CC BY
33
© Л.Д. Певзнер, 2012
УДК 622.232.271 Л.Д. Певзнер
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫМ ДРАГЛАЙНОМ И КАРЬЕРНЫМ ЭКСКАВАТОРОМ
Рассмотрены результаты разработки систем автоматизированного управления технологическим процессом ведения вскрышных горных работ экскаватором драглайном и добычных работ экскаватором мехлопатой.. Ключевые слова: автоматизированная система управления, экскаватор драглайн, карьерный экскаватор.
щ проблема повышения эффективности эксплуатации тяжё-
-Л.Ж. лых машин открытых горных работ остается актуальной с момента создания этих машин. Решение этой проблемы находят не только в новых методах проектирования рабочего оборудования, в рациональных схемах силовых электроприводов, но и путем использования возможностей автоматизированного управления.
В московском государственном горном университете на кафедре Автоматики и управления в технических системах выполнены исследования по созданию автоматизированного управления технологическим процессом ведения вскрышных горных работ экскаватором драглайном и добычных работ экскаватором мехлопатой. Определены функции и задачи управления, разработана структура системы, ее аппаратное, алгоритмическое и программное обеспечения. Выполнены модельные испытания алгоритмов управления, контроля и представления.
Автоматизированная система управления шагающим экскаватором драглайном (АСУшд) предназначена для выполнения следующих функций:
• автоматическое составление программы отработки забоя и отсыпки отвала;
• автоматическое управление транспортным движением ковша драглайна;
• автоматическое выполнение операции черпания;
• автоматическое обеспечение безопасности движения ковша в рабочем пространстве;
• автоматическая диагностика технического состояния технологического оборудования;
• автоматический диагностический контроль системы управления электроприводами главных механизмов;
• автоматический оперативный контроль и анализ эффективности технологического процесса экскавации драглайна.
Автоматизированная система АСУшд обеспечивает:
• сбор и первичную обработку текущих значений контролируемых показателей технологического процесса экскавации;
• ввод информации от датчиков и первичных преобразователей с последующей обработкой этих сигналов;
• ведение базы данных показателей эффективности;
• формирование сменного, суточного и месячного отчетных документов и представление их на соответствующий уровень внешней системы.
Для реализации функций управления транспортным движением ковша драглайна разработаны алгоритмы:
• формирования рациональной схемы программной отработки забоя и программной отсыпки отвала;
• оптимального и терминального по времени управления тра-екторным движением ковша на разгрузку и черпание.
• предельно быстрого разворота платформы с гашением колебания ковша.
• недопущения аварийной ситуации при управляемом движении ковша драглайна в рабочем пространстве.
Для реализации функций диагностического контроля технического состояния основного оборудования разработаны алгоритмы:
• автоматической диагностики состояния редукторов главных и вспомогательных механизмов;
• функционального диагностирования состояния систем управления главными электроприводами экскаватора;
• проверки правильности функционирования системы управления электроприводами и локализации места отказа;
• визуализации технического состояния контролируемого оборудования.
Для реализации функций автоматической оценка эффективности эксплуатации экскаватора-драглайна разработаны алгоритмы:
• оперативного вычисления технологических показателей эксплуатации экскаватора-драглайна;
• ограничения предельных динамических воздействий на рабочее оборудование;
• контроля затрат электроэнергии в смену, в сутки и за месяц;
• контроля дисциплины выполнения технологического задания;
• визуализации оперативных показателей для эффективного управления машинистом;
• организации интегрированного массива показателей, ведения базы данных, архивирования основных показателей эффективности эксплуатации экскаватора и составления отчетных документов.
• Автоматизированная система АСУшд выполнена в виде трехуровневой модульной системы с жестким распределением выполняемых функций по уровням. Нижний уровень содержит цифровые датчики измерения длин канатов и угла поворота платформы, устройство определения углового отклонения ковша драглайна, идентификатор состояния системы «платформа-ковш на бифилярном подвесе», первичные преобразователи, исполнительные устройства и устройства связи с объектами управления на среднем уровне, где используется промышленный IBM PC совместимый программируемый контроллер бортового исполнения с достаточным числом слотов расширения.
На верхнем уровне системы осуществляется:
• представление программного схемы отработки забоя и отсыпки отвала;
• визуализация результатов процесса экскавации и отсыпки в сравнении с заданием технологического паспорта забоя;
• представление в темпе реального времени ограниченного числа измеренных и вычисленных показателей эффективности эксплуатации экскаватора;
• результаты контроля технического состояния рабочего оборудования;
• предупредительная и аварийная сигнализация;
• архивирование данных, просмотр архивных трендов и подготовка отчетных документов.
Исследовательские испытания подсистем АСУшд
• Испытания локальных подсистем управления поворотом платформы и траекторным движением проводились в Назаровском разрезе объединения Красноярскуголь на ЭШ20/90 №114 в 1979-1980 гг.
• Испытания автоматизированной системы управления проводились на разрезе Октябрьский объединения Эстонсланец на ЭШ20/90 №1 в 1986 году.
• Испытания подсистемы диагностирования проводились моделированием в лабораторных условиях в 1995 году.
• Исследовательские испытания интеллектуальных алгоритмов управления проводились математическим моделированием в 2006 году.
Результаты испытаний АСУшд
• Сокращение цикла экскавации на 9,8 % за счет сокращения длительности транспортирования.
• Сокращение потребления электроэнергии на 4,6 % за счет сокращения цикла и улучшения токовой диаграммы.
• Сокращение числа переключений командоаппарата до 20 %.
• сокращения среднего угла поворота платформы в цикле на 1,3%.
• Погрешность вычисления технологических показателей массы и энергии 5-10 %, геометрических и временных показателей 1-5 %.
Эффективность применения АСУшд
• Повышение интегральной эксплуатационной производительности, за счет рациональной отработки забоя и отсыпки отвала, сокращения длительности цикла и совмещения операций, снижения электрических потерь в якорных цепях электроприводов, снижения вероятности аварийных ситуаций.
• Повышение эксплуатационной надежности в силу наличия функциональной диагностики состояния электромеханической системы электроприводов.
• Улучшение технологической дисциплины за счет повышения информированности машиниста, автоматического контроля выполнения паспорта экскавации, снижение объемов переэкскавации.
Эффективность автоматизации шагающих экскаваторов (по иностранным источникам).
• Ручное управление является причиной дополнительных потерь в якорной цепи электропривода подъема до 20% (НКМЗ, Украина).
• Эксплуатация информационной системы
• Mc Donald Douglas Electronics Co на борту шагающего экскаватора Marion 8200 на разрезе Jim Bridger (США) позволила поднять фактическую производительность на 30%.
Автоматизированная система управления карьерным экскаватором (АСУкэ) предназначена для выполнения следующих функций:
• автоматическое управление транспортным движением ковша мехлопаты.
• автоматическое обеспечение безопасности движения ковша в рабочем пространстве.
• автоматическая диагностика технического состояния технологического оборудования;
• автоматический диагностический контроль системы управления электроприводами главных механизмов
• автоматическая оценка эффективности эксплуатации экскава-тора-мехлопаты.
Автоматизированная система АСУкэ обеспечивает:
• сбор и первичную обработку текущих значений контролируемых показателей технологического процесса экскавации;
• ввод информации от датчиков и первичных преобразователей с последующей обработкой этих сигналов;
• ведение базы данных показателей эффективности;
• формирование сменного, суточного и месячного отчетных документов и представление их на соответствующий уровень внешней системы.
Для реализации функций управления транспортным движением ковша мехлопаты разработаны алгоритмы:
• планирования рациональной траектории движения ковша из забоя к транспортному средству и обратно.
• алгоритм оптимального по времени управления транспортированием ковша на разгрузку по спланированной траектории.
• алгоритм предупреждения аварийной ситуации при управляемом движении ковша
Для реализации функций диагностического контроля технического состояния основного оборудования разработаны алгоритмы:
• автоматической диагностики состояния редукторов главных и вспомогательных механизмов;
• функционального диагностирования состояния систем управления главными электроприводами экскаватора;
• проверки правильности функционирования системы управления электроприводами и локализации места отказа;
• визуализации технического состояния контролируемого оборудования.
Для реализации функций автоматической оценка эффективности эксплуатации экскаватора-драглайна разработаны алгоритмы:
• оперативного вычисления технологических показателей эксплуатации экскаватора-драглайна;
• контроля дисциплины выполнения технологического задания;
• визуализации оперативных показателей для эффективного управления машинистом;
• организации интегрированного массива показателей, ведения базы данных, архивирования основных показателей эффективности эксплуатации экскаватора и составления отчетных документов.
• Автоматизированная система АСУкэ выполнена в виде трехуровневой модульной системы с жестким распределением выполняемых функций по уровням. Нижний уровень содержит цифровые датчики измерения длины каната подъема, длины вылета рукояти и угла поворота платформы, первичные преобразователи, исполнительные устройства и устройства связи с объектами управления на среднем уровне, где используется промышленный IBM PC совместимый программируемый контроллер бортового исполнения с достаточным числом слотов расширения.
На верхнем уровне системы осуществляется:
• визуализация результатов процесса экскавации в сравнении с заданием технологического паспорта забоя;
• представление в темпе реального времени ограниченного числа измеренных и вычисленных показателей эффективности эксплуатации экскаватора;
• результаты контроля технического состояния рабочего оборудования;
• предупредительная и аварийная сигнализация;
• архивирование данных, просмотр архивных трендов и подготовка отчетных документов.
Основные результаты разработки:
• Разработана функциональная структура, алгоритмическое и специальное программное обеспечение сис-темы управления транспортными операциями экскаватора ЭКГ16.
• Выполнены полунатурные исследования в лабораторных условиях на комплексной имитационной математической модели экскаватора ЭКГ16 как робота манипулятора подсистемы автоматического управления пространственным движением ковша экскаватора
Исследования последних лет
• Разработаны эффективные алгоритмы интеллектуального управления для выполнения транспортных операций с гашением колебаний ковша, что позволяет осуществлять позиционирование ковша для прицельной разгрузки в любой точке рабочего пространства.
• Интеллектуальные алгоритмы созданы на основе опыта квалифицированных машинистов методами нечеткой логики и нейронных сетей.
• Разработана сетевая структура управления электрооборудованием экскаватора с использованием интеллектуальных силовых ключей и диагностикой их состояния.
• Разработана структура компьютерной системы, для обеспечения вычислительных процессов всех задач АСУшд.
Цели и задачи возможного взаимодействия с заинтересованными организациями:
• создание промышленных образцов бортовых подсистем АСУшд, АСУкэ:
управляющей, диагностирующей, информационной.
• Создание промышленных образцов полномасштабных АСУшд, АСУкэ.
• Проведение промышленных испытаний этих систем.
• Проведение необходимого маркетинга изделий.
Производство и внедрение на вторичном рынке подсистем и самой АСУшд, АСУкэ. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Певзнер Леонид Давидович - профессор, доктор технических наук, заведующий
кафедрой, [email protected]
Московский государственный горный университет.
