CC BY
100
УДК 658.286.2
МОДЕЛ1 АВТОМАТИЗОВАНОГО ПРОЕКТУВАННЯ КОНВЕСРНОГО ТРАНСПОРТУ П1ДПРИСМСТВА
Т.В. Плуг1на, доцент, к.т.н., М.В. Шевченко, асистент, к.т.н., ХНАДУ
Анотаця. Розглянуто завдання проектування конвеерного транспорту тдприемства. Розроблено математичм модел1 автоматизованого проектування територ1алъно-розподтених конвеерних лтт. Запропоновано алгоритм ощнки завантаженост1 л1нИ' 7 формування керувалъних д1й.
Ключов1 слова: проектування, конвеерний транспорт, математичм модел1, алгоритм, керувалънп дп.
Вступ
Сучасний конвеерний транспорт на крупних шдприемствах характеризуеться
розгалужешстю транспортно! мережi i наявшстю стрiчкових конвеерiв велико! протяжностi, обладнаних могутнiми електроприводами, i введенням промiжних бункерiв в технолопчш схеми.
Анал1з публжацш
1снуюча сучасна апаратура автоматизацп конвеерних лшш, що побудована iз застосуванням мшропроцесорно! технiки [1], виготовляеться в одиничних екземплярах маленькими партiями, що ускладнюе органiзацiю ремонтно-профiлактичних робiт [2]. Сершш апарати, якi вже випускаються для автоматизацп конвеерного транспорту, виконаш на дискретних елементах [3]. Застарша елементна база встановлюе межу зростання функцiональних можливостей, зокрема за шформащею, засобiв автоматизацп [4].
На пiдставi iснуючих проблем формулюються мета та задачi дослiдження.
Задачi дослiдження:
- проаналiзувати iснуючi методи керування конвеерним транспортом тдприемства;
- обгрунтувати та розробити математичт моделц
- побудувати алгоритм та функцiональну схему керування конвеерним транспортом.
Мета 1 постановка задач1
Метою роботи е шдвищення ефективностi процесу проектування конвеерних лшш за рахунок вщомих та розробки нових моделей, методiв, технологш та програмних комплексiв проектування таких тишв об'ектiв.
Приведемо постановку задач дослщження. Вiдомо:
- параметри та робочi характеристики часткових конвеерних лшш (кшьюсть, енерговитрати, вартiсть, потужнiсть, штенсившсть вiдмов складових);
- кiлькiсть вцщв локальних бункерiв конвеерно! лшп;
- параметри та характеристики вантажу.
Необхщно розробити оперативну систему керування територiально розподiленими лiнiями конвеерного транспорту залежно вiд критерпв i обмежень за максимального коефщента заповнення локальних бункерiв та мiнiмальних енерговитрат.
Математична модель проектування
Особливють цього класу транспортних систем полягае в обмш вантажами мiж локальними пунктами конвеерних д^нок через iерархiчну систему функцiональних центрiв (вантажних термiналiв), якi виконують функци накопичування вантажiв, групування !х за напрямками, комутацп виду
транспорту (автомобшьного, з^зничного, авiацiйного, водного), вантажно1 обробки. Методи дослiдження територiально розподшених лiнiй конвеерного транспорту базуються на методах математичного моделювання й автоматизованого проектування, дискретного програмування, багатокритерiальноl оцiнки й ошташзацн для вибору оптимального режиму керування конвеерним транспортом.
Цьому питанню було присвячено ряд аналггичних дослiджень, в результатi яких сформульовано таю можливi критерн оптимального управлшня:
- мiнiмальний час простою д^нок унаслiдок вiдмов конвеерних лши;
- мiнiмальна витрата електроенергн на транспортування одинищ ваги вантажу;
- мшмальний знос матерiальноl частини конвеера на транспортування одинищ ваги вантажу.
Управлшня за першим критерiем здшснюеться за рахунок використання здатностi акумулювати вантаж в зош транспортування i бункерах на лши, що тимчасово вщмовила. Даний критерiй реалiзуеться при регулюванш процесу завантаження i вивантаження бункера залежно вiд кiлькостi вантажу, що знаходиться в даний момент в шдбункернш точщ М збiрного конвеера КЛМ1 (рис. 1).
03
БКп
Рис. 1. Технологiчна схема мапстрально! кон-веерно! лши
Управлiння за другим i трепм критерiями здшснюеться за рахунок скорочення загального часу вшьних пpобiгiв i pацiонального завантаження конвеерно! стpiчки. Скорочення часу вшьних пробшв стpiчки може pеалiзуватися регулюванням швидкостi стpiчки.
енерговитрати», який не суперечить шшим, але бiльш загальним.
Для даного критерда цiльова функщя витрати, викликано! зупинкою дiлянки, яка мютить накопичувальний бункер, лiнiю до i пiсля бункера, а також мютюсть на вантажному пунктi матиме такий вигляд
Fj = { C, t, d }, (1)
де С - вартють матеpiалу, одержаного iз забою за одиницю часу; t - iнтеpвал часу, протягом якого кеpуючi дн залишаються незмiнними; d - кiлькiсть iнтеpвалiв усеpединi будь-якого наперед заданого часу керування; Fj - логiчна функщя, значення яко! визначае можливiсть технолопчного простою дiлянки, викликаного транспортом.
При цьому повинш виконуватися обмеження, яю визначають моменти пуску i зупинки конвееpiв за вiдсутностi завалiв перевантажувальних пристро!в.
У даному випадку математична модель упpавлiння системою за обраним кpитеpiем матиме такий вигляд.
Частковi критерн
i'
Z = mine Ca 4ti ЧX,, (2)
FМ F'i = 1
де Z - ефект системи, в загальному випадку це е неспадна функщя !! вартосп; Св -собiваpтiсть здобутого матеpiалу; t, - час роботи окремо! дшянки конвеера; Х - дана дшянка.
Мiнiмальна собiваpтiсть матеpiалу, здобутого на окремш дiлянцi
i'
Ce = min е C ЧXi. (3)
i = 1
Мiнiмальна iнтенсивнiсть вiдмов елеменпв, технiчних засобiв у блоцi
1 i (t) = min е" 1 a ЧN ЧКпг. , (4)
i= 1
Тому як критерш керування дощльно застосовувати кpитеpiй «мшмальш
де 1 6i - базове значення штенсивносп вiдмов елемента i-го виду; Ni - кiлькiсть
елеменпв /-го виду в техшчному блощ; Кпг -поправочний коефiцieнт для елеменпв /-го виду; п - кшьюсть видiв рiзнотипних елементiв у блощ.
Мшмальна довжина дiлянок конвеерних лiнiй реалiзуеться за допомогою такого виразу
г
Ь = min е Ц ЧХ1, (5)
г= 1
де Ьг - довжина окремо! дiлянки.
Максимальний вантажопотш, який, у свою чергу, залежить вiд швидкостi роботи конвеерно! стрiчки
г'
Q = тах е V ЧХ1 , (6)
г= 1
де - швидюсть обертання конвеерно! стрiчки на окремш дiлянцi; X - дана дшянка.
На галузь застосування наведених критерив накладаються такi обмеження.
Енерговитрати системи не повинш перевищувати заданого значення Zзад
г'
е Св % ЧX ] 7зад. (7)
г = 1
Собiвартiсть одиницi здобутого матерiалу на окремш дшянщ не мае перевищувати задану
г'
е С ЧX ] Св зад. (8)
г= 1
Необхiдне значення штенсивносп вiдмов елементiв не мае перевищувати заданого
еП 1 б1 ЧN тЧК ; ] 1 э«). (9)
г= 1
Протяжнють дiлянок конвеерних лiнiй мае
перевищувати задано!:
,
е Ц ЧXг \ Ьзад. (10)
г= 1
Вантажопотш системи мае знаходитися у заданих межах
,
Qпрl \ е У ЧX ] Qпp2. (11)
г= 1
Система оптимального керування, розроблена за даними моделями, може разом з типовими вимогами pеалiзувати додатковi вимоги, що залежать вщ паpаметpiв техно-логiчного процесу:
- пуск, зупинка конвеерно! лши або !! частини залежить вiд завантаження окремих конвееpiв;
- завантаження накопичувальних бункеpiв виконуеться з контролем piвня маси;
- оптимальне вивантаження накопичувальних бункеpiв здiйснюеться з попереджуючим контролем завантаження мапстрального збipного конвеера.
На шдст^ розроблених моделей наведено алгоритм [3] контролю й керування конвеерними лшями пропоновано! системи, де
пpийнятi наступнi позначення:
- Упп - об'ем заповнення мюткост на вантажному пунктi;
- Q - iнтенсивнiсть повного вантажопотоку в точцi М, м3/с;
- Уь..., Уп - об'еми заповнення 1,..., п-го бункеpiв, м3;
- Qь ••, Qn - iнтенсивнiсть вантажопотоюв, що поступають вiдповiдно на 1,., п-й бункери, м3/с;
- #1,..., qn - продуктившсть 1,., п-го бункеpiв, м3/с;
- # - iнтенсивнiсть вантажопотоку в мющ розвантаження збipного мапстрального конвеера;
- ^ - час транспортування вантажу вiд г-го бункера до точки М.
На початку роботи системи задаються значення вхщних паpаметpiв, таких як об'ем на вантажному пункт та об'еми бункеpiв, штенсившсть повного вантажопотоку та iнтенсивнiсть вантажопотоюв, що поступають вiдповiдно вiд окремих бункеpiв, пpодуктивнiсть цих бункеpiв та штенсившсть вантажопотоку в мющ розвантаження збipного мапстрального конвеера.
Змша об'ему окремих бункеpiв за часом доpiвнюе штенсивносп вантажопотоку в мiсцi розвантаження збipного магiстpального
конвеера.
Д^ перевiряеться умова змiни об'ему на вантажному пункта Якщо об'ем стае бшьшим або рiвним об'ему вимкнення на цьому пунктi, то система виконуе наступи ди: припиняеться вантажопотiк на накопичувальних бункерах та вимикаються стрiчковi конвеери мапстрально! конвеерно! лшп.
Рис. 2. Алгоритм оцшки полягання завантаженостi лши i формування керуючих дiй
Допоки умова е вiрною - перевiряеться вiрнiсть наступно! умови щодо увiмкнення стрiчкових конвеерiв мапстрально! конвеерно! лши. Невiрнiсть ще! умови визначае увiмкнення конвеерiв, про як йшлося вище.
Висновки
Наведеш математичнi моделi (1) - (11) належать до задач багатокрш^ального дискретного програмування з булевими змшними. Для !х реалiзацil пропонуеться
використати: для задач малоl розмiрностi -метод гшок та меж; для задач велико! розмiрностi - метод випадкового пошуку.
Розроблено модель конвеерно! лши, що одночасно враховуе паралельний масив критерi!в iз п чисел та порiвнюе поточнi результати iз зовнiшнiм порогом. Це забезпечуе максимальний паралелiзм та прискорення обробки масиву чисел, оскшьки у випадку перевищення суми над порогом цей факт можна зафшсувати без формування остаточного значення суми всiх чисел масиву.
Розроблеш математичнi моделi та запропонований алгоритм, на вщмшу вiд iснуючих, допомагають вибрати ефективну систему керування залежно вiд функцiонального призначення проектованого конвеерного транспорту за заданими критерiями й обмеженням.
Лiтература
1. Коновалова И.П., Мелькумов Л.Г., Ротенг-
берг В.М., Травкин Е.К. Алгоритмы оптимального управления подземными конвейерными линиями // Оперативно-диспетчерское управление и АСУ ТП на угольных предприятиях. - Труды института. Гипроуглеавтоматизация. -М., 1980. - С. 16 - 26.
2. Бурлаков М.В. Об автоматизации управле-
ния дискретными технологическими и информационными процессами // УСиМ. - 1996. - № 4/5. - С. 57 - 67.
3. Петров Е.Г., Новожилова М.В., Гребен-
шк Ш.В. Методи i засоби прийняття ршень у соцiально-економiчних системах: Навч. посiбник. - Харюв: ХДТУБА, 2002. - 284 с.
4. Справочник по автоматизации шахтного
конвейерного транспорта / Н.И. Стадник, В.Г. Ильюшенко, С.И. Егоров и др. - К.: Техника, 1992. - 438 с.
Рецензент: В.Г. Ягуп, профессор, д.т.н., ХНАМГ.
Стаття надшшла до редакцi! 6 травня 2008 р.
