Iskrobezpieczny bezprzewodowy system sterowania maszynami górniczymi BLUESTER

ITG Komag

17 listopada 2019

Rys. 1. System Bluester zainstalowany w skrzyni ciągnika PCA-1. Z lewej strony skrzyni MZ-1 odbiornik, z prawej nadajnik.

Bluester to bezprzewodowy system sterowania, przeznaczony do sterowania maszynami górniczymi takimi jak np.: lokomotywy, kolejki podwieszane, wciągniki itp. Zastosowanie technologii bezprzewodowej daje możliwości dotąd niedostępne w wyrobiskach kopalnianych zagrożonych wybuchem. Bluester zwiększa mobilność operatora i w znaczący sposób podnosi bezpieczeństwo pracy. Pełni również funkcje kontrolne, wymuszając stosowanie procedur bezpieczeństwa i obniżając koszty eksploatacji.

Sterowanie maszynami górniczymi, a zwłaszcza maszynami transportowymi, jest od lat dużym wyzwaniem. Jak wynika z raportów Wyższego Urzędu Górniczego, trudne warunki pracy, zagrożenia oraz ograniczona przestrzeń sprawiają, że na drogach transportowych wciąż zdarza się wiele wypadków. Dlatego tak ważne jest, aby dążyć do wyeliminowania zagrożeń oraz ułatwić sterowanie maszynami [1].

 

Aut:

mgr inż. Wojciech Kurpiel
mgr Dominika Juszczyk

 

Wprowadzenie

Bluester to bezprzewodowy system sterowania, który został opracowany w Instytucie Techniki Górniczej KOMAG przy współudziale firmy Gabrypol Sp.J. i dofinansowaniu przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju. W systemie zastosowano technologię bluetooth o paśmie 2,4 GHz, która jest jedną z najbardziej popularnych w łączności bezprzewodowej krótkiego zasięgu. Interfejs bluetooth kojarzony jest z urządzeniami elektronicznymi powszechnego użytku, jednak coraz częściej z powodzeniem wykorzystuje się go również w przemyśle. Innowacyjnością, cechującą bezprzewodowy system sterowania Bluester jest możliwość połączenia w nim dwóch funkcji: sterującej i kontrolnej. Dzięki wyposażeniu systemu Bluester w możliwość zdalnego odczytu znaczników RFID można dodatkowo kontrolować, czy operator przestrzega procedur bezpieczeństwa. W ten sposób producent lub służby nadzoru mają możliwość określenia czynności, które należy wykonywać okresowo. Kontrola maszyny potwierdzana jest odczytem znacznika umieszczonego bezpośrednio przy kontrolowanym elemencie. Taki sposób nadzoru nie jest idealny, lecz jeżeli operator będzie musiał podejść do miejsca przeprowadzenia kontroli, aby zarejestrować ją w systemie, to zwiększy się prawdopodobieństwo, że kontrola zostanie przeprowadzona.

 

Budowa systemu BLUESTER

System sterowania Bluester jest przede wszystkim uniwersalny – można go dostosować do pracy z każdym urządzeniem. Jego budowa i oprogramowanie pozwalają nie tylko na implementację w nowych urządzeniach, ale również na zastąpienie sterowania radiowego w urządzeniach już funkcjonujących w kopalniach [2]. Iskrobezpieczny nadajnik i ognioszczelny odbiornik pozwalają na pracę w wyrobiskach górniczych, w których występuje zagrożenie niebezpieczeństwa wybuchu metanu stopnia „a”, „b” i „c” oraz zagrożenia wybuchem pyłu węglowego klasy A i B. System składa się z odbiornika typu MOB-1 i pilota typu MPB-1 (rys. 1).

1.Odbiornik typu MOB-1

Odbiornik typu MOB-1 instalowany jest w ognioszczelnych skrzyniach aparatury elektrycznej maszyn. W części przedniej obudowy odbiornika zastosowano wziernik (rys. 2), za którym umieszczono trzy diody sygnalizacyjne:
· ZAS – sygnalizuje zasilanie,
· TR – sygnalizuje połączenie z pilotem,
· SYG – sygnalizuje odbiór sygnałów z pilota.

Rys. 2. Schemat odbiornik typu MOB-1 – widok z przodu [4]

Na tylnej części obudowy odbiornika zastosowano dwa oddzielne złącza X1 i X2 (rys. 3). Złącze X1 służy do podłączenia zasilania odbiornika, a złącze X2 umożliwia połączenie wyjść przekaźnikowych odbiornika z układem sterowania maszyny.

Rys. 3. Schemat odbiornika typu MOB-1 – widok z tyłu [4]

Po załączeniu zasilania odbiornika typu MOB-1, następuje uruchomienie systemu mikroprocesorowego, który wchodzi w stan oczekiwania na połączenie z pilotem typu MPB- 1. Odbieranie danych z pilota odbywa się za pomocą modułu bluetooth. Odpowiednio zaprogramowany mikroprocesor steruje przekaźnikami zgodnie z przesłanymi danymi z pilota. Podstawowe parametry techniczne odbiornika typu MOB-1 przedstawiono w tabeli 1. Podstawowe parametry techniczne odbiornika typu MOB-1 Tabela 1

2.Pilot typu MPB-1

Schemat pokrywy pilota typu MPB-1 pokazano na rys. 4. W jej górnej części umieszczono dwa przyciski oznaczone jako ON i OFF, służące do załączania i wyłączania pilota. Po naciśnięciu przycisku ON następuje uruchomienie modułu pilota, sygnalizowane zaświeceniem zielonej diody na przycisku OFF. Gdy moduł pilota nawiąże kontakt z odbiornikiem świeci się żółta dioda na przycisku ON. Pozostałe przyciski, których ilość, oznaczenie i wybór miejsca usytuowania zależą od przeznaczenia systemu, służą do nadawania sygnałów sterujących. Sygnały sterujące wysyłane są w postaci danych szeregowych, a przesyłany blok danych zawiera informacje o stanie pracy sterujących przycisków klawiatury [3].

Rys. 4. Schemat pokrywy pilota typu MPB-1 [4]

Badanie systemu Bluester w warunkach kopalnianych

Badanie bezprzewodowego systemu sterowania Bluester przeprowadzone zostały w podziemiu kopalni w trzech rejonach: zajezdni lokomotyw elektrycznych, chodniku oraz na skrzyżowaniu tras przewozowych. Badania te miały na celu sprawdzenie maksymalnego zasięgu działania systemu. Podczas badań prowadzonych w zajezdni lokomotyw elektrycznych przeprowadzono dodatkowe badanie mające na celu określenie wpływu zakłóceń spowodowanych przejazdem lokomotywy trakcyjnej na poprawność działania systemu Bluester. W każdym z rejonów badania realizowano czterokrotnie, zmieniając każdorazowo położenie odbiornika względem pilota:
– pilot i odbiornik ustawione są przodem do siebie,
– pilot ustawiony jest tyłem względem odbiornika,
– odbiornik ustawiony jest tyłem względem pilota,
– pilot i odbiornik ustawione są tyłem do siebie.

Badania w zajezdni lokomotyw elektrycznych

Celem badań w zajezdni lokomotyw elektrycznych było określenie wpływu dużej ilości maszyn i urządzeń, w które wyposażona jest zajezdnia, na zasięg działania systemu Bluester. Przewidywano, że maszyny i urządzenia te, stojące na drodze pilot-odbiornik, spowodują zmniejszenie zasięgu (rys. 5). Wyniki tych badań przedstawiono w tabeli 2.

Rys. 5. Badania w zajezdni lokomotyw elektrycznych [4]

Badania w chodniku

Celem badań w chodniku było określenie maksymalnego zasięgu na prostej drodze transportowej (rys. 6). Wyniki tych badań przedstawiono w tabeli 3.

Rys. 6. Badania w chodniku [4]

Badania na skrzyżowaniu tras przewozowych

Celem badań na skrzyżowaniu tras przewozowych było określenie maksymalnego zasięgu. Zakłada się, by odległość ta była jak najmniejsza – operator powinien być w kontakcie wzrokowym z maszyną, którą steruje (rys. 7). Wyniki tych badań przedstawiono w tabeli 4.

Rys. 7. Badania na skrzyżowaniu tras przewozowych [4]

Badania wpływu zakłóceń emitowanych przez lokomotywę trakcyjną na działanie systemu Bluester

Celem badań było określenie wpływu zakłóceń emitowanych przez lokomotywę trakcyjną na poprawność działania systemu Bluester (rys. 8). Wyniki tych badań przedstawiono w tabeli 5.

Rys. 8. Badania wpływu zakłóceń emitowanych przez lokomotywę trakcyjną na działanie systemu Bluester [4]

Współpraca systemu Bluester z systemem nadzoru przeglądów technicznych maszyn SNAP

Nowością w systemie Bluester jest połączenie w jednym urządzeniu dwóch funkcji: sterującej i kontrolnej. Dzięki wyposażeniu pilota w możliwość zdalnego odczytu znaczników RFID (ang. Radio Frequency Identyfication) można kontrolować, czy operator przestrzega procedur bezpieczeństwa. Producent lub służby nadzoru mają możliwość określenia czynności, które należy wykonywać okresowo. Wykonanie kontroli maszyny wymaga potwierdzania poprzez odczyt znacznika umieszczonego bezpośrednio przy kontrolowanym elemencie, a ponieważ znaczniki RFID są małe, to można je umieścić prawie w każdym miejscu. Przykładem tego rodzaju czynności mogą być wykonywane okresowo kontrole poziomu cieczy chłodzącej, stan wkładów filtrów czy wzrokowe sprawdzenie przewodów i
złączek w układzie odpowietrzenia układu chłodzenia [5].

Informacje z pilota przekazywane są do Systemu nadzoru przeglądów technicznych maszyn SNAP opracowanego przez ITG KOMAG. Jest to rozwiązanie, które stanowi programowe rozszerzenie systemu Bluester. Widok interfejsu aplikacji sieciowej SNAP przedstawiono na rys. 9. Osadzenie aplikacji w internecie pozwala na łatwy dostęp z dowolnego miejsca, użytkownicy w zależności od nadanych uprawnień mogą przeglądać lub tworzyć nowe zadania do realizacji z określoną w instrukcji obsługi częstotliwością.

Głównym oknem programu jest wykres prezentujący stan realizacji poszczególnych zadań – zarówno już wykonanych jak i zaplanowanych. Pozwala to na bieżącą kontrolę realizacji jak i planowanie z wyprzedzeniem koniecznych do realizacji działań.

Rys.9 Interfejs systemem nadzoru przeglądów technicznych maszyn SNAP [3]

Pilot zdalnego sterowania systemu Bluester wyposażony w moduł RFID pozwala na realizację standardowych funkcji kontrolnych. Aktywacja modułu RFID w celu nawiązania połączenia z systemem SNAP odbywa się poprzez naciśnięcie na pilocie MPB-1 przycisku oznaczonego jako RFID, na którym znajduje się dwukolorowa dioda LED zielono-czerwona.
Po uruchomieniu pilota MPB-1, moduł RFID sprawdza czy istnieje potrzeba przeglądu:
– jeśli istnieje potrzeba przeglądu na przycisku RFID świeci się czerwona dioda,
– jeśli istnieje potrzeba synchronizacji danych o dokonanych przeglądach, na przycisku RFID świeci się zielona dioda,
– jeśli zaistnieje potrzeba przeglądu i synchronizacji na przycisku RFID dioda świeci się naprzemiennie kolorem czerwonym i zielonym.

Zbliżenie pilota zdalnego sterowania do rozmieszczonych na maszynie znaczników RFID, potwierdza wykonanie przeglądu, zgodnie z instrukcją. Moduł RFID zapamiętuje odczytane znaczniki, a następnie za pomocą komunikacji BT łączy się z komputerem i przesyła zapamiętane informacje do systemu SNAP.

Zastosowanie systemu BLUESTER

Pierwsze wdrożenie bezprzewodowego systemy sterowania maszynami górniczymi Bluester odbyło się na podwieszonym ciągniku akumulatorowym PCA-1 (rys. 10 i 11). Przygotowanie systemu sterowania BLUESTER do zabudowy w podwieszanym ciągniku akumulatorowym PCA-1 wymagało opracowania programu sterującego odbiornika i nadajnika oraz nadaniu pilotowi MPB-1 odpowiedniej grafiki przycisków.

Rys. 10. Bezprzewodowy system sterowania Bluester zastosowany na ciągniku PCA-1

Podsumowanie

Opracowany w Instytucie KOMAG system sterowania Bluester jest rozwiązaniem uniwersalnym, które można zastosować w różnych maszynach. Jego budowa pozwala na instalację bez istotnej ingerencji w konstrukcję maszyny. Dzięki niewielkim gabarytom pilota i niskiemu zużyciu energii operator nie jest ograniczony przewodem łączącym pilota z maszyną, jak ma to miejsce podczas sterowania lokalnego.

Podstawową zaletą systemu jest możliwość bezprzewodowej komunikacji – łączność pomiędzy odbiornikiem i nadajnikiem obywa się za pomocą technologii bluetooth. W czasie pracy operator nie musi być cały czas w kabinie lub przy panelu operatorskim, dzięki czemu nie jest w bezpośrednim kontakcie z maszyną – może z odległości zarządzać jej pracą.

W celu zwiększenia bezpieczeństwa obsługi maszyny, odpowiednio dobierany jest zasięg anteny, w celu wykluczenia możliwości niekontrolowanego oddalenia się od
operatora. Maksymalna odległość działania zależy od wzajemnego położenia pilota i odbiornika, co jest sporą zaletą systemu Bluester – operator obracając się plecami do maszyny lub po utracie kontaktu wzrokowego z odbiornikiem na skrzyżowaniu traci łączność z maszyną, a system wyłącza jej napęd. Badania dowiodły również, że zakłócenia emitowane przez przejeżdżającą lokomotywę trakcyjną skracają jedynie zasięg działania systemu Bluester nie wpływając na poprawność działania.

Dzięki wprowadzeniu funkcji kontrolnej z wykorzystaniem technologii RFID, wymuszającej potwierdzenie wykonania procedur bezpieczeństwa, zapewniona jest prawidłowa i zgodna z wytycznymi producenta obsługa. Zaproponowane rozwiązania w zakresie wspomagania przeglądów technicznych pozwalają nie tylko na potwierdzenie w sposób jednoznaczny czy dana czynności obsługi została wykonana, ale także wspomagają proces planowania i zarządzania przeglądami okresowymi maszyny. System Bluester wydłuża czas eksploatacji maszyny, obniża koszty serwisu oraz w znaczący sposób podnosi bezpieczeństwo i wygodę pracy operatora.

Warto nadmienić, że system sterowania Bluester opracowany przez Firmę Gabrypol Sp. J. przy udziale Instytutu Techniki Górniczej KOMAG, otrzymał Złoty Medal MTP oraz Złoty Medal Kongresu Silesia Innovatica. Wspomniane wcześniej firmy tworzą Konsorcjum KOGA, które zostało docenione i otrzymało Złoty Laur Umiejętności i Kompetencji 2014, przez Regionalną Izbę Gospodarczą w Katowicach.

 

ŹRÓDŁA:
1. KONSEK R., Juszczyk D., Michalak D: Bezprzewodowy system sterowania maszynami górniczymi BLUESTER. KOMTECH 2015, Innowacyjne techniki i technologie dla górnictwa. Bezpieczeństwo - Efektywność – Niezawodność, Instytut Techniki Górniczej KOMAG, Gliwice 2015 s. 266-277.
2. Juszczyk D., Konsek R., Krzak Ł.: Bluester – nowoczesne oblicze bezpieczeństwa. Napędy i Sterowanie nr 2/2015, s.10
3. Miller B., Bisdikian C.: Uwolnij się od kabli – Bluetooth. Wydawnictwo Helion, Gliwice 2003
4. Praca statutowa ITG KOMAG - System nadzoru przeglądów maszyn technicznych 2015. (niepublikowana)
5. Praca statutowa – Iskrobezpieczny bezprzewodowy system sterowania maszynami górniczymi 2014-2015. (niepublikowana)

Informujemy, że strona używa plików cookies wyłącznie w celach wskazanych w Polityce Prywatności. Jeżeli nie blokujesz tych plików, rozumiemy przez to, że zgadzasz się na ich użycie oraz zapisanie w pamięci urządzenia więcej informacji. Jeżeli wyrażasz zgodę na wykorzystanie cookies, kliknij Akceptuję.