Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 7
Глава 1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННО-РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ
ПОДВИЖНЫМИ ОБЪЕКТАМИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 18
1.1 Задачи оперативного управления транспортно-
технологическими комплексами на карьерах 18
1.2 Информация в системе управления транспортно-
технологическими комплексами 22
1.3 Существующие способы и средства реализации систем
управления транспортно-технологическими комплексами на
карьерах 30
1.4 Анализ методов проектирования комплекса технических
средств АСУ 48
1.5 Задача и методика исследования 57
Глава 2 ВЫБОР ЗАДАЧ УПРАВЛЕНИЯ АСУ 59
Общая характеристика вопроса 59
Анализ существующих методов выбора задач управления 59
Функции управления комплексной АСУТП открытых горных разработок/типовой материал/ 61
2.4 Установление рационального объема автоматизации
управления 62
Выводы 67
Глава 3 СИНТЕЗ СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ 68
% 3.1 Общая методика решения задачи и критерий
эффективности 68
3.2 Математическая модель и алгоритм построения
эффективной системы управления 74
3.3 Методика расчета вероятности появления искажений
информации в системе 80
3.4 Влияние достоверности информации на
производительность системы 90
3.5 Влияние потери информации на ущерб функционирования
системы 99
3.6 Исследование рациональных областей применения систем
разных структур 110
Выводы 114
Глава 4 ИНФОРМАЦИОННАЯ НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННО-РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ
ПОДВИЖНЫМИ ОБЪЕКТАМИ .116
4.1 Достоверность информации в АСУ 116
4.2 Исследование ошибок при передаче информации по
реальным каналам связи 117
Комплексное использование методов повышения достоверности информации 128
Аппаратные методы обеспечения достоверности
информации 133
4.5 Методы логической обработки информации, принимаемой
с объектов управления 144
Выводы 149
Глава 5 ЖИВУЧЕСТЬ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ 150
5.1 Свойства живучести систем 150
5.2 Эксплуатационные характеристики восстанавливаемых
систем 150
5.3 Методы обеспечения эксплуатационных характеристик
систем управления 152
5.4 Мероприятия по обеспечению живучести систем
управления транспортно-технологическими комплексами 154
Выводы 159
Глава 6 РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА НЕСТАНДАРТНЫХ
ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ РЕАЛИЗАЦИИ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННО-РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ
ПОДВИЖНЫМИ ОБЪЕКТАМИ 160
6.1 Средства формирования, передачи и обработки условно-
постоянной информации 160
6.2 Средства формирования, передачи и обработки
переменно-текущей информации 166
6.2.1 Устройство для передачи телеинформации 166
6.2.2 Устройство для автоматического определения
местоположения локомотивосостава 169
6.2.3. Устройство для определения номера и направления
движущегося объекта 174
6.2.4 Устройство для приема информации с движущихся
объектов 177
Выводы 184
Глава 7 ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ 185
7.1 Разработка и внедрение автоматизированных систем
управления на карьерах с железнодорожным транспортом 185
Автоматизированная система оперативного управления горнотранспортными работами «Руда-1» 185
Автоматизированная система планирования, учета и оперативного управления горнотранспортными работами на Кальмакырском карьере Алмалыкского ГМК 186
7.2 Разработка и внедрение автоматизированных систем
управления на карьерах с автомобильным транспортом 188
7.2.1 Автоматизированная система управления
технологическими процессами рудника открытых работ
Тырныаузского вольфрамо-молибденового комбината 188
7.2.2 Автоматизированная система учета и контроля работы
технологического транспорта на разрезе «Сибиргинский»
объединения «Кемеровоуголь» 189
7.3 Разработка и внедрение автоматизированной справочно-
информационной системы карьера трубки «Удачная»
объединения «Якуталмаз» 189
Разработка и внедрение автоматизированной системы оперативного диспетчерского управления движением пассажирского автобусного транспорта «АГАТ-1» на автобусных маршрутах г. Орджоникидзе 191
Разработка и внедрение унифицированной системы телемеханики для диспетчеризации энергообъектов и вентиляционных установок рудника «Молибден» Тырныаузского вольфрамо-молибденового комбината 192
7.6 Развитие автоматизированных систем управления
транспортно-технологическими комплексами карьеров на
основе современных информационных технологий 192
7.7 Использование результатов исследований при разработке
систем сбора и обработки информации для оперативного
управления качеством окружающей природной среды 197
7.8 Внедрение результатов диссертационной работы в
учебный процесс Северо-Кавказского горно
металлургического института (государственного
технологического университета) 198
Выводы 198
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 200
ЛИТЕРАТУРА 203
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ АВТОРА 219
ПРИЛОЖЕНИЯ 228
Введение к работе
Транспортно-технологические комплексы, включающие
значительное количество одновременно работающего погрузочно-разгрузочного и транспортного оборудования, функционируют на многих предприятиях.
На горнодобывающих, горно-обогатительных, горно-
металлургических предприятиях транспортно-технологические схемы характеризуются большим разнообразием, включают оборудование большой единичной мощности.
На карьерах значительное распространение получили экскаваторно-автомобильный, экскаваторно-железнодорожный и комбинированный комплексы.
Затраты на функционирование транспортно-технологических комплексов составляют до 60% общих затрат на добычу полезных ископаемых, поэтому эффективность функционирования таких комплексов существенно влияет на показатели работы горнодобывающего предприятия.
Одним из основных путей повышения эффективности функционирования транспортно-технологических комплексов является совершенствование процессов управления ими на основе внедрения информационно-управляющих систем.
Проблема создания таких систем сопряжена с большим количеством периферийной аппаратуры, располагаемой на объектах управления, рассредоточенных на больших территориях, тяжелыми условиями работы аппаратуры (повышенные вибрации, широкий диапазон изменения температуры и влажности окружающей среды, значительная запыленность, высокий уровень электрических помех и т.д.), частичным использованием ручного ввода информации, в связи со сложностью ее автоматической классификации.
Создан ряд систем управления транспортно-технологическими комплексами, успешно работающих на отдельных предприятиях.
Однако, опыт создания эргатических систем с подвижными объектами не получил должного научного обобщения.
Анализ известных работ показал, что отсутствуют типовые методики проектирования систем управления транспортно-технологическими комплексами. В упомянутых работах синтез структуры систем управления осуществляется без учета достоверности оперативной информации используемой для управления.
Известные методики проектирования не учитывают специфики рассматриваемых систем (широкое использование для передачи-приема информации радиоканалов, применение большого количества нестандартизованных устройств различного назначения и др.).
В известных методиках проектирования не охватывается весь комплекс вопросов связанных с созданием систем и дальнейшим их функционированием на объектах.
В ряде методик для анализа и расчетов используется большое количество исходных параметров, многие из которых не могут быть получены на этапе проектирования.
Основные положения отдельных методик базируются на методе экспертных оценок, характеризующимся большой погрешностью получаемых результатов. Поэтому исследования, направленные на разработку методов проектирования эффективных эргатических систем управления пространственно-распределенными подвижными комплексами весьма актуальны.
Связь темы диссертации с государственными научными программами.
Диссертационные исследования связаны с выполнением НИР и ОКР по:
- постановлениям ЦК КПСС и СМ СССР от 26.04.79 г. №383
«Разработать и внедрить АСУТП и АСУП на Алмалыкском горно
металлургическом комбинате им В.И. Ленина», от 16.10.85 г. №968
«Создать и ввести в действие АСУТП рудника открытых работ
Тырныаузского горно-металлургического комбината», от 05.10.86 г.
№1236 «О мерах по дальнейшему развитию алмазодобывающей
промышленности и энергетики Западной Якутии»;
- проблеме государственного комитета по науке и технике ОЦ 026
«Создать и ввести в действие АСУТП рудника открытых работ,
охватывающей автоматизацией все основные переделы»;
комплексной научно-технической программе научно-технического прогресса стран-членов СЭВ до 2000 г., принятой на 41-м заседании сессии СЭВ. Проблема 2.2.3 - «Создание АСУТП»;
основным направлениям поисковых исследований горного дела цветной металлургии на 1984-1990 г. (п. 1.14);
постановлению Совета Министров РФ от 24.11.93 г. «О создании в России Единой Государственной системы экологического мониторинга (ЕГ-СЭМ);
решениям Ассоциации промышленного транспорта «Аспромтранс» принятым на Международной научно-технической конференции «Промышленный транспорт на пороге XXI века» (п.4.10), Москва, 6.03.98 г.;
- Республиканской целевой Программе «Интеграция науки и
высшего образования РСО-Алания на 2004 г.».
Целью работы является разработка методов построения эффективных информационно-управляющих систем технологического типа пространственно-распределенными подвижными объектами и их практическая реализация в проектах АСУТП предприятий с различными организационными и технологическими условиями функционирования.
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:
Анализ существующего состояния и проблемы разработки и внедрения автоматизированных систем управления пространственно-распределенными подвижными объектами;
Определение задач, решаемых системой и установление номенклатуры и объемов оперативной входной информации;
Разработка методов синтеза и оптимизации структуры систем;
Разработка методов расчета характеристик систем, используемых при анализе последних;
Разработка методов выбора комплекса технических средств (КТС) для АСУ транспортно-технологическими комплексами;
Разработка эффективных технических средств сбора, передачи и обработки информации для систем управления рассматриваемого класса;
Разработка эффективных методов обеспечения достоверности информации в системах управления;
Разработка принципов обеспечения живучести АСУ пространственно-распределенными подвижными объектами;
Внедрение разработанных методов проектирования при создании систем управления технологическими процессами на предприятиях различных отраслей промышленности.
Методы исследовании. Для решения поставленных задач в работе использованы следующие методы научных исследований: математическое моделирование процессов на ЭВМ, статистический анализ, теория вероятностей, теория надежности и эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры, технико-экономический анализ, промышленный эксперимент.
Основные научные положения и результаты, выносимые на защиту:
Теоретический базис и концептуальные принципы построения АСУ пространственно-распределенными подвижными объектами, позволяющие учитывать специфику объектов управления и рассматриваемых систем, многообразие способов и технических средств реализации систем, совокупность факторов, влияющих на достоверность информации, и их взаимосвязь с эффективностью функционирования управляемого процесса;
Методика построения АСУ пространственно-распределенными подвижными объектами, основанная на комплексном подходе, включающем решение вопросов:
определения задач управления и установления номенклатуры и объемов информации;
синтеза и оптимизации структуры;
обоснования и выбора комплекса технических средств;
обеспечения достоверности информации и живучести АСУ на объектах;
3. Методика обоснования и выбора структуры системы,
основанная на установлении номенклатуры информации,
передаваемой с подвижных объектов, способов и средств ее
передачи, комплексной оценке влияния факторов, приводящих
к отказам трактов передачи информации в системе,
дифференцированного учета влияния различных отказов на приведенные затраты и эффективность функционирования управляемого процесса;
Методы обеспечения достоверности информации в АСУ пространственно-распределенными подвижными объектами;
Разработанный на уровне изобретений комплекс технических средств, обеспечивающий эффективное функционирование рассматриваемых систем различных структур;
Создание и внедрение АСУ пространственно-распределенными подвижными объектами на предприятиях с различными организационными и технологическими условиями функционирования.
Научная новизна диссертации заключается в следующем:
Разработан теоретический базис и концептуальные принципы создания АСУ пространственно-распределенными подвижными объектами, учитывающими специфику объектов управления и рассматриваемых систем, многообразие способов и технических средств реализации систем, совокупность факторов, влияющих на достоверность информации, и их взаимосвязь с эффективностью функционирования управляемого процесса;
Создана методика построения АСУ пространственно-распределенными подвижными объектами, основанная на комплексном подходе, включающем решение вопросов:
определения задач управления и установления номенклатуры и объемов информации,
синтеза и оптимизации структуры,
обоснования и выбора комплекса технических средств,
- обеспечения достоверности информации и живучести АСУ на объектах;
Разработан алгоритм выбора вариантов структур систем, основанный на установлении номенклатуры информации, передаваемой с подвижных объектов, способов и средств ее передачи, комплексной оценке влияния факторов, приводящих к отказам трактов передачи информации в системе, дифференцированном учете влияния различных отказов на приведенные затраты и эффективность функционирования управляемого процесса;
Разработаны методы расчета характеристик систем, используемые при анализе и построении последних;
Разработаны эффективные методы обеспечения достоверности информации в системах;
Разработаны типовые проектные решения по созданию АСУ пространственно-распределенными подвижными объектами.
Практическая ценность. Разработанные методы построения
автоматизированных систем управления пространственно-
распределенными подвижными объектами позволяют проектировать системы, обеспечивающие при внедрении значительный экономический эффект и характеризующиеся высокими эксплуатационными показателями.
Результаты исследований использованы при разработке автоматизированных систем управления технологическими процессами на предприятиях черной и цветной металлургии, угольной и алмазодобывающей промышленности, автомобильного транспорта.
Правомерность предложенных методов построения систем подтверждена длительной промышленной эксплуатацией систем, разработанных на их основе.
На уровне изобретений разработаны и многократно апробированы на различных объектах основные технические средства реализации систем.
Разработанные принципы построения систем могут использоваться при создании информационных систем различного назначения, в частности, использованы при создании системы сбора и обработки информации для оперативного управления экологической обстановкой.
Реализация результатов работы. На основе исследований, содержащихся в диссертации, под руководством автора и при его участии на уровне ведущего исполнителя:
разработаны типовые решения на создание комплексной автоматизированной системы управления технологическими процессами открытых горных разработок / гос. регистр, номер 81029450/;
решена проблема Государственного Комитета по науке и технике ОЦ 026 «Создать и ввести в действие АСУТП рудника открытых работ, охватывающую автоматизацией все основные переделы»;
разработаны принципы создания автоматизированных систем управления технологическими процессами на карьерах с технологией непрерывного действия /гос. регистр, номер 01850053137/;
разработаны и внедрены:
- автоматизированная система планирования и оперативного
управления горно-транспортными работами "Руда-1"на Оленегорском
горно-обогатительном комбинате/1965-1970 г.г./;
автоматизированная система планирования, учета и оперативного управления горно-транспортными работами на
Кальмакырском карьере Алмалыкского ГМК им.. В.И. Ленина /1969-1974 г. г./;
- автоматизированная система управления технологическими
процессами на руднике открытых работ Тырныаузского вольфрамо-
молибденового комбината /1982-1987 г.г./;
автоматизированная справочно-информационная система карьера трубки "Удачная" объединения "Якуталмаз" /1988-1992 г.г./;
автоматизированная система управления и контроля городским автобусным транспортом "АГАТ-1" г.Орджоникидзе /1978-1983 г.г./;
унифицированная система телемеханики для диспетчеризации энергообъектов и вентиляционных установок рудника "Молибден" Тырныаузского вольфрамо-молибденового комбината /1965-1966 г.г./;
устройство приема-передачи информации с электровозов и устройство автоматической печати графика исполненного движения составов /1967-1968 г.г./;
система учета и контроля технологического транспорта на разрезе "Сибиргинский" объединения Кемеровоуголь /1990-1991 г.г./.
- разработана проектная документация на:
автоматизированную систему планирования, учета и оперативного управления выемочно-транспортными работами на карьере Сары-Чеку Алмалыкского горно-металлургического комбината "Кристалл-1" /1972-1977 г.г./, номер государственной регистрации 73028258;
систему сбора и обработки информации о работе буровых станков и экскаваторов -- подсистема "БСЭ" АСУТП рудника открытых работ ГОКа «Эрдэнэт», МНР /1988-1990 г.г./;
автоматизированную систему учета и контроля поступления локомотивосоставов на медную обогатительную фабрику Алмалыкского ГМК с анализом качества разгружаемой руды /1991-1992 г.г./;
систему контроля работы буровых станков и экскаваторов карьера трубка "Юбилейная" объединения "Якуталмаз" /1991-1992 г.г./;
- Разработано техническое задание на создание АСУТП карьера
Жирекенского молибденового горно-обогатительного комбината /1990
г./;
На уровне изобретений разработан и внедрен в составе упомянутых выше АСУТП комплекс технических средств (КТС) сбора, передачи и обработки информации.
Результаты исследований использованы при разработке федеральных целевых программ "О создании в России Единой государственной системы экологического мониторинга" (ЕГ-СЭМ), утвержденной Постановлением Совета Министров РФ от 24.11.1993", "Создание Единой государственной системы контроля радиационной обстановки на территории Российской Федерации", утвержденной постановлением Правительства РФ № 1085 от 02.11.1995 г. и целевой программы Республики Северная Осетия - Алания "Экологическая безопасность Северной Осетии" в части систем сбора и обработки информации для оперативного управления качеством окружающей природной среды (отчет по теме №1506, СКГТУ, г. Владикавказ, 1997 г.);
Результаты исследований используются также в научно-исследовательской работе аспирантов и студентов, осуществляемой под руководством автора настоящей диссертационной работы, в учебном процессе Северо-Кавказского горно - металлургического института (государственного технологического университета) при курсовом и дипломном проектировании, а также в цикле лекций "Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП)", "Информационные технологии на транспорте".
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 9 международных, а также на 26 всесоюзных, всероссийских и республиканских конференциях, в т.ч.: на Советско-Финских симпозиумах по автоматизации горнодобывающих предприятий (Хельсинки, 1975; Москва-Орджоникидзе, 1984); на семинаре стран-членов СЭВ по
математическому обеспечению АСУТП (Кентау, 1982); на всесоюзном
совещании по оптимизации горных работ (Новосибирск, 1986); на
всесоюзной конференции "АСУ технологическими процессами и
производствами непрерывного и непрерывно-дискретного типов в
энергетике, химии, нефтехимии, металлургии" (Москва, 1987); на
всесоюзном семинаре Центрального Российского Дома-Знаний
«Информатика на промышленном транспорте» (Москва, 1991); на
отраслевом научно-техническом совещании «Состояние и перспективы
применения микропроцессорной техники в автоматизации цветной
металлургии» (Москва, 1991); на 11 международной конференции по
автоматизации в горном деле ICAMC-92 (Екатеринбург, 1992); на
международной конференции «Промышленный транспорт на пороге
XXI века» (Москва, 1998); на научных симпозиумах "Неделя горняка"
(Москва, 2000, 2001, 2002, 2004); на международной научно-
практической конференции «Микропроцессорные, аналоговые и
цифровые системы: проектирование и схемотехника, теория и вопросы
применения» (Новочеркасск, 2001); на всероссийских научно-
практических конференциях "Перспективы развития
горнодобывающего и металлургического комплексов России"
(Владикавказ, 2002,2003): Результаты работы обсуждались на
ежегодных научно-технических конференциях Северо-Кавказского
горно-металлургического института (государственного
технологического университета) в период с 1970 по 2004 г.г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 67 работ, в том числе 9 авторских свидетельств на изобретения. В списке публикаций данного автореферата приведены 39 работ, отражающих основное содержание диссертации.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, списка цитируемой литературы и приложений. Работа изложена на 288 страницах машинописного текста, содержит 24 рисунка, 24 таблицы.
