Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Карьерные перевозки. Управление горнотранспортными комплексами. Учебное пособие
.pdf
АСУ карьерного автотранспорта разрабатываются с целью
повышения качества оперативного управления работой большегрузных автосамосвалов. Это достигается благодаря непрерывному обеспечению диспетчерского и управленческого персонала
полной информацией о текущем положении и техническом состоянии находящихся в рабочей зоне самосвалов (для этого последние оснащены бортовыми комплектами оборудования). Такой информацией может быть количество сделанных рейсов,
масса перевезенных грузов, расход топлива и другие характеристики работы транспортных средств.
Для определения в реальном времени положения (а, следовательно, направления движения, скорости и вида работы) мобильного объекта в АСУ используется, как правило, спутниковое
определение координат с применением приемников глобальной
спутниковой навигационной системы (GNSS).
Принципы построения системы должны давать возможность
расширения ее функциональности, добавляя новые модули, алгоритмы обработки, формы ввода и отчеты без перекомпиляции
уже работающих модулей.
Программное обеспечение системы должно давать возможность создания множества рабочих мест пользователей, назначая
им определенные права по использованию данных (разграничение доступа). Архивирование информации производится автоматически или по команде администратора.
Программно-аппаратный комплекс цифровой системы диспетчеризации состоит из:
• диспетчерского центра (ДЦ), включающего в себя радио-
оборудование, серверы и программное обеспечение;
• бортового оборудования, устанавливаемого на транспорт-
ные средства.
ДЦ системы состоит из радионавигационного (РНК) и информационно-вычислительного (ИВК) комплексов. Возможны
технические исполнения с размещением обоих комплексов в одном и в разных корпусах (стойках), позволяющие применять территориальное разнесение комплексов со связью по оптоволоконным каналам локальной вычислительной сети (ЛВС). В первом
случае весь ДЦ устанавливается на борту карьера, в условиях
наилучшей радиовидимости мобильных объектов, включенных в
31
систему. Во втором, на борту, например, в пункте горного диспетчера, устанавливается только радионавигационная часть ДЦ, а
стойка ИВК, содержащая рабочую базу данных и программное
обеспечение системы, располагается в серверной, т. е. в условиях,
наиболее благоприятных для обслуживания. При этом абсолютно
необходимым условием является связь между серверами этих
двух комплексов по высокоскоростному оптоволоконному каналу. Если сегменты ЛВС (корпоративной сети) предприятия построены с использованием современных высокоскоростных технологий передачи данных и соответствующей сетевой аппаратуры, то двухсторонняя связь РНК и ИВК может быть осуществлена через корпоративную сеть (ЛВС) предприятия.
Данные о местоположении и состоянии машины собираются
и накапливаются в ее бортовом контроллере. На основе этой информации он определяет первичные события, происходящие с
мобильным объектом (для самосвала это погрузка, разгрузка, заправка, остановка и т. д.). Информация о событиях вместе с оперативной информацией автоматически передается в ДЦ (непосредственно принимается радионавигационным комплексом и
передается в информационно-вычислительный комплекс). Обмен
данными между ДЦ и мобильными объектами может осуществляться с помощью радиосвязи, либо на основе систем связи
TETRA, MESH и др.
В ДЦ информация бортовых контроллеров обрабатывается,
архивируется и визуализируется на экранах диспетчера и других
специалистов в виде условных значков, наложенных на актуальный план горных работ предприятия. Данные бортовых контроллеров дополняются новой информацией (например, для рейса самосвала определяются экскаватор, пункт разгрузки, вид груза и
другие характеристики), а также фиксируются вторичные события (например, длительный простой без уважительной причины).
В результате обработки и анализа накопленных данных производится автоматическое составление отчетных документов о работе
предприятия, его участков, отдельных машин, персонала.
Из ДЦ на транспортные средства передаются текстовые сообщения от диспетчера (появляются на индикаторной панели в
кабине водителя) и служебные данные.
32
Типичный для АСУ состав бортового оборудования состоит
из следующих компонентов:
• программируемый бортовой контроллер загрузки;
• GNSS-приемник и GNSS-антенна;
• радиостанция с антенной (как и все компоненты оборудо-
вания, радиостанция должна находиться в закрытом отсеке);
• комплект датчиков (датчики веса, уровня топлива, инкли-
нометр и т. д., в зависимости от типа объекта).
Бортовой контроллер периодически опрашивает датчики
давления в подвесках самосвала, датчик уровня топлива и инклинометр, обрабатывает сигналы «подъем платформы», «ход вперед», «ход назад», «сборка схемы», сигнал с датчика вращения
колеса и информацию с GNSS-приемника. Кроме этого, контроллер принимает и обрабатывает информацию, поступающую по
радиоканалу из диспетчерского центра, и обрабатывает информацию, вводимую водителем на функциональной клавиатуре панели, установленной в кабине.
На панели визуализации водитель в любое время должен
иметь возможность увидеть и проконтролировать:
• вес груза;
• количество рейсов с начала смены;
• скорость движения;
• пробег груженого и порожнего самосвала за последний
рейс;
• информацию об исправности системы;
• текстовое сообщение, посланное диспетчером или автома-
тически;
• и т. д.
Вес груза определяется с точностью до 5% от максимальной
загрузки самосвала. Ошибка взвешивания носит несистематический характер, поэтому фактически средняя ошибка взвешивания
груза за всю смену не превышает 1–2% от максимальной загрузки
самосвала.
В системе может применяться наружная световая индикация
степени загрузки автосамосвала, и машинист экскаватора должен
учитывать степень загрузки по сигнальным фонарям самосвала во
избежание перегруза. Возможна установка цифровых табло, с указанием конкретного количества загруженных тонн. Кроме того,
33
имеется возможность контролировать угол наклона площадки при
погрузке при помощи одной из разновидностей датчиков – инклинометров, что увеличивает точность определения веса груза.
Точность определения уровня топлива в баке составляет
1–3% от объема бака (в зависимости от типа датчика). Эта точность достаточна для исключения несанкционированного слива
топлива и определения расхода топлива за смену. Для определения удельного расхода топлива по определенному маршруту используются усредненные данные по нескольким рейсам.
Водитель (машинист) должен иметь возможность как принимать на панель визуализации сообщения диспетчера, так и передавать в диспетчерский центр сообщения: начало, окончание
смены, тип простоя и т. п. Список стандартных сообщений не является жестко запрограммированным, он согласовывается на этапе технического проектирования и вводится в систему во время
пусконаладочных работ.
В зависимости от решаемых задач современные АСУ карьерного транспорта можно условно разделить на 3 группы: системы спутникового мониторинга, системы контроля и учета, системы интеллектуального управления.
Системы спутникового мониторинга (АСК, «АвтоГРАФ»,
«Омникомм») с помощью встроенных приемников GNSS получают координаты местонахождения транспортных средств и передают их в диспетчерский центр. Кроме координат, передаются
показания датчиков уровня топлива. Такие системы позволяют
решать проблемы контроля потребления топлива и предотвращения его хищений. Поэтому они находят широкое применение на
малых и средних горнодобывающих предприятиях России. Значительного влияния на рост производительности карьера они не
оказывают, так как изначально создавались под решение задач
ограниченного мониторинга только автотранспорта.
В системах контроля и учета («Союзтехноком») датчики
устанавливаются не только на автосамосвалы, но и на экскаваторы, что позволяет получить более широкое представление о технологических процессах, протекающих в карьере. Однако такие
системы работают лишь в «ручном режиме» – производственноуправленческий персонал, получая отчеты системы о каких-либо
нежелательных событиях, лишь пытается не допустить повторе-
34
ния этих событий в будущем. Но горное производство – это ди-
АСУ
Разработ-
чик
Коли-
чество
карьеров
Основные заявленные функции
DISPATCH
Modular
Mining
Systems
более 200
- Оптимизация перевозок
- Управление заправками
- Управление вспомогательным оборудованием
- Удаленный контроль
- Анализ загрузок
- Контроль качества руды
- Веб-отчетность в реальном времени
Jmineops
Leica
Geosystems
более 130
- Независимость от оригинального оборудования
- Универсальное программное обеспечение
- Совместимость с любой беспроводной сетью на
основе IP-адресов
- Идентичные бортовые SQL-базы данных и офис-
ный сервер, копируется в реальном времени
- Распределенная структура базы данных
- Мгновенная передача данных
- Контроль совместимости оборудования в реаль-
ном времени
- Автоматическая циклическая логика
намический, постоянно изменяющийся процесс, поэтому системы
учета и контроля часто запаздывают с реакцией на процессы,
происходящие при работе карьеров.
Основное назначение систем интеллектуального управле-
ния («Карьер») – обеспечение постоянного роста производительности за счет применения высокоэффективных математических
моделей автоматизированного управления добычей и распределением транспортных потоков в карьерах, с максимально возможной минимизацией влияния «человеческого фактора» на работу карьера. В каждый момент времени система самостоятельно
анализирует ситуацию в карьере и принимает решения по эффективному использованию имеющихся погрузочно-транспортных
мощностей предприятия.
В настоящее время наибольший эффект в достижении максимального роста производительности способны обеспечить системы интеллектуального управления с использованием автономных режимов работы горного оборудования.
Таблица 2 – Краткие характеристики наиболее распространенных
АСУ интеллектуального управления
35
АСУ
Разработ-
чик
Коли-
чество
карьеров
Основные заявленные функции
Wencomine
Wenco
Mining
Systems
более 70
- Актуальные данные о местоположении и активно-
сти оборудования в карьере
- Назначения передаются водителям на основе те-
кущей информации из карьера
- Дороги и объезды обновляются по мере движения
оборудования по карьеру
- Операторы получают указания с экранов
- Отслеживается статус всех экскаваторов, самосва-
лов, буровых станков, бульдозеров и другого оборудования
- Происходящие события отслеживаются с помощью настраиваемых оповещений, в реальном времени
- Получение данных о производительности машин
прямо из оригинальных систем
- Ускорение связи операторов и диспетчеров с помощью экранных сообщений
- Обеспечение целостности данных с помощью бортового хранилища
- Отслеживание изменений ключевых показателей
эффективности с помощью исторических данных и
данных реального времени
- Соединение через 3G или 802.11 Wi-Fi для передачи данных
- Работа в открытой программной среде на основе
Windows
CAT
MineStar
Fleet
Caterpillar
нет
данных
- Улучшает управление работой всех типов оборудования, в одном или нескольких карьерах. Также
позволяет легко углубиться в более детальные обзоры и анализ, от выбранных групп оборудования
до конкретных машин
- Имея возможность проигрывать сценарии изменений условий работы до их наступления, система
облегчает сохранение производства безопасным и с
наивысшей производительностью, с контролем в
реальном времени
- Может также работать с данными от всех типов
оборудования – включая карьерные самосвалы, колесные погрузчики, грейдеры, колесные бульдозеры, экскаваторы, пассажирские автомобили и оборудование от других производителей – что помогает снизить расходы на тонну, повысить производительность и поднять общую рентабельность карьера
Pitram
Micromine
более 60
- Подходит для автоматизированных подземных
горных работ
- Интуитивно понятный функционал системы дела-
ет ее идеальной и для открытых работ
36
АСУ
Разработ-
чик
Коли-
чество
карьеров
Основные заявленные функции
- Дает полное обозрение положения дел в карьере
- Улучшает контроль клиентов над их производ-
ством
- Улучшенный контроль позволяет предприятиям
повысить производительность
- Снижение затрат
- Повышает безопасность и «интеллектуальность
бизнеса»
Dynamine
TATA
нет
данных
- Минимизирует рабочие циклы и повышает производительность карьера
- Эффективное управление очередями и отслеживание мобильных единиц
- Эффективная визуализация всех процессов в карьере
- Мониторинг критических показателей работы основного и вспомогательного оборудования в целях
безопасности
- Возможность интеграции с маркшейдерскими,
планирующими и другими приложениями
- Может быть собрана с помощью стандартного аппаратного и программного обеспечения, такого как
Microsoft Windows или Linux
- Мониторинг работы драглайнов: угол поворота,
перегруз и т. д. – для максимизации эксплуатационной производительности
Карьер
ВИСТ
Групп
более 70
- Прогнозирование производительности и выполнения плана
- Контроль и управление загрузкой самосвалов,
нарушениями, KPI операторов
- Динамическая оптимизация, позволяющая распределять самосвалы по маршрутам в открытом цикле
в соответствии с многокритериальным подходом
оптимизации
- Оптимизация заправок
- Контроль параметров эксплуатации и состояния
горных машин
- Управление отчетностью в режиме реального вре-
мени
- Прогнозная аналитика
- Контроль качества дорог
- Контроль эксплуатации узлов и агрегатов, ходи-
мости шин
- Интеграция с системой управления промышлен-
ной безопасности, ERP, системами планирования
горных работ
37
Итак, с помощью АСУ ГТК решаются четыре базовые задачи горного производства:
• учет горной массы;
• учет использования оборудования;
• контроль хода производства;
• оптимизация управления автосамосвалами.
Принятие в реальном времени решений по назначению (адресации) карьерных самосвалов впервые было реализовано в
начале 60-х годов с внедрением радиосвязи между диспетчером и
водителями самосвалов, на карьере, работавшем по закрытому
циклу. Сегодня АСУ карьерного автотранспорта по степени автоматизации можно разделить на 3 основные категории: закрытые, полуавтоматические и полностью автоматические.
В закрытых АСУ адресация самосвалов не производится.
Полуавтоматическая диспетчеризация развивается с ро-
стом использования компьютеров и делится на пассивную и активную. В первом случае компьютер просто показывает текущую
информацию о ситуации в карьере и не участвует в процессе
принятия решений. Во втором случае компьютер использует текущую информацию о карьере как входные данные, обрабатывает их по предварительно определенным алгоритмам и выдает
диспетчеру список назначений для принятия решения.
При автоматической диспетчеризации данные о текущем
статусе карьера, о местоположении и состоянии горного оборудования, собираются в главный сервер, с которого затем отправляются назначения для самосвалов – после решения некоторых
эвристических или математических программ.
Критерий принятия решений по назначению самосвалов
может выглядеть, например, следующим образом:
где
– время готовности экскаватора к загрузке самосвала, с;
– время готовности самосвала к загрузке экскаватором, с.
определяется как прогнозируемое время пробега само-
,
свала от диспетчерского пункта до экскаватора и находится сум-
мированием текущего времени (
самосвала от ДП до экскаватора.
) и среднего времени пробега
определяется как прогнози-
руемое время окончания загрузки экскаватором всех самосвалов
38
в очереди, включая тот, что еще загружается, и те, что находятся
на пути к данному экскаватору, но еще не прибыли. Если разность
положительна, то она соответствует времени
простоя самосвала у данного экскаватора. То есть порожний самосвал после разгрузки нужно направить к экскаватору, по прибытии к которому простой самосвала окажется наименьшим. Это
должно уменьшить очереди самосвалов в ожидании погрузки и
одновременно уменьшить вероятность простоев экскаваторов.
Степень полезного использования и самосвалов, и экскаваторов
возрастет – следовательно, возрастет и производительность ЭАК.
Алгоритмы, используемые в коммерческих АСУ – это коммерческая тайна, и компании не хотят делать ее достоянием общественности. Следовательно, сравнение эффективности различных АСУ затруднительно. Тем не менее, в начале 90-х годов
«Modular Mining Systems» раскрыла модели и алгоритмы, на основе которых была разработана АСУ «DISPATCH».
Логика работы системы основывается на временной модели
транспортного цикла работы горного оборудования (рис. 3–4).
Рисунок 3 – Модель транспортного цикла
39
Рисунок 4 – Временной график модели транспортного цикла
Стратегия оптимизации – это трехступенчатый механизм,
который использует три математические модели программирования – поиск лучшего пути (BP), линейное программирование
(LP), динамическое программирование (DP), работающие совместно для достижения максимальных объемов производства. На
рис. 5 показано, как три математические модели взаимодействуют между собой и какие данные используют для выполнения оптимального назначения автосамосвала.
Данные, влияющие на принятие решения об оптимальном
распределении автотранспорта:
• дорожная сеть карьера, включая объекты, высоты, уклоны,
перекрестки и расстояния;
• время движения между экскаваторами, складами, отвала-
ми, дробилками и контрольными точками;
• время загрузки автосамосвалов;
• время разгрузки автосамосвалов;
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]