автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Исследование и разработка системы управления шахтным гидротранспортом

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ И МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ ШАХТНЫМ ГИДРОТРАНСПОРТОМ• ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ ^

1.1. Гидротранспортная система шахты как объект управления

1.2. Анализ существующих математических моделей, используемых в управлении шахтным гидротранспортом . ' ?

1.3. Анализ существующих методов управления шахтным гидротранспортом • • • . /

1.4. Анализ существующей структуры технических средств, а также методов синтеза и оптимизации структур систем управления.

1.5. Цель и задачи исследований •••••••.

1.6. Выводы.

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ ШАХТЫ КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ.

2.1. Выбор метода построения и допущения модели. ЪЧ 2.1 Л. Метод построения модели. ЪЧ

2.1.2. Входная информация

2.1.3. Допущения модели

2.2. Моделирование движения безнапорных потоков гидросмеси . 4}

2.2.1. Моделирование движения потоков. 5i

2.2.2. Определение скоростей потоков . 5Ь

2.2.3. Расчет эквивалентных параметров русла.

2.2.4. Алгоритм моделирования движения безнапорных потоков гидросмеси

2.3. Моделирование баланса гидросмеси в пульповодосбор-нике углесосной станции.

2.4. Моделирование подачи эрлифтного гидроподъема и баланса гидросмеси в его пульповодосборнике. ^

2.5. Экспериментальные исследования объекта и оценка точности моделирования • • . ^

2.6. Выводы .иЬ

3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ШАХТНЫМ ГИДРОТРАНСПОРТОМ .№

3.1. Управление одиночной углесосной станцией

3.2. Управление гидроподъемом. (

3.3. Управление гидротранспортом шахты . (

3.4. Исследование алгоритмов управления объектами гидротранспортной системы шахты на математических моделях процессов. I IS

3.5 .Выводы. \

4. СИНТЕЗ ОПТИМАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ШАХТНЫМ ГИДРОТРАНСПОРТОМ . \2Н

4.1. Формализованная постановка задачи синтеза и оптимизации структуры системы управления . \

4.2. Критерий оптимизации структуры. /

4.3. Основные положения синтеза оптимальной структуры системы управления шахтным гидротранспортом. / 3d

4.4. Синтез оптимальной структуры основных контуров системы управления шахтным гидротранспортом.*. i^^

4.4.1. Синтез оптимальной структуры контура Г1. (

4.4.2. Синтез оптимальной структуры контуров Г2 и ГЗ.

4.5. Особенности организации локальных средств управления объектами.

4.6. Выводы. I

5. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ, ВНЕДРЕНИЕ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ

ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАЗРАБОТОК

Основными направлениями экономического и социального развития СССР на I981-1985 годы и на период до 1990 года" / I / предусмотрено дальнейшее развитие добычи угля, особенно добычи гидравлический способом, и гидротранспорта, а также расширение создания и внедрения средств автоматизации шахтных технологических процессов.

Широкое применение в горнодобывающей промышленности СССР и за рубежом находят системы управления технологическими процессами ( АСУ ТП ). Особенно эффективно применение АСУ ТП для непрерывных производственных процессов, отдельные участки которых связаны единством материального потока / 64, 69, 85, 104 /. К таким процессам относится сравнительно новая технология угольных гидрошахт, преимущество которой заключается в том, что она связывает в единый поточно-непрерывный высокопроизводительный процесс добычу и транспортировку полезного ископаемого, включая его подъем на поверхность. При этом процесс может осуществляться при незначительных размерах коммуникаций по сечению в плане, обладает большей эксплуатационной надежностью и безопасностью всех транспортных работ и меньшей трудоемкостью. По данным Минуглепро-ма СССР на протяжении более 10 последних лет производительность труда на гидрошахтах в 1,5-1,8 раза выше, а себестоимость угля на 30 % ниже, чем на шахтах с обычной технологией.

СССР обладает в настоящее время наибольшим научно-техническим потенциалом по развитию технологии гидрошахт. Однако и за рубежом гидродобыча в промышленных масштабах ведется в Канаде, Японии, ФРГ, КНР. Эксперименты по гидромеханизации на шахтах ведутся в США, Англии, Франции, Швеции, ПНР, Индии, Голландии и других странах.Преимущества технологии гидрошахт обусловливают необходимость их дальнейшего развития* Так, по данным Мин-углепрома СССР к 1990 году намечено более чем вдвое увеличить объем гидродобычи.

Технологический процесс гидрошахты представляет собой замкнутую динамическую систему чередующихся безнапорных и напорных потоков гидросмеси, соединенных емкостями: безнапорные потоки от забоев поступают в емкости углесосных станций, а последние транспортируют гидросмесь по напорным трубопроводам к цуль-поводосборнику гидроподьема, выдающего гидросмесь на поверхность шахты. Нагрузкой на гидротранспортную систему шахты является гидросмесь, поступающая из забоев. Эта нагрузка является резкопеременной и носит стохастический характер / 33 /• Неравномерность достигает величин, превышающих в несколько раз средние грузопотоки, что связано с определенной организацией работ в забоях, горно-геологическими условиями залегания и характеристикой пласта, уровнем механизации и надежности оборудования, квалификацией обслуживающего персонала и другими причинами. Среднее машинное время как добычных комбайнов, так и при гидроотбойке составляет 20-30 % / 33 /, поэтому неравномерный грузопоток, поступающий к транспортной системе, является в настоящее время нормой эксплуатации.

С другой стороны, существующая технология напорного гидротранспортирования предполагает лишь ступенчатое регулирование подачи углесоса ( максимальная - по гидросмеси, минимальная -по воде ). Поэтому шахтная углесосная станция работает циклически: цикл откачки ( при максимальной подаче углесоса ) сменяется циклом заполнения приемной емкости (при минимальной подаче ), причем время переключения режима ( инерционность ) углесоса достигает 10 минут и более / 94 /.

Следствием неравномерности поступления притоков гидросмеси и циклической работы углесосных станций являются неизбежные колебания расходов гидросмеси во времени и в пространстве гидротранспортной системы» Эти колебания уменьшают ритмичность работы системы, а в некоторых случаях могут создавать и аварийные режимы ( например, затопления ). С целью сглаживания указанных колебаний ранее была разработана система управления гидротранспортом шахты. Разработанная АСУ ТП предназначена, во-первых, для решения задачи стабилизации режима гидротранспортирования, то есть сглаживания указанных колебаний ( управление гидротранспортными установками ), и во-вторых, для решения задачи оптимизации количества циркулирующей в гидросистеме воды при ее заданном качестве по расходу и напору в забоях (управление водоснабжением забоев и насосной станцией ). Однако существующие разработки /33, 35, 36 / имеют ряд существенных недостатков: а) Модель транспортного запаздывания безнапорных потоков, используемая при управлении углесосными станциями, сгодится к его жесткому заданию для статистически среднего потока без учета изменений скоростей потоков для переменных значений расходов, волн добегания и других факторов, меняющих запаздывание, как показали дальнейшие исследования, более чем в 1,5 раза. Погрешности определения объема притока за период запаздывания при этом могут превышать 40 %. Поэтому регулируемая переменная - объем заполнения пульповодосборника - может выходить за границы регулировочной емкости ( определяя аварийную ситуацию, например, затопление ), либо если снизить величину регулировочной емкости на величину возможных методических ошибок моделирования притока, то приемная емкость не будет использоваться в полном объеме, и как следствие этого, будет увеличено число переключений режимов углесоса ( как показывают расчеты,в 1,4 раза и более), что увеличивает эксплуатационные расходы. Причем погрешности, обусловленные таким упрощенным подходом к определению транспортного запаздывания, существенно возрастают для сложных гидротрасс, отдельные участки которых характеризуются различными характеристиками русла, и следовательно, различными запаздываниями потоков. А при характерной разветвленности сети желобов увеличить точность существующей модели можно лишь путем дополнительного контроля расходов безнапорных потоков вдоль трассы, что, однако, требует установки лотковых расходомеров, которые промышленно не изготавливаются. Указанные погрешности определения транспортного запаздывания ( и соответственно притоков гидросмеси к пульповодо-сборникам) предопределяют ошибки прогнозирования режимов гидротранспортных установок на период управления, что является в некоторых случаях причиной неправильного определения управляющих воздействий при управлении гидросистемой в целом. б) При управлении гидроподьемом не учитывается изменение подачи эрлифта в зависимости от текущих переменных процесса, которое, ( как установлено экспериментально), в пределах промышленной зоны изменения переменных достигает 35+40 %; не рассчитывались ограничения на регулирование углесосных станций с целью изменения нагрузки на гидроподъем, что иногда предопределяло недостаточную продолжительность работы регулируемой углесосной станции в устанавливаемом режиме; разработанная жесткая расстановка приоритетов средств регулирования не всегда позволяла определять наиболее благоприятное для регулирования средство, так как меняющиеся технологические условия являются причиной постоянных изменений этих приоритетов. Эти факторы обуславливают низкую точность при управлении гидроподьемом, а в некоторых случаях и аварийные режимы, связанные с выходом регулируемых переменных за допустимые границы. в) Алгоритмы управления шахтный гидротранспортом в целом ориентированы на жесткую технологическую схему, а неизбежные изменения последней требуют существенной перестройки этих алгоритмов. 6 существующих алгоритмах принята последовательность выдачи управляющих воздействий без прогнозного системного анализа последствий их отработки, поэтому при управлении не исключается возможность не выполнения условия достаточности выбранного регулирования. г) Структура технических средств АСУ ТП была определена эвристически, без исследований по ее оптимизации, поэтому в ней предусматривалось дублирование верхним уровнем иерархии функций нижних, а отсутствие координатора на нижнем уровне иерархии приводило к несогласованному управлению объектами, определенному соответственно задачами верхнего и нижнего уровней.

Изложенное свидетельствует о том, что дальнейшее совершенствование алгоритмов и средств эффективного управления гидротранспортом шахты является актуальной народнохозяйственной задачей.

Цель работы: разработка математических моделей, алгоритмов управления процессами шахтного гидротранспортирования и методики синтеза оптимальной структуры технических средств для создания системы управления шахтным гидротранспортом, повышающей эффективность его работы.

Для достижения этой цели в работе поставлены следующие задачи:

- Обосновать и исследовать математические модели безнапорной части и других объектов шахтного гидротранспорта, которые могут быть использованы с достаточной для управления точностью для косвенного контроля переменных процессов на основе учета их физических закономерностей.

- Разработать и исследовать алгоритмы управления одиночной углесосной станцией, гидроподъемом и гидротранспортом шахты в целом.

- Разработать методику синтеза оптимальной структуры технических средств системы управления гидротранспортом шахты, с помощью которых может быть обосновано техническое обеспечение АСУ ТП.

Последовательное решение перечисленных выше задач исследования определило структуру и содержание данной работы.

Идея работы состоит в использовании прогнозных динамических характеристик безнапорных потоков гидросмеси и динамической расстановки приоритетов средств регулирования при управлении объектами шахтного гидротранспорта, а также в формировании множества альтернативных вариантов структур технических средств АСУ ТП.

На защиту выносятся:

- Обоснованные математические модели и полученные на них параметры и характеристики объектов управления гидротранспортной системы шахты.

- Алгоритмы управления одиночной углесосной станцией, гидроподъемом и гидротранспортом шахты в целом и их реализация в АСУ ТП.

- Методика синтеза оптимальной структуры технических средств системы управления гидротранспортом шахты, с помощью которой обосновано техническое обеспечение АСУ ТП.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и новизна. Математические модели объектов гидротранспортной системы шахты, отличающиеся тем, что позволяют детерминировать состоя

-гения объектов на период управления и производить косвенный контроль трудноизмеряемых переменных процесса.

Алгоритмы управления объектами и системой гидротранспорта шахты в целом, отличающиеся тем, что учитывают меняющиеся прогнозные значения переменных процесса и динамическую расстановку приоритетов в управлении, что позволяет качественно стабилизировать процесс.

Методика синтеза оптимальной структуры технических средств системы управления шахтным гидротранспортом, отличающаяся тем, что позволяет однозначно формировать множество рациональных вариантов структур по графу функциональных задач рассматриваемого класса систем.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций. Исследования проводились с использованием методов системного анализа, моделирования на ЭВМ, статистической обработки экспериментальных данных, а также теорий графов, иерархических систем и надежности.

Достоверность полученных математических моделей реальному процессу подтверждена экспериментами, проведенными в шахтных условиях. Погрешности моделей находятся в пределах 5-9 %•

Точность стабилизации объемов заполнения пульповодосборни-ков шахты установлена исследованием разработанных управляющих алгоритмов на математических моделях процессов и не превышает пределов погрешности моделей.

Значение работы. Научное значение работы состоит в том, что полученные математические модели, алгоритмы управления шахтным гидротранспортом и методика синтеза оптимальной структуры технических средств являются развитием методов управления процессами шахтного гидротранспортирования.

- 12

Практическое значение работы состоит в том, что:

- разработана система управления шахтным гидротранспортом, повышающая эффективность его работы за счет уменьшения непроизводительных потерь времени в работе гидротранспорта и других факторов;

- разработанные структуры технических средств позволяют оптимизировать на начальных стадиях проектирования техническое обеспечение АСУ ТП шахтного гидротранспорта, минимизируя затраты средств на систему управления;

- использование в аппаратах управления нижнего уровня структуры АСУ ТП логических функций приоритета, взаимодействия с УВК и распределения управляющих команд во времени позволяет снизить расход технической воды и электроэнергии в системе.

Реализация выводов и рекомендаций. Алгоритмы управления и структура технических средств системы управления шахтным гидротранспортом включены в утвержденное Минуглепромом УССР "Задание и технические предложения для проектирования типовой подсистемы управления АСУ ТП гидрошахты - "Гидротехнолог", по которому ПКБ треста "Донецкуглеавтоматика" выполнен техно-рабочий цроект АСУ ТП для условий гидрошахты "Красноармейская" ПО "Доб-ропольеуголь".

Заводом "Красный металлист" ВПО "Союзуглеавтоматика" Мин-углепрома СССР изготовлены с учетом логических функций приоритета, взаимодействия с УВК и распределения команд программ во времени опытные образцы и затем партия аппаратов управления ( АУУ, АУН, АУВ ) нижнего уровня структуры АСУ ТП общим объемом 13 комплектов.

Фактический годовой экономический эффект, приходящийся на долю указанных разработок от внедрения на гидрошахте "Красноармейская" опытных образцов этих аппаратов составил 18 тыс. руб.

С 1983 года система управления внедряется на гидрошахте "Красноармейская" ( срок сдачи в эксплуатацию в полном объеме -1У кв. 1985 г. ). Расчетный годовой экономический эффект от применения разработок автора составляет 116 тыс. руб.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзном научно-техническом совещании "Повышение эффективности подземной добычи угля гидравлическим способом и перспективы ее развития" ( г. Новокузнецк, 1980г.), на конференции "Перспективы, опыт применения и расчета гидравлических систем и гидропривода" ( г. Киев, 1983 г.).

Макет гидрошахты с автоматизированной системой управления шахтным гидротранспортом, представляющий в том числе и основные разработки автора, экспонировался на международной выставке "УГОЛЬ-83" ( г. Донецк, 1983 г. ). Получен диплом выставки.

За работу "Разработка и внедрение системы автоматизированного управления основным технологическим процессом гидрошахты", включающую и основные материалы данной диссертации, автор в составе коллектива сотрудников ДПИ был удостоен I премии ЦК ЖСМ Украины и Украинского республиканского совета НТО 1982 года в области науки и техники.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 13 работ, в том числе получено 5 авторских свидетельств и положительных решений на изобретения.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений и содержит 233 страницы машинописного текста, в том числе 3 таблицы, 44 рисунка, 13 страниц библиографии ( 125 названий ) и приложений на 49 страницах.

4.6. Выводы

С использованием основных положений синтеза и оптимизации структуры КТС обоснована структура технических средств системы управления шахтным гидротранспортом. При этом:

- формализована постановка задачи синтеза и оптимизации структуры КТС системы управления;

- уточнен критерий оптимизации синтеза, учитывающий приведенные затраты и издержки от ненадежности функционирования средств;

- установлено, что обоснование структуры технических средств системы управления ( в том числе распределение функциональных задач по уровням иерархии ) обеспечивается использованием основных положений оптимального синтеза структур систем управления рассматриваемого класса, в которых предусматривается формирование множества альтернативных рациональных вариантов и выделение подмножества доминирующих вариантов, из которых определяется оптимальный ;

- установлены особенности организации локальных аппаратов управления объектами, и в частности, доказана необходимость введения в них координаторов, обеспечивающих приоритетное решение функциональных задач.

Оптимальность выбора структуры технических средств системы управления установлена в результате определения экстремума критерия оптимизации на множестве альтернативных вариантов.

5. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ, ВНЕДРЕНИЕ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ

ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАЗРАБОТОК а) Промышленные испытания и внедрение разработок

Донецким политехническим институтом разработано и утверждено Минуглепромом УССР "Задание и технические предложения для проектирования типовой подсистемы АСУ ТП гидрошахты - "Гидротехнолог", куда вошли все основные разработки автора ( см. приложение 5.1), связанные с совершенствованием специального математического обеспечения ( моделирующие и управляющие алгоритмы GIDRO , JlfiLIFT , [LBLEST, PROGRi „ см. раздел 3 ), структура технических средств как основных контуров, так и системы управления в целой, представленная на рис. 4.15 ( см. подраздел 4.4). В соответствии G данным "Заданием." по договору ДПИ с ПО "Добропольеуголь" проектно-конструкторским бюро треста "Донецкуглеавтоматика" выполнен техно-рабочий проект АСУ ТП шахтным гидротранспортом ("Гидротехнолог" ) для условий гидрошахты "Красноармейская" ( см* приложение 5.2). Наладочным управлением ЭВМ-сервис в 1983 г. закончена отладка управляющих программ на языке АВТОКОД для УВК М-6000. Отладка производилась на машине М-6000 в вычислительном центре ДПИ* Рабочие программы полностью соответствуют усовершенствованному автором специальному математическому обеспечению АСУ ТП (см. приложение 5.3).

Выбранная структура системы управления обусловила необходимость промышленного изготовления несерийной аппаратуры нижнего уровня АСУ ТП. В 1979 г. Конотопским электромеханическим заводом "Красный металлист" по заданию ДПИ были изготовлены опытные образцы аппаратов управления нижнего уровня системы управления: аппарат управления углесосной станцией (АУУ), аппарат управления насосной станцией (АУН) и аппарат управления водоснабжением забоев (АУВ)• Аппараты реализованы на унифицированных элементах КУЛ, составляющих управляющий логический автомат / 66, 67, 68, 87 /. Программирование этих аппаратов ( соответствующая "прошивка" постоянного запоминающего устрсй ства ) было проведено в полном соответствии с заданием ДПИ я, в частности, в соответствии с разработанными автором особенностями организации локальных аппаратов ( организация приоритетов и взаимодействия о УВМ, см. подраздел 4.5 ). Указанные особенности, таким образом, были использованы при разработке рабочей документации на изготовление этих аппаратов ( см. приложение 5.4). В декабре 1980 г. на гидрошахте "Красноармейская" после монтажа и наладки, проведенных при участии и авторском надзоре соискателя, выполненных наладочным управлением ДоСМНУ "АСУуглеавтоматика", завершены приемочные испытания образцов аппаратов АУУ, АУН, АУВ ( см. приложение 5.5 ). В частности, схемная организация включения АУВ ( то есть реализация зависимостей (4.31), см. подраздел 4.5 ) была осуществлена с использованием концевых выключателей задвижки ВКВ и аппаратуры автоматического включения конвейера АУК-10-ТМ-68. Так, сигнал Хп(^) в зависимости (4.31) был взят с реле FH ПУ, а нормально открытый контакт ВКВ был установлен в линию связи между ПУ и БУ АУК, что обеспечило упреждающее открытие задвижки при запуске конвейера.

В результате двухмесячных наблюдений за аппаратами установлено, что:

- локальное управление объектами неоднократно в течение смены автоматически прерывалось по требованию общешахтного управления, что подтверждает необходимость введения в аппараты функции координирования и взаимосвязи с УВК;

-167- отсутствовали забутовки на входе безнапорной гидротрассы при работе АУВ в технологической цени "ленточный конвейер -безнапорный гидротранспорт", что подтверждает эффективность разработанной схемной организации включения аппарата АУВ.

Таким образом, необходимость введения в аппараты разработанных автором особенностей их организации подтверждена в реальных условиях.

В 1983 г. Конотопским электромеханическим заводом "Красный металлист" намечен выпуск первой опытной партии аппаратов АУУ ( 4 шт.), АУН ( 3 шт. ) и АУВ ( 3 шт. ), представляющей собой полный комплект аппаратов управления нижнего уровня АСУ ТП для гидрошахты "Красноармейская" в соответствии с разработанной автором структурной системойуправления.

В настоящее время система управления находится на стадии монтажа и наладки технических средств АСУ ТП. Первым этапом внедрения АСУ ТП является отладка режима "Советчика диспетчеру". С этой целью в ДПЙ под руководством автора изготовлен экспериментальный мнемощит советчика диспетчеру ( с возможностью имитации параметров процесса для ускорения отладки ).

Срок сдачи АСУ ТП гидротранспортом шахты в промышленную эксплуатацию на гидрошахте "Красноармейская" согласно плану работ по хоз. теме 77-34, утвержденному Минуглепромом УССР, -1985 год. б) Экономическая эффективность внедрения Внедрение опытных- образцов аппаратов управления нижнего уровня АСУ ТП - АУУ, АУЙ, АУВ на гидрошахте "Красноармейская" дало экономический эффект в размере 179,06 тыс. руб/год, из них примерно 18 тыс. руб/год получено за счет разработок автора ( см. приложение 5.6 ) в результате организации в аппаратах функ ции координации и взаимосвязи с УВК, обеспечивающей возможность выполнения глобального критерия эффективности, и за счет схемной организации включения аппарата АУВ, позволяющей производить упреждающее автоматическое открытие задвижки промывочной воды, что обеспечивает более качественный смыв твердого в технологической подсистеме "конвейер - безнапорный гидротранспорт".

Ожидаемый экономический эффект от внедрения на гидрошахте "Красноармейская" АСУ ТП в полном объеме составляет 945 тыс. руб/год, из них эффект в размере 115,7 тыс. руб/год - от внедрения разработок автора за счет:

- увеличения объема эффективно используемой части регулировочной емкости пульповодосборника и уменьшения времени простоя из-за дисбаланса потоков гидросмеси при управлении с помощью алгоритма UBLEST углесосными станциями (12,9 тыс. руб/год );

- уменьшения непроизводительных потерь времени в работе всей гидротранспортной системы, обусловленных дисбалансом потоков гидросмеси в системе ( при реализации в полном объеме специального математического обеспечения АСУ ТП ), (74,3 тыс.руб/ год);

- снижения расхода технической воды и, как следствие этого, - снижение удельного расхода электроэнергии, обусловленных внедрением аппаратов АУУ, АУН, АУВ в полном объеме, согласно техно-рабочему проекту ( 42 тыс. руб/год ).

Расчет ожидаемого экономического эффекта приведен в приложении 4.

Таким образом, внедрение разработок диссертационной работы повышает эффективность работы шахтного гидротранспорта.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации дано новое решение актуальной научной задачи разработки системы управления шахтным гидротранспортом, что позволяет повысить эффективность его работы.

Выполненные в работе исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Расходные характеристики безнапорных потоков в заданных точках гидротрасс произвольной сложности, текущая подача эрлифтного гидроподъема и прогнозный баланс гидросмеси в пуль-поводосборниках шахты определяются в управлении с помощью математических моделей процессов, разработанных с использованием метода " A in. экспериментально установлено, что погрешности моделей находятся в пределах 5*9 %.

2. Необходимая стабилизация объемов заполнения пульпово-досборников шахты обеспечивается использованием в управляющих алгоритмах разработанных логических функций управляющих команд, формируемых в зависимости от текущих переменных процессов и прогнозного баланса гидросмеси в пульповодосборниках шахты, ограничений на регулирование локальных средств с целью изменения нагрузки на гидроподъем и динамической расстановки приоритетов средств регулирования в зависимости от меняющихся текущих условий; исследованиями на адекватных математических моделях процессов установлено, что точность стабилизации находится в пределах погрешностей моделей.

3. Обоснование структуры технических средств системы управления,включающее распределение функциональных задач по уровням иерархии, обеспечивается использованием методики синтеза оптимальных структур систем управления рассматриваемого класса, в которой формализуется задача синтеза и оптимизацииуточняется кри

- 170 терий оптимизации синтеза, учитывающий приведенные затраты и издержи от ненадежности функционирования средств, предусматривается формирование множества альтернативных рациональных вариантов и выделение подмножества доминирующих вариантов, из которых определяется оптимальный, и устанавливаются особенности организации локальных аппаратов управления объектами.

Алгоритмы управления и структура технических средств системы управления шахтным гидротранспортом включены в утвержденное Минуглепромом УССР "Задание и технические предложения для проектирования типовой подсистемы управления АСУ ТП гидрошахты - "Гидротехнолог". Проектно-конструкторским бюро треста "Донецкуглеавтоматика" выполнен согласно "Заданию." техно-рабочий проект системы управления для условий гидрошахты "Красноармейская" ПО "Добропольеуголь".

Заводом "Красный металлист" ВПО "Союзуглеавтоматика" Мин-углепрома СССР изготовлены с учетом логических функций приоритета, взаимодействия с УВК и распределения команд программ во времени опытные образцы и затем партия аппаратов управления АУУ, АУН, АУВ, нижнего уровня структуры АСУ ТП общим объемом 13 комплектов.

Фактический годовой экономический эффект, приходящийся на долю указанных разработок, от внедрения на гидрошахте "Красноармейская" опытных образцов этих аппаратов составил 18 тыс.

РУб.

С 1983 года система управления внедряется на гидрошахте "Красноармейская" ( срок сдачи в эксплуатацию в полном объеме - 1У кв. 1985 г.).

Расчетный годовой экономический эффект от применения разработанных алгоритмов и структуры технических средств системы управления на гидрошахте "Красноармейская" составляет 116 тыс.руб.

1. Материалы ХХУГ съезда КПСС - М.: Политиздат, 1981 - 223 с.

2. Материалы Пленума Центрального Комитета КПСС, 22 ноября 1982 г, М.: Политиздат, 1982 - 30 с.

3. Материалы Пленума Центрального Комитета КПСС, 10 апреля 1984 г. М.: Политиздат, 1984 - 40 с.

4. О мерах по ускорению технического перевооружения шахт Министерства угольной промышленности СССР. Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР. Правда Украины, 1981, 4 октября.

5. Абдулаев Ф.М. и др. Выбор комплекса технических средств при проектировании АСУ. Приборы и системы управления, 1976,8, с. 4-8.

6. Аверин В.И., Иванов А.П., Кручинин И.А., Линин Ю.Н., Смирнов А.В. Выбор комплекса технических средств АСУП. М.: Статистика, 1973. - 208 с.

7. Автоматизация и автоматизированные системы управления в угольной промышленности/ Под ред. Б.Ф. Братченко. М.: Недра, 1976. - 383 с.

8. Агринский К.М. Комплексное применение управляющих вычислительных машин на гидрошахтах: Дис. . канд. техн. наук. -Киев, I97I. Машинопись.

9. Агроскин И.И., Дмитриев Г.Г., Пикалов Ф.И. Гидравлика, -М.: Госэнергоиздат, 1950. 440 с.

10. Асауленко И.А., Кондаков В.Ш., Стовбун И.И., Туник А.А. Автоматическое регулирование режимов работы гидротранспортных установок. Киев: Наукова думка, 1970. - 124 с.

11. Бенатов Э.Г., Кирианаки Н.В. Формализация структурного синтеза информационно-вычислительных управляющих систем испытаний мобильных объектов. Приборы и системы управления, 1981, № 8, с. 9.

12. Берж К.^ Теория графов и ее применение. М.: Иностр. лит., 1962. - 329 с.

13. Бойцов Ю.П., Леонтьев Г.И. Современное состояние техники измерений параметров гидравлического транспортирования. В кн.: Интенсификация процессов гидравлического транспортирования высоконасыщенных гидросмесей. Д., 1976, с. 4-16

14. Борисов А.А., Груба В.И., Мокрый Г.В., Широков Ю.Д. Повышение эффективности контроля параметров углесосной станции в АСУ гидрошахт с применением устройств сжатия данных . -Механизация и автоматизация управления, 1974, № 6, с. 15-20.

15. Борисов А.А., Еньшин Н.А., Косарев Н.Н., Широков Е.Ю. Устройство для автоматического согласования режимов шахтных насосов и гидротранспортных установок. Угольное машиностроение, 1979, № 7, с. 8-10.

16. Борисов А.А., Мокрый Г.В., А.с. 830322 ( СССР ). Устройство для регулирования уровня жидкости в емкости. Опубл. в Б.И., 1981, № 18.

17. Борисов А.А., Мокрый Г.В., Широков Ю.Д. Опыт регулирования и контроля шахтного безнапорного гидротранспорта. Уголь Украины, 1982, № 9, с. 29-30.

18. Великанов М.А. Русловой процесс: Основы теории. М.: Физ-матгиз, 1958. - 395 с.

19. Волик Б.Т. Анализ влияния надежности на экономическую эффективность АСУ ТП. Приборы и системы управления, 1976, № 4, с. 2-7.

20. Воронов А.А., Чистяков Ю.В. Аналитические методы выбора технических средств АСУ. М.: Наука, 1976. - 356 с.

21. Гаврилов Ю.В. Некоторые вопросы анализа и синтеза КТС АСУ: Автореф. дис. . канд. техн. наук. М., 1971. - 149 с.

22. Гаврилов Ю.В., Пузанов В.В. Анализ и выбор комплексов технических средств АСУ. М.: Энергия, 1977. - 328 с.

23. Гафт М.Г., Ларичев О.Н., Озерный В.Н. Метод принятия решений о выборе наиболее предпочтительных вариантов проекта сложной системы. Приборы и системы управления, 1973, № 6, с. 1-3.

24. Гейер В.Г. Новые технологические схемы и средства шахтного водоотлива. Донецк: Донецкий политехи, ин-т, 1974. - 80 с.

25. Гейер В.Г., Логвинов Н.Г. О свойствах безразмерных характеристик эрлифтов. Разработка месторождений полезных ископаемых. 1973, № 31, с. 51-56.

26. Гейер В.Г., Козыряцкий Л.Н., Пащенко B.C., Антонов Я.К. Эрлифтные установки. Донецк: Донецкий политехи, ин-т,1982.-63 с.

27. Генис Я.Г. Анализ надежности АСУ ТП на этапе проектирования. Приборы и системы управления, 1980, № I, с. 12-14.

28. Генис Я.Г. Инженерные методы оценки надежности АСУ ТП. -Приборы и системы управления, 1976, № 4, с. 13-15.

29. Глушков В.М. Введение в АСУ. Киев: Техн1ка, 1974. - 320 с.

30. Горбатов В.А. Схемы управления ЦВМ и графы. М.: Энергия, 1971. - 152 с.

31. Груба.В.И. Научные основы создания АСУ на гидрошахте: Дис. . д-ра техн. наук. Донецк, 1972. Машинопись.

32. Груба В.И., Борисов А.А., Широков Ю.Д. Идентификация параметров случайных процессов в АСУ ТП участка гидрошахты/ Донецкий политехи, ин-т. Киев, 1980. 8 с. Рук. деп. УкрНИИН-ТИ, № 1735.

33. Груба В.И., Кожекина В.В., Моргунов В.М. Программа управления технологическим процессом гидрошахты. Разработка месторождений полезных ископаемых, 1975, вып. 41, с. 60-64.

34. Груба В.И., Моргунов В.М., Никулин Э.К. Программированная система регулирования и защита участковой углесосной станции.-Разработка месторождений полезных ископаемых, 1977, вып. 48, с. 16-18.

35. Груба В.И., Моргунов В.М., Никулин Э.К., Фадеев В.А*, Папая-ни Ф.А., Приходько Л.Р. А.с. 853176 ( СССР ). Автоматическая насосная станция. -Опубл. в Б.И., 1981, № 29.

36. Груба В.И., Папаяни Ф.А. Имитационная модель технологического процесса гидрошахты/ Донецкий политехи, ин-т. Донецк, 1980, 17 с. Рук. деп. УКРНЙИНТИ, № 1832.

37. Груба В.И., Папаяни Ф.А. Усовершенствованный алгоритм управления технологическим процессом гидрошахты. Горная электромеханика и автоматика, 1981, вып. 39, с. 41-47.

38. Груба В.И., Папаяни Ф.А. Математическое моделирование баланса гидросмеси в зумпфах гидрошахтных установок шахт/ Донецкий политехи, ин-т. Донецк, 1982, 15 с. Рук. деп. ЦНИИЭИуголь, № 2306.

39. Груба В.И., Папаяни Ф.А. Математическое моделирование движения безнапорных потоков гидросмеси шахт/ Донецкий политехи, ин-т. Донецк, 1982, 17 с. Рук, деп. ЦНИИЭИ уголь,2304.

40. Груба В.И., Папаяни Ф.А. А.с. 847054 ( СССР ) Уровнемер. -Опубл. в Б.Й., 1981, № 26.

41. Груба В.И., Папаяни Ф.А. А.с. 1000708 ( СССР ) Уровнемер. -Опубл. в Б.И., 1983, № 8.

42. Груба В.И., Папаяни Ф.А., Деканенко В.Н. А.с. по заявке 3405402/18-24 ( СССР ). Устройство для контроля подачи эрлифта. 1983.

43. Груба В.И., Папаяни Ф.А., Никулин Э.К., Моргунов В.М. А.с. 805263 ( СССР ) Система управления технологическим процессом. Опубл. в Б.И., 1981, N° 6.

44. Груба В.И., Папаяни Ф.А., Никулин Э.К., Моргунов В.М.

45. А.с. 822150 ( СССР ). Устройство для управления гидротранспортной установкой. Опубл. в Б.И., 1981, № 14.

46. Груба В.И., Папаяни Ф.А., Никулин Э.К., Моргунов В.М.* Фадеев В.А., Степанова Е.А. А.с. 830324 ( СССР ). Устройство для контроля заиления трубопровода. Опубл. в Б.И., 1983, № 18.

47. Груба В.И., Папаяни Ф.А., Фадеев В.А., Коваленко М.Н., Тихонов А.Д., Аксенов А.В., Голуб Н.Е., Федорущенко М.Н., Филатов В.В. Внедрение аппаратов управления насосной станции.-Горные машины и автоматика, 1982, ft I, с. 20-22.

48. Груба В.И., Папаяни Ф.А., Никулин Э.К., Моргунов В.М., Фадеев В.А., Коваленко В.Б., Тихонов А.Д. А.с. по заявке 3484524/24. Устройство для управления водоснабжением участка гидрошахты. 1983.

49. Груба В.И., Фадеев В.А., Божко А.А. О необходимости автоматического регулирования водоснабжение забоев гидрошахты. -Разработка месторождений полезных ископаемых, Техн1ка, 1981, вып. 58, с. 62-69.

50. Грушевский М.С. Некоторые вопросы неустановившегося движения воды в естественных руслах и водоемах. Труды Государственного гидрологического института, 1965, вып. 121, с.6-22.

51. Гуляев А.И., Яковенко Л.П. Использование имитационного моделирования в исследовании и оптимизации поточных сборочных процессов. Управляющие системы и машины, 1973, № 5, с. 99104.

52. Дубровский С.А., Локтионов В.П., Паринов С.П., Мисунов В.А. Повышение живучести автоматизированных систем управления технологическими процессами. Электронная техника, 1980, серия 9, вып. I (34), с. 51-62.

53. Египко В.М., Акимов А.П., Горин Ф.Н. Об одной модели двухуровневой автоматизированной системы обработки данных. -Управляющие системы и машины, 1980, № 2, с. 14-17.

54. Загарий Г.И. Принципы построения устройств управления последовательными операциями. Управляющие системы и машины, 1975,1. I, с. 56-66.

55. Зажарский А.Н. и др. Расчет КТС систем реального времени. -Приборы и системы управления, 1982, № 3, с. 6-8.

56. Зайченко Ю.П., Печурин Н.К., Тамашевский В.Н. Синтез рациональной структуры управления для одного класса производственных систем, Управляющие системы и машины, 1975, № 2, с, 8-14.

57. Заренин Ю.Г., Збырко М.Д., Креденцер Б.П., Свистельник А.А., Яценко В.П. Надежность и эффективность АСУ. Киев: Техника, 1975. - 368 с.

58. Зарецкий Л.Л. Приборы и системы для измерения параметров гидротранспорта. М.: Недра, 1979. - ИЗ с.

59. Захаров В.Н., Поспелов Д.А., Хазацкий В.Е. Системы управления. М.: Энергия, 1977. - 424 с.

60. Зубакин Ю.С. Автоматизация магистральных трубопроводов за рубежом. М.: Недра, 1965. - 26 с.

61. Иваненко В.И., Колесник В.В., Коробцов А.А. Предприятие с непрерывной технологией как объект управления. Управляющие системы и машины, 1972, № 2, с. 41-49.

62. Иващенко И.Н. Автоматическое регулирование. М.: Машиностроение. 1978. - 736 с.

63. Камынин Ю.Н. Унифицированный параметрический ряд дискретных устройств: Дис. . д-ра техн. наук. Конотоп, 1974. Машинопись.

64. Камынин Ю.Н., Кашиц A.M., Матвиенко Н.П. Управляющие логические устройства для автоматизации шахтных технологических процессов, их контроль и диагностика. Изв. вузов. Электромеханика, 1978, № 3, с. 304-309.

65. Камынин Ю.Н., Матвиенко Н.П. А.с. 807220 ( СССР ). Устройство для автоматического управления производственными процессами. Опубл. в Б.И., 1981, № 7.

66. Карабаев А.Х. Исследование и оптимизация комплекса технических средств при разработке системы управления непрерывными технологическими процессами: Дис. . канд. техн. наук.-гл>

67. Ташкент, 1979, Машинопись,

68. Карповский Е.Я., Сагач В.В., Чернецкий А.А. Надежность алгоритмов управления. Киев: Техн1ка, 1983. - 112 с.

69. Коекин А.И. О некоторых принципах построения иерархических систем. Управляющие системы и машины, 1975, № 2, с.1-7.

70. Козыряцкий Л.Н. Определение основных параметров эрлифта. -Уголь Украины, 1975, М2, с. 35-36.

71. Колчанов Т.П. Некоторые вопросы технического обеспечения АСУ. Управляющие системы и машины, 1975, № 6, с. 1-5.

72. Краснощеков П.С., Морозов В.В., Федоров В.В. "Внешнее" проектирование в условиях неопределенности. Изв. АН СССР Техническая кибернетика, 1979, № 3, с. 15-27.

73. Краснощеков П.С., Морозов В.В., Федоров В.В. Последовательное агрегирование в задачах внутреннего проектирования технических систем. Изв. АН СССР. Техническая кибернетика, 1979, № 5, с. 5-12.

74. Краснощеков П.С., Морозов В.В., Федоров В.В. Декомпозиция в задачах проектирования. Изв. АН СССР. Техническая кибернетика, 1979, К 2, g. 7-17.

75. Кривобок К.П., Шавловский С.С. Самотечный гидротранспорт породы на гидрошахтах. Уголь Украины, I960, № 9, с. 2325.

76. Кузнецов Г.В. Автоматизированная подсистема управления процессом транспортирования горной массы карьерным автотранспортом и средства ее реализации: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Днепропетровск, 1979, 25 с.

77. Куприн А.И. Безнапорный гидротранспорт. М.: Недра, 1980.244 с.

78. Леви И.И. Моделирование гидравлических явлений. М.-Л.: Госэнергоиздат, I960. - 210 с.-17981. Линслей Р.К. , Колер М.А., Паулюс Д.Л. Прикладная гидрология. Л.: Гидрометеоиздат, 1962. - 759 с.

79. Леонов Ю.В., Дабасян А.В. Об оптимизации структуры КТС* АСУ методом статистического моделирования на ЦВМ. Приборы и системы управления, 1978, № 12, с. 1-5.

80. Макавеев В.М. Об исследовании русловых потоков на воздушIных моделях и структуре открытых водных потоков. В кн.: Новые методы и аппаратура для исследования русловых процессов, М., 1959, с. 137-145.

81. Малиновский Б.Н., Агринский К.М., Гонтов А.Е., Бушмакин В.Н., Аврутин Ю.Г. Комплексное применение УВМ на гидрошахте. Управляющие системы и машины, 1972, te I, с. 60-66.

82. Малыгин С.С. Определение удельного расхода воздуха и подачи по основным расчетным величинам эрлифтного подъема. -Разработка месторождений и полезных ископаемых, 1981,' №58, с. 88-92.

83. Мамиконов А.Г., Цвиркун А.Д., Кульба В.В. Автоматизация проектирования АСУ. М.: Энергоиздат, 1981. - 328 с.

84. Матвиенко Н.П. Исследование и разработка унифицированной системы управления процессами шахтного рельсового транспорта с автоматическим диагностированием: Автореф. дис. . канд. техн.наук. М., 1982, 14 с.

85. Мелькумов Л.Г., Рабинович М.С., Гинзбург В.Б. и др. Надежность аппаратуры и средств горной автоматики. М.: Недра, 1974. - 304 с.

86. Месарович М., Мако Д., Тахакара И. Теория иерархических систем. М.: Мир, 1973. - 340 с.

87. Методика определения экономической эффективности использования в угольной промышленности новой техники, изобретений и рационализаторских предложений: В 3-х томах. М.: ЦНИЭИуголь, 1979. t.i - 121 е.; т. 2 - 196 е.; т. 3 - 135 с.

88. Минский Е.М. Турбулентность руслового потока. Л.: Гидро-метеоиздат, 1952. - 165 с.

89. Михайлович B.G., Волкович В.Л. О некоторых математических и эвристических особенностях процесса проектирования сложных систем. Управляющие системы и машины, 1976, № 3,с. 3-8.

90. Мокрый Г.В. Исследование и разработка технологических средств и методов оптимизации режимов гидротранспортных трубопроводов: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Донецк, 1983,23 с.

91. Моргунов В.М. Исследование узла дозирования углесосных станций гидрошахт с целью создания системы; контроля и опережающей защиты: Дис. . канд. техн. наук. Донецк, 1977. Машинопись.

92. Мороховский А.С., Смолдырев А.Е. Приборы для трубопроводного транспорта. М.: Металлургия, 1978. - 79 с.

93. Нурок Г.А., Бруякин Ю.В., Ляшевич В.В. Гидротранспорт горных пород. М.: Ротапринт МГИ. 1974 - 168 с.

94. Охрименко В.А., Куприн А.И., Ищук И.Г. Подземная гидродобыча угля. М.: Недра, 1974. - 312 с.

95. Офенгенден Н.Е., Джваршейшвили А.Г. Технология гидродобычи и гидротранспортирования угля. М.: Недра, 1974. - 312 с.

96. Павлов В.А. Разработка и исследование алгоритмов моделирования и управления технологическими процессами при окусковании железных руд и концентраторов: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Киев, 1981, 23 с.

97. Павловский Н.Н. Гидравлический справочник. М.-Л.: Гос-энергоиздат, 1937. - 888 с.

98. Папаяни Ф.А. Управление от УВМ гидротранспортными уставов-мками шахты/ Донецкий политехи, ин-т. Киев, 1983, 19 с. Рук. деп. УкрНИИНТИ, № 575.

99. Папаяни Ф.А. Оптимизация структуры АСУ ТП гидротранспорта шахты/ Донецкий политехи, ин-т. Киев, 1983. 67 с. Рук. деп. УкрНИИНТИ, № 918.

100. Поспелов Д.А. Логические методы анализа и синтеза схем. -М.: Энергия, 1974. 368 с.

101. Рубштейн В.И., Макаров В.Е. АСУ непрерывными технологическими процессами. Приборы и системы управления, 1975,4, с. 1-4.

102. Румшицкий Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. М.: Недра, 1971. - 192 с.

103. Спиваковский А.О., Смолдырев А.Е., Зубакин Ю.С. Автоматизация1трубопроводного транспорта. М.: Недра, 1972. - 340 с.

104. Степанищев В.А. Приближенные методы расчета надежности систем управления со структурой, несводящейся к параллель-нопоследовательному соединению. Автореф. дис. . канд. техн. наук. М., 1970. 24 с.

105. Трайнис В.В. Параметры и режимы гидравлического транспортирования угля по трубопроводам. М.: Недра, 1970. - 191 с.

106. Трифонов Е.К. Алгоритмы некоторых задач неустановившегося движения воды в длинных бьефах. Изв. ВНИИГ, 1963, вып. 72, с. I05-121.

107. Факторович М.Э. К вопросу о потерях энергии, вызываемых непрерывным, .присоединением расхода вдоль пути в условиях плавно изменяющегося движения жидкости. Изв. ВНИИГ, 1962, вып. 71, с. 91-97.

108. Христианович С.А., Михлин С.Г., Девисон Б.Б. Некоторые новые вопросы механики сплошной среды. М.-Л., Издательство АН СССР, 1938. 407 с.

109. Цвиркун А.Д. Структура сложных систем. М.: Сов. радио, 1975. - 200 с.

110. ИЗ. Чугаев P.P. Гидравлика. М.: Госэнергоиздат, 1963. -510 с.

111. Шастова Г.А., Коекин А.И. Выбор и оптимизация структуры информационных систем. М.: Энергия, 1972. - 225 с.

112. Шеннон Р.Ю. Имитационное моделирование систем искусство и наука. - М.: Мир, 1978 - 420 с.

113. Широков Ю.Д., Борисов А.А. Оценка эффективности управления в АСУ ТП гидрошахты при наличии отказов информационной • системы. Изв. ВУЗов. Горный журнал, 1979, № 10, с. 103109.

114. Широков Ю.Д., Борисов А.А. Оптимизация алгоритма функционирования АСУ ТП участка гидрошахты при отказах датчиковв информационной системе Изв. Вузов. Горный журнал, 1980, К> 7, с. 123-129.

115. Якобсон Б.М. Эволюционный подход к проектированию сложных систем. Приборы и системы управления, 1975, № 3, с. 3-5.

116. Ястребенецкий М.А., Плотник В.А. Влияние надежности на эффективность АСУ ТП. Приборы и системы управления, 1980, № I, с. 4-6.

117. Hydiaufrc tvanspо?t of mme7 a? r^a/?/«?s, -Mmmcf 9., V. 284, л/?72еО, p.tSZ.123, Ledcjccu/ HS, Maicoiljp M, /} genealogy of

118. Нгиг lutes. ~ Cornmun. of //CM-} /979, V. 8, 629-739.

119. Патент Л/? 1391276 С&елако&ритсгнм),sydem/K. Spaaicjfa'zen., J. Pr,nsclozp> /979., 6p.125, Патент № 1,260^^(сш4Meibod аррам-tvs -foz conimuosfy mm ma and -7za/?s6o ?-//;? a см// //?(/, : FH, Relch, jmUp