Автор: Eduardo M Nebot
Автор перевода: Ананичев В.В.
Источник: robots.stanford.edu
Краткий обзор
Эта работа представляет взгляд автора на основные проблемы для автономной работы в среде горной промышленности на поверхности. Представленный краткий обзор эксплуатации шахты показывает число компонентов, которые должны взаимодействовать безопасно, надежно и эффективно. Успешная реализация автономных системам в старых автоматизированных системах наводит на обсуждение основных проблем, которые необходимо решить, чтобы применять эту технологию в добыче полезных ископаемых.
Введение
Экономика, основанная на ресурсах, будет сталкивается с огромными проблемами, чтобы оставаться конкурентоспособной в условиях глобальной экономики. Шахты в большинстве случаев расположены в изолированных районах, что делает перемещение персонала дорогим. Развитие автоматизации робототехники является одним из ключевых факторов для решения этой проблемы. Автоматизированные и автономные системы начинают в значительной мере появляться в различных областях. На самом простом уровне, такие системы действуют в качестве вспомогательных устройств для пилотируемых транспортных средств в обеспечении, например, информация о местоположении, предупреждения столкновения, улучшения вождения. На более сложном уровне много автоматизированных машин для перевозки, раскопок и загрузки представляются и имели некоторый успех, главным образом, в подземной горной промышленности. На уровне шахты возможно предположить объединение позиционной, геофизической информации в полную «картину» и последующее использование этого, чтобы осуществить в целом скоординированный контроль над людьми, механизмами и системами в шахте. Главной стратегией в развитии цифровой шахты является понятие «системы систем». Это понятие распространяется в вооруженных силах и других сложных системных сообществах. Оно показывает, что конечная система, шахта в этом случае, состоит из многих различны системных блоков, и что они в свою очередь состоят из еще меньших систем. Ключ к успешному управлению полной системой горной промышленности заключается в понимании того, как компонентные системы должны сотрудничать и создавать технология и процедуры, чтобы позволить этим элементам функционировать как часть единой системы. Спецификация в горной промышленности, место разработки состоит из персонала, механизмов и машин, которые должны быть распределены согласно лучшим геофизическим знаниям, рыночным условиям и финансовым ограничениям.
Эта работа представляет обсуждение того, где автоматизация применялась в прошлом на шахте, и о некоторых будущих шагах, которые должны будут осуществиться для обеспечения полной автоматизации шахты
Будущее горной промышленности на поверхности
Из-за неопределенности о состоянии ресурсов фактическая поверхностная добыча полезных ископаемых должна работать консервативным способом, чтобы быть в состоянии удовлетворить требования клиента и акционер. В будущей поверхностной добыче полезных ископаемых будет:
Система управления, вероятно, примет форму всесторонней пространственно-временной базы данных, представляющей фактическую физическую структуру шахты: геология, ресурсы, расположение ямы, дорожная структура и т.д., [3]. Эта система динамически пересмотрит и оценит операционное решение на основе всесторонних стоимостных моделях и инструментах прогноза. Будут использованы точные реальные контрольные технологии времени, чтобы отследить их производительность против проекций, обратной информации в процессе планирования. Эти изменения будут способствовать чрезвычайным ситуация технологии, которые обеспечивают фокусируемую, высококачественную своевременную информацию, которая позволяет точно отслеживать отклонения от производственных задач. Эта новая технология также уменьшит изменения в работе, делая более надежное оборудование и более предсказуемое производство. Эта работа требует прорывов в характеристике ресурса. Оборудование для раскопок будет со встроенными датчиками положения для обеспечения визуального контроля в реальном времени перед забоем. Эти датчики будут частью сети шахты и их данных будут использоваться, чтобы обновить и проверить карты ресурсов в режиме реального времени. План шахты и состояние шахты будут находиться в среде, которая содержит топографию шахты, карты ресурсов, местоположение оборудования и т.д. Информация будет сохраняться и обновляться автоматически от множества источников, датчиков, смонтированных на мобильных платформах, динамические карты ресурса и т.д. Эта информация будет доступна где угодно, обеспечивающая безопасную работу шахты.
Где шахтная автоматизация применялась в прошлом
Есть целый ряд областей, где автоматизация успешно применялась в горнодобывающей промышленности. Например, в железнодорожных перевозках, процесс управления объектами типа конвейерных систем и в определенной степени в подземном бурении. Пример подобного процесса представлен на рисунке 1. В этом случае используется лазер для определения положения вагона и контроля затвора для загрузки угля. Система также распознает локомотив и устанавливает связь с машинистом для синхронизации всей операции.
Рисунок 1 – Устройство автоматической загрузки угля в вагоны с использованием лазера для определения положения
Есть другие новые устройства автоматизации, которые являются гораздо более сложными. К ним относятся: автономия LHD, автономия подземных и поверхностных грузовиков, автономная буровая и др.
Трудности задач автоматизации горных работ
Работа модуля, который представляет самый большой потенциал для уменьшения затрат в поверхностной горной промышленности – это перевозки. Высокоэффективные технологии (навигация, управление грузовиком и обнаружение столкновений) для автономных самосвалов (AHS) существуют в полузрелой форме и моделируют AHS, интегрирующий эти технологии. Известно, что они были разработаны и протестированы по крайней мере несколькими крупными производителями (Komatsu и Caterpillar). У системы Komatsu есть возможность по навигации определять расстояние маршрута, автоматически разргружать и работать с некоторыми типами загрузочных устройств. Система использует несколько зрелых технологий, в частности систему глобального позиционирования (GPS), инерционные навигационные системы (INS) для навигации и миллиметрового радара, и лазерные системы для безопасности и обнаружения столкновений. Система разработана, чтобы работать в области с автономными грузовиками. Несмотря на то, что автоматизация больших машин уже хорошо усовершенствована, эта технология ограничена недостатком взаимодействия автоматизированных грузовиков с другим оборудованием и системой в целом. Последнее утверждение требует дальнейшего уточнения. Все предыдущие автономные устройства имеют следующие характеристики:
В целом проблемы в автоматизации становятся все более и более значительными как и уровень автоматизации. Технологии автоматизации будут только процветать после развития в реальном времени информационных систем всей шахты. Такие системы фактически получают мандат где автономное оборудование должно взаимодействовать с другим оборудованием (укомплектованный или автономный) в основном для того, чтобы управлять взаимодействием. Без такой системы взаимодействие оборудования должно устраняться или очень близко управляться к указанному месту, где ограничения перевешивают преимущества автоматизации. Удаление оператора означает, что функции выполняться автоматически. Они состоят в основном из контроля состояния грузовиков, включая обнаружение, изоляцию и создание отчетов об отказах, контроль окружающей среды, например, качества дорожной поверхности. Большинство из них – не формальные задачи, а скорее являются частью более широкого управления. Для этого мы нуждаемся в новых датчиках и восприятии технологии, способной к определению фактического состояния мира под всеми возможными условиями окружающей среды.
Выводы
Эта статья представляет обзор применения нескольких успешных устройств автоматизации в горной промышленности. Она также представила обзор некоторых важных проблем при автоматизации шахтной промышленности, где прогресс необходим для перехода полностью на автоматизированную добычу.
1. Mukhopadhjay A(1989) Selection, maintenance, and relations of various parameters for off-highway hauling tires. In: Off-Highway Haulage in Surface Mines, Ed. Golosinski, Sraje, Balkema.
2. Roberts J, Duff E, Corke P, Sikka P, Winstanley G, Cunningham. Autonomous control of underground mining vehicles using reactive navigation. In: Proceedings of IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, San Francisco, USA.
3. Lever P,McAree R ACARP (2003) Project C11054Open-cut Automation Scoping Study
4. Williams S, Asleep at the wheel March 2002, World Mining Equipment, incorporating World Mining and Mining Equipment International.
5. Scheding S, Nebot E, Durrant-Whyte H High integrity Navigation using frequency domain techniques IEEE Transaction of System Control Technology, July 2000, Vol 8, Iss. 4.
6. Sukkarieh S, Nebot E, Durrant-Whyte A High Integrity IMU/GPS Navigation Loop for Autonomous Land Vehicle applications", IEEE Transaction on Robotics and Automation, June 1999, Vol 15.
7. Nebot E, Guivant J, Worrall S, Haul Truck Alignment Monitoring and operator warning system To appear in Journal of Field Robotics (2006)