Автоматизированная система управления тяжелым драглайном и карьерным экскаватором Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

© 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.