CC BY
32
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Макаров И.М., Лохин В.М., Манько С.В. и др.
Искусственный интеллект и интеллектуальные системы управления. М.: Наука, 2006. 336 с.
2. Кроши, mil А.В. Разработка и анализ интеллектуальных поисковых программ в вычислительных сетях на основе универсальных алгебр. Дис. ... канд. техн. наук. Рязань: РГРТА, 2003. 167 с.
3. Подиновский В.В., Ногин В.Д. Паретоопти-мальные решения многокритериальных задач. М.: Физматлит, 2007. 256 с.
4. Чернов В.Г. Модели поддержки принятия решений в инвестиционной деятельности на основе аппарата нечетких множеств. М.: Горячая линия - Телеком, 2007. 312 с.
5. Крошилина С.В. Разработка и исследование автоматизированных систем аналитики деятельности предприятия. Дис. ... канд. техн. наук. Рязань: РГРТУ, 2009. 169 с.
6. Дюк В.А. Интеллектуальный анализ данных. СПб.: Питер, 2008.
УДК 622.232.8.72
М.И. Арпабеков
АДАПТИВНО-ПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЕНИЕ РОБОТИЗИРОВАННОГО КОМПЛЕКСА
Системы программного управления проходческими комбайнами разрабатывались институтами ВНИИгидроуголь, КузНИУИ, Астоматгормаш, Гипроуглегормаш, Копейским машзаводом, Про-копьевским заводом шахтной автоматики и др.
Во ВНИИгидроуголь разработана и испытана в шахтных условиях система программного управления комбайном К-56МГ [1]. Задание программы осуществляется с помощью 152 многопозиционных и 76 малогабаритных тумблерных переключателей, расположенных на панели про-граммонаборника. С помощью этих переключателей создаётся условная сетка, разбивающая сечение забоя на девятнадцать равных частей по горизонтальной и вертикальной осям. Однако промышленные испытания показали, что эта система характеризуется недостаточной гибкостью принятого способа задания программы, её небольшим объёмом и ограниченной разрешающей способностью.
Институтом КузНИУИ разработан и испытан в шахтных условиях экспериментальный образец аппаратуры программного управления контактно-релейного исполнения с жестким заданием программы на специальном коммутаторе, в качестве которого используются многоконтактные штекерные разъёмы. Забой выработки разбивается условной координатной сеткой на семнадцать
равных частей по горизонтальной и вертикальной осям. С помощью этой координатной сетки может быть набрана любая траектория из семнадцати перемещений режущего органа. Для последовательного задания величин и направления этих перемещений служит распределитель, выполненный на базе шагового искателя типа ШИ-17 [1]. Промышленные испытания экспериментального образца показали, что аппаратура имеет те же недостатки, что и система управления, разработанная ВНИИгидроуголь.
При работе выемочного манипулятора по челноковой схеме с разворотом стрелы исполнительного органа по концам лазы выемка пласта осуществляется качательным движением исполнительного органа. При первом проходе манипулятора вынимается породный прослой, затем, после разворота исполнительных органов, вынимается угольный массив на всю величину мощности пласта с передвижкой крепи и конвейера. Уголь транспортируется из очистного забоя до погрузочного пункта при прямом ходе реверсивного штрекового конвейера. Порода подаётся забойным конвейером на штрековый реверсивный конвейер с переключателем на обратный ход. Далее она поступает в закладочный комплекс и после переработки через трубопроводы разбрасывается за секции механизированной
по окончании передвижки конвейера, фиксируется заднее положение секции крепи. Для обеспечения нужной линии забоя, кроме прямолинейной, требуется равномерное перемещение крайних секций крепи, для чего необходим контроль пути перемещения. Также он необходим для избегания сползания крепи по падению пласта вдоль забоя. Контроль всех данных параметров осуществляется с помощью датчиков положения.
На основе экспериментальных исследований и анализа литературных источников подготовлены исходные данные на создание флангово-фронтальных технологических поточных процессов при селективной выемке [2-4].
Принципиальная гидравлическая схема управления перемещением рабочего органа манипулятора в вертикальной плоскости показана на рис. 1.
Рассмотрим работу механизма перемещения исполнительного органа в вертикальной плоскости. От рабочего насоса жидкость подаётся по магистрали через гидрораспределитель домкрата подъёма стрелы манипулятора в поршневую полость гидроцилиндра, что вызывает перемещение рабочего органа вниз. При достижении рабочим органом крайнего нижнего положения при помощи датчиков положения домкрата через блок управления переключается электрораспределитель с управлением от двух электромагнитов, что
крепи в выработанное пространство полосой в 20-40 м вдоль конвейерного штрека, что позволяет повторно использовать выработку при отработке следующего выемочного столба. Программа управления крепью при челноковой схеме реализует следующие режимы работы комплекса:
1) установление режима передвижки крепи (автоматический или дистанционный);
2) установление режима работы (выбор секции, передвижка секции, контроль за передвижкой);
3) контроль за предварительным распором стоек секций, повторение команд на передвижку секции при наличии невыполнения команды.
Для функционирования автоматизированной крепи в автоматическом режиме работы выемочного комплекса необходим обязательный контроль конечных положений секций крепи на шаге передвижки. После прохода выемочного манипулятора на передвижку секции крепи, которая перемещается к конвейеру на шаг передвижки в переднее положение, поступает сигнал.
В момент распора секции возможен отход цилиндра гидродомкрата за счёт выбора зазоров соединительной цепи, образовавшихся в процессе выдвижки гидродомкратов, и, таким образом, возможна потеря информации о положении секции в момент контроля. Когда шток и цилиндр полностью выдвинуты относительно друг друга
1
Рис. 2. Блок-схема работы гидросистемы домкрата подъёма стрелы манипулятора
вызывает, в свою очередь, переключение гидрораспределителя домкрата подъёма манипулятора. Жидкость от рабочего насоса подаётся теперь в штоковую полость гидроцилиндра, что вызывает перемещение рабочего органа снизу вверх. Затем цикл повторяется. Начальное движение рабочего органа может быть направлено вверх, в зависимости от положения гидрораспределителя в начальный момент времени.
Блок-схема данного процесса представлена на рис. 2.
Рассмотрим процесс регулирования заданной нагрузки на исполнительный орган манипулятора (рис. 3, 4).
Для этого используем телескопичность трубы манипулятора. Движение выдвигаемой части трубы осуществляется гидродомкратами. Их и будем применять для подачи на забой исполнительного органа. Тем самым скорость подачи самой машины остаётся равной определённому значению, т. е. исключаются динамические нагрузки, возникающие при изменяющейся скорости движения манипулятора.
Рис. 3. Функциональная схема регулирования нагрузки на исполнительном органе
Начало
Включение электродвигателя исполнительного органа
Включени электрора лителя 3 спреде-
Переключение распределителя
Работа гидродом подачи <рата
Рис. 4. Блок-схема системы регулирования нагрузки на исполнительном органе
При отклонении нагрузки двигателя рабочего органа (ДРО) манипулятора от номинального значения изменяется величина выходного сигнала измерительного устройства - датчика регулируемого параметра - датчика тока (ДТ). В регулятор (Р) от ДТ подаётся значение, пропорциональное фактическому значению тока электродвигателя рабочего органа. Р сравнивает значение тока с величиной тока оптимальной для данных рабочих условий. Оптимальное значение закладывается в память Р.
Когда сигнал рассогласования превысит зону нечувствительности, он через усилитель подаётся на зажимы катушек трёхпозиционного электроги-дрораспределителя РП-2. В зависимости от знака рассогласования гидрораспределитель переключается в положения «вперёд» или «назад». До тех пор пока сигнал рассогласования не исчезнет, будет происходить движение исполнительного органа. Таким образом, происходит процесс стабилизации нагрузки электродвигателя рабочего органа за счёт регулирования скорости перемещения исполнительного органа манипулятора.
Важным элементом автоматизации является использование промышленных компьютеров для управления работами в лаве. Из известных систем, применяющихся на шахтах за рубежом, в Казахстане и в России, это системы немецких фирм Тайсен бах и Марко РМ-4, РМ-32.
Из известных автоматизированных систем на шахтах Караганды используется комплекс оборудования Глиник, оборудованный гидравлическими блоками, управляемыми процессорами РМ-4. В основном управление происходит с использованием восьми каналов, а в Германии -до четырнадцати каналов и, как указывают специалисты, в основном из работ главного технологического цикла это касается системы передвижения крепи. Но процессор и гидравлическая система позволяют установить дополнительные датчики и, соответственно, линии управления, что «интеллектуализирует» работу крепи. Операции по передвижке включают отслеживание положения в лаве комбайна, состояние конвейерной линии, состояние гидростоек и домкрата, передвижение записи показаний которых производят в базы. При этом оператор ПК может выбрать один из нескольких режимов передвижения. Список возможных функций фирма предлагает клиенту выбрать заранее. Состояние очистного забоя оценивает оператор. Например, он может выбрать
последовательное передвижение секции, указав величину сжатия гидростоек при снятии с распора крепи, после достижения которой включается домкрат передвижения секции. Возможны и иные схемы. Система автоматической передвижки может быть мгновенно отключена оператором в случае нарушения безопасности. Естественно, что время передвижки, определяемое количеством и длительностью выполняемых операций по подготовке к передвижению и распору секции, зависит от того, на какие параметры сжатия гидростоек настроит секцию оператор. Это связано с опытом оператора. Поэтому современные системы являются не роботами, а частично автоматизированными линиями. Но секция крепи характеризуется большим количеством гидроприёмников, например, имеются выдвижные борта, предотвращающее просыпание боковых пород в межсекционные зазоры. Секции наклоняются, изменяют угол базирования к забойному конвейеру, в результате чего возникают неперекрытые зазоры, через которые прорывается порода. Эти актуальные проблемы автоматизации пока не решены. Но главной задачей «интеллектуализации» работы крепи является управление горным давлением, которое индивидуально для каждой лавы. Например, наличие неустойчивой непосредственной кровли способно максимально уменьшить степень использования автоматических функций, хотя существуют способы предотвращения прорыва пород за счёт оставления в кровле угольной пачки. Многие вопросы необходимо решать на месте, но для этого системы не приспособлены по причине наложения запретов и отсутствия эффективного ПО. И, в частности, по учёту горного давления. С этой точки зрения разработки ряда фирм направлены на создание возможностей учёта состояния массива для автоматизированных систем. Например, при передвижке секций следует учитывать состояние кровли над крепью. Так, величина сжатия гидростоек определяется наличием кусков породы, обрушенных на перекрытие. Опускание перекрытия должно быть таким, чтобы секция не цепляла его и, соответственно, передвигалась плавно, без разворотов.
Как же рационально разместить датчики? Очевидно, что это лучше выполнить в базе, моделирующей структуру крепи и иерархические связи элементов структуры, узлов и подузлов, с чёткой привязкой индексов записей между реальными датчиками и записанными показаниями.
Имея схему расположения датчиков, выполняем это на основе алгоритмов многомерных классификаций АМК и соответствующей базы. Такие базы представляют возможность хранения и обработки тотальной информации о крепи в логической связи её узлов и могут составляться для проектирования крепи, её улучшения, а также для управления крепью в лаве и в частности в автоматическом режиме с применением промышленных компьютеров. Хотя в последнем случае её можно видоизменить, и столбцы, относящиеся к этапам проектирования, извлечь для уменьшения памяти и повышения скорости обработки данных. В таблице представлен вариант отдельного размещения базы данных «Датчики», а также основные элементы таблиц для этой базы. Понятно, что по фиксациям показаний датчиков можно судить не только о геомеханическом управлении массивом, но и о состоянии крепи, например её гидроприёмников. В свою очередь сущность аварий (отказов тех или иных устройств) можно проверить по глобальным записям других датчиков, чья работа функционально связана с соседями, причём комплекс отказов их основных и косвенных (по замерам соседних датчиков) индетификаци-онных параметров устанавливается в программах обслуживания. Несмотря на автоматизацию работ, использование интеллектуальных программ ещё недостаточно. Об этом говорит обслуживание восьми каналов управления на секции, когда их может быть в 3-4 раза больше. В этом случае как в любых робототехнических устройствах резко усилится роль перепрограммирования машин в зависимости от конкретных условий.
Роль перепрограммирования тем важнее, чем сложнее машина. Тогда для неё можно разработать новые варианты схем работы, включающиеся в ответ на проявления и изменения среды работы. Например, для секции крепи типа «Гли-ник» в рамках пая (группы секций, обслуживаемых одним компьютером) можно составить 3-4 схемы передвижки и, соответственно, столько же моделей поведения секции всей группы крепи и столько же моделей управления крепью.
Система управления механизированными крепями очистных работ с электронным управлением предназначена для увеличения объёмов добычи и обеспечения безопасных условий труда, для возможности осуществления оператором дистанционно любой из функций управления механизированной крепью в различной последовательности и по заданной программе.
Система должна обеспечивать автоматическое управление операциями секции крепи, получение информации о состоянии секций, дистанционное и ручное управление разгрузкой, передвижкой, распором секций, передвижкой конвейера.
Система автоматизации механизированной крепи включает следующие подсистемы:
дистанционное и автоматизированное управление гидрораспределителя;
дистанционный контроль над полнотой передвижки секций, их распором, номером управляемой секции;
автоматический контроль за прямолинейностью базы (конвейера, крепи);
контроль за состоянием гидросистемы, регулирование сопротивления крепи и средств для передвижки секции с подпором.
Конструкция секции крепи и электрогидравлическая система управления позволяют управлять на запрограммированном расстоянии от выемочного манипулятора по сигналам датчиков или командам оператора. Автоматическая передвижка секций крепи и согласованность её с процессом выемки обеспечивается за счёт применения электрогидроклапанов ЭКУ, датчиков положения и контроля секции крепи, давления и управляющих сигналов от микропроцессоров, перемещения забойного конвейера в зависимости от кривизны и положения.
Управление крепью осуществляется по сигналам микроЭВМ, которая выдаёт их на группу секций. Управление секциями крепи в группе осуществляется микропроцессором. Микропроцессоры, управляющие группами секций крепи, устанавливаются в искровзрывобезопасные корпуса, размещаемые на базовой секции.
Подсистема управления крепью позволяет устанавливать необходимый режим работы (выбор секции, передвижка, контроль за передвижкой секции и конвейера, контроль за предварительным распором стоек, секций); повторять команду на передвижку секции, не выполнившей в заданное время цикл автоматической передвижки; устанавливать и при необходимости корректировать расстояние между секцией и выемочным манипулятором.
Информация о состоянии секции крепи от датчиков переднего, заднего, предварительного распора через устройства выемки и хранения информации поступает на микропроцессор, который через преобразователь уровня управляет
Порядок включения имитаторов мнемосхемы
Объект управления Устройство Состояние устройства Кодирование устройства
Конвейер Пускатель «ВКЛ» 1
Манипулятор ВМФ Пускатель «ВКЛ» 1
Лебедка Пускатель «ВКЛ» 1
Домкрат подачи комбайна ЭМД-1-«ВКЛ» 1
Домкрат вертикального «Исполнительный 1
перемещения орган вверх»
Датчик давления ДЦ-ГЗ 1
гидрозажима
Подача комбайна Стрела вверх «ВКЛ» 1
Манипулятор ВМФ Датчик давления гидростойки Распор-ДЦ-ГС 1
Датчик перемещения «Исполнительный 0
по мощности пласта орган вниз»
Датчик давления «Снятие распора 0
гидростойки ГС»
Подача комбайна «ВКЛ» 1
Датчик давления ДЦ-ГЗ 0
гидрозажима
Крепь 20КП70 Датчик давления Опускание секции 0
Домкрат передвижки Перемещение 1
секции секции
Датчик давления Распор секции 1
Конвейер Пускатель «ВКЛ» 1
электрогидравлическим клапаном управления (ЭКУ) секции.
Основные функции датчиков, применяемых для автоматизации крепи, - защита от превышения усилий положения секционной группы; информация для управления - давление в гидросистеме, перемещение гидродомкратов секции крепи; используемые датчики и устройства (датчик давления, предохранительный клапан, датчик положения).
Предложенная система электрогидравлического (профилирующего) программного управления автоматического ВМФ-5, обеспечивает
движения, заданные программой, с помощью программ-наборщиков, запоминающих ограниченное число команд.
Динамические свойства исполнительного органа выемочной машины ВМФ таковы, что имеется возможность использовать в качестве подсистем регулирования аппаратуру, разработанную Карагандинском институтом «Гипроу-глегормаш» с использованием СП и двухкаскад-ного усилителя.
В случае применения телескопического исполнительного органа необходимо разработать датчик величины вылета стрелы исполнительно-
го органа, а к аппаратуре «Гипроуглегормаш» добавить соответствующую следящую подсистему с интегрирующими звеньями. Для удобства перенастройки машины ВМФ при селективной выемке угольных пластов необходимо использовать СП подсистемы качания вертикальной плоскости,
введя в канал системы звено с легко изменяемым коэффициентом передачи датчика.
Таким образом, в статье рассмотрены особенности адаптивно-программного управления роботизированного комплекса, используемого для разработки угольных массивов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сагинов А.С., Квон С.С., Лазуткин А.Г. и др.
Флангово-фронтальная выемка пластовых месторождений: Учебник. Алматы: Наука, 1983. 280 с.
2. Ермеков Т.Е., Шоланов К.С., Арпабеков М.И.
Научные основы решения, а также обоснование параметров горных и строительных робототехнологических комплексов: Монография. Алматы: Эверо, 2009. 272 с.
3. Арпабеков М.И. Система диагностики неисправностей функциональных элементов очистного роботизированного комплекса для селективной вы-
емки угольных пластов // Хабаршы-Вестник ЕНУ Астана: Изд-во ЕНУ, 2009. № 4 (71). С. 207-212.
4. Ермеков Т.Е., Арпабеков М.И. Определение зоны резания для различных режимов работы манипулятора // Вестник Казахской академии транспорта и коммуникации / Сб. науч. тр. 2009. № 4 (59). Алматы: Изд-во КазАТК. С 118-123.
5. Арпабеков М.И. Оценка спектрально корреляционных характеристик работы манипулятора на базе коронки ПК-3М, ПК-9Р // Вестник ПГУ 2009. № 1. Павлодар: Кереку ПГУ С. 19-23.
УДК 538.911
В.А. Кузьменко, Е.А. Ванина
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ КЛЕТОЧНЫХ АВТОМАТОВ К ФАЗОВЫМ ПЕРЕХОДАМ В УСЛОВИЯХ РЕАКТОРНОГО ОБЛУЧЕНИЯ
Керамические детали при эксплуатации в экстремальных условиях реакторного облучения испытывают термические, электрические и механические нагрузки, в результате возникают дефекты, изменяющие структуру материалов. В зависимости от состава керамики происходят различные изменения в её структуре, влияющие на свойства готового изделия. Субструктура кристаллов в керамике пока недостаточно изучена. Её влияние на общую структуру и свойства, как правило, определяется только косвенно [2]. Поэтому установление связи «субструктура-структура-свойства» в многокомпонентных керамических системах является актуальной задачей.
Изучение облучённых материалов — длительный и дорогостоящий процесс, в связи с чем необходимо разрабатывать модели, позволяющие проводить исследования на ЭВМ.
Литературный обзор показал, что ни одно из исследований не демонстрирует радиационный
фазовый переход. В [7] моделируется образование упорядоченной структуры мелких скоплений дефектов в твёрдом теле под действием электронного облучения. Дискретное моделирование с использованием теории клеточных автоматов позволяет продемонстрировать изменение формы зёрен под действием реакторного облучения.
Теория клеточных автоматов активно развивается последние пятнадцать лет, используется в работах Ю.В. Дашко, А.Ю. Смолина [3, 4]. В [3] моделируются процессы прессования, спекания сегнетокерамики. В [4] изучены деформации и разрушения сложных гетерогенных материалов и структур в условиях внешних динамических воздействий.
Постановка задачи
Объектом нашего исследования является корундовая керамика с содержанием а-А1203 более 90 %, стеклофаза алюмосиликатная, пористость
