Асу гтк что это
Системы управления горнотранспортным комплексом
На долю открытого способа разработки в мировой горной промышленности приходится почти 73% общих объемов от добычи полезных ископаемых. В России подобным методом добывается порядка 90% железных руд, свыше 70% руд цветных металлов, примерно 60% угля. По мере увеличения глубины карьеров доля финансовых затрат на все виды транспорта доходит приблизительно до 55–60% себестоимости в общей добычи полезного ископаемого. Поэтому вопросы развития и совершенствования транспорта в карьерах считаются одними из основных при открытых горных разработках. Какова в этом процессе роль информационных систем для горнотранспортного комплекса?
автор статьи: Саркис Папазян
Дальнейшее развитие открытого метода разработки будет сопровождаться увеличением глубины и сложностью транспортирования сырья и материалов. Определяющим при этом считается показатель глубины карьеров. Самый глубокий, например, среди угольных разрезов ― это Коркинский, чья проектная глубина составляет 630 м, достигнутая же ― свыше 450 м. Такие крупные угольные разрезы, как Кедровский и Междуреченский, или им. 50-летия Октября, уже достигли глубины 250 и более метров при проектной в 300-360 м.
Не будем вдаваться в анализ влияния различных факторов на показатели работ транспортного комплекса при росте глубины карьеров, приведем лишь ориентировочные цифры снижения производительности транспорта при понижении горных работ примерно на 100 м: для автосамосвалов подобное снижение составляет около 25-39%, для локомотивосоставов ― примерно 8,5-20%. Как же выходить из такого положения? Обратимся к опыту известных мировых компаний, работающих в сфере горнодобывающей промышленности.
Модели диспетчеризации для открытых работ
Одним из важнейших факторов повышения производительности работ, как показывает анализ стратегических мер, предпринятых в горнодобывающих отраслях развитых стран, стало совершенствование управления грузопотоками за счет внедрения в карьерах автоматизированных систем управления горнотранспортным комплексом (АСУ ГТК). Как показывает практика, наилучший результат в этой сфере достигается с использованием системы диспетчерского управления (диспетчеризации). Она основывается на технологии космической навигации ― это GPS, ― позволяющей с достаточно высокой точностью выявлять координаты движущихся транспортных средств с применением спутниковых радиосигналов, при помощи компьютерной обработки постоянно отображать положение различных машин, оптимизировать маршруты транспортных единиц.
Специалисты считают наиболее интересным в этой сфере инноваций опыт американских компаний. Можно выделить несколько наиболее значимых типов информационных систем для управления транспортным комплексом в карьерах из числа появившихся в последнее время.
Информационная система под названием «Dispatch», разработка известной компании Modular Mining Systems, была внедрена на карьере Tiron.
Она действует в реальном масштабе времени, считается динамической, имеет возможность непрерывно управлять транспортными единицами для выбора наиболее оптимального маршрута. Оптимизация различных маршрутов производится согласно выбранной установке путем использования методов линейного программирования. Такая система функционирует с помощью спутниковой навигации. Все данные отображаются на специальном дисплее в очень удобной графической форме.
За счет применения системы Dispatch производительность на погрузочно-транспортном комплексе увеличилась в среднем примерно на 11%. Система исключает неправильное назначение транспортных единиц за счет всестороннего контроля на дисплеях. В настоящее время разработками компании Modular Mining Systems уже воспользовались свыше ста карьеров.
Система автоматического управления для автосамосвалов (САУА), разработка компании Unit Rig Equipment.
Она имеет в своем комплекте дорожное оборудование, которое включает подземный кабель с глубиною заложения приблизительно 0,5 м и ряд блоков управления. По кабелю периодически подаются сигналы, что управляют скоростью, направлениями движения, разгрузкой машин и другими параметрами. Система определяет расстояние между автосамосвалами, местонахождение каждой машины отображается на главном диспетчерском табло.
Экономичность данной системы проверялась на меднорудном карьере в США, где работали десять экскаваторов и более 50 автосамосвалов. Время эффективной работы экскаваторов увеличилось на 7%, коэффициент использования автомашин вырос на 25%.
Информационная система на медно-рудном карьере вблизи г. Туссон.
Для фиксирования передвижения автосамосвалов используются контрольные точки, из которых вся информация поступает на диспетчерский пункт. Туда же со всех экскаваторов поступает информация о начале и об окончании погрузки. Маршрут следования машин передается водителю на специальное цифровое табло.
Специфика системы заключается в определении способов «оптимизации» линейного программирования: постановка задач изменяется в соответствии с климатическими условиями, календарным планом и числом задействованных мобильных средств. Практика свидетельствует, что при этом производительность транспортных единиц повышается в среднем на 20%.
Для отечественного карьерного транспорта
Как обстоят дела с внедрением информационных систем на российском карьерном транспорте? Отечественные системы диспетчеризации горнотранспортного комплекса (ГТК) предназначены тоже для автоматизированного управления грузопотоками на горных предприятиях. Их особенность же заключается в том, что они достаточно большое внимание уделяют вопросам экономии топлива.
Информационную систему «КАРЬЕР» разработали опытные специалисты компании «ВИСТ Групп». Она успешно внедрена и функционирует почти на 40 горнодобывающих предприятиях РФ, Казахстана, Монголии и др. стран. На данный момент систему диспетчеризации под названием «Карьер» выбрали крупные рудные и угледобывающие компании, которые входят в структуры холдингов Мечел, Северсталь, Эрдэнэт, Сибуглемет и др. Система может адаптироваться к условиям эксплуатации и требованиям заказчика, благодаря чему ее пользователь получает наиболее оптимальный для себя инструмент.
Окупаемость такой системы диспетчеризации достигается благодаря максимальной производительности использования транспорта в течение смены и оптимизации грузопотоков. Обратимся к примеру. Разрез «Черниговец» производственного объединения «Кемеровоуголь» является одним из самых крупных разрезов на севере Кузбасса. Компания в полном объеме внедрила систему диспетчеризации. К ней подключили автосамосвалы и экскаваторы, бульдозеры и иной технологический транспорт. Регулярная передача данных производится на базе радиомодемов УКВ-диапазона. В компании уже переходят к проекту по совершенствованию системы приема и отправки данных с применением стандарта с индексом WI-FI, в связи с чем во всей зоне проведения горных работ обеспечивается высокоскоростная передача данных. Новинка позволит передавать значительный объем различных диагностических данных, видео- и аудиоинформацию, подключать к системе диспетчеризации еще большее количество горнотранспортной техники. Ее использование совместно с действующими системами высокоточной спутниковой навигации ГЛОНАСС/GPS будет решать все необходимые задачи по корректировке грузопотоков.
Система диспетчеризации «КАРЬЕР» в данный момент используется и в СУЭК на разрезах Восточно-Бейский, Заречный, Тугнуйский и др. Например, Восточно-Бейский разрез в своей работе достаточно успешно использует особый модуль автоматической диспетчеризации системы «КАРЬЕР». Данный модуль по оптимизации позволяет автоматически отправлять автосамосвалы после каждой разгрузки к тому экскаватору, где его работа окажется максимально эффективной. Диспетчер подбирает в меню оптимальный вариант, и система начинает в автоматическом режиме распределять автосамосвалы в соответствии с заранее выбранными критериями работы.
Система диспетчеризации «Карьер» предназначается не только для проведения мониторинга, но и для оперативного управления и контроля горнотранспортного комплекса, всестороннего анализа производственных показателей и иных процессов по добыче полезных ископаемых в карьерах, ― говорит руководитель проекта «КАРЬЕР», компания «ВИСТ Групп», Д. В. Горевой. «Пользователям предлагается достаточно широкий набор функций, которые дают возможность решать самые актуальные для горного транспорта задачи. Информационные системы нашей компании позволяют повысить производительность работ на карьерном транспорте примерно на 15-20% и вести безопасную добычу и транспортировку различных полезных ископаемых в тяжелых и труднодоступных по климатическим условиям регионах Сибири и Крайнего Севера».
Одна из принципиально новых функций, выполняемых отечественными системами диспетчеризации, ― это анализ и контроль полного цикла по движению топлива ― от приема до расхода. Пример для иллюстрации этого положения возьмем из опыта организации работ в подразделениях золотодобывающей компании «Полюс». С целью реализации контроля ГСМ одна из известных в мире компаний по разработке информационных моделей Wenco интегрировала в свои системы, внедренные на Олимпиадинском ГОКе, весьма высокоточные топливные датчики от компании Omnicomm. После этого на ГОКе возросла не только эффективность использования автотранспорта и качество управления транспортными потоками, но и снизился расход топлива, например самосвалами, примерно на 10%.
Системы контроля и анализа расхода топлива были установлены более чем на ста единицах основного горного транспорта, среди которых карьерные автосамосвалы Caterpillar 777D и Caterpillar 777F, Komatsu HD785-5 и БелАЗ-7540-А, различные модели грузовиков КАМАЗ.
Очень важным результатом такого анализа данных стало определение действительного расхода топлива по всем типам машин. Выяснилось, что каждая единица транспорта одного и того же типа расходует различное количество горючего. Такие факты объясняются разным состоянием двигателей и топливной системы, разным сроком эксплуатации машин и даже спецификой условий работы и стилем управления водителя. Полученные информационной системой данные дали возможность скорректировать нормативы по расходу горючего и достигнуть существенной экономии по данной статье.
Кроме статистики по заправкам и сливам ГСМ система предоставляет общие данные по пробегу автотранспорта, расходу горючего на один моточас, времени работы и простоя. Такого рода данные позволяют выявлять оптимальные режимы для загрузки техники, пресекать разного характера простои, мотивировать персонал предприятия в соответствии с объемами действительно выполненной работы. Бесспорно, АСУ ГТК ― достаточно эффективная технология для повышения рентабельности горнодобывающего предприятия.
Дополнительно в набор бортового оснащения локомотива могут входить КИП и других производителей, что рекомендованы и адаптированы НПП «ТЭК» для использования в АСУ ГТК. Данная информационная система может заинтересовать потенциальных покупателей и тем, что состав оборудования и устройств системы определяется и потом согласуется с заказчиком еще на этапе проектирования.
***
Подводя итог разговору, можно смело сказать, что в текущее время работу современного горнодобывающего предприятия сложно даже представить без применения информационных систем на производстве. Многие процессы по добыче и перевозке полезных ископаемых с помощью, например, диспетчеризации уже автоматизированы, значительная часть ключевых управленческих решений принимается именно на основе информации из такой системы. Цель установок АСУ ГТК ― это оптимальное управление грузопотоками, полный учет и контроль работы горнотранспортного комплекса, мониторинг эксплуатационных режимов машин и в конечном счете ― снижение производственных издержек и повышение всего объема добычи полезного ископаемого.
Кроме того, хочется отметить еще и то, что развитие информационных систем в настоящий момент продвигается в сторону их роботизации по управлению процессами перевозок на открытых горных работах. Такие проекты и разработки уже получили поддержку от Фонда «Сколково», ведущих горнодобывающих предприятий и Ростехнадзора. Таким образом, сегодня есть все основания считать, что дальнейшее развитие АСУ ГТК позволит добывающим предприятиям значительно увеличить экономическую эффективность работ, в том числе и на горнотранспортном комплексе.
Спецвыпуск журнала «Промышленные страницы Сибири» «Добывающая промышленность»
СОСТАВ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ СИСТЕМ ДИСПЕТЧЕРИЗАЦИИ ГТК
Назначение
Система диспетчеризации горно-транспортного комплекса (ГТК) предназначена для автоматизированного управления работой горного предприятия. Объектами управления являются мобильные объекты ГТК: буровые станки, автосамосвалы, экскаваторы, локомотивы, думпкары и т.д.
АСУ ГТК способно обеспечить эффективное решение прикладных задач, связанных не только непосредственно с диспетчерским управлением, но и инженерным надзором, а именно:
В результате внедрения АСУ ГТК появляется возможность более эффективно решать задачи оперативного управления работой карьера, в том числе задачи оптимизации грузопотоков, поддержания требуемого содержания полезных компонентов в руде на складах, а также управление заправками. Кроме того, появляется возможность объективной оценки деятельности служб и участков предприятия, что положительно влияет на трудовую и технологическую дисциплину персонала.
Структура и состав
Системы управления ГТК можно разделить на три типа:
Это системы, предоставляющие всю необходимую информацию о технологических параметрах производимых работ и, возможно, о техническом состоянии объектов, на основе которой решение принимает диспетчер или соответствующий персонал.
Не только снимают информацию с датчиков, но и обрабатывают ее для выдачи диспетчеру одного оптимального или нескольких вариантов решения на выбор.
Имеют те же возможности, что и системы с «режимом советчика», но работают исходя из принципов заранее заданных критериев (условий), которые диспетчер может изменять в режиме реального времени в зависимости от обстановки.
Последнее поколение АСУ ГТК, как правило, содержит средства оптимизации процессов, которые имеют, кроме «режима советчика», полностью автоматический режим, допускаемый для тех или иных операций на основе заданных критериев оптимизации и весовых коэффициентов этих критериев. В этом режиме диспетчер только отслеживает результаты принятых системой решений, только при необходимости вмешиваясь в управление.
Назначение системы
Цели системы
Функции системы
История внедрения систем диспетчеризации ГТК в горно-добывающей промышленности России. Отечественные системы диспетчеризации на открытых горных работах
Развитие АСУ ТП, особенно на технологическом транспорте, происходило на протяжении последних 40–45 лет. Известны такие системы, как «Карат», «Пуск», «Томусинский», «Кварцит» и « Гранит », которые работают в «режиме советчика» по замкнутому циклу.
Система «Карат» разработана Центральным научно-исследовательским институтом комплексной автоматизации (ЦНИИКА) и предназначена для решения следующих задач горного производства:
Система осуществляет ряд функций по управлению и контролю технологических процессов в карьере:
Она позволяет опознавать номера автосамосвалов на контрольных пунктах, взвешивать их по ходу, информировать о перевозимом объеме горной массы водителей автосамосвалов и оператора, контролировать автосамосвал при сходе его с линии. При резких изменениях производственной ситуации (например, выход из строя погрузочных экскаваторов, перегрузочных пунктов, обогатительных фабрик, изменение содержания руды в забоях и т.д.) производится перезакрепление автосамосвалов. (В системе «Искра» указанные процессы осуществляются автоматически с помощью ЭВМ, без вмешательства диспетчера).
Система «Карат» была внедрена на карьере «Мир».
Основная функция модернизированной системы «Карат-М» состоит в оперативном управлении изменением потока транспортных единиц. В результате диспетчер получает возможность непосредственно воздействовать не только на отдельные автосамосвалы, но через них на экскаваторы, а тем самым – на качественные и количественные параметры исходящего потока руды, на скорость подвигания добычных и вскрышных забоев.
Программируемый бортовой контроллер СКЗ (системы контроля загрузки) системы диспетчеризации «КАРЬЕР».
Таким образом, в отличие от системы «Карат», система «Карат-М» работает в так называемом «диалоговом режиме», причем информация о состоянии экскаваторов, а также положении на пунктах разгрузки передается машинистами и операторами непосредственно на пункт управления диспетчеру по радио или телефонной связи.
Внедрение этой системы позволило снизить простои автотранспорта в ожидании погрузки в среднем на 15–20%, простои экскаватора в ожидании транспорта – на 20%, повысить однородность качества руды, поступающей на обогатительную фабрику, увеличить коэффициент использования грузоподъемности автотранспорта на 17%, повысить культуру производства.
В то же время «Карат-М» и аналогичные ей системы не позволяли осуществлять контроль за многими важными эксплуатационными характеристиками работы автосамосвалов, что приводило к завышенным затратам на горюче-смазочные материалы, автомобильные шины, ремонты и техническое обслуживание. В настоящее время из-за устаревшей элементной базы системы подобного типа не используются.
Система «Кварцит», внедренная на Ингулецком ГОКе (Украина), функционирует в «ручном режиме». Наряду с функциями учета работы экскаваторов и автосамосвалов она позволяет производить ручное адресование автосамосвалов на погрузку и разгрузку в соответствии с планом-графиком, рассчитанным в информационном вычислительном центре.
В ее состав входят автомобильные весы, датчик номера автосамосвала, устройство опознавания и диспетчерский пульт. На запоминающий регистр диспетчерского пульта информация о количестве горной массы поступает с автомобильных весов, о номере автосамосвала – с устройства опознавания, о номере погрузочного экскаватора и о месте разгрузки – с наборного поля диспетчерского пульта. Сформированная информация выводится на перфоленту и на световое табло автомобильных весов. При въезде автосамосвала в карьер на световом табло высвечивается адрес погрузки и разгрузки, набираемый вручную диспетчером на наборном поле пульта.
Системой «КАРЬЕР» предусматривается несколько вариантов бортового оснащения экскаваторов:
Более совершенными системами, прошедшими опытно-промышленную эксплуатацию, являются «Комплекс-АТ» и «Гермес», относящиеся к классу информационно-управляющих систем, которые реализуют как информационно-вычислительные функции, так и управляющие и вычислительные.
Система «Гермес», внедренная на СевГОКе (Украина), реализует широкий спектр информационно-вычислительных функций: сбор информации о массе грузов, перевозимых автосамосвалами и погруженных экскаваторами, о состоянии экскаваторов и технических средств; подготовку информации для АСУ верхнего уровня; контроль и регистрацию отклонений от заданного режима; отображение информации.
Автоматизированная система управления погрузочно-транспортными работами «Комплекс-АТ» была внедрена на Соколовском карьере.
Анализ функциональных возможностей рассмотренных систем «Гермес» и «Комплекс-АТ» показывает, что учет технико-экономических эксплуатационных показателей осуществлялся в основном за счет сокращения времени простоев благодаря рациональному адресованию транспортных средств к погрузочному оборудованию и перегрузочным пунктам, где решается важнейшая технико-экономическая задача усреднения качественного состава руды.
Результаты использования рассмотренных систем управления автотранспортом показали, что системы «Карат» и «Пуск» целесообразно применять на карьерах производительностью 5–10 млн т сырой руды, а системы «Комплекс-АТ» и «Гермес» – свыше 10 млн т в год.
В Казахском политехническом институте была создана система диспетчеризации «Авто».
Ее функциональная структура включает в себя подсистемы планирования работы экскаваторно-автомобильным комплексом карьера на смену, оперативного управления маршрутом следования автосамосвала, учета добытой и перевезенной горной массы за смену с нарастающим итогом, контроля выполнения плановых заданий экскаваторами и автосамосвалами, контроля и учета объемов и качества руды на внутрикарьерных перегрузочных складах, формирования отчетных данных и технико-экономических показателей с представлением их оперативно-управляющему персоналу.
Планирование и управление в системе осуществляется в режиме усреднения качества руды на внутрикарьерных перегрузочных складах с минимизацией транспортной работы.
После опытной проверки работоспособности система «Авто» была внедрена на комбинате «Кустанайасбест» (Казахстан), что позволило увеличить сменную производительность парка автосамосвалов в карьере за счет сокращения простоя горно-транспортного оборудования. В то же время, контроль и учет именно эксплуатационных затрат на карьерные автосамосвалы напрямую не осуществлялся.
Одной из первых, прямо учитывающих эксплуатационные затраты на карьерные автосамосвалы, была система, введенная в эксплуатацию в 1984 г. на автопредприятии технологического автотранспорта ПО «Якутуголь», обслуживающего разрез «Нерюнгринский», разработанная институтом «Гипроуглеавтоматизация» для автопредприятий горно-добывающей промышленности с открытым способом добычи полезных ископаемых. Созданная на базе вычислительных машин серии СМ она позволяет решать следующий комплекс задач: планирование грузоперевозок, учет и анализ показателей работы автомобилей, планирование технологического обслуживания, расчет заработной платы водителей.
Однако анализ ее работы показал, что такие элементы контроля эксплуатационных затрат, как несанкционированные отклонения от заданного маршрута и слив топлива из топливного бака, а также контроль за состоянием важнейших агрегатов автосамосвала в режиме реального времени остались без внимания.
Универсальная автоматизированная система управления технологическими процессами на руднике открытых работ – АСУ ТП РОР – была разработана и внедрена Северокавказским филиалом Всесоюзного научно-исследовательского и конструкторского института «Цветметавтоматика» (СКФ ВНИКИЦМА) на Тырныаузском комбинате в 1986 г. Ее техническое обеспечение включает в себя устройства считывания информации с автосамосвалов индуктивного типа, кабельные и радиотехнические каналы связи, управляющую вычислительную машину СМ-2М, выдающую советы по управлению и отчетные документы.
Применительно к автотранспорту система выполняет следующие информационные задачи: оперативный учет объемов выработки каждого автосамосвала, учет объемов автооткатки в тонно-километрах, анализ работы автосамосвалов, периодический контроль за нахождением автосамосвала на линии с выдачей оператору номеров автосамосвалов, сошедших с линии, а также учет средней загрузки автосамосвалов.
В комплектацию контроллера СКЗ исполнения 02.01 включена панель визуализации B&R Panel Ware, позволяющая обмениваться с диспетчерской службой стандартными сообщениями (имеет дисплей в 2 строки по 20 символов) (система «КАРЬЕР»).
Управляющие задачи системы состоят в оперативном распределении автосамосвалов между вскрышными и рудными экскаваторами в начале смены, коррекции сменных плановых заданий в случае незапланированных ситуаций и определении адресов погрузки и разгрузки автосамосвалов.
Оператор может перераспределять автосамосвалы между экскаваторами при возникновении сбоев технологического процесса и корректировать текущую информацию при сбоях в работе автосамосвалов.
Задача представления оператору информации о ходе работы автотранспорта позволяет получать таблицу средней загрузки автосамосвалов по типам, таблицу номеров автосамосвалов, работающих на линии, и сводку об их работе.
Основные принципы работы и структуру современных систем диспетчеризации управления карьерными автосамосвалами можно проиллюстрировать на примере отечественной системы диспетчеризации «КАРЬЕР» разработки ООО «ВИСТ Групп».
АСУ ГТК «КАРЬЕР» разработана 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): количество сделанных рейсов, масса перевезенных грузов, расход топлива и другие характеристики работы транспортных средств.
Для определения в реальном времени положения (а значит, направления движения, скорости и вида работы) мобильного объекта в системе «КАРЬЕР» используется спутниковое определение координат с применением приемников глобальной системы позиционирования GPS.
Система «КАРЬЕР» обеспечивает:
Внедрение системы позволяет повысить эффективность использования техники: резко сокращаются простои, как самосвалов, так и экскаваторов, фактически исключаются недогрузы и перегрузы, за счет оптимизации скоростного режима уменьшается износ двигателей, шин и других узлов.
АСУ «КАРЬЕР» использует широко известные, популярные продукты и технологии – такие, как Oracle, Map Objects, Crystal Reports и другие.
Принципы построения системы позволяют расширять ее функциональность, добавляя новые модули, алгоритмы обработки, формы ввода и отчеты без перекомпиляции уже работающих модулей.
Программное обеспечение системы позволяет создавать множество рабочих мест пользователей, назначая им определенные права по использованию данных (разграничение доступа). Архивирование информации производится автоматически или по команде администратора.
Программно-аппаратный комплекс системы диспетчеризации состоит из:
ДЦ системы состоит из радионавигационного (РНК) и информационно-вычислительного (ИВК) комплексов. Предусматриваются технические исполнения с размещением обоих комплексов в одном и в разных корпусах (стойках), позволяющие применять территориальное разнесение комплексов со связью по оптоволоконным каналам ЛВС. В первом случае весь ДЦ устанавливается на борту карьера, в условиях наилучшей радиовидимости мобильных объектов, включенных в систему. Во втором, на борту, например, в пункте горного диспетчера, устанавливается только радионавигационная часть ДЦ, а стойка информационно-вычислительного комплекса, содержащая рабочую базу данных и программное обеспечение системы, располагается в «серверной», т.е. в условиях, наиболее благоприятных для обслуживания специалистами подразделения АСУ. Но 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.
GPS антенна.
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 осуществляется с помощью радиосвязи на УКВ частотах 400–470 МГц, но может быть организован на основе систем связи TETRA, MESH и др.
В ДЦ информация бортовых контроллеров обрабатывается, архивируется и визуализируется на экранах диспетчера и др. 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.
Типичный для автоматизированной системы диспетчеризации «КАРЬЕР» состав бортового оборудования состоит из следующих компонентов:
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 GPS приемника. Кроме этого, контроллер принимает и обрабатывает информацию, поступающую по радиоканалу с диспетчерского центра, и обрабатывает информацию, вводимую водителем на функциональной клавиатуре панели, установленной в кабине.
На панели визуализации водитель в любое время может увидеть и проконтролировать:
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 применяется наружная световая индикация степени загрузки автосамосвала, и машинист экскаватора может учитывать степень загрузки по сигнальным фонарям самосвала для избежания перегруза. Кроме того, имеется возможность контролировать угол наклона площадки при погрузке при помощи одной из разновидности 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) имеет 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.
Для экскаваторов предусматривается несколько вариантов бортового оснащения:
Зарубежные системы диспетчеризации для открытых работ
Можно выделить порядка 10 наиболее интересных типов систем управления горно-транспортным комплексом из числа появившихся в мире за последние 20 лет.
Система, внедренная на медном карьере недалеко от г. Туссон (США).
Для фиксирования продвижения автосамосвалов применялись контрольные точки, из которых информация поступала на контрольный пункт. Туда же с экскаваторов поступала информация о начале и окончании погрузки. Применялась голосовая радиосвязь, однако адрес пункта следования передавался водителю на цифровое табло.
Таким образом, применялся открытый цикл. Практика показала, что при этом производительность повышается на 20% и более.
Системы компании Quebec Cartier Mining (Канада).
Система имела центральный вычислительный центр, управляющий как самосвалами, движущимися по предопределенным маршрутам, так и 90 группами оборудования фабрики, а кроме того, дробильным отделением и процессами обогащения железной руды.
Одной из современных является система RAN фирмы Pincot, Allen and Holt Inc. (США).
Запоминающее устройство компьютерной системы RAN способно хранить статистические сведения, касающиеся 30 погрузочных механизмов, 30 разгрузочных пунктов, 120 автосамосвалов различной грузоподъемности, 30 автоматических заправочных станций и 5 крупных рудных складов.
Система RAN представляет непосредственную связь между компьютером и работающим горным оборудованием. В результате выдаются точные, полученные в реальном масштабе времени сведения о грузопотоках, времени движения каждого автосамосвала и т.д. Все это способствует лучшему использованию оборудования, благодаря чему на 25% возросла производительность карьера и значительно снизились капитальные и эксплуатационные расходы.
Система автоматического управления автосамосвалом (САУА) компании Unit Rig Equipment, характерная отсутствием водителя в кабине.
Система имеет в своем составе дорожное оборудование, включающее подземный кабель с глубиною заложения 0,45 м и блоки управления. По кабелю подаются сигналы, управляющие скоростью, направлением движения, разгрузкой автосамосвалов, звуковыми сигналами и прочими параметрами. Определяется расстояние между автосамосвалами. Местонахождение каждого автосамосвала отображается на центральном табло.
Экономичность этой системы была проверена на медно-рудном карьере, где работали 10 экскаваторов и 54 автосамосвала. Время использования экскаваторов было увеличено на 7%, коэффициент использования автосамосвалов вырос на 25%.
В результате совместное использование систем САУА и диспетчеризации позволило уменьшить парк автосамосвалов и сократить эксплуатационные расходы на 25%.
Система Dispatch разработки компании Modular Mining Systems, внедренная в 1980 г. на карьере Tiron (США). Затем многократно модернизированная; действует по настоящее время.
Функционирует в реальном масштабе времени, является динамической и поэтому имеется возможность непрерывного управления автосамосвалами для выбора оптимального маршрута. Оптимизация маршрута производится согласно выбранному критерию путем применения методов линейного программирования.
Система использует спутниковую навигацию. Данные отображаются на дисплее в удобной графической форме. Есть динамические средства оценки эффективности использования автосамосвалов.
Благодаря применению системы Dispatch производительность погрузочно-транспортного комплекса повысилась в среднем на 11%. Система исключила неправильное назначение автосамосвалов за счет визуального контроля на дисплеях.
К настоящему времени разработками компании Modular Mining Systems воспользовались более 105 карьеров и 25 шахт. Ее доля на рынке систем диспетчеризации составляет порядка 90%.
Начиная с 1983 года, выпускает свою АСУ ГТК компания Wenco International Mining Systems.
Ее современная модификация использует спутниковое определение координат мобильных объектов с помощью GPS приемников, осуществляет мониторинг состояния и диспетчеризацию мобильных объектов.
Система автоматически и с высокой точностью фиксирует все составляющие погрузочно-транспортного цикла в реальном времени: «погрузка – движение в груженом состоянии – ожидание разгрузки – разгрузка – движение порожняком – ожидание погрузки».
Записываются данные о производительности, для каждой погрузки ведется учет места погрузки, номера экскаватора, номера автосамосвала, табельных номеров операторов, количества погруженной массы, качества сырья, пункта разгрузки.
Учитываются простои по различным причинам: заправка топливом, пересменка, перерыв на обед т.д.
Вся информация, касающаяся работы мобильных объектов, отображается в режиме реального времени в диспетчерском центре и офисе рудника. Руководитель и диспетчер могут вести мониторинг всех событий, происходящих в карьере, в т.ч. они могут поручить системе оптимизировать процесс производства на основе эффективного распределения автосамосвалов или самостоятельно принимать решения на основе получаемой информации.
Различные модификации системы компании Wenco были использованы и внедрены на многих горно-добывающих предприятиях. Например, на рудниках Кумтор (Киргизия) и Syncrude (Канада), на железнорудном предприятии Steel Minntac Mine (шт. Минисота, США). Система реализована на одном из карьеров АК «АЛРОСА».
Диспетчеризация железнодорожного транспорта в карьерах
Особое значение имеет диспетчеризация железнодорожного транспорта в карьерах. Железнодорожный комплекс (ЖДК) промышленного предприятия представляет сложную систему, объединяющую железные дороги, мобильные объекты (локомотивы и вагоны) и принадлежащие предприятию станции. К задачам управления ЖДК относятся: управление движением на железнодорожных станциях, контроль состояния подвижного состава и путей, отслеживание местоположения, скорости и других параметров мобильных объектов, формирование оптимальных маршрутов движения, получение и обработка другой навигационной информации.
На подземных работах развитие систем диспетчеризации ГТК идет в направлении полной автоматизации погрузочно-транспортного процесса.
Развитие открытого способа разработки полезных ископаемых, как правило, сопровождается увеличением глубины карьеров и усложнением ряда других горно-технических условий, при которых значительно повышается роль карьерного транспорта. Это наиболее сложное и трудоемкое звено технологического процесса разработки месторождений полезных ископаемых, в значительной степени определяющее условия и показатели работы других структурных подразделений и предприятий в целом. При этом значительная доля из общего объема перевозок приходится на железнодорожный транспорт, являющийся наиболее надежным в различных климатических условиях. Благодаря низкой себестоимости перевозок железнодорожный транспорт при больших объемах производства и значительных расстояниях обеспечивает более высокие технико-экономические показатели эксплуатации, чем другие виды транспорта. Увеличение выпуска продукции на промышленных предприятиях сопровождается увеличением транспортных потоков как входящих, так и исходящих грузов.
Основные задачи системы диспетчеризации железнодорожного транспорта:
Системы диспетчеризации на подземных работах
На подземных работах развитие систем диспетчеризации ГТК идет в направлении полной автоматизации погрузочно-транспортного процесса (т.е. без участия операторов, которые в данном случае являются лишь наблюдателями, контролируя правильность его протекания). Такая система внедрена, например, на подземном руднике Kiruna (Швеция). Аналогичные работы проведены в Канаде, Австрии и Финляндии на погрузочно-доставочных машинах (ПДМ).
Особое значение имеет диспетчеризация железнодорожного транспорта в карьерах.
Существуют автоматизированные системы Acooptrams («вагонетка с ковшом») известные как roboscoops. Системы одного из лидеров в этой области Sandvik Tamrock испытываются на исследовательской шахте в Тампере. В одной из них навигация обеспечивается с использованием двухмерных моделей профиля стены штрека и системы точного расчета местоположения. Профиль стены сканируется двумя лазерными сканерами, один спереди и один сзади ПДМ. Такая система способна автоматизировать работу ковша при проведении операции погрузки и откатку машины.
В руднике Kiruna, как было указано выше, ПДМ управляются дистанционно, а операции откатки и разгрузки автоматизированы. Для реализации автоматизированной откатки применены отражатели, подвешенные на сторонах штрека, благодаря чему ПДМ может двигаться по заданному пути.
В Австралии продолжается разработка автономной ПДМ компанией Caterpillar Elphinstone. Этот проект интегрирует результаты выполненных на CMTE работ по автоматизированному управлению машиной с помощью лазерных сканеров, и AutoDig – автоматизированной системе загрузки ковша для фронтальных погрузчиков и ПДМ.
Компания Inco работает с несколькими ПДМ, используя удаленное управление. Откатка и разгрузка полностью автоматизированы, а погрузка осуществляется под управлением оператора, наблюдающего за процессом с помощью видеокамеры.
Однако ни в одном из рассмотренных выше проектов не используются системы стереометрического видения для зондирования и моделирования горной среды. Тогда как стереометрическое зондирование позволяет собрать большой объем информации, который может быть использован в дальнейшем. А ведь чтобы полностью автоматизировать процесс погрузки ПДМ, сначала необходимо разработать систему, «понимающую», в каких условиях работает машина. «Стереометрия» как раз позволяет понять условия и построить трехмерные связи наблюдаемых объектов. В результате вся система (включая оператора) может давать более эффективные и безопасные задания на погрузку. Подобные системы диспетчеризации разработаны и реализуются на ряде зарубежных подземных рудников для ГТК на базе локомотивной откатки (система диспетчеризации ГТК на базе оборудования рельсового транспорта компании Nordic, Канада).