Перспективой дальнейшего развития угледобывающей промышленности является повышение эффективности технологических процессов путем применения компыотерно-интегрированных систем автоматизированного управления [1], которые позволяют организовывать технологические процессы на качественно новом уровне, исключая непроизводительные затраты времени и энергоресурсов при изменении динамических параметров объекта.

    В данной статье рассматривается транспортный комплекс шахты, который осуществляет доставку полезного ископаемого от очистных забоев на поверхность шахты и включает в себя конвейерный транспорт с аккумулирующими емкостями и скиповой подъем.

    В процессе работы конвейерной линии должно обеспечиваться наиболее выгодное (по условиям экономии электроэнергии) соотношение параметров - «уровень загрузки ленты - величина скорости ленты», не ограничивая при этом производительность забоя. При отсутствии твердого материала на ленте конвейер должен быть остановлен. Это позволит снизить потребление электрической энергии за счёт уменьшения времени работы конвейеров вхолостую, а также повысит срок их службы. Существующие в настоящее время системы управления шахтными конвейерными установками не позволяют достаточно эффективно регулировать скорость движения ленты [2,3]. Поэтому единственным вариантом регулирования ее скорости при непроизводительной работе является останов конвейеров на период времени, продолжительность которого определяется аккумулирующей способностью конвейерного става. Синхронизация моментов пуска (останова) конвейера с моментами поступления (прекращения поступления) груза на ленту позволяет уменьшить среднюю скорость продвижения груза к точке отказа за счет отключения линии при отсутствии забойного грузопотока, частичного или полного использо¬вания аккумулирующей способности свободных участков конвейерных линий.

    Автоматическое поддержание в процессе разгрузки аккумулирующего бункера рационального соотношения параметров - «уровень загрузки бункера - уровень загрузки ленты - скорость движения ленты» обеспечит дополнительную экономию электроэнергии.

    Эффективность использования подъёмной установки за один транспортный цикл повысится, если будет прекращено ее функционирование в периоды максимума энергосистемы. Аналогично энергоустановки подземного загрузочного комплекса (приводы питателей, затворов, опрокидывателей) также должны будут прекратить функционирование. С учетом того, что установленная мощность токоприемников скиповых подъемных установок может достигать 40% от общей величины по шахте, данная концепция в организации работы подъема даст возможность угольному предприятию значительно снизить величину заявленной мощности в часы максимума энергосистемы и уменьшить величину денежных расходов на оплату электроэнергии.

    Таким образом, критерий комплексного управления транспортом шахты может быть сформулирован следующим образом: обеспечение непрерывной работы шахтного транспорта по выдаче на поверхность суточной добычи угля в условиях отклонения грузопотоков от расчетных значений при минимально необходимом расходе электроэнергии на транспортирование единицы веса груза.

    Для реализации критерия управления на рис.1 приведена обобщенная структурная схема системы автоматизированного управления шахтным транспортом.

    На нижнем иерархическом уровне системы, средствами локальной автоматизации типа АУК-1м, АГП-61 и др., осуществляется отбор информации с первичных измерительных преобразователей (ПИП), обнаружение отклонений технологических параметров от заданных значений, контроль и прогнозирование предаварийных ситуаций, защитные и управляющие функции с использованием исполнительных механизмов (ИМ).

    Рисунок 1 - Обобщенная структурная схема трехуровневой системы автоматизированного управления транспортным комплексом шахты

    На среднем иерархическом уровне микроконтроллер в соответствии с алгоритмом осуществляет в заданном цикле интервала усреднения данных реализацию управляющих функций по критерию эффективного управления, оптимизирует отдельные технологические участки, а также адаптирует структуру и параметры настройки регуляторов непосредственного цифрового управления к изменениям динамики технологического процесса.

    На высшем иерархическом уровне управляющей микро-ЭВМ (персональным компьютером) производится сбор и итоговая обработка информации с микроконтроллера (или группы микроконтроллеров) среднего уровня, по результатам которой принимаются решения по организации, синхронизации и координации взаимодействия энергомеханического оборудования, входящего в транспортный комплекс шахты.

    Следует отметить, что в предлагаемой системе автоматизированного управления конвейерным транспортом шахты действуют возмущения на входе объекта, обусловленные дискретным характером забойных грузопотоков с: переменной интенсивностью в периоды непрерывных поступлений твердого материала; внутренние возмущения объекта, вызванные экстренными и аварийными остановами, а та «еже возмущения на выходе объекта, связанные с ограниченной пропускной способностью сопряженных транспортных звеньев (аккумулирующий бункер, грузовой подъем, рельсовый транспорт) или с нарушением нормального режима их работы. Управление транспортным комплексом шахты осуществляется по величине текущего минутного грузопотока твердого материала, а управляющей величиной является временная синхронизация работы отдельных машин и установок.

    Определим основные принципы построения алгоритма функционирования загрузочного комплекса и подъемной установки:

    а) предлагаемый алгоритм функционирования задает работу транспортного комплекса только на одни сутки;

    б) желательно, чтобы к началу первой и к концу последней рабочей смены подземный аккумулирующий бункер был опорожнен;

    в) подъёмная установка и загрузочный комплекс обязательно прекращают свое функционирование в периоды утреннего и вечернего максимумов энергосистемы;

    г) работа подъёмной установки должна быть приостановлена, а работа питателей прекращена и в других случаях, не связанных с максимумом энергосистемы, если интервалы времени по непроизводительной работе транспортных установок превышают установленные пределы с учётом аккумулирующей способности конвейерного става.

    Необходимо отметить, что для выбора оптимальных по экономическим соображениям, конструктивных параметром подземного аккумулирующего бункера алгоритм функционирования должен предусматривать максимально возможное опорожнение бункера к моменту начала максимума энергосистемы.

    Определим основные соотношения алгоритма функционирования, связывающего отдельные параметры технологического процесса транспортирования твердого материала:

    Для вышеприведенных уравнений обязательным является выполнение тождества:

Для логического оператора принят знак «+» если Q_нач < Q_1гр, а знак-   «-» если Q_нач=>Q_1гр,

где Q_нач - количество твердого материала в подземном аккумулирующем бункере к моменту начала выполнения нового цикла в алгоритме функционирования транспортного комплекса, м³;

Q_кон - количество твердого материала в подземном аккумулирующем бункере к моменту окончания выполнения цикла в алгоритме функционирования транспортного комплекса, м³;

t - длина интервала времени от начала выполнения цикла алгоритма функционирования до момента определения величины Q₁ (текущее время выполнения цикла), мин;

Т_м - продолжительность одного цикла в алгоритме функционирования, мин;

n - общее число интервалов времени в одном текущем цикле алгоритма функционирования;

n^/ - общее количество интервалов времени в алгоритме, охваченный промежутком времени длительностью t ;

k_i - количество минут в і-ом временном интервале алгоритма, мин;

k_i^/ - количество рассматриваемых минут в і-ом временном алгоритмическом интернале,мин;

t_ц - длительность выполнения подъемной установкой одного транспортного цикла, мин;

n_ці - количество циклов по подъему груза подъемной установкой в і-ом алгоритмическом интервале времени.

    За алгоритмический временной интервал принят произвольный временной интервал на диаграмме грузопотоков Х₂ (Х₃).

    Рассмотрим структуру алгоритма рационального функциониро¬вания механизмов транспортного комплекса шахты:

     - множество минут выполнения алгоритмического цикла;

    Параметр Z соответствует значению Х₂, которое определяется последним выполнившимся соотношением.

    Условиями свободного протекания процесса добычи и транспортирования твердого материала является:

    В случае если отсутствует минутный грузопоток твердого материала в аккумулирующий подземный бункер Х₁ =0, а значение Q₁ превышает Q₁^макс, то работа транспортного комплекса должна быть принудительно прекращена.

    В течение времени выполнения алгоритмического цикла Тапг, непрерывно отслеживаются текущие значения величин Q1 и Q1гр, а затем осуществляется их сравнение.

    По результатам сопоставления значений этих величин, а также текущему значению времени выполнения алгоритмического цикла t принимается решение о том оставить механизмы загрузочного комплекса и подъёмной установки в рабочем состоянии или произвести их отключение. Значение величины Q1 находится в функциональной зависимости (1) от начального момента времени определения значения этой величины t, статистических характеристик минутного грузопотока Х1, начального количества материала в аккумулирующем бункере Qнач, а также от выбранного вида алгоритма функционирования и реальных условий его реализации.

    Величина Q1гр зависит от начального момента времени t определения ее значения, производительности загрузочного комплекса и подъёмной установки Х2, эффективного количества твердого материала в аккумулирующем бункере Qэф, а также вида зависимости Х1т уср и ее числовых характеристик.

    Таким образом, предлагаемый алгоритм управления содержит два алгоритмических блока обработки: текущего значения времени выполнения алгоритмического цикла и мгновенного значения количества твердого материала в подземном аккумулирующем бункере, которые функционируют в соответствии с выражениями (4) и (5).

    В состав системы автоматизированного управлений также долж¬ны входить: устройство формирования функциональной зависимости

    аппаратура контроля количества твердого материала в аккумулирующем бункере Q1, а также локальные средства автоматизации грузовой подъёмной установки и подземного загрузочного комплекса [3].

    Реализация предлагаемого алгоритма микроконтроллером среднего уровня иерархии в единой системе автоматизированного управления подземным транспортным комплексом шахты позволит повысить эффективность его работы за счет исключения непроизводительных затрат электроэнергии, особенно в часы максимума энергосистемы.

    Список источников.

    1. Романенко В.Д., Игнатенко Б.В. Адаптивное управление, технологическими процессами на базе микро-ЭВМ. Киев: Вища школа, 1990. - 334 с.

    2. Справочник по автоматизации шахтного конвейерного транспорта//Н.И. Стадник и др. Киев: Техника, 1992. - 438 с.

    3. Автоматизация процессов подземных горных работ/ Под ред. А. А. Иванова. Киев; До¬нецк: Вища школа, 1987. - 328 с.