Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР РАБОТ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ 10
1.1. Обзор и анализ работ по автоматизации рабочих процессов шагающего экскаватора
1.2. Задачи исследования 19
2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ 20 МОНИТОРИНГА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ЭКСКАВАЦИИ
2.1. Технологический процесс экскавации шагающего драглайна как объект автоматического мониторинга
2.2. Разработка математической модели технологического процесса экскавации
2.2.1. Модель системы «главные механизмы экскаватора» 35
2.2.2. Модель технологического движения ковша драглайна 43
3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ АВТОМАТИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ЭКСКАВАЦИИ
3.1. Разработка алгоритмов идентификации состояния 49 технологического процесса
3.2. Разработка алгоритмов оценки геометрических параметров 53 технологического процесса экскавации
3.2.1 .Определение координат движения ковша драглайна 54
3.2.2. Определение параметров вскрышного уступа и отвала 56
3.3. Разработка алгоритмов оценки эффективности технологического процесса экскавации
3.3.1. Алгоритм определения производительности экскаватора
3.3.2. Алгоритм определения массы ковша 63
3.3.3. Алгоритм определения энергоемкости процесса экскавации
3.3.4. Алгоритм определения временных параметров 66
3.4. Алгоритм контроля выполнения технологического задания 69
4. ИССЛЕДОВАНИЯ АЛГОРИТМОВ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ПРОЦЕССА ЭКСКАВАЦИИ
4.1. Разработка имитационной модели системы технологического мониторинга
4.2. Разработка имитационной Simulink модели системы технологического мониторинга
4.2.1. Разработка прикладных программ имитационной модели системы технологического мониторинга
4.2.2. Simulink-MORQJib «электропривод механизма подъема и тяги»
4.2.3. Simulink-MOReiib «электропривод механизма поворота» 79
4.2.4. Simulink-модель «поворотная платформа-ковш» 81
4.2.5. Simulink-модель программного управления движения ковша
4.3. Разработка модели идентификации состояния 84
технологического процесса экскавации драглайна
4.4. Разработка модели вычисления показателей процесса экскавации
4.5. Экспериментальные исследования системы мониторинга технологического процесса экскавации драглайна
Заключение 95
Список литературы 97
Введение к работе
Основной технологией горнотранспортной современных шахты являются крупные горнодобывающие одноковшовые экскаваторы, эффективность работы которых во многом определяет основные технико-экономические показатели горнодобывающих компаний.
Опыт показывает, что эксплуатация горной техники на разрезах Россией, существует значительное недоиспользование разрезов производственных мощностей. Низкая эффективность работы мощных экскаваторов, сокращение срока службы приводит к большим потерям вскрышной горной массы и не доподготовке к выемке полезных ископаемых - это одна из основных причин низкой эффективности разрезов.
Сокращение эксплуатационных производительностей экскаватора волнуются из-за недостаточного использования силовых приводов главных механизмов, их скорости и силовых параметры, плохого управления механизмов в реализации экскаваторного цикла, недостаточного использования концевой нагрузки экскаватора, нарушенной технологической дисциплины.
Кроме того, уровень квалификации машиниста, его индивидуальное психофизическое состояние в течение рабочей смены существенно влияют на показатели работы экскаваторов, что приводит к недоиспользованию технических возможностей этих машин. Одновременно из-за отсутствия достаточного объёма информации о ходе рабочего процесса и дефицита времени зачастую возникают дополнительные динамические нагрузки на оборудование, теряется производительность, повышается вероятность ошибочных действий, ведущих к аварийным ситуациям.
Таким образом, существует противоречие между высокой производительности машины и способности оператора, управляющего машиной. Это противоречие - характерная особенность нашего времени и ее можно разрешить только использование методологии и автоматизированного управления и контроля. Автоматизированная система управления и контроля содержит неотъемлемую часть подсистемы информационного обеспечения оператора и технологического контроля. Эта система будет определять значительный резервы производительности шагающего экскаватсра. Система не выводит машиниста из контура управления технологическим процессом, и поможет ему значительно как оператору рационально в автоматическом режиме управлять процессом экскавации, исправить результаты этого процесса, контролировать состояние электромеханического систем экскаватора.
Использование автоматизированных систем управления для шагающего экскаватора будет активизировать технологического процесса вскрыши бестранспортных, повысить эффективность работы экскаватора, чтобы создать условия надежной, безаварийной работы, облегчить труд оператора, его освобождение от напряжения, которое возникает при использовании ручного управления машиной. Важно, что оператор экскаватора без потерь рабочего времени, в течение необходимого времени может предоставить информацию о технологическом процессе экскавации и сообщить о характеристиках эксплуатации.
Во время работы оператор экскаватора контролирует технологические параметры забоя визуально, следовательно, погрешность выполнения задания будет значительной, особенно если оператор неквалифицированный и не имеет достаточно опыта работы. Поэтому использование экскаватора на борту автоматизированную систему управления с помощью компьютера будет предупреждать оператора о возможных ошибках и тем самым избежать дополнительного времени и стоимости. Актуальность проблемы создания автоматизированной системы управления, включая информационную обеспечению оператора для монитринга за технологическим процессом экскавации с одной стороны, и системы оценки эффективности эксплуатации с другой стороны было обнаружено наукой и при поддержке промышленности в конце 70-х.
Решение этой проблемы ограничено во многих отношениях не только с отсутствием необходимой современной бортового оборудования, но и недостаточно эффективное управление программным обеспечением и контролем.
Интерес к созданию проблемы, а в некоторых случаях, опыт работы в эксплуатацию подсистемы автоматизированного управления технологическим процессом экскавации горной техники разрезах и карьерах, остается актуальным и сегодня, как это было подтверждено путем публикации статей и выступлений на международных конференциях и симпозиумах по автоматизации в горной промышленности.
Таким образом, разработка системы технологического мониторинга тяжелых горных машин, алгоритмического, программного и аппаратного обеспечения системы, которая позволит расширить технологические возможности экскаватора поднять его эксплуатационную производительность, облегчить труд оператора, составлять актуальную научную задачу, которая имеет важное практическое значение.
Вводить комплексную автоматизацию процесса экскавации необходимо не только на уровне оператора, но и для других уровней управления. Бригадир, ответственный за работу экскаватора и его производительность, обязан контролировать работу оператора. Располагая оперативными данными о текущей и проделанной работе со всех экскаваторов участка, диспетчер и руководитель имеет полную возможность так управлять работой участка или карьером в целом, чтобы поддерживать высокую эффективность его работы.
Целью работы является создание математической модели технологического процесса экскавации, выполняемого шагающим дрглайном, и разработка алгоритмов автоматизированного мониторинга технологического процесса, позволяющих повысить производительность этих горных машин.
Идея работы - использование методов нечеткой логики и математическая модель технологического процесса экскавации как объект мониторинга для формирования эффективных алгоритмов технологического мониторига получения оценок технологических показателей.
Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна.
• Математическая модель технологического процесса экскавации шагающего экскаватора драглайна позволяет достаточно точно имитировать рабочие движения ковша драглайна, как в режиме черпания, так и в режиме транспортирования, что позволяет использовать ее в качестве объекта мониторинга.
• Fuzzy - алгоритм автоматической идентификации, сформулированный на основе нечеткой логики, позволяет с достоверностью не ниже 0, 95 определять смену состояний технологического процесса экскавации.
• Разработанные алгоритмы автоматизированного мониторинга: определения массы транспортируемой горной породы в ковше, вычисления временных, геометрических и энергетических оценок показателей процесса экскавации позволяют в темпе реального времени с достаточной точностью определять текущую производительность работы, эффективность технологического процесса экскавации, предотвращать нарушения паспорта забоя, улучшить условия эксплуатации мощного драглайна, более эффективно управлять технологическим процессом экскавации.
Научное значение работы состоит в том, что разработанные алгоритмы автоматизированного технологического мониторинга экскаватора драглайна развивают методы автоматизации технологических процессов.
Практическое значение работы заключается в том, что созданные алгоритмы вычисления параметров технологического процесса экскавации являются основой для разработки прикладного программного обеспечения подсистемы мониторинга в АСУТП мощных одноковшовых экскаваторов и автономных автоматизированных систем управления технологическим процессом экскавации.
Достоверность положений и выводов. Положения и выводы получены в результате компьютерного моделирования разработанных алгоритмов мониторинга процесса с математической моделью объекта управления, адекватность, которой подтверждена результатами экспериментальных исследований.
Апробации работы. Научные и практические результаты работы докладывались на международном научном симпозиуме «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА-2009, 2010», МГТУ и на научном семинаре кафедры «Автоматики и управления в технических системах» МГТУ.
Диссертационная работа выполнена на кафедре «Автоматики и управления в технических системах» Московского государственного горного университета.
