Диагностическое обеспечение управления угледобывающим забоем шахты
Рассмотрена задача диагностического обеспечения управления производственными процессами угледобывающего забоя. Показана возможность решения указанной задачи с помощью комплекса аппаратно-программных средств автоматизированного контроля....
Збережено в:
| Дата: | 2010 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України
2010
|
| Назва видання: | Штучний інтелект |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/56123 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Диагностическое обеспечение управления угледобывающим забоем шахты / В.А. Резников, А.А. Сироткин // Штучний інтелект. — 2010. — № 1. — С. 50-55. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-56123 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-561232014-02-12T03:10:35Z Диагностическое обеспечение управления угледобывающим забоем шахты Резников, В.А. Сироткин, А.А. Системы и методы искусственного интеллекта Рассмотрена задача диагностического обеспечения управления производственными процессами угледобывающего забоя. Показана возможность решения указанной задачи с помощью комплекса аппаратно-программных средств автоматизированного контроля. Розглянута задача дiагностичного забезпечення керування виробничими процесами вугледобувного вибою. Показана можливiсть рiшення вказаної задачи за допомогою комплекса апаратно-програмних засобiв автоматизованого контролю. In this paper we consider the problem of diagnosability provision of the industrial process control of coal face. It is shown the possibility to solve the above-mentioned problem by the instrumentality of hardware-software complex of automated testing. 2010 Article Диагностическое обеспечение управления угледобывающим забоем шахты / В.А. Резников, А.А. Сироткин // Штучний інтелект. — 2010. — № 1. — С. 50-55. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1561-5359 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/56123 681.518.54 ru Штучний інтелект Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Системы и методы искусственного интеллекта Системы и методы искусственного интеллекта |
| spellingShingle |
Системы и методы искусственного интеллекта Системы и методы искусственного интеллекта Резников, В.А. Сироткин, А.А. Диагностическое обеспечение управления угледобывающим забоем шахты Штучний інтелект |
| description |
Рассмотрена задача диагностического обеспечения управления производственными процессами угледобывающего забоя. Показана возможность решения указанной задачи с помощью комплекса аппаратно-программных средств автоматизированного контроля. |
| format |
Article |
| author |
Резников, В.А. Сироткин, А.А. |
| author_facet |
Резников, В.А. Сироткин, А.А. |
| author_sort |
Резников, В.А. |
| title |
Диагностическое обеспечение управления угледобывающим забоем шахты |
| title_short |
Диагностическое обеспечение управления угледобывающим забоем шахты |
| title_full |
Диагностическое обеспечение управления угледобывающим забоем шахты |
| title_fullStr |
Диагностическое обеспечение управления угледобывающим забоем шахты |
| title_full_unstemmed |
Диагностическое обеспечение управления угледобывающим забоем шахты |
| title_sort |
диагностическое обеспечение управления угледобывающим забоем шахты |
| publisher |
Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України |
| publishDate |
2010 |
| topic_facet |
Системы и методы искусственного интеллекта |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/56123 |
| citation_txt |
Диагностическое обеспечение управления угледобывающим забоем шахты / В.А. Резников, А.А. Сироткин // Штучний інтелект. — 2010. — № 1. — С. 50-55. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| series |
Штучний інтелект |
| work_keys_str_mv |
AT reznikovva diagnostičeskoeobespečenieupravleniâugledobyvaûŝimzaboemšahty AT sirotkinaa diagnostičeskoeobespečenieupravleniâugledobyvaûŝimzaboemšahty |
| first_indexed |
2025-07-05T07:22:14Z |
| last_indexed |
2025-07-05T07:22:14Z |
| _version_ |
1836790720934969344 |
| fulltext |
«Искусственный интеллект» 1’2010 50
1Р
УДК 681.518.54
В.А. Резников1, А.А. Сироткин2
1Государственный университет информатики и искусственного интеллекта,
г. Донецк, Украина
2ОАО «Институт Автоматгормаш им. В.А. Антипова», г. Донецк, Украина
Диагностическое обеспечение управления
угледобывающим забоем шахты
Рассмотрена задача диагностического обеспечения управления производственными процессами угледобывающего
забоя. Показана возможность решения указанной задачи с помощью комплекса аппаратно-программных
средств автоматизированного контроля.
Анализ задачи
Показателями эффективности функционирования угледобывающего забоя явля-
ются энергоемкость процесса разрушения угольного массива и коэффициент машин-
ного времени [1], [2]. При этом важность второго показателя с каждым годом возрас-
тает, учитывая постоянный рост технического уровня горных машин и механизмов.
Содержание задачи повышения коэффициента машинного времени покажем на
примере очистного комбайна. Суммарное время, затрачиваемое в течение смены на
непосредственное использование угольного комбайна по назначению (машинное вре-
мя), равно:
Тр = Тсм − Тпр − Тво − Тнп, (1)
где Тсм – длительность смены; Тпп – суммарная длительность плановых простоев (рег-
ламентированных перерывов), предусмотренных технологией; Тво – суммарная длитель-
ность выполнения вспомогательных (например, концевых) операций; Тнп – суммарная
длительность неплановых простоев.
Из формулы (1) следует, что при прочих равных условиях определяющим факто-
ром является длительность неплановых простоев Тнп, которые возникают в процессе
работы по следующим основным причинам:
1) изменение условий эксплуатации;
2) «неправильный» план;
3) отклонения от плановых заданий, допускаемые исполнителями;
4) отказы очистного комбайна.
При этом, пожалуй, основной причиной отказов очистного комбайна в процессе
его использования по назначению является несвоевременное или/и некачественное
обслуживание, эффективность которого можно оценить с помощью следующего по-
казателя [3]:
nn
n
k
+
=
пф
пф
пф , (2)
где nпф – число возможных отказов, выявленных и устраненных при профилактичес-
ком обслуживании; n – число отказов, возникших при эксплуатации объекта и обуслов-
ленных его несвоевременным или/и некачественным обслуживанием и ремонтом.
Диагностическое обеспечение управления угледобывающим забоем шахты
«Штучний інтелект» 1’2010 51
1Р
Следовательно, необходимо при каждом i-м плановом обслуживании восста-
навливать работоспособность тех элементов комбайна (путем ремонта или замены),
действительное техническое состояние которых таково, что с высокой степенью ве-
роятности приведет к отказу в промежутке времени между i-м и (i+1)-м обслужива-
ниями.
Успешное решение данной задачи возможно в том случае, когда руководство
добычного участка обладает информацией о действительном техническом состоянии
функционально-конструктивных элементов очистного комбайна. Более того, наличие
такой информации дает возможность успешно решать и задачу снижения энергоем-
кости процесса разрушения угольного массива, поскольку не допускается работа ком-
байна с непроизводительными затратами электроэнергии.
Источником указанной информации являются соответствующие технические сред-
ства диагностирования. При отсутствии таких средств руководству приходится приме-
нять менее эффективные стратегии планово-предупредительных ремонтов [4]. Более
того, информация о техническом состоянии очистного комбайна, сообщаемая производ-
ственным персоналом, носит субъективный характер и зачастую содержит достаточно
большой объем нечетких (расплывчатых) данных. Все это в конечном итоге приводит
к отказам в рабочие смены и, как следствие, к неплановым простоям.
В данной статье рассматривается способ решения поставленной задачи с помо-
щью информационной системы, сконструированной на базе комплекса аппаратно-
программных средств автоматизированного контроля.
Состав исходной информации
Комплекс аппаратно-программных средств автоматизированного контроля (КСКО)
размещен в забое и на штреке и предназначен для выполнения следующих функций:
1) автоматизированный непрерывный контроль параметров работы оборудова-
ния угледобывающего забоя;
2) обработка и отображение информации, необходимой для принятия оператив-
ных решений;
3) хранение и передача данных в общешахтную информационную сеть.
Основным элементом КСКО является блок автоматизированного контроля (БАК),
построенный на базе индустриального панельного микроконтроллера с LCD-дисплеем,
мембранной функционально-цифровой клавиатурой, коммуникационными портами и
блоками ввода/вывода с опторазвязкой.
В табл. 1 приведен состав исходной информации, используемой для контроля
технического состояния очистного комбайна, конвейера и насосной станции.
Таблица 1 – Состав исходной информации
Обозначение Наименование сигнала
Iк.1, Iк.2 Токи в обмотках статоров электродвигателей резания комбайна
Iк.п Ток в обмотке статора электродвигателя подачи комбайна
Iкн.1, Iкн.2 Токи в обмотках статоров «верхнего» и «нижнего» электродвигате-
лей забойного конвейера
P, Q Давление и расход жидкости в напорной магистрали насосной станции
Текущие значения контролируемых переменных через общешахтную информа-
ционную сеть передаются в персональный компьютер (ПЭВМ ЛПР), установленный
в нарядной добычного участка и реализующий специальную программу «Параметры
технического состояния», состоящую, в свою очередь, из трех подпрограмм – «Ком-
байн», «Конвейер» и «Насосная станция».
Резников В.А., Сироткин А.А.
«Искусственный интеллект» 1’2010 52
1Р
Способы контроля технического состояния
Подпрограмма «Комбайн». В данной работе основное внимание уделено кон-
тролю технического состояния электродвигателей резания и подачи. Анализ работ по
надежности комбайновых электродвигателей с короткозамкнутым ротором показы-
вает [5], что основными причинами их отказов являются: межвитковые, межфазные и
корпусные замыкания обмоток статора, дефекты подшипников и изменение воздуш-
ного зазора между статором и ротором. Но при этом определяющими с точки зрения
надежности являются различные дефекты обмоток статора, на долю которых прихо-
дится до 80% всех отказов электродвигателей, а в некоторых отраслях – 85 – 90% [6].
В настоящее время существует большое количество различных способов контроля тех-
нического состояния обмоток статора, основывающихся на анализе токов утечки, шу-
ма и вибрации, температуры, высокочастотных пульсаций токов в обмотках статора
и т.п. Для того чтобы определить в какой мере имеющаяся в рассматриваемой системе
информация может быть использована для прогнозирования технического состояния
электродвигателей, рассмотрим причину возникновения и физику формирования раз-
личных замыканий статорных обмоток.
В работах [5], [6] указывается, что наиболее распространенными причинами воз-
никновения замыканий в обмотках статора являются нарушения технологии изготовле-
ния обмоток и условия эксплуатации. Нарушения технологии приводят к образованию
булавочных отверстий с пониженным пробивным напряжением. В нерабочие перио-
ды, когда происходит остывание двигателя, в эти отверстия попадает влага, которая
затем подсушивается во время работы. Такой периодически повторяющийся процесс
способствует «расширению» начальных булавочных отверстий и тем самым еще боль-
шему снижению пробивного напряжения. Между такими местами изоляции образуется
электрическая дуга, «прожигающая» первичные поры, что и приводит в конечном ито-
ге к возникновению различных замыканий обмотки.
В процессе работы на обмотки статора воздействуют электродинамические и ме-
ханические усилия, достигающие больших значений при перегрузках, поскольку зна-
чения указанных сил пропорциональны квадрату токов. Следовательно, перегрузки
являются весомой причиной старения изоляции и, как следствие, ускорения развития
ее первичных дефектов. Еще одним важным фактором, влияющим на срок службы
изоляции обмоток статора, является температура, при которой работают обмотки. В тео-
рии надежности электрических машин существует «правило восьми градусов» [6],
согласно которому повышение температуры на каждые восемь градусов приводит к
сокращению срока службы изоляции вдвое. В то же время известно, что температурный
режим работы обмоток также зависит от уровня протекающих по ним токов. Кроме то-
го, ток в обмотках статора при прочих равных условиях почти однозначно зависит от
внешней нагрузки, которая на валу исполнительного органа очистного комбайна носит
нестационарный характер. Такого рода нагрузки можно отнести к классу циклических
нагружений, которые вызывают в механических элементах привода накопление уста-
лостных повреждений [7]. Последние, в свою очередь, приводят к увеличению нагрузки
на валу электродвигателя при неизменной внешней нагрузке.
Из сказанного следует, что контролируемые КСКО токи Iк.1, Iк.2 и Iк.п можно ис-
пользовать в качестве информативных признаков для прогнозирования технического
состояния приводов очистного комбайна.
Диагностическое обеспечение управления угледобывающим забоем шахты
«Штучний інтелект» 1’2010 53
1Р
При выборе подпрограммы «Параметры технического состояния. Комбайн» на эк-
ране дисплея ПЭВМ ЛПР появится таблица параметров перегрузки приводов очистно-
го комбайна (рис. 1).
Участок: Лава:
Смена
Дата Бригада qк.1 qк.2 qк.п
... ... ... ... ... ...
Рисунок 1 – Экранная форма таблицы параметров перегрузки
приводов очистного комбайна
Параметр перегрузки определяется по следующей формуле:
номном
1
.k.k
M
m
kmkm
k tI
tI~
q
⋅
⋅∑
== , (3)
где M ∈ N – число диапазонов, в которых .номkkm II~ > ; m ∈ M – номер диапазона.
Данная таблица дает возможность сопоставить приведенные в ней данные по да-
там, сменам и бригадам. «Раскрытие» этой таблицы позволяет отобразить график из-
менения максимальных и минимальных значений qк.k (рис. 2) по датам за период, как
минимум, декады, начиная с выбранной даты. Анализ этого графика при различных
значениях скорости подачи позволяет установить размах перегрузок и тенденцию их
изменения за большой период времени в зависимости от режимов работы очистного
комбайна.
Рисунок 2 – Экранная форма графика перегрузок
Подпрограмма «Конвейер». При выборе подпрограммы «Параметры техничес-
кого состояния. Конвейер» на экране дисплея появится таблица параметров перегруз-
ки приводов забойного конвейера (рис. 3).
Участок: Лава:
Смена
Дата Бригада qкн.1 qкн.2
... ... ... ... ...
Рисунок 3 – Экранная форма таблицы параметров
перегрузки приводов конвейера
Дата
qк.k
•
×
•
×
•
×
•
×
Резников В.А., Сироткин А.А.
«Искусственный интеллект» 1’2010 54
1Р
Параметры перегрузки вычисляются по формуле (3), а экранная форма графика
перегрузки приводов забойного конвейера аналогична показанной на рис. 2.
Подпрограмма «Насосная станция». Из работы [8] следует, что при имеющемся
составе входной информации (табл. 1) задачи контроля технического состояния на-
сосной станции ограничиваются только прогнозированием возможных износов и ме-
ханических дефектов плунжерных пар и нарушения герметичности, которые прояв-
ляются в увеличении диапазона изменения рабочих давлений.
Поэтому в качестве диагностических признаков указанных дефектов в данной
подпрограмме для каждой даты работы лавы приняты:
– среднее значение давления в напорной магистрали насосной станции Pcp;
– среднее значение положительных отклонений давления +
cpP∆ ;
– среднее значение отрицательных отклонений давления −
cpP∆ .
Указанные признаки определяются следующим образом:
N
P
P
N
n
n∑
== 1
cp , (4)
( )
K
PP
P
K
k
k∑
=
+
+
−
= 1
cp
cp∆ , (5)
( )
M
PP
P
M
m
m∑
=
−
−
−
= 1
cp
cp∆ , (6)
где
+P и −P – значения давления больше и меньше Рср соответственно.
В результате представляется возможность отобразить графики изменения Рср,
+
срР∆ и −
срР∆ по датам (рис. 4).
Рисунок 4 – Экранная форма графиков давлений
Р
Дата
•
∇
×
•
∇
× •
∇
×
•
∇
×
Диагностическое обеспечение управления угледобывающим забоем шахты
«Штучний інтелект» 1’2010 55
1Р
Заключение
Важность задачи повышения коэффициента машинного времени возрастает с рос-
том технического уровня оборудования очистных забоев. Для успешного решения
этой задачи руководство добычного участка и соответствующие службы шахты долж-
ны быть обеспечены информацией о действительном техническом состоянии оборудо-
вания, что позволит применять наиболее эффективные стратегии профилактического
обслуживания. Наиболее достоверным и оперативным источником такой информации
являются автоматизированные технические средства диагностирования. В то же время
проведенный в данной работе анализ показывает, что таким источником может быть
и разработанный комплекс средств автоматизированного контроля КСКО, который,
хотя и не предназначен непосредственно для решения указанной задачи, дает возмож-
ность сформировать диагностическую информацию, объем и состав которой вполне
достаточен для обоснованного планирования работ по техническому обслуживанию
и ремонту оборудования угледобывающего забоя.
Литература
1. Сапицкий К.Ф. Надежность технологических процессов эксплуатационного участка шахты /
Сапицкий К.Ф., Мирошников С.Н., Чекавский В.И. – М. : Недра, 1978. – 182 с.
2. Солод Г.И. Эксплуатация и ремонт горного оборудования / Г.И. Солод, В.И. Морозов. – М. : Изд-во
НТГО, 1983. – 100 с.
3. Глазунов Л.П. Основы теории надежности автоматических систем управления / Глазунов Л.П., Гра-
бовецкий В.П., Щербаков О.В. – Л. : Энергоатомиздат, 1984. – 208 с.
4. Гимельшейн Л.Я. Техническое обслуживание и ремонт подземного оборудования / Гимельшейн Л.Я. –
М. : Недра, 1984. – 221 с.
5. Надежность асинхронных электродвигателей / под ред. Б.Н. Ванеева. – Киев : Технiка, 1984. – 143 с.
6. Таран В.П. Диагностирование электрооборудования / Таран В.П. – Киев : Технiка, 1983. – 200 с.
7. Надежность в машиностроении : справочник / под ред. В.В. Шашкина и Г.П. Корзова. – СПб. : По-
литехника, 1992. – 719 с.
8. Технические средства диагностирования : справочник / под общей ред. В.В. Клюева. – М. : Маши-
ностроение, 1989. – 672 с.
В.О. Рєзнiков, О.А. Сiроткiн
Дiагностичне забезпечення керування вугледобувним вибоєм шахти
Розглянута задача дiагностичного забезпечення керування виробничими процесами вугледобувного
вибою. Показана можливiсть рiшення вказаної задачи за допомогою комплекса апаратно-програмних
засобiв автоматизованого контролю.
V.A. Reznikov, A.A. Sirotkin
Diagnostic Providing of Management Coal Face of Mine
In this paper we consider the problem of diagnosability provision of the industrial process control of coal face.
It is shown the possibility to solve the above-mentioned problem by the instrumentality of hardware-software
complex of automated testing.
Статья поступила в редакцию 24.09.2009.
|