Методическое пособие 805

УДК 004.896

Разработка подсистемы диспетчеризации для автоматизированных систем управления горнодобывающей промышленности

Е.Ю. Бозюкова1, С.А. Олейникова2 1Студент гр. бВМ-41, e.bozukowa@yandex.ru

2Д-р техн. наук, профессор, s.a.oleynikova@gmail.com

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Спроектирована структура базы данных, необходимой для хранения всех сведений, используемых в системе диспетчерского управления шахтным транспортом. Предложена структура мультиагентной системы, на основании которой будет реализовано приложение, осуществляющее диспетчерское управление.

Ключевые слова: диспетчерское управление, шахтный транспорт, график движения.

Объектом исследования в данной работе являются шахты, процесс перемещения транспорта в которых осуществляется по одному из множества маршрутов в соответствии с имеющимся графиком. Наличие программного средства, автоматизирующего процесс управления шахтным транспортом, позволит не только существенно повысить безопасность за счет оперативного контроля за местоположением транспортных средств, но и сократить простои, повысить ритмичность производства и производительность труда и, как следствие, повысить эффективность работы горнодобывающего предприятия. Реализуемый проект будет охватывать систему контроля, управления, диспетчеризации транспортных средств. Будут учтены задачи позиционирования, предложены вариации решения сложных задач на производстве с точки зрения оценки и повышения технико-экономической эффективности, а также устранения аварийных ситуаций.

Исследуемая предметная область отличается повышенной опасностью, вызванной не только особенностями выполнения работ в шахтах, но и возможностью столкновения транспортных средств, возникающей в случае отклонения фактического графика движения транспорта от планового. На основании этих особенностей были определены основные задачи, которые необходимо решить при диспетчерском управлении шахтным транспортом:

– оперативный контроль текущего положения транспортного средства

(ТС);

–контроль за соответствием фактического графика движения плановому графику;

–определение аварийных ситуаций с точки зрения возможности столкновения ТС;

–формирование аварийных сигналов ТС.

330

Для функционирования программной системы диспетчерского управления необходимо разработать базу данных, которая будет хранить основную информацию о транспортных средствах и их текущем местоположении, маршрутах перемещения этих средств и графика их движения. Для ее проектирования проанализируем специфику предметной области. Все маршруты передвижения транспортных средств можно представить в виде графа, ребра которого будут являться отдельными отрезками маршрута, не имеющими ответвлений, а вершины – точки, в которых пересекаются два или более маршрута. Тогда маршрут отдельного транспортного средства представляется в виде пути графа. Структура базы данных приведена на рис. 1.

Рис. 1. Структура базы данных

К основным ее сущностям следует отнести маршруты, по которым будет передвигаться транспортные средства, отрезок данного маршрута, точку отрезка, а также сами транспортные средства и расписание их работы.

Подход, используемый при реализации подсистемы, будет основываться на мультиагентных технологиях. Мультиагентные системы являются современным подходом к реализации распределенных приложений в случае, если каждый агент стремится к достижению своей цели, взаимодействуя при этом с остальными агентами и реагируя на их действия.

В рамках исследуемой задачи агентами будут выступать транспортные средства, которые будет контролировать график своего движения и расстояние до контрольных точек, оповещать о приближении к ним других агентов.Кроме того, в систему введен специальный агент – диспетчер, контролирующий и координирующий деятельность всех агентов. При возникновении опасной ситуации он должен сигнализировать всем участвующим в ней агентам о приостановке движения. Структура мультиагентной системы приведена на рис. 2.

331

Рис. 2. Структура мультиагентной системы

Функции агентов-транспортных средств заключаются в следующем:

–контроль за совпадением фактического графика движения запланированному;

–формирование сообщения диспетчеру о текущем местоположении;

–проверка близости к контрольным точкам;

–оповещение агентов о приближении к текущему узлу.

Функции агента-диспетчерафактически совпадают с задачами, поставленными при разработке системы оперативного управлении и были указаны ранее.

Таким образом, спроектирована структура базы данных, хранящей сведения о шахтном транспорте и его маршрутах передвижения и графике, а также о структуре шахты. Кроме того, разработана структура мультиагентной системы, предназначенной для осуществления контроля и управления шахтным транспортом. Данные результаты будут положены в основу автоматизированной системы для диспетчера, позволяющей отображать текущее положение каждой транспортной единицы, автоматически уведомлять о несоблюдении графиков, а также формировать аварийный сигнал при возможности столкновения транспорта.

Литература

1.Тарасов В. Б. От многоагентных систем к интеллектуальным агентам: философия, психология, информатика / В. Б. Тарасов. – М.: Едиториал УРСС, 2002. – 352 с.

2.Смехов А.А. Основы транспортной логистики: Учебник для ВУЗов

/А.А. Смехов. – М.: Транспорт, 1995. – 197 с.

3.Borshchev A. The Big book of simulation modeling with AniLogic 6. - AnyLogic North America; Edition Unstated edition, 2013. – 614 p.

332

УДК 519.876.3

Разработка системы оперативного управления для многостадийных стохастических обслуживающих систем

И.А. Селищев1, С.А. Олейникова2 1Магистрант гр. мАС-11, selishcheviv@gmail.com

2Д-р техн. наук, профессор, s.a.oleynikova@gmail.com

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Получен алгоритм коррекции графика работы многостадийной стохастической системы при фиксации времени завершения одной из ее работ. Данный алгоритм реализован программно и является основой программного комплекса оперативного управления для многостадийных стохастических систем.

Ключевые слова: многостадийные стохастические системы, оперативное управление.

Объектом исследования в данной работе являются многостадийные стохастические обслуживающие системы. Специфика их функционирования имеет ряд особенностей [1, 2]. Первая особенность заключается в том, что процесс обслуживания заявки представляет собой множество работ с заданной взаимной зависимостью. Графически такую заявку можно представить в виде графа, ребра которого являются работами, а вершины – событиями, заключающимися в начале или окончании некоторой работы. Вторая важная особенность заключается в том, что длительность выполнения работ носит случайный характер. Это означает, что время завершения как отдельных работ, так и заявки в целом можно лишь оценить. В связи с этим, особую актуальность приобретают задачи, связанные с коррекцией графика в случае отклонения фактической длительности обслуживания от плановой. Предметом исследования – расписание функционирования многостадийных стохастических обслуживающих систем. Цель работы – реализация системы, позволяющей формировать и корректировать график обслуживания заявок в условиях стохастической неопределенности.

Детальный анализ исследуемых систем позволил определить основные задачи диспетчерского управления. Это – формирование план графика обслуживания, оперативный контроль за выполнением работ и коррекция графика обслуживания при несвоевременном завершении работ.

Решение задачи планирования с точки зрения критерия скорейшего завершения обслуживания осуществляется методом критического пути с поправкой на ресурсные ограничения[3, 4]. Алгоритм работы подсистемы коррекции представлен на рис. 1. Основная идея алгоритма заключается в проверке планового и фактического времени окончания некоторой работы и поиске всех ее потомков, для которых необходимо скорректировать время с помощью обхода графа в глубину [5].

333

Программная реализация алгоритма представлена на рис. 2. После фиксации времени завершения работы некоторой заявки осуществляется проверка на необходимость коррекции. В случае, если фактическое время окончания отличается от планового, происходит изменение времени начала всех последующих работ, которые зависят от завершенной работы.

Рис. 2. Программная реализация алгоритма

Таким образом, разработан алгоритм диспетчерского управления, позволяющий оперативно реагировать на изменения планового времени завершения работ в многостадийных стохастических системах. На основании данного алгоритма реализована подсистема коррекции, которая будет положена в основу системы диспетчерского оперативного управления.

Литература

1.Кофман А., Дебазей Г. Сетевые методы планирования и их применение. / А.Кофман, Г.Дебазей. – М.: Прогресс, 1968. - 182 c.

2.Голенко – Гинзбург Д.И. Стохастические сетевые модели планирования и управления разработками. / Д.И.Голенко – Гинзбург. – В.: Научная книга, 2010. – 284 с.

3.Таха Х.А. Введение в исследование операций. / Х.А.Таха. – М.: Издательский дом Вильямс, 2005. – 912 с.

4.Ахьюджа Х.Н. Сетевые методы управления в проектировании и производстве. / Х.Н.Ахьюджа. – М.: Мир, 1979. – 640 с.

5.Олейникова С.А. Адаптивная система формирования графика обслуживания в стохастических системах / С.А. Олейникова, И.А. Селищев. - Интеллектуальные информационные системы (ИИС-2018): Труды международной научно-практической конференции, (в двух частях), часть 1, г. Воронеж,

11.12-12.12.2018 г., с. 149-152.

335

УДК 621.316.7

Разработка универсального ПИД-регулятора с изменяемыми коэффициентами

Д.В. Васильченко1, А.Л. Неклюдов2, В.С. Левин 3, Т.А. Башарина4, М.А. Ромащенко5

1,2Студент группы мРК-11 Shadow951@bk.ru

3Студент группы РД-141 rd-vgtu@mail.ru

4Лаборант кафедры «Ракетные двигатели» rd-vgtu@mail.ru 5Д-р техн. наук, доцент. Shadow951@bk.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Встатье представлена разработка ПИД-регулятора для его последующего применения в качестве переносного устройства.

Ключевые слова: ПИД регулятор, печатная плата, радиоэлектронное устройство.

Вразличных устройствах, осуществляющих постоянный контроль какойлибо величины относительно другой, применяют различные виды регуляторов непрерывного действия с обратной связью [1]. В зависимости от реализуемого закона регулирования они подразделяются на следующие типы:

1)интегральные (астатические) — И - регуляторы;

2)пропорциональные (статические) — П- регуляторы;

3)пропорционально-интегральные (изодромные) — ПИ-регуляторы;

4)пропорционально - дифференциальные — ПДрегуляторы;

5)пропорционально -интегрально-дифференциальные — ПИДрегу-

ляторы.

Наиболее точными и быстродействующими являются ПИД-регуляторы, поскольку они используют преимущества всех видов регулирования. ПИД - регуляторы осуществляют закон регулирования, в котором скорость перемещения регулирующего органа пропорциональна отклонению, скорости отклонения

иускорению отклонения регулируемого параметра. Именно поэтому для реализации разрабатываемого устройства выбран данный тип регулирования.

Цель проекта – разработка электронного устройства для тестирования и настройки устройств, использующих ПИД-регулирование, перед пуском в эксплуатацию, отстройки коэффициентов ПИД-регулятора.

На первом этапе было решено разработать пробный вариант устройства для контроля частоты вращения электромотора. В качестве регулируемого устройства был взят компьютерный кулер. Для отслеживания частоты вращения используется закрепленный на лопасти вентилятора магнит в паре с датчиком холла. Взаимодействие пользователя с устройством осуществляется посредством ЖК экрана и энкодера. Основным вычислительным устройством яв-

ляется плата Arduino UNO [2].

336

ПИД-регулирование осуществляется по закону, описываемому выражением (1).

где e(t) – значение ошибки в текущий момент времени

Если принять ошибку, равную разности между текущим измерением In и

Преобразовав формулу, учитывая, что интеграл, это площадь под графиком In(t), изображенном на рис. 1.

Рис. 1. Интегральная составляющая

Получим следующую формулу:

(3)

Данная формула отображает расчёт итоговой функций для двух состояний за определенный промежуток времени, обобщив её, получим:

. (4)

Полученная зависимость занесена в программный код контроллера и полностью обеспечивает требуемый функционал.

Далее была спроектирована трехмерная модель корпуса, который в последующем был изготовлен с применением 3D принтера. На рис. 2 представлена 3D-модель устройства, на рис. 3 - его внешний вид.

337

Рис. 2. 3D-модель

Рис. 3. Внешний вид

Изготовленный прототип успешно прошёл тестирование на адекватность обратной связи и регулирования в целом. Планируется расширения функционала путём добавления возможности работы с различными видами входных/выходных сигналов.

Литература

1.Сайт URL: http://katarnak.narod.ru/TSAU/17.htm

2.Сайт URL: http://arduino.cc/

338

УДК 624.078.6

Разработка универсального шарнира равных угловых скоростей

Г.И. Трифонов1, В.В. Коркишко2, С.Ю. Жачкин3

1Младший научный сотрудник ВУНЦ ВВС «ВВА», trifonov_gi@mail.ru

2Курсант ВУНЦ ВВС «ВВА», grishakip@yandex.ru

2Д-р техн. наук, профессор, zhach@list.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

В данной статье рассмотрены различные виды шарниров равных угловых скоростей. Приведены их недостатки и преимущества. Проанализирована их эксплуатация в целом. Предложена новая конструкция универсального шарнира равных угловых скоростей.

Ключевые слова: шарнир, скорость, крутящий момент, конструкция, эксплуатация.

Введение. Шарнир равных угловых скоростей (ШРУС) обеспечивает передачу крутящего момента при углах поворота до 90 градусов относительно оси [1].

Данное устройство относится к области машиностроения, авиастроения и станкостроения и может быть использовано в приводах машин и механизмов для передачи вращающих моментов в условиях, когда оси соединяемых валов расположены со значительным угловым смещением, а круговые частоты ведущего и ведомого звеньев механизма должны совпадать.

При передаче крутящего момента на ведущие колёса, которые постоянно изменяют своё положение, возникали серьёзные потери мощности и другие отрицательные последствия [2]:

1.Шарнирные механизмы быстро приходили в негодность.

2.Крутящий момент передавался неравномерно.

3.Сильная дополнительная вибрация.

Спомощью ШРУСа крутящий момент на управляемые колёса передаётся без потерь мощности и других недостатков.

Благодаря надёжности и простоте, шарнир равных угловых скоростей также широко используется в машиностроении, станкостроении и авиастроении.

Качественный ШРУС отличается длительным ресурсом работы. При бережной эксплуатации механизмов, в которых установлен шарнир, необходимость его замены или ремонта возникает крайне редко.

Основная часть. В настоящее время используются ШРУСы, которые классифицируются [3]:

1)по месту установки (внешние и внутренние);

2)по типу конструкции.

339