CC BY
52
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 624.64.
В. Ф. Монастырский, Р. В. Кирия, Д. Д. Брагинец
АДАПТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПОДЗЕМНЫМ КОНВЕЙЕРНЫМ ТРАНСПОРТОМ С БУНКЕРАМИ
Анализируя традиционные методы управления подземным конвейерным транспортом с бункерами, авторы пришли к выводу об их непригодности в условиях неопределенности параметров модели и управляющего воздействия. Предлагаются математические модели для определения параметров адаптивного управления, управляющего воздействия и эффективного функционирования перегрузочных пунктов, а также алгоритм адаптивного управления.
Ключевые слова: конвейер, транспорт, адаптивное управление, математическая модель, управляющее воздействие, алгоритм, статистика, уравнение.
V F. Monastyrskiy, R V Kiriya, D. D. Braginets
Adaptive Management of the Underground Conveyer Transport with Bins
The analysis of traditional management methods of the underground conveyer transport with bins shows their impropriety in the conditions of model’s parameters and the managing impact uncertainty. Mathematical models for the parameters of the adaptive management determination, managing impact and effective functioning of transfer points and the algorithm of the adaptive management are suggested.
Key words: conveyer, transport, adaptive management, mathematical model, managing impact, algorithm, statistics, equation.
Интенсификация производства в различных отраслях промышленности неразрывно связана с улучшением качества транспортных средств, среди которых конвейерный транспорт является экономически целесообразным для различных условий эксплуатации. Одним из путей повышения эффективности работы конвейерного транспорта является создание управляемых систем на основе компьютерных технологий, позволяющих выбирать оптимальные
МОНАСТЫРСКИЙ Виталий Федорович - д. т. н., профессор Политехнического института (филиала) им. М. К. Аммосова в г. Мирном (МПТИ (ф) СВФУ).
E-mail: VF.Mon@mail.ru
КИРИЯРуслан Виссарионович - к. т. н., с. н. с. Института геотехнической механики НАН Украины им. А. С. Полякова.
БРАГИНЕЦ Дмитрий Дмитриевич - м. н. с. Института геотехнической механики НАН Украины им. А. С. Полякова.
процессы функционирования ленточных конвейеров в составе комплекса машин. В промышленных условиях горных предприятий конвейерный транспорт применяется в горно-геологических и горнотехнических условиях, которые характеризуются совокупностью факторов, определяющих сложность их эксплуатации. Процесс приспособления (адаптации) конвейеров к изменяющимся условиям эксплуатации предполагает применение систем адаптивного управления с целью достижения оптимального функционирования всех основных узлов конвейерного транспорта в изменяющихся условиях эксплуатации при параметрической и структурной неопределенностях, а также управляющего воздействия.
Проблеме адаптивного управления машинами посвящено большое количество научно-технических и научно-исследовательских работ [1, 2, 3], в которых изложены основные принципы создания адаптивных систем управления, способы их реализации, критерии
sc
В. Ф. Монастырский, Р. В. Кирия, Д. Д. Брагинец. АДАПТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПОДЗЕМНЫМ КОНВЕЙЕРНЫМ ТРАНСПОРТОМ С БУНКЕРАМИ
эффективности и требования, предъявляемые к средствам управления. Однако до настоящего
времени такие задачи не решены для подземного
конвейерного транспорта с перегрузочными узлами,
оснащенными бункерами различной конструкции
(усредняющие, аккумулирующие и для перегрузки с одного конвейера на другой).
На основании анализа функционирования бункеров, эксплуатируемых в системах подземного конвейерного транспорта, было установлено, что:
- наиболее часто применяется непрерывный режим работы бункеров, который характеризуется постоянным поступлением и разгрузкой насыпного груза;
- реже применяются прерывистые режимы, которые характеризуются периодически отключаемой загрузкой при постоянно работающей разгрузке или, наоборот, постоянной загрузкой и периодически включаемой разгрузкой. Этот режим называется дозирующим.
Для реализации в подземных условиях дозирующего режима работы бункеров применяются качающиеся питатели, которые эффективно эксплуатируются в условиях перегрузки крупнокусковых грузов. В этом случае на надежность питателей существенное влияние оказывают следующие факторы: грансостав груза, крупность и крепость материала. Наиболее частыми отказами перегрузочных пунктов являются повреждение полотна питателя, днища бункера, а также интенсивный износ их основных узлов. Защита питателя от падения крупных кусков груза на его полотно в подземных условиях выполняется путем поддержания на питателе защитного слоя материала. Управление процессами загрузки и разгрузки бункеров на практике производится оператором в ручном или дистанционном режимах. При этом частые запаздывания включения или выключения питателя приводят к отказам его основных узлов и длительным простоям. В связи с этим необходимо создать систему автоматического управления работой питателя, при которой на его полотне постоянно будет поддерживаться минимально необходимый защитный слой груза.
Для решения указанной задачи необходимо на практике осуществлять контроль входных и выходных параметров, определять их взаимосвязь и корреляционные связи между факторами внешнего воздействия и выходными параметрами, создавать математические модели для адаптивного управления узлами конвейеров или процессами, происходящими во взаимодействующих деталях под нагрузкой. Однако в условиях параметрической неопределенности [4, 5] необходимо применять способы, позволяющие корректировать математическую модель объекта управления на основании изменяющейся текущей информации от датчиков контроля или случайного
поиска значений недостающих параметров. Таким образом, достигается адаптация конвейерного транспорта к изменяющимся условиям эксплуатации, согласно [1, 2], такое управление называется
адаптивным.
Систему управления конвейерным транспортом с аккумулирующим бункером представляем в виде черного ящика, на вход которого подается груз со средним значением поступающего грузопотока mQ (м3). Значение mQ является неизвестным, изменяющимся во времени, возмущающим параметром системы. Выходным (управляющим) параметром в этом случае принимается максимальный объем защитного слоя груза в бункере V2 (м3), значение которого регламентируется производительностями разгрузки ^) и загрузки mQ. Процессы поступления груза в бункер и его разгрузки являются периодическими: при
достижении грузом минимального объема защитного слоя V1 (м3) питатель отключается и происходит непрерывное заполнение бункера до объема V (м3), при котором питатель отключается из-за аварийного переполнения. Разгрузка бункера выполняется с производительностью Q>m до предельно допустимого объема V. Моделью эффективного функционирования перегрузочного пункта принята взаимосвязь среднего объема груза в бункере VС (м3) и производительности разгрузки Q :
1 1с
Vc = — | V {г )ёг.
гс о
(1)
где
Г VI + ШдҐ,
при 0 < ґ < г3; при ґ3 < ґ< Ґ;
(2)
изменяющийся во времени объем груза в бункере; tс = tз + ^ - среднее время цикла работы бункера; tз - среднее время заполнения бункера при Qn = 0;
^ - среднее время разгрузки бункера при ^п > 0). Согласно [6], выражение (1) с учетом (2) после интегрирования примет вид:
V. =
УгК + VIр , тв£-{0т - тв)'
- +
(3)
К 2Я
где у - плотность материала, т/м3.
Решением поставленной задачи является достижение оптимального функционирования системы подземного конвейерного транспорта с бункерами путем раскрытия неопределенности управляющего воздействия; параметрической неопределенности и взаимосвязи их с моделью функционирования. Другими словами при неопределенности т V
Q 2
используя математическую модель (3) и заданные
значения V, и Q = Q =сош1 определяем
1 ^п шт ^ к 7 А
максимальный объем защитного слоя груза V,,.
Согласно [6], приравнивая выражение (3) и
V,
С Ш1П
VI + У2 2
получим окончательно уравнение
для определения минимальном производительности
(4)
Q • :
^П Ш1П ^
УК + У1Р + ~{0пшп -таК = У2 + у.
іс 2уіс 2
Управлшоїцее воздействие определяется из априорной информации о среднем значении поступающего в бункер груза ^ при условии, что на каждом /-ом цикле его работы время загрузки будет 7\, а время разгрузки - Т . По полученным значениям 7\ для каждого цикла оценивается текущее значение ^ по формуле:
т _ у (V - V!)
Т ’
т& _ -
(5)
, - оценка параметра ^ на /-ом цикле загрузки бункера, определяемая по данным статистики или экспериментов.
Подставляя (5) в (4), получим при Qn = Qк зависимость V. =
ат2 - ^(т2+т
(6)
7 Т-т)
Таким образом, алгоритм адаптивного управления подземным конвейерным транспортом с бункерами можно представить следующим образом:
• обосновываются исходные данные для адаптивного управления Qn т1п= Qк; V, у, 7\, Тр; У2У -объем груза /-том цикле;
• по формуле (5) с учетом значений У2у и Тз. определяют статистическое значение ;
• по формуле (6) с учетом (5) и исходных данных определяют величину максимального значения защитного груза в бункере V., на каждом цикле;
• сравнивают значение V. с допустимой величиной, при которой либо происходит переполнение бункера (V. > №]пе), либо уровень груза на питателе
достигает минимального значения ^2^2), и дают команду на включение или выключение питателя;
• повторяют указанную последовательность операций для каждого цикла работы перегрузочного пункта и управляют работой питателя. Управление происходит в автоматическом режиме или с применением ЭВМ.
Итак, приходим к следующим выводам:
- предложен алгоритм адаптивного управления подземным конвейерным транспортом с бункерами, включающий математические модели для определения параметрической неопределенности управляющего воздействия, ее параметров и эффективности функционирования системы, а также последовательность технологических и логических операций для реализации адаптивного управления;
- разработанные модели для определения параметров перегрузочного пункта пригодны только для периодического режима их работы с отключением и выключением питателя.
Л и т е р а т у р а
1. Ширин Л. Н. Адаптация энергетических систем с шахтными конвейерами / Л. Н. Ширин, С. В. Корнеев, В. А. Зотов. - Днепропетровск: НГУ, 2010. - С. 25-29.
2. Фомин В. Н. Адаптивное управление динамическими объектами / В. Н. Фомин, А. Л. Фрадков, В. А. Якубович. -М.: Наука, 1981. - 447 с.
3. Фомин В. Н. Некоторые общие принципы построения адаптивных систем управления / В. Н. Фомин // Соровский образовательный журнал. - 1996. - № 12. - С. 101-107.
4. Брусин В. А. Об управлении динамическими системами в условиях неопределенности // Соросовский образовательный журнал. - 1996. - № 6. - С. 115-121.
5. Ядыкин И. Б. Адаптивное управление непрерывными технологическими процессами / И. Б. Ядыкин, В. М. Шумский, Ф. А. Овсепян. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 240 с.
6. Кирия Р. В. Математическая модель функционирования усредняющего бункера в условиях угольных шахт // Системні технології. Регіональний міжвузівський збірник наукових праць. - Випуск 4(75). - Дніпропетровськ, 2011. - С. 159-168.
