia przemysłowe i nara\
enia środowiskowe,
- niezale\
ności zasilania od dołowej sieci elektroenergetycznej,
- automatycznej sygnalizacji i lokalizacji uszkodzeń.
Realizacja wymienionych funkcji i wymagań zale\
y głównie od typu układu (systemu)
telemetanometrycznego. Wyró\
nia dwa rodzaje systemów telemetrycznych, stosowanych
w metanometrii:
- z dowolnym dostępem do wielkości mierzonych (czujniki pracują ciągle),
- synchronicznym sterowaniu zasilaniem i pomiarem (czujniki pracujÄ… periodycznie).
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
19
Istotnym elementem systemu metanometrycznego są urządzenia wyłączające dopływ
energii elektrycznej do rejonów zagro\
onych. Niezawodność całego systemu zabezpieczenia
przed wybuchem metanu zale\
y 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 przekaz
nik (lub wyzwalacz), którego
zestyki sterują wyłączaniem energii elektrycznej.
W przypadku logiki dodatniej cewka przekaz
nika wykonawczego jest wzbudzana przez cały
czas pomiaru  przy braku przekroczenia przez kontrolowany parametr wartości
dopuszczalnej, jak równie\
wtedy, gdy urzÄ…dzenia systemu zabezpieczenia pracujÄ… poprawnie.
Przestawienie styków przekaz
nika 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 tak\
e
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, \
e wzbudzenie cewki
przekaz
nika wykonawczego następuje tylko w przypadku przekroczenia dopuszczalnego
stÄ™\
enia 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 mo\
e być mierzona jedną
z następujących metod:
- termokatalitycznÄ… (spalanie katalityczne),
- termokonduktometrycznÄ… (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 ni\
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 (okoÅ‚o 1000° C)  spalanie odbywa siÄ™ bezpoÅ›rednio na
aktywowanej spirali grzejnej. Spirala kompensacyjna, osiÄ…ga ni\
szą temperaturę dzięki
innemu ukształtowaniu mimo, \
e obie spirale umieszczone są we wspólnej
ognioszczelnej komorze pomiarowej. Rys9. przedstawia schemat czujnika metanu
typu CMI 677.
- Niskotemperaturowe (okoÅ‚o 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
20
Układ pomiarowy przedstawiony na rys. 10b ró\
ni siÄ™ od czujnika
wysokotemperaturowego koniecznością stosowania indywidualnego rezystora
kompensacyjnego. Pelistory Pp (pomiarowy) i Pk (kompensacyjny) sÄ… parowane
(dobierane parami) drogÄ… selekcji na etapie produkcji.
Rys. 9. Schemat blokowy metanomierza z czujnikiem CM 5 [5, s. 97]
Rys. 10. Pelistorowy przetwornik stÄ™\
enia metanu a) budowa, metanu b) układ pomiarowy [5, s. 97]
Metoda termokonduktometryczna  wykorzystuje fakt \
e przewodność cieplna metanu jest
o jedną trzecią większa ni\
powietrza. Pomiar oparty jest o metodÄ™ mostkowÄ… z mostkiem
Wheatstone'a, dwa ramiona mostka stanowiÄ… komory ze spiralami cienkiego drutu (PtRd)
podgrzewanymi do temperatury okoÅ‚o 210°C z autonomicznego z
ródła zasilającego mostek.
Spirala w komorze S (pomiarowej) jest chłodzona przepływem powietrza z atmosfery,
natomiast komora Sk (kompensacyjna) jest hermetyczna i wypełniona czystym powietrzem
(stanowi wzorzec). Jeśli w atmosferze kopalnianej wystąpi odpowiednie stę\
enie metanu to
spirala S będzie intensywniej chłodzona od spirali Sk, a tym samym mniejsza będzie jej
rezystancja. Ró\
nica rezystancji spiral w komorach powoduje naruszenie równowagi mostka
pomiarowego, a tym samym, w przekątnej mostka pojawi się napięcie nierównowagi Uwy,
proporcjonalne do procentowego stÄ™\
enia CH4. Pomiar stÄ™\
enia metanu w kopalniach odbywa
się metodami termokatalitycznymi. Inne rozwiązania czujników oparte o elementy
półprzewodnikowe lub promieniowanie podczerwone (technologia MEMS) ze względu na
czułość i du\
e stałe czasowe na razie nie znalazły zastosowania w górnictwie podziemnym.
Jednak prowadzone sÄ… badania nad tymi czujnikami i ich wdro\
eniem. Do pomiarów przy
niskim stÄ™\
eniu metanu stosuje siÄ™ komory z elementem pelistorowym, a w zakresie wysokich
stÄ™\
eń komory termokonduktometryczne. Ze względu na wadę czujników pelistorowych
polegającą na utracie swoich własności metrologicznych po przekroczeniu stę\
enia 5% CH4
w rozwiązaniach metanomierzy stosuje się pomiar w dwóch zakresach:
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
21
- 0 5% CH4  pomiar z dokładnością ą 0,1 %CH4 metodą katalitycznego spalania
w układzie mostka pelistorowego,
- 5 100% CH4  pomiar z dokładnością ą3% CH4 w układzie mostka
konduktometrycznego
RozwiÄ…zanie takie jest wykorzystywane w mikroprocesorowych metanomierzach
typu MM, które pozwalają na kontrolę stę\
enia metanu w wyrobiskach podziemnych kopalń
w zakresie 0 100% CH4, a ponadto umo\
liwiajÄ… bie\
Ä…cÄ… analizÄ™ stÄ™\
enia metanu w trybie
kontroli zaprogramowanych dwóch wartości progowych oraz sterowanie dwoma
dwustanowymi układami wyjściowymi. Metanomierze MM są urządzeniami
iskrobezpiecznymi, przystosowanymi do pracy w pomieszczeniach  a ,  b i  c
niebezpieczeństwa wybuchu metanu. Metanomierz MM 2P mo\
e 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 stÄ™\
enia tlenu oraz tlenku i dwutlenku węgla. Zgodnie z przepisami stę\
enie
tlenu nie mo\
e być mniejsze ni\
19% (w atmosferze ziemskiej 21%). Mniejsza zawartość
tlenu w atmosferze kopalnianej jest wynikiem utleniania do postaci C02 (dwutlenku węgla)
oraz wypierania przez inne gazy atmosfery kopalnianej (metan, tlenek węgla, tlenek azotu,
dwutlenek siarki lub siarkowodór). Stę\
enie tlenu w atmosferze jest wskaz
nikiem
prawidłowego działania systemu wentylacyjnego kopalni. W górnictwie wykonuje się
pomiary stÄ™\
enia tlenu, którego wartość stanowi istotny czynnik prognozowania i wykrywania
po\
arów. W górnictwie wykorzystuje się elektrochemiczne czujniki stę\
enia tlenu (oraz
tlenku węgla, dwutlenku węgla i innych) Przetwornik elektrochemiczny stanowi ogniwo
galwaniczne wytwarzajÄ…ce energiÄ™ elektrycznÄ… w wyniku przemiany chemicznej
analizowanego gazu doprowadzonego do elektrolitu ogniwa. A
adunki elektryczne
gromadzone na elektrodach ogniwa w zale\
ności od rodzaju analizowanego gazu, elektrolitu
oraz materiału elektrod powstają w wyniku redukcji katodowej względnie anodowego
utleniania. NatÄ™\
enie 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 stę\
enia tlenu oraz jego charakterystykÄ™ 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 sprzę\
enia zwrotnego
Konstrukcja elektrochemicznych przetworników wymaga ich okresowej wymiany (reakcje
chemiczne zachodzÄ…ce w elektrolicie i elektrodach powoduje ich starzenie oraz zmianÄ™
charakterystyki).
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
22
Rys. 12. Elektrochemiczny przetwornik stÄ™\
enia tlenu
a) schemat funkcjonalny, b) charakterystyka I = f(u) [5, s. 99]
Przetworniki temperatury do pomiaru temperatury powietrza lub górotworu są istotnym
z
ródłem informacji w systemach wczesnego wykrywania po\
arów. 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, stanowiÄ… z
ródła sygnału ró\
nicowego. Zadymione powietrze
przepływając przez szeregowo połączone komory na wskutek ró\
nej absorpcji
promieniowania powoduje ró\
nicę w rezystancji komór (ró\
ny stopień jonizacji gazu), co jest
przyczyną pojawienia się ró\
nicowego sygnału wyjściowego w zakresie 0,4 2 V w zale\
ności
od stopnia zadymienia. Czujnik przystosowany jest do współpracy z cyfrową centralą dołową
typu CCD. Czujnik ACD 1 rys. 13 słu\
y do pomiaru zawartości dymu w wyrobiskach
kopalnianych.
Cechy czujnika:
- szybkie wykrywanie po\
arów w początkowej fazie rozwoju,
- du\
a dokładność pomiaru,
- wysoka niezawodność pracy,
- współpraca z centralami typu CCD,
- bezobsługowa praca,
- mo\
liwość sprawdzenia poprawności działania czujnika testerem TCD,
- pomiar realizowany jest w czujniku zawierającym połączone szeregowo i pracujące
w układzie ró\
nicowym dwie komory jonizujÄ…ce,
- 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
23
Przetworniki zjawisk sejsmicznych stosowane w górnictwie. Geofony są przetwornikami
sygnałów sejsmoakustycznych i słu\
Ä… do przetwarzania naprÄ™\
eń powstających w górotworze
na sygnały elektryczne w dolnym zakresie pasma akustycznego.W miejsce wycofanych
z u\
ycia przetworników elektrodynamicznych obecnie wykorzystywane są piezoceramiczne
przetworniki sejsmoakustyczne z geofonami typu GPZ 2. Czujnik wyposa\
ony jest w płaską
sprÄ™\
ynÄ™ z mechanizmem rozpierajÄ…cym, 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 in\
ynierski 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 słu\
ba
d/s tąpań kopalń. Sejsmometr SPI 70, zawiera dwa podstawowe zespoły:
- zespół wahacza,
- obudowa.
Zespół wahacza stanowią dwa ramiona obcią\
one ciÄ™\
kim walcem, którego masa jest
kompensowana sprÄ™\
yną o regulowanym okresie drgań swobodnych. Do walca
przymocowane jest ramię, na którym nawinięte są uzwojenie pomiarowe i tłumiące.
W zale\
ności od układu sprę\
yn oraz usytuowania obudowy na fundamencie sejsmometr
słu\
y do przetwarzania składowej poziomej lub pionowej drgań podło\
a. 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 zapobie\
enia uszkodzeniom z powodu du\
ej czułości zespołu wahacza,podczas
transportu, musi on być blokowany. Czułość sejsmometru wyra\
ona w woltach przy prędkości
1 [m/s] ustalona jest indywidualnie dla ka\
dego sejsmometru w procesie wzorcowania.
Rys. 14. Sejsmometr typu SPI-70. [www.emag.katowice.pl]
Dyspozytorski system monitorowania zagro\
eń metanowo po\
arowych SMP NT stanowi
zespół, zasilanych z powierzchni, iskrobezpiecznych urządzeń kontrolno-pomiarowych
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
24
pracujÄ…cych w przestrzeniach zagro\
onych 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
umo\
liwia 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,
- mo\
liwość dostosowania do kontrolowanego obiektu,
- sterowanie pracą urządzeń z poziomu stanowiska nadzoru dyspozytorskiego,
- realizacja programowej matrycy wyłączeń,
- przyjazny interfejs u\
ytkownika,
- rozbudowane mechanizmy archiwizacyjne,
- praca w wydzielonej sieci dyspozytorskiej,
- mo\
liwość 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
25
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
zagro\
onych wybuchem metanu.
Rys. 16. Centrala metanometryczna CMC-3M [www.emag.katowice.pl]
Centrala metanometryczna CMC 3M jest urzÄ…dzeniem dyspozytorskim przeznaczonym
dla kopalnianych systemów kontroli parametrów bezpieczeństwa. Umo\
liwia budowÄ™
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 po\
arowego
i wysoki komfort pracy dyspozytora. Centrala umo\
liwia prezentacje danych na kolorowym
monitorze graficznym i ciągłe dokumentowanie pracy systemu na drukarce graficznej.
Komputerowa centrala powierzchniowa CMC 3M mo\
e 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, słu\
ące do obsługi transmisji i zasilania
urządzeń dołowych, w tym:
- układy grupowe typu UG przeznaczone do 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
światłowodowym poprzez interfejs RS 232. Kasety sterownika, układów grupowych
i układów liniowych montowane są w stojakach. Konfiguracja oraz ilość kaset w stojakach
zale\
y od wielkości systemu i preferencji u\
ytkownika.
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
26
Poziom 3
W skład poziomu nadzoru dyspozytorskiego wchodzi komputer z zainstalowanym
specjalizowanym oprogramowaniem umo\
liwiajÄ…cym :
- 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 zło\
onych raportów i zestawień,
- udostępnianie gromadzonych danych do innych systemów wy\
szego poziomu nadzoru
dyspozytorskiego.
Zakres zastosowań
- kontrola zagro\
eń metanowych,
- kontrola sieci odmetanowania,
- kontrola zagro\
eń po\
arowych,
- kompleksowe monitorowanie stanu wentylacji,
- monitorowanie pracy wentylatorów głównych,
- inne obiekty wymagajÄ…ce monitorowania
W systemie mo\
e być stosowany szeroki asortyment czujników pomiarowych, dzięki
czemu zakres jego zastosowań obejmuje praktycznie całość szeroko rozumianej kontroli
procesu wentylacji kopalnianej i zwiÄ…zanych z tym procesem zagro\
eń. Najwy\
szy priorytet
mają dwa zadania, określane jako doraz
na profilaktyka metanowo po\
arowa, której celem
jest:
- pomiar stÄ™\
enia metanu w wyrobiskach, wczesne wykrywanie i sygnalizacja
niebezpiecznych wzrostów stę\
enia metanu i realizacja szybkich automatycznych blokad
(wyłączeń energii elektrycznej) w rejonach zagro\
onych wybuchem metanu,
- pomiar wybranych parametrów powietrza umo\
liwiajÄ…cych wczesne wykrywanie
i sygnalizację objawów wystąpienia po\
aru podziemnego.
W części podziemnej stosowane są nowoczesne urządzenia kontrolno-pomiarowe,
czujniki parametrów powietrza, koncentratory danych oraz układy sygnalizacji zagro\
eń
i wyłączeń energii elektrycznej. W części pomiarowej systemu wyodrębniona jest gałąz

metanometryczna i wentylacyjno po\
arowa. Ciągły pomiar stę\
enia metanu w wyrobiskach
i rurociÄ…gach odmetanowania realizujÄ… 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, CO2, O2, dym, temperatura, wilgotność, prędkość przepływu powietrza) są
podłączane do systemu za pośrednictwem koncentratorów danych noszących nazwę central
dołowych. Do jednej centrali dołowej mo\
na podłączyć osiem czujników analogowych
zasilanych energią dostarczaną z powierzchni linią telemetryczną, ponadto centrale dołowe
dajÄ… mo\
liwość ciągłego monitorowania od kilku do kilkudziesięciu sygnałów (czujników)
dwustanowych. Do systemu SMP NT oprócz urządzeń o działaniu ciągłym, mogą być tak\
e
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
gro\
Ä…cych wybuchem lub zapaleniem metanu, szybkÄ… blokadÄ™ ich pracy. WykorzystujÄ…c
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
27
mo\
liwości systemu SMP NT mo\
na monitorować i zabezpieczać rejony o szczególnym
nara\
eniu. Zgodnie z przepisami stÄ™\
enie poszczególnych gazów w atmosferze kopalnianej
nie mo\
e przekraczać maksymalnych dopuszczalnych wartości podanych w tabeli 1.
Tabela 1. dopuszczalne stÄ™\
enia gazów w atmosferze kopalnianej [uti, s. 214]
NDS [mg/m3] NDSCh [mg/m3]
Rodzaj gazu
(objętościowo i %) (objętościowo i %)
Dwutlenek węgla (1,0) (1,0)
Tlenek węgla 30 (0.0026) 180 (0,015)
5 10
Tlenek azotu
(0.00026) (0.00052)
Dwutlenek siarki 2 (0,000075) 5 (0,00019)
10
Siarkowodór 20 (0,0014)
(0,0007)
Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Społecznej z dnia 29 listopada 2002 r.
w sprawie najwy\
szych dopuszczalnych stÄ™\
eń i natę\
eń czynników szkodliwych dla zdrowia
w środowisku pracy. (Dz. U. Nr 217 poz. 1833) definiuje następująco te stę\
enia:
- NDS  najwy\
sze dopuszczalne stÄ™\
enie; wartość średnia wa\
ona stÄ™\
enia, 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  najwy\
sze dopuszczalne stÄ™\
enie chwilowe; wartość średnia stę\
enia, które nie
powinno spowodować ujemnych zmian w stanie zdrowia pracownika, je\
eli występuje
w środowisku pracy nie dłu\
ej ni\
15 minut i nie częściej ni\
2 razy w czasie zmiany
roboczej, w odstępie czasu nie krótszym ni\
1 godzina;
Przeliczanie dopuszczalnych stÄ™\
eń masowych [mg/m3] na objętościowe [%] omówiono
w poradniku ucznia pt:  Rozpoznawanie zagro\
eń górniczych  Z3.02 Przepisy określają
równie\
dopuszczalne prędkości powietrza dla poszczególnych wyrobisk. Do wyrobisk  nie
zu\
ytego powietrza zaliczane sÄ… wyrobiska Å‚Ä…czÄ…ce szyb wdechowy z wlotem do wyrobisk
eksploatacyjnych (ścian, komór i chodników ślepych). Ciągi dróg wentylacyjnych od tych
wyrobisk do szybu wydechowego sÄ… ciÄ…gami  zu\
ytego powietrza. WentylacjÄ™ obiegowÄ…
wymusza odpowiednia wydajność [m3/ min] oraz depresja [Pa] wentylatorów głównych.
Wyrobiska  ślepe nie objęte wentylacją obiegową o długości od 2 do 10 m w zale\
ności od
kategorii zagro\
enia metanowego i nachylenia wyrobiska muszą posiadać wentylację odrębną.
Wentylację odrębną realizuje się poprzez system lutni prowadzonych od wyrobiska z prądem
świe\
ego powietrza do czoła wyrobiska ślepego wraz z wentylatorami lutniowymi. Regulację
rozdziału świe\
ego powietrza na poszczególne wyrobiska wykonuje się poprzez stosowanie
tam wentylacyjnych. Kontrolę występujących zagro\
eń oraz prawidłowości wentylacji
zapewnia się poprzez system czujników odpowiednio rozmieszczonych w wyrobiskach.
Sposób rozmieszczania czujników pomiarowych oraz nastawę progów alarmowych ustala
słu\
ba wentylacyjna kopalni.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
28
Rys. 17. Schemat strukturalny systemu SMP z centralÄ… CMC-M [5, s. 227]
Automatyzacja odwadniania. Ze względu na bezpieczeństwo i organizację pracy
odwadnianie kopalni nale\
y do najwa\
niejszych zadań ruchu elektromaszynowego
i górniczego. W zale\
ności od lokalnych warunków hydrogeologicznych dopływ wody do
poszczególnych kopalń wynosi od kilku do kilkudziesięciu m3/min i w niektórych kopalniach,
aby nie dopuścić do ich zalania, odpompowywanie wody musi trwać stale, nawet w przypadku
zatrzymania robót. Z uwagi na du\
ą 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 m3/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
29
poziomu, zawiera dwa metalowe pierścienie izolowane od metalowej osłony. Pierścienie
ustalające górny i dolny poziom wody połączone są między sobą rezystorem RE = 2 k&!. Je\
eli
woda sięga dolnego poziomu, a pompa jest w trybie pracy automatycznej, to zamyka się
obwód zasilany napięciem 16 V przekaz
nika pomocniczego P1. Ze względu na du\
Ä…
rezystancję rezystor RE prąd w obwodzie jest zbyt mały, aby wysterować przekaz
nik.
Rys. 18. Schemat poglądowy układu sterowania pompą EW-50 [1, s.325]
M  silnik pompy, p  pompa, E  elektroda, RE  rezystor, A
p  Å‚Ä…cznik programujÄ…cy,
Pt  przekaz
nik termiczny, St  stycznik, Cs  cewka stycznika, Z  przewód uziemiający,
Lz  listwa zaciskowa, P1  przekaz
nik prądu stałego, Ps  przekaz
nik sterowniczy, Tr  transformator,
l-6  zaciski elektryczne, R  rezystor ograniczajÄ…cy, Pr  prostownik, B  bezpiecznik
Po osiągnięciu przez lustro wody górnego poziomu, rezystor RE zostaje zbocznikowany
(równoległe połączenie- sumaryczna rezystancja takiego połączenia jest mniejsza) rezystancją
przejścia przez wodę i powoduje wzrost prądu w obwodzie, a tym samym działanie przekaz
nika
pomocniczego P1. Przekaz
nik pomocniczy P1 swoim stykiem zamyka obwód zasilania
przekaz
nika sterowniczego Pst napięciem 24 V, a ten z kolei zamyka obwód cewki Cg
stycznika St. Stycznik włącza napięcie trójfazowe 3X l27 V na silnik pompy. Pompa, pracując
obni\
a poziom wody i górna elektroda zostaje odsłonięta. Prąd w obwodzie przekaz
nika
pomocniczego P1 maleje, ale jest on jednak wystarczajÄ…cy do jego podtrzymywania. Pompa
działa dopóty, dopóki poziom wody nie obni\
y siÄ™ poni\
ej dolnego styku elektrody, co
powoduje przerwanie obwodu przekaz
nika pomocniczego P1. Przy ponownym podniesieniu siÄ™
poziomu wody powtórzy się cykl pracy. Ze względu na zasadę działania czujnika poziomu
(elektrody sterujÄ…cej) sterowanie pracÄ… pompy jest mo\
liwe pod warunkiem dobrej
przewodności wody, a wody kopalniane spełniają ten warunek. W nowych układach sterowania
pomp wykorzystuje siÄ™ nowoczesne sterowniki mikroprocesorowe, a czujniki poziomu sÄ…
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 słu\
y do
automatyzacji pompowni głównego odwadniania w kopalniach oraz monitorowania pracy
pomp. Umo\
liwia równie\
transmisjÄ™ danych do dyspozytorni powierzchniowej oraz
optymalizacjÄ™ zu\
ycia energii elektrycznej w procesie odwadniania. Ka\
da pompa
wyposa\
ona jest w szafę sterowniczą zło\
oną z dwóch skrzynek:
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
30
- sterowniczej zawierającej sterownik, zasilacz, układ kontroli izolacji i przekaz
niki
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 sÄ… oddzielne szafy sterownicze,
wyposa\
one 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,
- temperaturÄ™ Å‚o\
ysk silnika,
- poziom wody w rzÄ…piu,
- prÄ…d pobierany przez silnik
System sterowania umo\
liwia 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 równie\
przygotowany
do sterowania zdalnego przez dyspozytora. Pompa zostaje uruchomiona jeśli sterownik na
podstawie przeprowadzonych testów stwierdzi, \
e wszystkie parametry decydujÄ…ce
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 sygnalizacjÄ™ optycznÄ… i akustycznÄ…. 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.
Dyspozytor kopalni
Sterownik S7-200
Szafa
sterownicza
Zespół
pompowy
Czujniki
poziomu
Rys. 19. System automatyzacji pomp głównego odwadniania z wykorzystaniem sterowników programowalnych
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
31
4.2.2. Pytania sprawdzajÄ…ce
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jakie są funkcje urządzeń do przetwarzania i przesyłania informacji w systemach
metanometrycznych?
2. Jak działa przekaz
nik wykonawczy urządzenia wyłączającego, pracujący w logice
dodatniej?
3. Jak działa czujnik metanometryczny wysokotemperaturowy?
4. Do czego wykorzystywane sÄ… geofony?
5. Jak zdefiniowany jest NDS?
6. W jakim zakresie napięć mieści się wartość analogowego sygnału wyjściowego systemu
metanometrycznego?
7. Do czego słu\
y 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:
1) na podstawie mapy oraz obowiązujących przepisów prowadzenia ruchu zakładów
górniczych określić miejsca w których trzeba zainstalować czujniki,
2) sprawdzić prawidłowość wyboru oraz określić popełnione błędy,
3) na ka\
dym etapie realizacji ćwiczenia przestrzegać przepisów BHP,
4) opracować wnioski z realizacji ćwiczenia.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- materiały do pisania,
- instrukcja ćwiczenia,
- mapy rejonów kopalni.
Ćwiczenie 2
Wykonaj pomiary zawartości określonych przez prowadzącego zajęcia gazów z u\
yciem
środków będących w dyspozycji pracowni.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapoznać się z budową i własnościami przyrządów do pomiaru parametrów powietrza
kopalnianego
2) wykonać pomiar zlecony przez prowadzącego zajęcia stosując się ściśle do otrzymanej
procedury pomiaru,
3) wykonać kilkakrotnie pomiar,
4) określić niepewność pomiaru,
5) na ka\
dym etapie realizacji ćwiczenia przestrzegać przepisów BHP,
6) opracować wnioski z realizacji ćwiczenia.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
32
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- materiały do pisania,
- czujniki i przyrzÄ…dy pomiarowe,
- procedury pomiarowe,
- instrukcja ćwiczenia.
Ćwiczenie 3
WykorzystujÄ…c oprogramowanie firmowe producenta zaprogramuj i przeprowadz

symulację, a następnie uruchom na sterowniku PLC program obsługi dwustanowego czujnika
poziomu.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapoznać się z budową i własnościami dwustanowych przyrządów do pomiaru poziomu
cieczy,
2) na podstawie otrzymanego od prowadzącego zajęcia algorytmu sterowania, w programie
symulacyjnym przenieś algorytm do pamięci komputera i skompilować program,
3) wykonać symulację działania programu sterującego,
4) zapoznać się z procedurą ręcznego programowania sterownika,
5) zgodnie z zaleceniem prowadzącego zajęcia zaprogramować sterownik PLC ręcznie lub
korzystajÄ…c z interfejsu komputera,
6) uruchomić program sterowania i sprawdzić działanie sterownika,
7) opracować wnioski z realizacji ćwiczenia.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- materiały do pisania,
- czujniki i sterownik PLC (LOGO, EASY, S700, ITP.),
- algorytm programu sterujÄ…cego,
- instrukcja programowania sterownika.
4.2.4. Sprawdzian postępów.
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) omówić budowę czujnika pelistorowego?
1
1

2) określić zasady rozmieszczania czujników metanometrii automatycznej?
1
1

3) określić strukturę systemu metanometrycznego?
1
1

4) rozró\
nić elementy sejsmometru?
1
1

 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
33
4.3. Napędy elektryczne
4.3.1. Materiał nauczania
Procesy technologiczne mo\
na podzielić na:
- procesy zmechanizowane, w których napęd odbywa się za pomocą urządzeń
przetwarzających ró\
ne 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
sprzÄ™\
enia zwrotnego), nazywane sterowaniem i sterowanie w układzie zamkniętym(z pętlą
sprzÄ™\
enia zwrotnego), nazywane regulacją. Sterowanie w układzie otwartym polega na
zmianie określonego parametru urządzenia w sposób niezale\
ny od tego parametru.
Sterowanie w układzie zamkniętym (regulacja) ró\
ni się od sterowania w układzie otwartym
tym, \
e człowiek(sterowanie ręczne) lub regulator otrzymują dodatkowo poprzez sprzę\
enie
zwrotne informacje o stanie wielkości wyjściowej. Informacja ta słu\
y 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 tworzÄ… obiekt regulacji.
2
x
1 3 4 5
6
SprzÄ™\
enie zwrotne
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 sprzę\
enia zwrotnego głównego.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
34
 SprzÄ™\
enie zwrotne działa w ten sposób, \
e element pomiarowy 6 (prÄ…dnica
tachometryczna) mierzy wielkość regulowaną (prędkość obrotową silnika) i wynik pomiaru
w postaci sygnału (napięcie o wartości proporcjonalnej do prędkości) doprowadza przez
obwód sprzę\
enia zwrotnego do węzła sumacyjnego 2. Jeśli prędkość jest większa od zadanej,
to sygnał zadający zostaje zmniejszony i prędkość maleje, jeśli natomiast prędkość oka\
e siÄ™
mniejsza od zadanej, to sygnał zostaje powiększony, wskutek czego prędkość wzrasta.
SprzÄ™\
enie 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 słu\
y do nastawienia wartości zadanej (wartości którą chcemy
uzyskać) sygnału sterującego. Nastawienie mo\
e 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, zale\
nie 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 sÄ… przekaz
niki czasowe, przekaz
niki 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 mo\
emy
wyró\
nić dwa rodzaje regulacji:
- regulację statyczną, przy której wielkość regulowana zostaje sprowadzona do nowej
wartości, zbli\
onej do zadanej, jednak ró\
niącej 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 regulacjÄ™ statycznÄ…,
- 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 ró\
niczkujący reagujący na prędkość
powstawania odchylenia,
- regulatory PID, łączące w sobie cechy regulatorów P, I, D.
Sterowanie w układzie otwartym. Sterowanie silników klatkowych
Silniki klatkowe mo\
na sterować poprzez ich zasilanie bezpośrednio z sieci, albo za
pośrednictwem przełącznika gwiazda trójkąt. Włączanie bezpośrednie mo\
na stosować bez
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
35
ograniczania mocy silnika jedynie przy zasilaniu z sieci wysokiego napięcia. W układzie
przedstawionym na rys. 21a mo\
na zastosować łącznik typu walcowego lub krzywkowego.
Przed łącznikiem są włączone bezpieczniki stanowiące zabezpieczenie zwarciowe.
CharakterystykÄ™ mechanicznÄ… przedstawia rys. 21b. Silnik rozwija moment poczÄ…tkowy
o pełnej wartości i dlatego układ mo\
e być stosowany, gdy rozruch silnika następuje przy
pełnym obcią\
eniu.
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 słu\
Ä… bezpieczniki. Sterowanie wg tego schematu mo\
e być
stosowane w sieci 400/230 V, przy napięciu 500 V obwody sterowania muszą być zasilane
napięciem 230 lub 127 V z odrębnego z
ródła. 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 mo\
e 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 siÄ™.
Rys. 22. Sterowanie silnika klatkowego stycznikiem [4, s. 184]
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
36
W przypadku silników pracujących w napędach bez stałego nadzoru i konieczności
zabezpieczenia silnika przed skutkami przeciÄ…\
enia (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 poniewa\
styczniki mają małą zwarciową zdolność łączeniową. W napędach, które
nie powinny uruchamiać się samoczynnie po przywróceniu zasilania, stosuje się wyłączniki
z zamkiem wyposa\
one 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 wyposa\
ony w przekaz
niki
termobimetalowe PT zabezpieczajÄ…ce silnik przed przeciÄ…\
eniem. Na rys. 23b jest
przedstawiony wyłącznik z zamkiem który jest wyposa\
ony w wyzwalacze elektromagnesowe
PI tworzÄ…ce zabezpieczenia zwarciowe, w przekaz
niki termobimetalowe tworzÄ…ce
zabezpieczenie od przeciÄ…\
eń oraz w wyzwalacz podnapięciowy. Napęd wyłącznika jest
ręczny; zarówno załączanie, jak i wyłączanie wyłącznika wykonuje się za pomocą dz
wigni
napędu.
a
b
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 mo\
e 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 poło\
eniu gwiazda przełącznika moment na wale silnika jest trzykrotnie mniejszy
ni\
w poło\
eniu trójkąt i dlatego rozruch silnika jest mo\
liwy tylko przy małym obcią\
eniu
lub bez obciÄ…\
enia. W przypadku, gdy rozruch musi odbywać się pod obcią\
eniem, a moc
silnika przekracza dopuszczalną wartość, to nale\
y 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 siÄ™ samoczynnie i jest inicjowane przekaz
nikiem czasowym PC. Rozruch silnika
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
37
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, gdy\

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 przekaz
nik
czasowy PC, który zaczyna odmierzać czas trwania włączania stycznika SGw. Po określonym
czasie przekaz
nik 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. Je\
eli w układzie wymagany jest du\
y zakres
sterowania prędkości, natomiast dokładność uzyskiwanych prędkości jest mniej istotna to
mo\
na zastosować silnik obcowzbudny w układzie sterowania otwartego, jednak takie
rozwiÄ…zanie jest w chwili obecnej uwa\
ane 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
dz
wignicowych. W ka\
dym 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 dz
wignicowe są sterowane równie\
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 z
ródła, którym mo\
e być prostownik lub odrębny
przekształtnik tyrystorowy. Schemat uproszczony tyrystorowego układu napędowego
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
38
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 słu\
y do
wygładzania prądu twornika. Układ jest stosowany w napędach o mocy od 1 kW do powy\
ej
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 zale\
nÄ… od zmian obciÄ…\
enia, częstotliwości sieci zasilającej oraz
temperatury otoczenia. Umo\
liwia on płynną zmianę prędkości obrotowej silnika w zakresie
100 : 1, a nawet większym (rozwiązania specjalne). Du\
ą zaletą układu tyrystorowego jest
jego wysoka sprawność, gotowość do pracy w ka\
dej 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 zale\
y od kąta włączenia tyrystorów ą (kąt wyzwalania
tyrystorów). Największe napięcie występuje przy kącie ą = 0 (pełne wysterowanie), przy
0 < Ä… < 60° wystÄ™puje przewodzenie ciÄ…gÅ‚e prÄ…du, przy a = 60o nastÄ™puje poczÄ…tek
przerywanego przewodzenia, przy Ä… > 60° przewodzenie prÄ…du jest przerywane. Przy
hamowaniu odzyskowym przekształtnik pracuje jako falownik. Tyrystory są włączane przy
kÄ…cie wÅ‚Ä…czania Ä… > 90°. Tyrystory przewodzÄ… prÄ…d w tym czasie, gdy napiÄ™cie transformatora
ma w przewa\
ającej 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 sprzę\
enia zwrotne: prędkościowe
oraz prądowe z ograniczeniem. W celu uzyskania stabilizacji prędkości obrotowej stosuje się
sprzÄ™\
enie prędkościowe ujemne. Pomiaru prędkości silnika dokonuje się albo za pomocą
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
39
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
wynikajÄ…cy z u\
ycia dwóch przekształtników. Z tego te\
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 sprawdzajÄ…ce
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jakie sÄ… rodzaje regulacji?
2. Jakie są typy regulatorów?
3. W jakich przypadkach stosuje się sterowanie silnika za pomocą przełącznika gwiazda
trójkąt?
4. Jakie zadania spełnia element pomiarowy w układzie regulacji?
5. Jak przebiega sterowanie w układzie zamkniętym?
6. W jaki sposób są sterowane silniki obcowzbudne?
7. Co to jest tyrystorowy układ napędowy prądu stałego?
8. Z jakich elementów składa się tyrystorowy układ napędowy?
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
40
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:
1) na podstawie schematu zmontować układ na stanowisku,
2) sprawdzić prawidłowość połączeń,
3) zgłosić prowadzącemu zajęcia gotowość do uruchomienia układu,
4) uruchomić układ na polecenie prowadzącego zajęcia,
5) na ka\
dym etapie realizacji ćwiczenia przestrzegać przepisów BHP,
6) opracować wnioski z realizacji ćwiczenia.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
 materiały do pisania,
 narzędzia,
 miernik uniwersalny,
 silnik klatkowy,
 instrukcja ćwiczenia.
Ćwiczenie 2
Na podstawie schematu zmontuj układ sterowania wyłącznikiem stycznikowym silnikiem
klatkowym. Sprawdz
co się stanie w przypadku odłączenia jednej fazy?
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) na podstawie schematu i instrukcji do ćwiczenia zmontować układ na stanowisku,
2) sprawdzić prawidłowość połączeń,
3) zgłosić prowadzącemu zajęcia gotowość do uruchomienia układu,
4) uruchomić układ na polecenie prowadzącego zajęcia,
5) na ka\
dym etapie realizacji ćwiczenia przestrzegać przepisów BHP,
6) opracować wnioski z realizacji ćwiczenia.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- materiały do pisania,
- narzędzia,
- miernik uniwersalny,
- silnik klatkowy,
- instrukcja ćwiczenia.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
41
4.3.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) przedstawić klasyfikację układów regulacji?
1
1

2) omówić sposoby sterowania silnikiem klatkowym?
1
1

3) przedstawić schematy połączenia silnika klatkowego z siecią?
1
1

4) omówić automatyczny napęd tyrystorowy prądu stałego?
1
1

 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
42
5. SPRAWDZIAN OSI
GNI
Ć
INSTRUKCJA DLA UCZNIA
1. Przeczytaj uwa\
nie instrukcjÄ™.
2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartÄ™ odpowiedzi.
3. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
4. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi.
5. Do zadań dołączone są 4 mo\
liwości odpowiedzi. Tylko jedna jest prawidłowa.
6. Udzielaj odpowiedzi na załączonej karcie odpowiedzi, stawiając w odpowiedniej rubryce
znak X. W przypadku pomyłki nale\
y błędną odpowiedz
zaznaczyć kółkiem, a następnie
ponownie zakreślić odpowiedz
prawidłową.
7. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.
8. Jeśli udzielenie odpowiedzi na niektóre pytania będzie Ci sprawiało trudność, odłó\
ich
rozwiązanie na póz
niej i wróć do nich, gdy zostanie Ci czas wolny.
9. Na rozwiÄ…zanie testu masz 30 min.
Powodzenia!
ZESTAW ZADAC
TESTOWYCH
1. Tory telekomunikacyjne są elementami systemu których zadaniem jest
a) zasilanie centarali.
b) prowadzenie kabli telekomunikacyjnych.
c) przesył sygnałów.
d) zasilanie telefonu MB.
2. Obwód elektryczny iskrobezpieczny, jest to obwód elektryczny w którym
a) iskrzenie nie mo\
e wystąpić w \
adnym przypadku.
b) Å‚uk elektryczny nie mo\
e wystąpić w \
adnym przypadku.
c) iskrzenie lub nagrzewanie nie mo\
e spowodować zapalenia mieszaniny wybuchowej.
d) nagrzewanie nie występuje.
3. Obwody wyjściowe urządzeń zasilających iskrobezpieczne urządzenia telekomunikacyjne
a) muszą równie\
mieć wykonanie iskrobezpieczne.
b) nie muszą mieć wykonania iskrobezpiecznego.
c) mogą mieć wykonanie iskrobezpieczne.
d) muszą równie\
mieć wykonanie iskrobezpieczne tylko w polach IV kategori
zagro\
enia metanowego.
4. Zgodnie z przepisami telekomunikacyjne kable górnicze powinny być prowadzone
a) co najmniej dwoma przedziałami szybowymi.
b) tylko głównym szybem wydobywczym.
c) jednym dowolnym szybem.
d) co najmniej dwoma szybami.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
43
5. 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%.
b) 1,5%.
c) 1%.
d) 0,5%.
6. 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%.
b) >1%.
c) >1,5%.
d) <1%.
7. Metoda termokatalityczna  polega na pomiarze
a) ilości ciepła wydzielonego podczas spalania metanu.
b) konduktywności spirali chłodzonej metanem.
c) rezystancji spirali chłodzonej metanem.
d) pojemności spirali grzejnej.
8. Pomiar stÄ™\
enia metanu z 3% błędem, metodą katalitycznego spalania w układzie mostka
konduktometrycznego mo\
na prowadzić w zakresie
a) 5 100%.
b) 10 150%.
c) >80%.
d) >150%.
9. Zgodnie z przepisami stÄ™\
enie tlenu w powietrzu kopalnianym nie mo\
e być mniejsze ni\

a) 10%.
b) 15%.
c) 19%.
d) 21%.
10. NDS oznacza najwy\
sze dopuszczalne stÄ™\
enie średnie, mierzone w okresie
a) 4 godzin.
b) 8 godzin.
c) 12 godzin.
d) 24 godzin.
11. Sterowanie w układzie otwartym
a) posiada dwie pętle sprzę\
enia wyjścia z wejściem.
b) posiada jedną pętlę sprzę\
enia wyjścia z wejściem.
c) nie posiada pętli sprzę\
enia.
d) posiada trzy pętle sprzę\
enia wyjścia z wejściem.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
44
12. Który z poni\
szych elementów nale\
y do obiektu regulacji?
a) Zadajnik.
b) Silnik.
c) Wzmacniacz.
d) Element pomiarowy.
13. Regulacja statyczna polega na tym, \
e
a) wielkość regulowana zostaje sprowadzona do wartości zadanej, (uchyb=0).
b) wielkość regulowana zostaje sprowadzona do nowej wartości, zbli\
onej do zadanej,
jednak ró\
niącej się od niej o pewną wartość (uchyb).
c) wielkość regulowana jest stałą i niezale\
na od wartości zadanej.
d) taki rodzaj regulacji nie istnieje.
14. Regulator typu P (proporcjonalny), jest regulatorem w którym sygnał sterujący jest
a) proporcjonalny do wielkości zadanej.
b) proporcjonalny do wielkości uchybu.
c) proporcjonalny do wielkości wyjściowej.
d) nieproporcjonalny do wielkości uchybu.
15. Włączanie bezpośrednie silnika klatkowego do sieci mo\
na stosować bez ograniczania
mocy silnika jedynie przy zasilaniu
a) z sieci niskiego napięcia.
b) z sieci wysokiego napięcia.
c) z baterii akumulatorów.
d) z sieci prądu stałego.
16. Silnik jest zasilany z dwóch przekształtników połączonych odwrotnie równolegle
(przeciwsobnie), w tym układzie
a) oba przekształtniki zasilają silnik.
b) jeden z przekształtników zasila silnik przy napędzaniu, drugi przy hamowaniu.
c) jeden z przekształtników zasila silnik, drugi stanowi rezerwę.
d) jeden z przekształtników zasila silnik przy napędzaniu, drugi włącza się w chwili
zwiększonego obcią\
enia silnika.
17. Stan pracy prÄ…dnicowej charakteryzuje siÄ™ tym, \
e moment obrotowy silnika jest
a) zgodny z kierunkiem ruchu, silnik pobiera energiÄ™ elektrycznÄ… z sieci i oddaje
energiÄ™ mechanicznÄ….
b) przeciwny do kierunku ruchu, silnik pobiera energiÄ™ mechanicznÄ… na wale i oddaje
energiÄ™ elektrycznÄ… do sieci zasilajÄ…cej.
c) przeciwny do kierunku ruchu, silnik pobiera energiÄ™ mechanicznÄ… na wale i energiÄ™
elektrycznÄ… z sieci zasilajÄ…cej.
d) 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.
b) 40 110 m.
c) 200 300 m.
d) 300 500 m.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
45
19. W poło\
eniu trójkąt przełącznika gwiazda-trójkąt moment na wale silnika jest
a) jest dwukrotnie mniejszy ni\
w poło\
eniu gwiazda.
b) trzykrotnie mniejszy ni\
w poło\
eniu gwiazda.
c) jest dwukrotnie większy ni\
w poło\
eniu gwiazda.
d) jest trzykrotnie większy ni\
w poło\
eniu gwiazda.
20. Silniki obcowzbudne sÄ… sterowane za pomocÄ… zmiany
a) napięcia zasilającego twornik.
b) zmiany rezystancji uzwojenia.
c) liczby biegunów.
d) częstotliwości napięcia zasilania.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
46
KARTA ODPOWIEDZI
ImiÄ™ i nazwisko................................................................................................
Eksploatowanie układów sterowania, sygnalizacji i łączności
Zakreśl poprawną odpowiedz

Nr
Odpowiedz
Punkty
zadania
1. a b c d
2. a b c d
3. a b c d
4. a b c d
5. a b c d
6. a b c d
7. a b c d
8. a b c d
9. a b c d
10. a b c d
11. a b c d
12. a b c d
13. a b c d
14. a b c d
15. a b c d
16. a b c d
17. a b c d
18. a b c d
19. a b c d
20. a b c d
Razem:
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
47
6. LITERATURA
1. Mastaliński M., Siwek W.: Elektrotechnika, elektronika i automatyka w górnictwie cz. 2.
ÅšlÄ…sk, Katowice 1987,
2. Poradnik górnika. Śląsk, Katowice 1978
3. Schmid D., inni: Mechatronika REA, Warszawa 2002
4. Urbanowicz H.: Napęd elektryczny. WNT, Warszawa 1977
5. Utikal J.: Systemy telekomunikacyjne w górnictwie. Katowice, Wydaw. SITG, 1998
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
48