автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Разработка и исследование автоматизированной системы мониторинга технологического процесса тяжелых экскаваторов-драглайнов

РГБ ОЙ

На правах рукописи

Дуань Хунмэй

УДК 621.331.13:621.879.38

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ТЯЖЕЛЫХ ЭКСКАВАТОРОВ-ДРАГЛАЙНОВ

Специальность 05.13.07 — «Автоматизация технологических процессов и производств (промышленность)»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2000

Работа выполнена в Московском государственном горном университете.

Научный руководитель докт. техн. наук, проф. ПЕВЗНЕР Л. Д.

Официальные оппоненты: докт. техн. наук, проф. КАМЫНИН Ю. Н., канд. техн. наук, доц. БЕЛОПУШКИН В. И.

Ведущее предприятие: ННЦ — ГП ИГД им. А. А. Скочин-ского.

Защита состоится 20 июня 2000 года в часов на заседании диссертационного совета Д-053.12.12 Московского государственного горного университета по адресу: 117049, Москва, Ленинский проспект, д. 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке (МГГУ).

Автореферат разослан « » мая 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

£анд. техн. паук РЕДКОЗУБОВ М. А.

11 МО.ЪО'бЛ-^г о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальности цаСотм Актутлыкхяь проблемы сочдк.шя промышленностью а конце 70-;; «>дел. Решений' згой проблемы сдершталось во многом ж только <лсугствием необходимых раглгплх бортовых технических средств, по и недостаточно эффективным программным обеспечением управления я контроля. Шперсс и проблеме создания п эксплуатации пгетсчы автоматизированного мониторинга технолошчосгаш процессом экскав&цкн тпжелых горных машин угольных рпргтов и карьеров остзгся аюугльпъш о настоящее время, что подтвервдшог публикации статей и дохлэдоя !'Я международных конференциях и симпозиумах но автомятиэацик в торг юн деле.

Целью работы являютсл ра^-абятк« математической модели к алгоргггмоз оценю: эффектам гости п прсизеодаге.лшосш работы тяжелых горных машин, создание о:стсми технологического мопгггергта дта тяжелых горных машин н разработка ей структуры, программного и технического обеспечения.

Основная идеи состоит в тем, »гго хм получения ь темпе

реального времени исходных данных т« л голо ги ■ юс кого мошлорипга с целью вычисления показателей эффективности эксплуатации тяжелкгх горных машин использовать математическую модель технологического процесса экскавации, бортовые измерители, а танке само рабочее оборудование машин как инструментальное средство.

Научяые иолоиссйия. разработанные лично соискателем, и.

119ШШ1?.

о Созданная математическая модель технологического процесса экскавации шагающего экскаватора-драглайна как объеета мониторинга позволяет имитировать основные технологические движения мяшшпл как в рехцие черпания, так и а режиме транспортирования.

в Разработан новый алгоритм автоматической идентификации технологического состояния процесса эгхказацни, который позволяет с точностью не ниже 3% определять временные интервалы1, соответствующие -кнжлому технологическому состоянию процзсса.

в Разработанные алгоритмы технологического мониторинга временных, гсоыстрииесйя и энергетических параметров процесса позволяют предупреждал, нарушения технологического гадания, ецшшагь эффективность технологического процесса эксикации.

• Разр.'ЛЧгпш новый алгоркга определения текущей производительности экскаватора ¡ш основе более эффективного алгоритма оценивания транспортируемой массы горной породы ю ковше.

Змачгмис работа

Научное значение работы состоит в том, что разрабогташало аш «ритма (¡Етоматкзировшиюго технологического мониторинга развивают методы автошттшцки технологических процессов и, в частности, методы оценки качества ггхз.олсгических процессов тяжелых горних машин.

Праклтческое течение работы, заключается в том, что созданные алгоритмы вычисления параметров тсхио;юп« чоского процесса экскавации являются основой для разработки прикладного программного обеспеченна подсистемы мониторинга в АСУ Т11 мощных одноковшовых экскаваторов и автономных автоматизированных систем контроля технологического процесса экскавации.

Достокериртть иодоаажияй г вмаодое. Пшюхснш н выводы поручены а результат) вычислительного эксперимента разработанных алгоритмов технологического мониторинга с математической моделью объекта управления, адекватность «спорой реальным . процессам подтверждена результатами экспериментальных исследований.

Анробаняу работы и ву&иши. Результаты 'работы и ев основные этапы докладывались на международной конференция "НЕДЕЛЯ ГОРПЯКА-99" МГГУ { Москва, 1999 ). и "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА-2000" МГГУ ( Москва 2000 ). на научном семинаре кафедры АТ МГГУ. По материалам диссертационных исследований опубликовано 2 научные работы.

Структур» и объем двотзтишм, Работа состоит из введения, четырех главы, заключения, содержит 41 рисунок, список литературы из 86 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во юилсяии изложен обзср пробляш. Определена нпучн;,ч ■ ■ / проблематика работы, обоснована актуальность темы, поставлены цели и

задачи работы и определен общий метод кх решения.

Р первой глвве изложен обзор литературы по проблеме, включая краткую историю ее развития и настоящие исследования по разным аспектам этой проблемы.

Изучая опыт работы экскаваторных бригад шагающих драглайнов, исследуя прн$мы управления эхеюшатороы, ставя статистические эксперименты на рабочих местах, многими исследователями установлено, •!То даже опытные, высскок?,алнфицирэвтшые машинисты драглайнов не В. состоянии.длительное врекм согласованно выполняй, в предельном темпе операции экскаваторного шита, машинисты же средней квалификации допускают кедонспояьзсвянке экскаватора но производительности в среднем на 30-40%.

Неправильная установка драглайна в забое и нерациональная по времени последовательности черпаний, наконец, некачественное выполнение паспорта экскавации приводит к дополнительным непроизводительным потерям времени.

В СССР в 70-х годах а также в США, Канаде, Австралии в начале 80-х годов появились ре боты, а которых представлялись результаты, исследований систем автоматизации и интеллеутуализации технологических процессов тяжелых горных мапиш для открытых работ.

Проблемой автоматизированного контроля работы экскаватора, разработкой устройств технолоппрехня измерений и шкальных систем автоматики занимались научные коллективы в МГИ, ГУА, МИСИ, СГИ, НИИтяжмяш, ПО "Уралмаш" под руководством О. Л. Залесооа, Л. Д. Певзнера, А. И. Филипенко, А. В. Горелоаа, Ю. Я. Вуля, М. Б. Носырева.

Из зарубежных исследований известны результаты фирмы General Electric, которая разработала систему Digmate для непрерывного контроля текущей производительности драглайна и анализа этого показателя. В 1990 г. в журнале Inst Eng AustraL №3, опубликована статья, где показывается целесообразность использования систем мониторинга на шагающих драглайнах в горнодобывающей промышленности Австралии и необходимость развития портативных ' систем мониторинга с

н<мегр.'1ропаш|ым программным обеспечением статасшческого анализа. Данные сравнительною анализа работы драгляйиа А1иг'юп'20$9 были полупшы системой моинторнша. Исследования показали, что прошнодство вскрышшх работ требует максимальной опткмизедли произподительно; I и работы драглайнов, которую можно достичь только с применением сапам мониторинге. Дли оперативного выполнений анализа служит бо!п;)вш1 сисгс.мь мслгторкиге, ».''рад) с которой в Австралии пр:<мс««;от снст£ги>1 долговременного сбор& данных

Амсргюшскоя упадчшя компания Ми1и>Ысгп использует на дрспкйго £ «оаюом шесткмсстт 52,кпмпыо дерную систему фирмы Шеи сй\>е Зеиниях?, о помощью которой фиксируются объем и время кипимш и смену, время цч.ии», углы моисрога времени рьзфузхи, число ша1 с-в,- фиксируется ирсмя простоев и некоторые другие параметры. Длиные от микропроцессора поступают на дисплей к оператору, которая ьянользуст лх Д1 ш инзлнзд и оптимизации технологического процесса. В конце аах<Ц>й скжы дашы« раезечат ■ лмшяся или записываются на магнитную ленту.

За последние 10 лет п Кита« -¡атаке начали регкать проблемы алтомитизацни и шпеллестуалитации гехнологичгекого процессе тяжелых гчрныч машин. Т: >: как китайское горное машиностроение в настоящее время относительно слабее стадного, поэтому н научные исследо; кипя я области автомат и'шции горного оборудования относительно слабые. В настоящее гремя автоматизация и интеллектуализация технологических процессов тяжелих горных машин в Китае ещ^ а стадии освоения и мспыггьтсльиого исследования, а фактически работающие машины мало используют автоматические системы управления для контроля основных показателе* тезюлог» чесшго процесса. Например, псе- оборудование самого крупяого современного сшого совершенного по управлению разрез» в Китае Антяйбом импортное »¡ли совместно« в сотрудничестве с США или Германией. Тсч не манее все одпокоашозые экскаваторы, работающие на карьере, не имеют никаких систем автоматического управления, что приводит х, значительным потерям при производстве добычных работ карьера. Таким обредоц, внедрение ьвтоматизации ы шпеллестуалзтции для мощных, и тяжелых горных машин является одной из самых реальных и актуальных задач для китайских горных

предприятий.

Несмотря на значительные успехи в решении проблемы спугни?! системы аптомлтического мошггор.инл тяжелых парных машин, л:» проблема не решена пслиосшо нл алгоритмически, пи гехннчсскн. Iii) мере развития новых тсхнолошй и техники открьпых lopin.ix paGur, компьютерной техники, срсдстп автоматизация проблема создания интелле?луальных систем технологического мслшоринга тяжелых горных машин для открытых горных раПот как оспопнсе средство повышения производительно«!! будет остматься 'жг/алышй. Сгрсшгеинс найти рсиенкз некоторых згчтач является целью нгстоздеР- работы.

В число не решенных вопросов и 2?.;:дч проблемы зкодят сопросы определение ра/даояапыюй структур!! и соствпа системы, ее оптишпация, точность алгоритмов определения основных показателей технологическою процесса эксплуатации л:ставагор«-лраг;:зйна, выбор и установка датчике», мифологические задачи измерений. Оеношшз из змце задач состапляют задач» дисс?;тгсиин.

Шагающий эгсекязатор в р?мках функциональны: задач бестранспортной технологической сасмы можно рясогатрипгль как огр:н-"!'!г;пю автопомныП ¡-схнолгч-ичссккй объект управления, поэтому виутрешглх функции ^зтомапгагрскнгного упр1влення сказывается гораздо больше, нежели внешних. •

В настоящей диссертации,ной работе рассматривается одна ич четырйк подсистем функциональной структуры сисгсмы автоматизированного управления шагаго:цим зкскаватором^црагляйио?л -подсистема контроля параметров и оценки г''>фгкттшгосш технологического процесса экскавации. Основными задачами диссертационного исследозанпя явились:

в разработка эффективной процедуры определения состояния

технологического процесса; а разработка алгоритмов расчета текущих значений показателей технологическою процесса м я конечном счете сценок нарушений паспорта экскаяяции - осноаного технологического задания процесса;

о разработка алгоритмического обеспечения информационно?} системы аптоматьзиропяшюго контроля процесса экскавации.

Ко от.'цтп гла»е предсзилена разработка математической модели мониторинга технологических показателей работы эксказаторь-драглайна. Математическая модель технологического процесса экскавации мощных драглайн; ;;, используемых на открытых горных работах, представляется двумя моделями. Одна из коюрых описывает технологическое перемещение рабочего органа экскаватора драпшйна с горной массой из за(Зоя и о"!вал и порожнего из о шала в забей на очередное черпание, вторая модели описывает процесс зачерпывания горной массы.

Модель перемещения коиш.ч ,!!ра1 лайна формируется из двух подмоделей: модели "глан:шх мел^нлзмои" и собственно модели "«хнологическсго дниженни". Для составления указанных математических моделей использовались рг.зуаыюы, порученные ранее различными шпорами, ссы лки на которых приводятся в лиссщпац ш. Диссертационные исследования проводились на примере российского шагающего экс:иша' .¡ра-драглаЛна модели ЭШ 2(>\50А

Операции рабочего цикла драглаГлк. выполняются в порядке, иредогавлешюм на рнс 1: забрс.с хониы в и.Сюй, установка ковша в рабочее положение, черпание, вмведение ковша из заски», поворот к месту разгрузки, раагрузка, разворот к забою. Операции опускания ковша в забой н выведение о о ш забоя совмещаются с поворотом экскаватора. Прл ш.ремещгшш породи в отвал возможна разгрузка косша без остановки экскаватора, который делает почти полный поворот.

Осущеонить контроль' меэду фактическими и паспортными данными можно с помощью математической модели системы мониторинга основных технологических показателей процесса экскавации, которая рассчитает параметры, необходимые для суждения об эффективности эксплуатации экскаватора и сравнивает с основным технологическим заданием - паспортными данными скскавации.

Структурная схема математической модели системы мониторинга основных технологических показателей процесса экскавации, изображенная на рис.2, посчроеиа по кэдулыклху принципу и состоит из следующих алгоритмических и программных модулей:

о Модуль задания исходных данных системы мониторинга. • Модель технологического процесса экскавации экскаватора-драглайна.

® Модель работы главных механизмов подъема, гяш и попорот.

» Модель движения рабочей) органа. ,

® Модель процесса шагания.

• Модель процесса отработки забоя.

о Модель процесса образования от нала.

® Модель идентификации состояния технологическою процесса экскавации.

• Модель вычисления основных технологически*: показателей.

• Модуль .анализа результатов мониторинга. Модель оценки эффективности рабопл зхскапатора.

Модуль задания исходных данных системы монигоргнга формируется в ьиде массивов: первый сестотг ¡п данных о горнотехнологических услозия,; эксплуатации: длины персдЕюххи /,„, ширины гчходьи А, высоты вскрыншого //„ и добычного }1д уступов, >глоп откоса уступа Оу забоя а^, расстояния от центра стоячия экскаватора до бровки забоя АС угла устойчивого откоса отвала р и др. Вппой массив представляет ссбой г-'хннчеекме параметры эксклвсгоря: длт^гу стрелы /,г, вместимость Ет угол наклона стрелы щ максимальные высоту Н*"* и радиус разгрузки ковша Я/"* , ширину копит Ь, расстояние от оси вращения до блок", наводки Н„ расстелкно от урозня стояния до бжа наподки Л а, ¿коростн подъема У„, и тлги У„ ко ни; г, установившуюся частоту вращения поворотной платформы со„*. ускорения поворотной платформы при движении с груженым е,г и порожним копию;/., массу порожнего ковша Сц .

При задании параметров технологически № схемы рабаш ?хскапагора необходимо определить конфмурацшо зябоя. координаты характерных точек блока забоя н технолошческую последовательность его отработан драглайном. Указанные параметры обеспечивают функционирование модулей моделировании процесса отработки забоя и образования отвала.

Модель технологического процесса зхскавлцин экскаватора-драглайна состоит из пята подмоделей. Медеях, процесса отработки забоя состоит из программных блоков, позволяющих моделировать процесс работы драглайна с нижним и верхним черпанием или по комбинированной схеме. Дчя кал'дои; возможного случая следует разработать математичс-кие модели процесса черпания, разгрузки и

7

Ось стрелы

Транспортировка

1Ы ралрузку

'ЗабоЦ/юэ коьсраюпГ

Ралрузка

Л'ра] 1С] юргироы.,! на чгрш"!:

Рис.!. Тшн«1Ш!чсоа1М врвцсссэхск&шщаи дрш'лешш •

М.»дл1!» зада;«« ИСХОД! Д81»1Ы*

Рис. 2. Моделнроихние процесса технологического

монаторяша экскавации дрзглайпа

транспортных операций.

Выходные данные таких моделей - это координаты характерных точек рабочею цикла в пространстве, которыми янлмкяся точм; ппчша черпания, отрыва груженого ковша от зябоя и разгрузки.

Модуль анализа результатов модеднрови!!ил системы мониторинга состоит из подмоделей идентификации состояния технологического процесса экскавации; вычисления геометрических, временных, энергетических показателей и оценки эффект.^ г;-ста работ'л экскаватора.

Расчет геометрических параметров, характеризующих технологический пробеге экскавации, рмнолняс^я ¡¡а основе измерения хоорднпат характерных точех рабочею цикла. При этом определяются углы поворота экскаватора от забоя к о:лзлу и от отва.'ц к забою, изменен:)« длины подъемного ¡1 тягового канатов при подъеме груженого и спуске поро:кисго ковша, массы грудного кепша при подоено.

Расчеты временных н энергетических !оказателай . работы экскагштора потмемаш выполнить только с помои,/,ыо специальной идентификационной процедуры, позиоллющей различать состояния технологического процесса экскавации. 1То окончании моделирования процесс!» отработки драглайном заданною забойного блока или по нетечении заданного времени, например, за смену, за суши, за ?лес;гц, зя год осуществлязггея расчет интегральных показателей,

Результатами имитацонного моделирования процесса экскавации оказыпакггея следующие группы парамегрса: ,

я графики идентификации состояния технологического процесса экскавации;

в основные и вспомогательные параметры, характеризующие

технологический процесс зкепзвации; в графики вычисления массы ковша;

® интегральные показатели работы драглайна по заданной

технологической схеме. Данные, отнесенные к первой группе, можно разделить на геометрические, временные и энергетические. К геометрическим показателям относятся: углы попорота. экскаватора от забоя к отвалу и от отвала к забою, изменение длины подъемного н тягового канатов, длины черпания, высота разгрузки. В группу временных и экономических

»сказателей входят: продолхкительность рабочего цикла, время черпания, транспортировки на разгрузку, разгрузки, транспортировки на черпание, время простоя, врем,: вспомогательных операций. Энергетические за/грачи на цикл, текущая производительность в цикле, V. смену.

В последнюю группу входят: оценки зкеплупщиошгой протдедшслмюстн экскаааа^а за временной период отработки блоха забоя за.-дш«ого объема или конфигурации; суммарная продолжительность непрерывной работы машнки по отработке блока забоя; число рабочих циклов; раьхода электрог.иргии на наполнение операций рабочего цикла, и тииче удельно: о раохеда элькчроэпергаи за врсм>. отработки блока забоя.

Технологический процесс .жегаиац'ии, осуществляемый шггг- .щим дрыгляйнзм, хараюери^исл набором покиз'.яояей, по которыы можно ецгншь ■феки.шккть этого процесса. Эти поха.ателг оценивают качество пыпеишзиия как отделных операций экеашгторлого цикла по объему, гочносп! темпу, энергоемкости, -так и качество выпогчения единичного цикла- нос п-цоват -'льноегк цч»о.ов. Основное технологическое задание - пястмрг экскакацни задается созокугсногтыо параметров, хьриктернзукныт геометрию ел ¡шла, вскрышного уступа. Отклонения фахпгсееккх значений геомвфических п&родезроз вскрышного уступа к о1Г'1.л;(- от т,,«бугмых характеризуют точность выполнения технологического задания.

Составляющими оценки эффективности эксплусгацин экскаватора, эффективности проведения технологического процесса являются данные о непроизводительных потерях времени - простоях, причем оказывается важным не только суммарная кельчина простоя, но и распределение по смене отдельных простоев.

Автоматическое вычисление показателей работы экскаватора -драглайна создает обьегсгивную информацию о ходз те;шологического процесса, эта инфоршцгя предназначена как для машиниста экскаватора, так и дня диспетчерской службы разреза. Количественные и качественные оценки хода технологического процесса е каждом отдельном цикле или совокупности циклов наоЗхэдиА.ы для алолиза собственной деятельности, оказываются сродством повышения квалификации и, в конечном счете, производительности труда. Об это« говорит тот минимальный опыт создания информационных устройств и систем, который имеется в

настоящее время в России и гз рубеком.

Ход технологического процесса и его результаты машинист оценивает визуально через достаточно длительнмй промккутс; времени, на исправление обнаруженных ошибок тр'шлся промзгодтельнг.с время и энергия. Рчсполагчя даннг.!ми о текущих значенилх показателей <п'о рябо ни в цикл*:, машинист р-еагирует на, это изменением режимов работы в последующих циклах, адаптируя процесс упраолгггм, вследатоие чзго растет общий уровень п ро и •? з од! ггелы I ос т и.

Другая сторона инф-ормкрованностн машиниста состоит в том, что количественные оценки хода технологк-юысого процесса и сравнении с рациональными окглывамт обучающее воздействие на машиниста, фермлругат опыт, повышают квалификацию. Наконец, накопленная обьективная информация о фактических обьем:и:, средних п интегральных 1юк.чзат')лях работы служит основой смег.чтД отчетности бригады.

0,пс;г?ьш дохумгптом по технологическим показателям процесса эхекавацни является паспорт зг.боя. Эти исходные пкраметры зябс:: определяют самую выгодную с зкономическо:! н телюлогаческой точки зрения зхскаввцшо полезного нскомгмого, под зыгодо^ понимается, например, г.оз^ожность рационального использоняир"! врсмапн р -.биш, затрат энергии. На практике «ашннхету, управляющему мощным экскаваторам, приходится следить за ходом тезгнологического процесса экскавации визуально, поэтому полученные км фактические параметры отличаются от паспортных.

Л третьей глапе рассмотрены алгоритмы азтсматнческого мониторинга технологического процесса экскавации.

Технологический процесс экскавации шагающего драглайна тетю представить графической моделью Н циклических переходов, в которой имеются семь вершин, отражающих функциональные состояния драглайна: '.

Н={Х)-простой; 1 - черпание; 2 ~ гряйспортироаатпзе на разгрузку, 3 -разгрузка; 4 - движение на черпшше; 5 - шагание; 6 - вспомогательные операции}.

Математическая модель сценки эффективности эксплуатации драглайна должка содержать процедуру распознавания текущего функционального технологического состояи-;:; драглайна. Су-хдеигг о

•гаком состоянии должно быть выводимо на основании высказываний с значениях, доступных для измерения текущих лгремснньпс: токов б ккорьых цепях трех силовых модулей главных при?.:,дои, длин канатов, угла разворота млагформы-

{h(o. ш. т ш ыо, mi

Следует заметить, что достаточгюА информацией для однозначного риснозйааания состояний и экскаваторного цнкгд являются данные о натяткишч канатов подъем л п тлп:, скоростях движения главных механизмов. Но «кналы, с*х>18етствугоп.'ие этим данным, прямо нг измеряются. И есд", вычислит» скорости измснс.шк- длин канатов или частоту цхицения платформы мл»по достаточно точко и достоверно, то вычислят^ усилие а канатах на. ве«ы протяжении экскаваторного цичше практически невозможно. Поэтому для решения задачи распознавания воспользуемся косзс:<мыми признаками, для формирования которых будем п^иользояшь измэр»смыэ значен!« токоя в якорных цепях элг:гф01.'риБодсв подъема и таги и нычиелясмые значения изменения длин ¡.шатен н чистоты вращении платформы.

Дее нары кривых {hO), Ф(в)}, {hi-h позволяют,

¿faopnywpobzib отличительные признаки этих состояний. Распознавание оеущссгал'гется в дискретные моменты времени {(k, s-i,2...j на основании измеренных данных, которые предварительно усредняются на фиксированных интервал.«;; времени:

мм-^'Тм''**. HJ .

li качеегг.е оценок скоростей ф{6), ¡(0) используются конечные разиосги

em-vces-O^Os);

Отличительные признаки состсяиий Н представляются в виде следующих логических угеерхкдеянй:

1. Состояние «чсрмЕике» имеет мгапо, ссяи и только если;

{h(%)>AJ&{¡Af{&)/<ej ,&{AJ2(^)<-h}■

2. Состояние «гр&исиортпрованке ка нагрузку» имеет место,

12

если и только ест: 3. Состояние «разгрузка» ииеет место, если и гтхпысо пели:

{¡,{а,)>Л4};<{12>

А. госпмянче «транс:!»-¡-т(;р';;пш';е е»я черпяпме» имеет мео/ю, если и только если:

О,(Од<Л,}£{¡Л<Р(0.;)¡>е,}3{1.г+ 123т-1Г\(ъ)г 5 Состояние "простой» шлеет место, кат « только еаи: (М{ тЛ^су 0}.

Зд;':ьЛ;..Ла о, - постоянные.

Отличительный признаки состмниЛ не обладают полнотой а силу самою определении н подтоку допускам неоднозначность р; люзтзани;:. С другой стороны, причиной иеа,"екЕ!1тноро распознавания гялястся большая зшпумлешюсь сигналов ¡1(0, ¡г(1). Эффективное ч достоверное распознавание состояния с возможно меньшей ошибкой явл,;ггся одной из основных задач исследований.

Повысить достоверность распознавания можно, используя логический анализ ¡юс^дочательной смены ситуаций, который отвечает ориентированному циклу на графе переходов.

где//,-- номер циклического состояния; /=1,2,3,4,1,2...,

иначе ¡=к(то1М)+!; к=0,1,2.....

Признаком завершения очередного цикла экскавации является переход из состояния 4 - «траисноотиропание на черпание» в любо* нз состояний 1 - «черлааие», 6 - «вспомогательные операции», 0 -«останов». Однозначное распознание функционального состояида процесса зкекав-щин позволяет вычислить технологические показатели процесса в требуемом месте и в требуемое время.

Оператору, работающему на экскаваторе, указываются з рабочем задании паспортные параметры отвала. В действительности, из-за особенностей местности, или по вике оператора, или из-за ряда других причин параметры, указанные в рабочем задании, ндибеасно искажаются, что приводит к необходимости дополнительной персэкскавацин. Снизить экономические потери от этих нарушений возможно только пугем мониторинга процесса отработки забойной I поверхности и отзалообразооания.

В основном технологическом задании - пасплрге эксказац'Щ, указывается совокупность параметров, характеризующих геометрию отпала, вскрышного уступа и трассы шагания: /?* - угол откоса отвала; <5* -угол откоса вскрышного уступа; Н*л - высота верхнего вскрышного уступа; //*в- высота нижнего нскрыппгаго уступа; Н*о~ высота отвала; Л*" - ширина здходки; - полярный угол ¡-го звена трассы шагания; 8*ш/ -/;д.Пи /-го звена трассы шагания; - число шагов- /-го звена трассы шагания; V" - .толный объем отвала.

Информация 'об отклонениях сальных значений параметров {у^} геометрии отвала, забоя и трассы от Ласпоргных {х*} создает объективное суждсш;с о ходе технологического процесса экскавации. Геометрические параметры отвала, забоя и трассы вычнслчготся по

/9 - ак'Ш (у) ' 2Н,

<3, =

t - .V^ - Л Jyl) }io =Zic-'¿ic; Нл ~Ú.5(ZLt +Ztt-Zu-'¿u), = + — Zls — );

Ал = CCA-^cosí - »>,„)-A',„)' + .V./sin -?,,))"' ;

4 cosfe sirf(fl, -rf.

В этих выражениях аргументы X=X(t*J, Y=Y(t*), Z-Z(t*) являются декартовыми координатами, а х/t*), <p¡(t*) - полярными координатами контрольных точек, измеряемыми а отдельные моменты технологического ' процесса. Измерения производя гея с использованием рабочего оборудования экскаватора-драглайна как инструментального средства.

В условиях промышленной интенсивности производства возрастает 'цена' потерн времени. Возникло противоречие между относительно высоким уровнем технического оснащения производства, большими его потенциальными возможностями и сокращающимся уровнем их фактического использования. Поэтому в качестве главного первичного экономического показатели следует считать основной показатель

интенсивности производства - объем производства продукции в единицу времени. П нашем случае этим комплексным показателем двляегся шхазатель текущей производительности.

Обы'чго производягельностью экскаватора называют его выработку за единицу времени, она определяется по объему горкой массы в плггном геле или по весу юриоХ müv-cu и измеряете*« за одни час, сутки, смечу, месяц а год. Теоретическая производительность экскаватора учитывает только конструктивные его данные и онредядлепл а вил":

По^бОЕп, м\ ч, где Е - геометрическая емкость ковша экскавятгр.), я-кэнструхтпвное расчетное чис.о цикла», в минуту. Техническая производительность зкеказаюрт (лре,'.'"!Я;:1С;: по формуле

лг=збс<тн/ t4kf, .■<%,

где кр- коэффициент разрыхлят? ковша экскаватора; ^-коэффициент наполнен!« ковша экскаватора; • /ч - техническая продолжительность цикла, с. Эксплуатационная производительность экскаватора y4irn,n>'.er не только конкретные услсзия, но также использование ?кс::и.чсгори во времени и определяется по формуле: П, ~П„ к,,с, где 'сж -коэффициент использования зксксватора на чистой работе.

Сменная и суточная эксплуатационная производитель; юсть экскаватора определяете» по эксплуатационной производительности с учетом часовой длительности смены и числа рабочих смен. Реальные значения текущей производительности экскаватора П(1) определяются по измеряемым значениям технологических параметров, среди которых ядровым является значение транспортируемой в текущем цикле массы горной породы.

Масса ковша т* может быть определена через натяжения канатов подъема Г) и тяги F¡, которые из условия равновесия сил, действующих на ковш, выражаются в виде:

Fr=tnKg (/ij cosa + sina) 1¡JL, Fj^nbg ((L-))/t¡ cosa - sina) l^L, где g„a, L- постоянные;

y, 4, h - текущие значения плоских координат положения козша и

длшы тягового палата соответственно.

Г>1Н выражения статики были положены в основу алгоритма определения динамических оценок м*ссы ковша. Основная идея алгоритма состоит в гам, чтобы: •

в вычислять оценку гц,(!) как функцию- от текущих значений натяжения есанаточ и положения ковша в плоскости с.реловой конструкции

т^ф-0.1021')(I) I ц(0! 1,(1) (у(0 с«ма+ г/0 х:па)'\ т*(0 ~0.102¡''¡(I) I г\Ц)> 12(!) (([.-Х0)со5а-г;а) з1па)~',

тк{() - 0.10211(1) (/■,(()/(¡(I) + рг(0 / 1г(0 )/со5а .

с выполнить усреднение но мерс па интервале транспортирооашш. Величипы усилий в кантах ' па интервале тршепорхкрованш, определяются через токи л ¡(/) якорных цепей силовых модуле.': сосо пс с Iвутоших пркьодоз подье?«!а и тяти

¡1,2,

где С, ¡р1а г¡г-в> г6 - алиапные конструктивные параметры электропривода л механизма.

Тским образом, оценку т*(0 вычисляем на интервале транспортирования по выражению

т,(0 ^кг](С)(¡,(1)/У,(!) +1,(0Ы01 к - 0.204С1г„д г!М{/(г(со$а).

Найденная оценка содержит динамические составляющие погрешности от движения и шумовые погрешности измерения токов якорных цепей для повышения состоятельности оценок значений токов 1/0 н имеете с зтнм значений оценки массы ковша используется статистическая фильтрация в виде композиции двух усреднений: по. времени и по множеству.

Статистическая фильтрация производится на интервале (О,, О] ] -внутр-нисм к интервалам движения на нафузку или черпания. Усреднение оценок по времени осуществляется в течение 0 внутри каждого временного промежутка (0& 0л 0, на которые разбивается весь интервал измерений (0Ь 05].

«Д)^ К(ОЛ.. ¡г=1.....£

где S—число промежутков усреднения, целиком, содержащих в интераяле измерения.

Совокупность { пГц(&), , S} расшнгриваюя как статистическая

выборка мз одной генерал],!юЯ совокупности и поэтому es средним является оценка

__ ] »

'«» = v £ й . t ' J ) ■

Таким образом, вычисляя тк ira интервале движения на разгрузку, а затем на интервале движения на черпание, можно снроцглить оценки массы породы в ковше массы породы, налипшей на ковгл ~пг,„, н,

наконец, мессу породы тй уяюхешюи в отялл в дав;:'мл .»¿«ле:

т. = тЕ^г*'.)- «г (fi)l-» и'< •э j.i

гдз /р, г, - моменты отрыва ковша, разгрузки и нячала черпания.

. Показатели энергозатрат операций экскаваторного цикла имеют скорее кпчествеиное значение, нежели количественное, потому для зычпеления -¡гик показателей можно использовать приближенные соотношения айда:

S VI.Ï ъ

где 'ии<и)>'в.'Л.з - нередаючное число, радиус, барабана лебедки, КПД механизма подъем*», тягн соответственно; Ьт»> ' передаточное число, КПД механизма поворота;

'jWi) - оценки токов якорных цепей электроприводов подъема, ши и поворота на момент 0S;

- оценки значения скорости изменения длин канатов подъема и тягн, измеренные в момент Gs ;

- оценки значения частоты враГцения поворотной платформы экскаватора в момент времени 0S.

Показатели, усредняемые по множеству полных рабочих циклов, выполненных в шггервале[0, t], вычисляются как среднее арифметическое

1 1

"(<Ч) = --(М - щщ -1)+щы,)),

'*« 1-1 -"г

11(0 - значение -усредняемого технологического показателя в ¡-м

цикле;

Ы, - число полных рабочнч циклов, выполненных в интервале (0,1);

П{Ы,) - среднее значение показателя на момент и.либо за Н полных циклон.

Суммарны« показатели ча ишервал [0, 1) вычисляются прямьш суммированном. Суммарная "масса породы, уложенная в отвал:

Л/ Л/ > - V ,<">..

'-1

Суммарная энергия, /траченная на экскавацию к текущему

моменту;

Ей (О = £ Еа "Чо.

1/1" Ец - энсргоел!кос!ь цикла.

Простои экскаваторов в течение смены делят на неизбежные и устранимые. 1С первым относятся задержки и перерывы в работе, обусловленные технологическим процессом или конструктивными особенностями экскаватора, а тлкже вспомогательными реботами. Неизбежные просто:' включают также затраты времени на прием и сдачу смены, на ремонт и смазку экскаватора, на очистку ковша. К устранимым простоям относятся простои, вызванные организационными причинами: ожидание тркссы свер:; нормативного ■ времени, перебои с подачей элск! [юэнергин, анари.ч на -экскаваторе. Эгн простои при хорошей организации работ могуг совершенно отсутствовать или быть сведены до минимума Систем:! мониторинга за технологическим процессом экскавации, предложенная в данной работе, позволяет уменьшить неи'-ежные и устранимые п^юстои путем введения автоматизированной системы технологического процесса.

Суммарное время производительной работы на текущий момент времени '¡\{1), называемое «яремя « работе», складывается из Тщ(0 -суммарного времени циклов экскавации; Та(!) - суммарного времени вспомогательных работ, 1'ич0) - суммарного времени шагания за вычетом ТщО) - суммарного времени простоев.

18

Кажд(1Я составляющая накаплинасгся 01ДСЛ1.110 из очтгвегствующнх временных интервалов, определяемых по ключу алгоритма идентификации состояния технологического процесса. К примеру, как только вмполняося конъюнкция умеродаииЛ, соответствующих состоянию «черпание», включается ур-шоматр, которь.Л выключается при переходе в друие состояние. Выходное значение Х{хЯ1омегра - время черпан;«! Тч. Аналогично определяются Т„р, Т„н длительности операций транспортирования на раз]-рузку и не черганне, Т^ '/'„ - длительности операций рапру.кн и черпания. Затем вычисляются суммарные временные издержки технологического процесса, что и почволчег осуществить временной мониторинг.

В четвертой глаке поведены результаты яыччейитедыкич» эксперимента, осноьлыс цели которого проверка ри Гх.< ¿носоС»< ос) и и эффективности алгоритмов мониторинга. Эксперимент включал использование двух математических моделей, одна модель

технологического процесса; другая - модель вычисления технологических показателей.

В первую модель з качестве установочных вводится: задания на движение главным механизмам, имитируется процесс черпания, задается масса породы в ковше; продолжительность каждой операции процесса; условия разгрузки. Вторая модель реализует алгоритмы вычисления технологических показателей. Модели процесса и алгоритмов реализуются средствами современной компьютерной технологии - МЛТ1АВ (ЗЬъиИпк).

Имитационная модель технологического процесса экскавации состоит из блока модели командоаппарзга, блока модели электропривода механизмов подъема, тяги и поворота. Модель системы автоматизированного мониторинга содержит блок идентификации состояния технологического процесса экскавации, блок вычисления технологических показателей н блох вычисления массы ковша. В диссертации приводятся результаты исследований для группы экспериментов, различных по длительности движения ковша на разгрузку и черпание, по длительности черпания и различным» геометрическими заданиями точек отрыва и точек разгрузки. На рис.3 приведены результаты работы алгоритма идентификации состояния технологического процесса экскавации для одного из исследовательских вариантов. Ошибки

шлчисления интервалов временя алгоритмом идентификация составляют fie более З/о, что достаточно точно.

Тц -60С

S

Н;Р"И|К I_____туисмргири».

а« |>Ц|гр^г**у "г

-bh

Транспррт пройда

к« че^н^цняс

4*

Jt

'V-

"1" - Чсрналнс; "2" г Простой; "4" - Транспортирование на черпание; "3" - Разфузка; "-1" - Транспортирование ка ргзфузку.

Fsic.3. Результат вд^ггпфнкгцин состояния тси.олэгкчтюго иродссга эхскав&цкк

3 0 0 < с о

I С (1

I 4 0

1 2 С

I и о

а о

• Ркс. 4. Результат вычисления массы конша

1 3

2 О

Результаты вычмслитежиого эксперимент rio определению работоспособности алтртна эдчпеяяшя массы хояша приставлены па рис/'. Характерной осопспиосп то хриамх тк(1) является шишчме и прок.ежугаз тр«пспортаровпния на разгрузку и ч^рпоика достаточно длительного временного интервал.*, на котором варисгия функции nt,(t) не велика:

3[а, k]c-{U t„], vit f-1,(1)^0, )т\ f(a,b) /> 0.4¡1, tp ),

Этот факт, обиаружешшй г эксперименте, лоиюячл модифицировать алгоритм определ-лмх массы ко»tu«, г-!высив его достоверность. Идея модификации состоит а тем, 'шли г.роподить усреднение по мере ив на все»! шпервеле транспортирования, л лишь на боле» узхоы промежутке, vví вариация функции mjt) е- мала. Определить такой промежуток с малой иариацие-З можно лишь после завершения движения на разгрузку и соответственно на черпание. Функция mK(t) днскретчзируется с известным шагом и по ней с-яозделяется: la b]: var да, (t) ¿e, tc[ a,b¡,

если этот интервал содержит на менее 8 дискрет, то на этом нмтеовалз находится среднее значение и несмещенная оценка среднего кеадрата. В противном случае точности е добиться нельзя. И следует удовлетвориться большим значением е. Среднее значение пк(0 на интервале ¡a,b] принимается за значение- массы ковша. Показана состоятельность и ^фиктивность этой оценки.

)

Заключение г

Ия основании теоретических и экспериментальных исследований » диссертационной работе дано новое решение актуальной задачи разработки и исследования автоматизированной системы мониторинга технологического процесса тяжелых экскаваторов-драглайнов, что позволит расширить технологические возможности /жскявитора, поднять «го эксплуатационную производительность, облегчить труд мшмнмега. Проведенные исследования позволяют сделать следующие основные выводы:

1. Раэрвбот&иная математическая модель системы шагающий драглайн -технологический процесс экскавации как объект автоматического мониторинга, включающая математические модели электромеханических систем электроприводов главных механизмов н ;гсхнологичеекого движения ковша драглайна, достаточно адекватна реальной системе. . '

2 Сформированная система геометрических, временных'и энергетических показателей позволяет характеризовать технологический процесс эксквв&ции тяжелого драглайна и оценивать эффективность этого процесса.

3. Разработан новый алгоритм идентификации состояния технологического процессе экскавации, который позволяет с погрешностью не более 3% определять временные интервалы, различая элементы экскаваторного цикла.

4. Раэрабсшншя система 'алгоритмов позволяет достоверно и эффективно определять оценки числовых значений технологических параметров процесса экскавации тяжелого драглейна, Погрешность оценки геометрических и' энергетических показателей 5%—10% с доверительной вероятностью 0.95.

5. Разработан новый алгоритм определения состоятельной и эффективной оценки массы груженого ковша, который позволяет с погрешностью не более 3% определять массу породы в ковше драглайна.

6. Разработанные алгоритмы вычисления и представления системы технологических показателей, а также алгоритм идентификации состояния процесса составляют алгоритмическую основу для программного обеспечения системы автоматизированного мониторинга технологического процесса тяжелых экскаваторов - драглайнов.

7. Найденную структуру и алгоритмическое обеспечение автоматизированного мониторинга технологического процесса можно использовать не только для драглайнов, но и для мехлопат и любых других циклически работающих горных машин для открытых горных работ.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Дуаиъ Хукмэй. Автоматизация мониторинга технолоппэского процесса шагающего эхекавагора-драгяайиа. //Горный мифорыационно-агшттический бюллетень№2,2000 г. Деп. РукмкМ 334.

2. Дума, Хунмэй. РазЕглне тяжелых горных маглкн а КНР и кспользояаикв аятометнзчрованиого мониторинга технологических процессов. //Горный информационно-аналитический бюлллень № 4Д000 г. Д«5П. Рухоп. Н» 353.

Подписано в печать ,05.2000г. Формат 60x90/1 б

Объем 1 _Тираж 100_за

Типография Московского государственного горного университета. Ленинский проспект, 6.

Введение.

1. Анализ и постановка задач исследования

1.1. Анализ работ по автоматизации и интеллектуализации рабочих процессов шагающего экскаватора-драглайна.

1.2. Задачи исследования.

2. Разработка математической модели мониторинга технологического процесса экскавации

2.1. Шагающий экскаватор и технологический процесс как объект автоматического мониторинга.

2.2. Разработка математической модели технологического процесса экскавации.

2.2.1. Модель системы "главные механизмы экскаватора".

2.2.2. Модель технологического движения ковша драглайна.

2.2.3. Модель контроля движения ковша в рабочем пространстве.

3. Разработка алгоритмов автоматического мониторинга технологического процесса экскавации

3.1. Разработка алгоритмов идентификации состояния технологического процесса экскавации.

3.2. Разработка алгоритмов оценки геометрических параметров технологического процесса экскавации.

3.2.1. Определение координат движения ковша драглайна.

3.2.2. Определение параметров вскрышного уступа.

3.3. Разработка алгоритмов оценки эффективности технологического процесса экскавации.

3.3.1. Алгоритм определения производительности экскаватора.

3.3.2. Алгоритм определения массы ковша.

3.3.3. Алгоритм определения энергоемкости процесса экскавации.

3.3.4. Алгоритм определения временных параметров.

3.4. Алгоритм контроля выполнения технологического задания.

4. Экспериментальные вычислительные исследования алгоритмов автоматического мониторинга технологического процесса экскавации тяжелых - драглайнов

4.1. Разработка структуры имитационной модели системы технологического мониторинга.

4.2. Разработка в среде MATLAB/Simulink модели транспортного движения ковша драглайна.

4.2.1. Выбор программных средств для моделирования системы.

4.2.2. Описание пакета прикладных программ.

4.2.3. Модель "электропривод механизма подъема и тяги".

4.2.4. Модель "электропривод механизма поворота".

4.2.5. Модель "поворотная платформа—ковша".

4.2.6. Модель программного управления движения ковша.

4.3. Разработка модели идентификации состояния технологического процесса экскавации драглайна.

4.4. Разработка модели вычисления основных показателей технологического процесса экскавации драглайна.

4.5. Вычислительный эксперимент и анализ результатов исследования системы технологического мониторинга процесса экскавации драглайна.

5. Предложения по технической реализации системы технологического мониторинга.

Основным видом горно-транспортной техники современных карьеров являются крупные карьерные одноковшовые экскаваторы, эффективность эксплуатации которых во многом определяет основные технико—экономические показатели горного предприятия.

Как показывает опыт эксплуатации горной техники на разрезах Российской Федерации и Китайской Народной Республики имеет место значительное недоиспользование производственных мощностей разрезов. Недостаточно высокая эффективность эксплуатации мощных экскаваторов, снижение срока их службы приводит к большим потерям объёма вскрышной горной массы и недоподготовке к выемке полезного ископаемого - вот одна из основных причин недостаточно высокой эффективности разрезов.

Снижение эксплуатационной производительности экскаваторов объясняются недоиспользованием мощности приводов главных механизмов, их скоростных и силовых параметров, нерациональным управлением механизмами при выполнении экскаваторного цикла, недоиспользованием концевой нагрузки экскаватора, нарушениями технологической дисциплины.

Кроме того, уровень квалификации машиниста, его индивидуальное психофизическое состояние в течение рабочей смены существенно влияют на показатели работы экскаваторов, что приводит к недоиспользованию технических возможностей этих машин. Одновременно из-за отсутствия достаточного объёма информации о ходе рабочего процесса и дефицита времени зачастую возникают дополнительные динамические нагрузки на оборудование, теряется производительность, повышается вероятность ошибочных действий, ведущих к аварийным ситуациям.

Таким образом, имеет место противоречие между техническими возможностями высокопроизводительной машины и способностями машиниста, управляющего этой машиной. Это противоречие - характерная особенность нашего времени - рубежа XX века и его возможно разрешить лишь используя методологию и средства автоматизированного управления и контроля. Автоматизированная система управления и контроля содержит своей неотемлемой частью подсистему информационного обеспечения машиниста и технологического мониторинга. Эта система позволит выявить значительные резервы производительности шагающих драглайнов. Система не выводит машиниста из контура управления технологическим процессом, существенно поможет ему уже как оператору рационально в автоматическом режиме управлять процессом экскавации, фиксировать результаты этого процесса, контролировать состояние электромеханических систем экскаватора.

Использование автоматизированной системы управления шагающим драглайном позволит интенсифицировать технологический процесс бестранспортной вскрыши, поднять эффективность эксплуатации экскаваторов, создать условия надежной, безаварийной работы, облегчить труд машиниста, освободить его от напряжения, возникающего при ручном управлении машиной. Очень важно, чтобы машинист экскаватора без потери рабочего времени в требуемый момент мог выдать информацию о технологическом процессе экскавации и сообщить характеристики эксплуатации.

Во время работы машинист экскаватора контролирует технологические параметры забоя визуально, следовательно, погрешность выполнения задания будет значительной, в особенности, если машинист малоквалифицированный и не имеет достаточно опыта работы. Поэтому использование на борту экскаватора системы автоматизированного контроля с использованием ЭВМ позволит предупредить машиниста о возможных ошибках и тем самым избежать дополнительных затрат времени и средств.

Актуальность проблемы создания автоматизированной системы управления и в том числе информационного обеспечения машиниста для контроля за ходом технологического процесса экскавации с одной стороны и системы оценки эффективности эксплуатации с другой стороны была обнаружена наукой и поддержана промышленностью в конце 70 годов. Решение этой проблемы сдерживалось во многом не только отсутствием необходимых развитых бортовых технических средств, но и недостаточно эффективным программным обеспечением управления и контроля. Интерес к проблеме создания и в некоторых случаях опыте эксплуатации подсистем автоматизированного управления технологическим процессом экскавации тяжелых горных машин угольных разрезов и карьеров остается актуальным в настоящее время, что поддтверждают публикации статей и докладов на международных конференциях и симпозиумах по автоматизации в горном деле.

Таким образом, разработка системы технологического мониторинга тяжелых горных машин, алгоритмического, программного и технического обеспечения этой системы, позволяющей расширить технологические возможности экскаватора, поднять его эксплутационную производительность, облегчить труд машиниста, составляет актуальную научную задачу, имеющую важное практическое значение.

Вводить комплексную автоматизацию процесса экскавации необходимо не только на уровне машиниста, но и для других уровней управления. Бригадир, отвечающий за эксплуатацию экскаватора и за его производительность, обязан контролировать работу машиниста.

Располагая оперативными данными о текущей и проделанной работе со всех экскаваторов участка, диспетчер и руководитель имеет полную возможность так управлять работой участка или карьером в целом, чтобы поддерживать высокую эффективность его работы.

Целью работы являются разработка математической модели и алгоритмов оценки эффективности и производительности работы тяжелых экскаваторов-драглайнов как основы для создания автоматизированной системы технологического мониторинга тяжелых горных машин.

Основная идея работы состоит в том, что для получения в темпе реального времени исходных данных технологического мониторинга с целью вычисления показателей эффективности эксплуатации тяжелых горных машин, использовать математическую модель технологического процесса экскавации, бортовые измерители, а также само рабочее оборудование машин как инструментальное средство.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна.

• Созданная математическая модель технологического процесса экскавации шагающего экскаватора-драглайна как объекта мониторинга позволяет имитировать основные технологические движения машины как в режиме черпания, так и в режиме транспортирования.

• Разработан новый алгоритм автоматической идентификации технологического состояния процесса экскавации, который позволяет с погрешностью до 3% определять временные интервалы, соответствующие каждому технологическому состоянию процесса.

• Разработанные алгоритмы технологического мониторинга временных, геометрических и энергетических параметров процесса позволяют предупреждать нарушения технологического задания, оценивать эффективность технологического процесса экскавации. • Разработан новый алгоритм определения текущей производительности экскаватора на основе более эффективного алгоритма оценивания транспортируемой массы горной породы в ковше.

Значение работы.

Научное значение работы состоит в том, что разработанные алгоритмы автоматизированного технологического мониторинга экскаватора-драглайна развивают методы автоматизации технологических процессов и, в частности, методы оценки качества технологических процессов тяжелых горных машин.

Практическое значение работы заключается в том, что созданные алгоритмы вычисления параметров технологического процесса экскавации являются основой для разработки прикладного программного обеспечения подсистемы мониторинга в АСУ ТП мощных одноковшовых экскаваторов и автономных автоматизированных систем контроля технологического процесса экскавации.

Достоверность положений и выводов. Положения и выводы поручены в результате вычислительного эксперимента разработанных алгоритмов технологического мониторинга с математической моделью объекта управления, адекватность которой реальным процессам подтверждена результатами экспериментальных исследований.

Апробация работы и публикации. Результаты работы и её основные этапы докладывались на: международной конференции "НЕДЕЛЯ ГОРНЖА-99", МГГУ, ( Москва, 1999 ) "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА-2000", МГГУ, ( Москва, 2000 ) и на научном семинаре кафедры AT МГГУ. По материалам диссертационных исследований опубликовано 2 статьи.

Диссертационная работа выполнена на кафедре "Автоматики и управления в технических системах" Московского государственного горного университета

Заключение

На основании теоретических и экспериментальных исследований в диссертационной работе дано новое решение актуальной задачи разработки и исследования автоматизированной системы мониторинга технологического процесса тяжелых экскаваторов-драглайнов, что позволит расширить технологические возможности экскаватора, поднять его эксплуатационную производительность, облегчить труд машиниста. Проведенные исследования позволяют сделать следующие основные выводы:

1. Разработанная математическая модель системы шагающий драглайн -технологический процесс экскавации как объект автоматического мониторинга, включающая математические модели электромеханических систем электроприводов главных механизмов и технологического движения ковша драглайна, достаточно адекватна реальной системе.

2. Сформированная система геометрических, временных и энергетических показателей позволяет характеризовать технологический процесс экскавации тяжелого драглайна и оценивать эффективность этого процесса.

3. Разработан новый алгоритм идентификации состояния технологического процесса экскавации, который позволяет с погрешностью не более 3% определять временные интервалы, различая элементы экскаваторного цикла.

4. Разработанная система алгоритмов позволяет достоверно и эффективно определять оценки числовых значений технологических параметров процесса экскавации тяжелого драглайна. Погрешность оценки геометрических и энергетических показателей 5%--10% с доверительной вероятностью 0.95.

5. Разработан новый алгоритм определения состоятельной и эффективной оценки массы груженого ковша, который позволяет с погрешностью не более 3% определять массу породы в ковше драглайна.

6. Разработанные алгоритмы вычисления и представления системы технологических показателей, а также алгоритм идентификации состояния процесса составляют алгоритмическую основу для программного обеспечения системы автоматизированного мониторинга технологического процесса тяжелых экскаваторов - драглайнов.

7. Найденную структуру и алгоритмическое обеспечение автоматизированного мониторинга технологического процесса можно использовать не только для драглайнов, но и для мехлопат и других циклически работающих горных машин для открытых горных работ.

1. Балаховский М. С., Райтман И. А., Чечеткин А. Б. Опыт обучения машинистов драглайнов оптимальным методам управления: Сб. Технология добычи угля открытым способом (ЦНИЭИуголь), М., 1971, 22.

2. Балаховский М. С. Исследование работы шагающих экскаваторов в системе "человек-машина-забой" : Сб. научных, трудов, моского. Инженерно строительного, института. М., МИСИ, 1974, № 120, 46-49.

3. Бучин Н. Р., Ворончихин С. В., Перминов А. С. И ДР // Способ оперативного измерения производительности экскаватора-драглайна // Проект.-конструкт, и НИИ по автоматизации угодной промышльности. -№4300719129-03.

4. Вагоровский B.C. Об эффективности полного использования рабочих параметров драглайнов. Уголь, 1983, № 2, с.24-25.

5. Дружинин А. В., Полузадов В. H., Бабенко А. Г. Развитие алгоритмов и функции контроля управления мощным экскаватором-драглайном / Изв. вузов. Горный журнал -1993, № 12, с 97-100.

6. Егурнов Г. П., Рейш А. К. Одноковшовые экскаваторы. -3-е изд., перераб. И доп. -М.: Недра, 1965.

7. Залесов О. А., Певзнер JI. Д., Толпежников JI. И. Система автоматического управления шагающими—экскаваторами. «Уголь» 1981 №12. с 26-27.

8. Залесов О. А., Певзнер Л. Д., Система программного автоматического управления мощными экскаваторами «Научные, основы создания высокопроизводительных, и комплексномеханизированных. карьеров» М. 1980, с 119-122.

9. Игнатьев С. А. // Повышение эффективности эксплуатации экскаваторов-драглайнов / Ежегод. Науч. Конф. молодых ученых "Полезные ископаемые России и их освоение", Санкт-Петербург, 1996.

10. Ю.Игнатьев С. А. // Метод оценки эффективности эксплуатации экскаваторов-драглайнов / Ежегод. Науч. Конф. молодых ученых "Полез, ископаемые России и их освоение", Санкт-Петербург, 1997.

11. П.Игнатьев С. А. // Алгоритм определения энергетических затрат при выполнения цикла экскаватором драглайном / Ежегод. Науч. Конф. молодых ученых "Полез, ископаемые России и их освоение", Санкт-Петербург, 1998.

12. Игнатьев С. А. // Энергетический метод регулирования режима работы экскаватора-драглайна // Сб. трудов молодых ученых / СПГГИ. -1998. -№2. с 115-118.

13. Knights P. F., Shanks D. Н. // Dragline productivity improvements through short-term monitoring //«Inst. Eng Austral» 1990, №3 с 100-103.

14. Карякин А. Д., Носырев M. В. // Энергетические расчеты главных электроприводов длаглайна с использованием имитационной модели // «Автоматизация и управление технологическими процессами в горной промышленности» Свердловск. 1984., с 35-41.

15. Карякин А. Д., Носырев М. В. // Синтез оптимальной траектории подъема ковша драглайна // «Автоматизация и управление технологическими процессами в горной промышленности» Свердловск. 1985., с 25-30.

16. Лемясев С. М. Оценка эффективности работы экскаваторов-драглайнов в условиях карьера ОАО "Глинозем" Ежегод. Науч. Конф. молодых ученых "Полез, ископаемые России и их освоение", Санкт-Петербург, 1997.

17. Лемясев С. М. Алгоритм определения энергетических затрат при выполнении цикла экскаватором-драглайном // Ежегод. Науч. Конф.молодых ученых "Полез, ископаемые России и их освоение", Санкт-Петербург, 1998.

18. Максимов А. М., Перминов А. С. и др. Автоматизация контроля и учета работы, выполненной экскаватором-драглайном. Институт Гипроуглеавтоматизация. -М. 1988-8. ВЦНИЭИУголь 01,12, 88 № 4763-уп88.

19. Максимов А. П., Чайковский Э. Г., Автоматизация процессов экскавации драглайнов // Автоматизация горных работ. -Новосибирск. 1988.-с 39-41.

20. Новожилов М. Г., Кучерявый Ф. И. и др. Технология открытых разработки месторождений полезных ископаемых. М., "Недра" 1971.

21. Hrebar Matthew J., Cook J., Htnry C. // Estimating dragline productivity using a graphic microcomputer program // Surface Mining. -1987. -1, -№ 4. -c. 251-255.

22. Носырев M. В. Троп A. E. // Проектирование электромеханических систем одноковшового экскаватора методами цифрового моделирования // Науч. Основы создания высокопроизводит и комплексномеханизир. карьеров. М., 1980., с 92-93.

23. Носырев М. В. // Выбор мощности электродвигателей привода подъема ковша драглайна с учетом условий эксплуатации «Изв. вузов. Горный журнал» 1983, № 2, с 102-108.

24. Носырев М. В. // Выбор оптимальной схемы работ экскаватора— драглайна // «Изв. вузов. Горный журнал» 1983, № 10, с13-16.

25. Носырев М. В. // Методика расчета основных конструктивных параметров главных электроприводов драглайна для конкретных условий эксплуатации // «Изв. вузов. Горный журнал» 1983, № 11, с 122-127.

26. Носырев М. В. // Моделирование процесса отработки забоя экскаватором—драглайном верхним черпанием // «Изв. вузов. Горный журнал» Свердловск. 1983., 13.

27. Носырев М. В. И ДР. // Аналитический расчет выходных координат главных электроприводов драглайна // «Управление электромеханическими объектами в горной промышленности» Кемерово 1984., с 51-57.

28. Носырев М. В. // Удельный расход электроэнергии экскаватором— драглайном за период рабочего цикла // «Изв. вузов. Горный журнал» 1987 №2.

29. Носырев М. В. // Постановка задачи расчета оптимальных параметров и режимов работы главных электроприводов экскаватора—драглайна // «Изв. вузов. Горный журнал» 1988, № 3.

30. Носырев М. В. // Расчет производительности экскаватора—драглайна // «Изв. вузов. Горный журнал» 1988, № 6.

31. Носырев М. В., Дружнин А. В. // Программное обеспечение автоматизированной системы контроля паказателей работы экскаватора—драглайна на основе микроЭВМ "Электроника С5-21М // «Изв. вузов. Горный журнал» 1989, № 4.

32. Носырев М. В. // Испытания автоматизированной микропроцессорной системы контроля показателей работы экскаватора—драглайна // «Изв. вузов. Горный журнал» 1990, № 1.

33. Певзнер JI. Д. Алгоритмический и структурный синтез автоматизированного управления шагающим экскаватором-драглайном, дисс. .д.т.н., М., МГИ, 1987.

34. Певзнер Л. Д., Теория управления, Учебник для вузов., М., МГГУ, 1999.

35. Певзнер Л. Д., Практикум по теории автоматического управления, М., МГИ, 1991.

36. Певзнер Л. Д., Троеглазов А. И., Фазылов А., Математическая модель "электропривод поворотная платформа - ковш шагающего экскаватора-драглайна". - Изв. вузов. Электромеханика, 1982, №3, с. 314-318.

37. Певзнер Л. Д., Фазылов А. Оптимальное управление платформой драглайна. «Изв. вузов. Горный журнал» 1981, № 10,с 107-109.

38. Певзнер Л. Д., Толпежников Л. И. Алгоритм управления движением ковша экскаватора—драглайна «Изв. вузов. Горный журнал» № 11, с 121-123.

39. Певзнер Л. Д. и др. Устройства для измерения координат движения ковша экскаватора—драглайна «Уголь» 1982, № 8, с 35-36.

40. Певзнер Л. Д. Динамический контроль систем управления электроприводами главных механизмов шагающего экскаватора «Изв. вузов. Горный журнал» 1984, № 7, с 100-102.

41. Певзнер Л. Д. Алгоритм микропроцессорного управления электроприводом механизма поворота драглайна «Актуальные проблемы организации и управления в горной производстве» Тез. Докл. Науч. Конф., 2-4 апр. 1986, секц. 3 М., 1986, с 37-38.

42. Певзнер JI. Д. Хайновский А. В. // Математическая модель и алгоритм управления движением ковша драглайна // «Изв. вузов. Горный журнал» 1988, № ю, с 108-114.

43. Певзнер JI. Д. // Автоматизированное управление технологическом процессом шагающего экскаватора—драглайна // Проблема комплексного освоения месторождений твердых полезных ископаемых,—М., 1989 с.262-281.

44. Певзнер Л. Д. Сергеев В. Д. // Задача идентификации состояния технологического процесса экскавации // Работотехнических системы в горной промышленности.—М., 1988 с 60-64.

45. Певзнер Л. Д. // Алгоритм и программные средства для микропроцессорной системы контроля движения ковша экскаватора— драглайна // Работотехнические системы в горной промышленности.— М., 1988 с 50-56.

46. Певзнер Л. Д. Разработка и исследование на основе бортового вычислительного комплекса автоматизированной системы информационного обеспечения машиниста экскаватора // Отчет ТГРО1880049037 МГИ. 1990г.

47. Потемкин В. Г., Система инженерных и научных расчетов MATLAB. -М.: Диалог-МИФИ, 1999, т. 1, 7 с.

48. Потемкин В. Г., Система MATLAB 5 для студентов, М., Диалог-МИФИ, 1998, с. 6-7.

49. Подэрни Р. Ю. / Горные машины и комплексы для открытых работ : Учебник для вузов. -2-е изд., перераб. И доп. -М.: Недра,1985. -544с.

50. Ржевский В. В. Процессы открытых горных работ: Учебник для вузов. -3-е изд., перераб. И доп. -М.: Недра,1978. -541с.

51. Томаков П. И., Наумов И. К. Технология, механизация и организация открытых горных работ : Учебник для вузов. -3-е изд., перераб. И доп. -М.: Изд-во Московского горного института, 1992.

52. Хайрулин P. 3., Певзнер Jl. Д., Горюнов В. Ю, Оптимальное управление движением ковша экскаватора-драглайна, ИПМ им. Келдыша, препр. №72, М., 1998, с. 4-7.

53. Шадов М. И. Определение производительности экскаваторов при бестранспортной системе разработки. Уголь, 1979, № 3, с-29-32.

54. Шаходжаев JI. ГЦ., Давранбеков У.Ю., Инамов У., Лю С. В. // Пути повышения производительности карьерных мехлопат // Ташк. Политехи. Инс-т. -Ташкент. 1989, -б.-деп. В ЦНИЭИуголь 17,05,89. № 4894-уп 89.

55. Школенок Г. А. Михантьев А. А. // Координатные системы автоматизированного управления процессом транспортирования ковша драглайна // МГУ-М, 1991.-11, -библиотр.: 22 назв. ДЕП. В ВИНИТИ 16, 08, 91. №3484-139.

56. Школенок Г. А. Михантьев А. А. // Анализ влияния технологических условий работы драгпайна при построении алгоритма автоматизированного управления процессом копания // МГУ-М, 1991,11, -библиотр.: 22 назв. ДЕП. В ВИНИТИ 16, 08, 91. № 3484-139.

57. Zajac М., Skalny A., Szklarski L. // The elements of parallel transformation at computer-aided analysis and control of robot-excavator system in the working process of mineral deposits / // Arch. Mining Sci. -1995 -40. № -2. -c. 117-188.

58. Разработка алгоритмического и программного обеспечения автоматизированной системы управления шагающимдраглайном (АСУ-ЩЦ). (Отчет) / МГИ, Шифр темы ТО-7-65, №Г.р. 01.83.0010185; инв. №0285. 0008423., М, 1984, 73 с.

59. SIMULINK. User's Guide. Natick: The MathWorks, Inc., 1998.

60. Using MATLAB; Using MATLAB Graphics; MATLAB Function Reference. Natick: The MathWorks, Inc., 1998.

61. Computer system boosts dragline production // «Can. Mining J.» 1981, 102 №10, с 79-80.

62. Computer monitor boosts dragline production // «World Mining Equipment) 1990, -14, №5, с-41

63. ТАН минци Горные машины для открытых работ, изд. Горная промышленность, 1993.

64. ТЯНБ гуанхуа Справочник основного оборудования по техническим параметрам на карьере Антайбао. 1988.го СУД/, г a гг::-: Е'лБЛИОШmoi