Разработка и исследование системы автоматического управления скоростью ленточного конвейера по входному грузопотоку тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.07, кандидат технических наук Петков, Орфей Николаев

• Петков, Орфей Николаев
• кандидат технических наук
• 1984

Оглавление диссертации кандидат технических наук Петков, Орфей Николаев

Бведение

Глава I. Анализ исследований по управлению ленточным конвейером

1.1. Управление ленточным конвейером по грузопотоку

1.2. Задачи исследований

Глава 2. Разработка математической и цифровой квазианалоговой модели системы управления ленточным конвейером по грузопотоку

2.1. Математическая модель ленточного конвейера, типичного для условий Болгарского карьера "Трояново-З" - Марица-Восток

2.2. Математическая модель асинхронного электропривода с частотным управлением.

2.3. Математическая модель карьерного грузопотока по данным, полученным в реальных производственных условиях

2.4. Квазианалоговая модель системы

2.5. Цифровая квазианалоговая модель ленточного конвейера с асинхронным электроприводом с частотным управлением.

2.6. Цифровая квазианалоговая модель случайного грузопотока.

Выводы.

Глава 3. Разработка алгоритма управления скоростью движения ленточного конвейера

3.1. Алгоритмы вычисления основной составляющей сигнала задания.

3.2. Алгоритм вычисления дополнительных составляющих сигнала задания.

3.3. Цифровая модель формирования алгоритма управления скоростью ленточного конвейера.

3.4. Алгоритм вычисления показателей качества задания.

Выводы.

Глава 4. Разработка структуры системы автоматического управления скоростью движения ленты

4.1.Исследования структуры системы автоматического управления скоростью движения ленты с контуром по скорости и по поточной нагрузке.

4.2.Исследования структуры системы управления с контуром по прогнозированию - оптимизации параметров настройки контуров

4.3.Методика разработки системы управления -методика выбора оптимальных параметров регуляторов и прогнозирующего устройства

4.4.Технико-экономический анализ

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование системы автоматического управления скоростью ленточного конвейера по входному грузопотоку»

Уголь имеет большое значение для народного хозяйства всех социалистических стран. Наиболее ярко это выразил В.й.Ленин, назвав уголь "хлебом для промышленности".

Решения ХХУТ съезда КПСС и ХП съезда ЕКП предусматривают дальнейшее повышение производительности труда в народном хозяйстве, в том числе и в угольной промышленности. Ускоряется внедрение поточной технологии с применением непрерывного конвейерного транспорта для пород Ескрыши и полезных ископаемых.

Ленточные конвейеры являются одним из основных средств непрерывного транспорта на горных предприятиях. Увеличение производительности конвейеров, действунцих на карьерах, их надежность, долговечность их синтетических и резинотросо-вых лент, Еместе с тем и экономия электроэнергии являются одним из важнейших условий повышения технического уровня и эффективности горного производства. Анализ режимов работы конвейерного транспорта и хронометражных наблюдений показал наличие резервов повышения производительности транспортного оборудования, поскольку использование конвейерных установок по производительности в настоящее время составляют 25-40$ и во времени 60-80$. В большинстве случаев значительно недоиспользуются расчетные параметры конвейеров.

Существенное повышение эффективности использования конвейерного транспорта может быть достигнуто путем регулирования скорости конвейеров в зависимости от интенсивности грузопотока.

Задача разработки системы автоматического управления скоростью ленточного конвейера в зависимости от грузопотока с целью повышения эффективности использования конвейера за счет сокращения длины пробега его тягового органа, сокращения износа трущихся деталей и экономии электроэнергии является актуальной задачей.

Цель работы. Разработка алгоритма управления, структуры и рекомендаций по технической реализации системы автоматического управления скоростью ленточного конвейера в зависимости от входного грузопотока, обеспечивающей повышение эффективности использования конвейера за счет сокращения длины пробега ленты, сокращения износа трущихся деталей и экономии электроэнергии.

Идея работы. Стабилизировать погонную нагрузку ленточного конвейера частотным регулированием скорости асинхронного электропривода с учетом характеристик грузопотока.

Научные положения, разработанные лично соискателем и новизна:

1. Цифровая квазианалоговая математическая модель системы управления ленточным конвейером, отличающаяся тем, что позволяет учитывать динамику случайного грузопотока, формировать показатель качества управления, изменять структуру системы управления и оптимизировать переходной процесс по минимуму среднеквадратического отклонения.

2. Алгоритм управления скоростью движения ленточного конвейера, позволяющий определять значение необходимой скорости движения леяты, отличается тем, что осуществляет формирование управляющего сигнала в зависимости от прогнозируемых характеристик случайного грузопотока, отклонения

- от задания скорости и текущей погонной нагрузки.

3. Система автоматического управления скоростью движения ленты по грузопотоку, отличающаяся тем, что ее структура содержит помимо контура регулирования по скорости, дополнительные контуры по погонной нагрузке и по прогнозированию.

В соответствии с основной идеей и поставленной целью в диссертации сформулированы следующие основные задачи исследования:

1. На основе экспериментальных исследований карьерного грузопотока, проведенных для условий болгарского карьера "Трояново-З" -Марица-Восток и их обработки и анализа с помощью вероятностно-статистических методов, определить динамические характеристики карьерных грузопотоков и разработать математическую модель этого случайного процесса;

2. Создать математическую модель ленточного конвейера и асинхронного электропривода с частотным управлением, типичного для условий карьера "Трояново-З";

3. Создать цифровую квазианалоговую модель для разработки структуры и алгоритма функционирования системы автоматического управления скоростью ленточного конвейера по входному грузопотоку;

4. Разработать структуру прогнозирующего фильтра и синтезировать прогнозирующий регулятор;

5. Разработать методику расчета параметров регуляторов, формирующих рациональный режим работы конвейера и рекомендации по технической реализации системы автоматического управления.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций:

В работе использовались теория статистического и математического моделирования, методы оптимизации и теория автоматического управления. Экспериментальные исследования производились в условиях болгарского карьера "Трояново-3"-Марица-Восток.

Модель системы управления скоростью ленточного конвейера в зависимости от входного грузопотока отлаживалась и исследовалась на ЭВМ на базе прикладных программ "МАСС". Значение работы.

Научное значение работы заключается в том, что разработанные цифровая квазианалоговая модель и алгоритм управления позволяет синтезировать структуру системы управления скоростью ленточных конвейеров и имеют значение для развития методов анализа и синтеза системы управления горнотранс-портяыми машинами.

Практическое значение работы заключается: - в разработке методики создания системы управления скоростью движения ленточных конвейеров в зависимости от случайного характера грузопотока, в частности рекомендаций по технической реализации, которая позволяет на стадии проектирования научно обосновывать и оптимизировать выбор рациональных параметров системы управления конвейером и его электроприводом;

- в установлении модели карьерного грузопотока роторного комплекса US -2000 (карьер Трояново-3 НРБ), представляющего собой гауссовский случайный процесс, модулированный пуассояовским потоком, на основании которого разработано прогнозирующее устройство, позволяющее получать значение грузопотока при управлении реальной автоматической системой.

Апробация работы. Основное содержание и отдельные положения диссертации доложены на МУТ научной конференции болгарских аспирантов, обучающихся в СССР", Москва, 1983.

Публикация. Основное содержание диссертации опубликовано в I печатной работе.

Автор искренне благодарен ассистенту кафедры вычислительных машин к.т.я. Ину Александру Харитоновичу за помощь, оказанную при составлении и отладке программ, сотруднице научно-исследовательской части Н0В0В0Й Елене Григорьевне за помощь, оказанную при оформлении настоящей работы, а также коллективу кафедры автоматизированные системы управления за постоянную помощь и содействие.

I. АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО УПРАВЛЕНИЮ ЛЕНТОЧНЫМ

КОНВЕЙЕРОМ

I.I. Управление ленточным конвейером по грузопотоку

Практика эксплуатации горнотранспортных машин показывает, что в настоящее время конвейеры оказываются в значительной степени недоиспользованными как по производительности, так и по времени работы. Это приводит к неоправданным затратам на электроэнергию, уменьшению сроков эксплуатации ленты и роликов и, следовательно, к повышению стоимости транспортирования угля.

Невысокая степень использования конвейеров объясняется, главным образом, значительной неравномерностью поступающих на них входных грузопотоков, которые носят случайный характер. Неравномерность шахтных и карьерных грузопотоков /l,2/ приводит к неравномерной загрузке конвейерных линий и низкой эффективности их использования. В то же время в отдельные периоды своей работы полезное ископаемое просыпает, ся с ленты и для предотвращения этого приходится принимать конвейер с более широкой лентой, которая большую часть времени остается незагруженной. Однако снизить просыпи груза можно не только увеличивая ширину ленты, но и увеличивая скорость менее широкой ленты, что и является, по-существу, задачей регулирования скорости конвейера /3,4/.

Неравномерность грузопотока вызывает большое недоиспользование производительности конвейеров. По данным наблюдений коэффициент использования конвейеров по производительности составляет в настоящее время 40-70$, а коэффициент использования конвейеров по времени /32/

Ht = 0,208-0,224.

Проблема равномерной загрузки средств транспорта решается применением усредняющих бункеров или регулированием скорости движения несущего органа. Первому вопросу посвящены работы Алотина Л.М., Шахмейстера Я.Г., Краха Э.Г., Климова Б.Г., Ярошевского В.И., Мирани А., Майера А., Клеса Ф., Голованова В.И., Адилова К.Н. /5-11/, а второму - исследования Солода Г.И., Шахмейстера Л.Г., Мерцалова Р.В., Полунина В.Т., Наза-ренко В.Т., Лобачевой А.К., Коноваловой И.П. /12-15/. В /16 / на основе вероятностного подхода описана динамика грузопотока и решается задача регулирования скорости ленточных конвейеров. Рассмотренная работа в основном посвящена режиму работы конвейера с загрузкой его е одной точке. Однако этот частный случай является достаточно распространенным в практике.

Конвейерные линии современных угольных шахт и карьеров не имея средств воздействия на грузопоток, некоторую часть времени работают при загрузке ниже номинальной, а иногда в холостую, что подтверждается работами /18,19/. Непосредственное технологическое соединение сборных линий с конвейерами выемочных участков при отсутствии регулируемого привода конвейеров исключает возможность управления интенсивностью грузопотоков на транспортных линиях. Механическая часть конвейера обладает значительной инерционностью, которая обусловлена массами его движущихся элементов. Все это создает технические трудности решения задачи. Основными целями регулирования, которые обычно ставятся, являются уменьшение холостого пробега ленты и снижение износа элементов конвейеров, повышение к.п.д. установок за счет уменьшения расхода электроэнергии.

Регулировать скорость конвейера можно двумя способами: дискретно и непрерывно. Дискретное регулирование (рис.2) основано на изменении скорости движения ленты конвейера при достижении входным грузопотоком некоторых пороговых значений, принятых за уровни переключения. При непрерывном регулировании (рис.1) предполагается создание такого режима работы конвейера, при котором скорость ленты изменяется пропорционально грузопотоку таким образом, чтобы погонная нагрузка на ленте оставалась постоянной и максимально возможной расчетной /20/.

В ряде институтов (МГИ, КНИУИ) выполнены исследования, посвященные вопросам целесообразности регулирования скорости подземных конвейеров в зависимости от грузопотоков /21-24/.

Мерцалов Р.В. /24/ рекомендует выполнять автоматические системы для регулирования скорости, либо по принципу системы стабилизации, предназначенных для поддержания регулируемого параметра на заданном уровне или в соответствии с конкретной программой, либо по принципу следящих систем, с помощью которых на управляемом объекте в виде определенной вьйсодной величины воспроизводится изменение „-входной величины. В первой системе регулируемым параметром является фактическая погонная нагрузка на конвейер ^ , основным возмущавдим воздействием - величина грузопотока Q(t) , а заданной величиной - сигнал, пропорциональный расчетной погонной нагрузке • В системе имеется элемент сравнения, на один вход которого по

QH

S)

Рис. У Непрерывное регулирование скорости ленточного конвейераа)поступление груза б)характер изменения скорости-при отсутствии груза с/сор ос тъ уменьшается V

S)

Puc.Z Дискретное регулирование скорости конвейера а) поступление spy за > 6) при ore уте т8ии еру за кон&ейер работает с наименьшей есорость/с или В)/сонВейер останавливают. дается сигнал пропорциональной расчетной нагрузки, сигнал рассогласования поступает на регулирующий орган,который изменяет скорость конвейера. Изменение скорости приводит к изменению фактической погонной нагрузки на конвейере. Этот процесс продолжается до тех пор, пока сигнал рассогласования не будет равен нулю. Таким образом происходит стабилизация погонной нагрузки на конвейере.

В этой схеме роль элемента обратной связи выполняет сам конвейер, а так как конвейер является инерционным, то , естественно, что его реакция на изменение грузопотока произойдет не сразу, а с некоторым запаздыванием. В этой же работе приводится блок-схема системы автоматического регулирования, которая следит за изменением погонной нагрузки на предыдущем конвейере и в соответствии с этим производит регулирование скорости последующего.

При дискретном регулировании скорости конвейера прежде всего определяется необходимое количество ступеней скоростей привода. Существуют различные точки зрения относительно количества ступеней.

Степень использования конвейера по производительности может характеризоваться длиной пробега несущего органа при транспортировании определенного количества угля. Так как площадь сечения груза на ленте обратно пропорциональна скорости ее движения, то сокращение длины пробега ленты при регулировании скорости можно определить, сравнивая показатели средне-взвешенных уровней заполнения ленты за определенные периоды при работе конвейера с постоянной скоростью и при дискретном ее изменении ~ /24/.

Однако в работе /24/ не использован вероятностный подход для решения задачи автоматического регулирования скорости конвейера.

Папоян Р.Я. /21/ выполнил подобные расчеты яа примере конвейера Л-80 для штрека и сборной линии при комбайновой и струговой выемке угля. Из приведенной в его работе таблицы следует, что при изменении производительности выемочной машины в пределах 1:3 наибольшее увеличение уровня загрузки конвейера достигается при использовании трехско-ростных двигателей (24,3$), а при колебании грузопотока 1:4 - четырехскоростных двигателей (32,4$).

В работе Бишеле И.В. и Нгуен Монг Хунг /25/, посвященной выбору рациональных ступеней регулирования скорости конвейеров, отмечается, что в связи с общей тенденцией повышения скорости конвейеров, регулирования скорости движения конвейеров приобретает особенно большое значение,так как недоиспользование конвейеров по производительности приводит к еще большему износу трущихся деталей конвейера.

При регулировании скорости сокращается длина пробега тягового органа конвейера и это сокращение выражается показателем эффективности регулирования скорости:

У рас \/ 9 ( I -1) ср где Vpac - расчетная скорость конвейера; ]/ - средняя скорость конвейера.

По мнению авторов число ступеней регулирования скорости определяется, исходя из диапазона изменения производительности выемочной машины, то есть исходя из изменения коэффициента неравномерности грузопотока. В разработанной методике авторы исходят из следующих условий: а) конвейер должен обеспечить максимальную экономически целесообразную и технически возможную производительность выемочной машины; б) средняя скорость движения тягового органа должна быть минимальной.

Для определения скоростей применен аппарат теории вероятностей. В результате приведенных расчетов авторами /26/ был получен график зависимости значения коэффициента эффективности регулирования от числа ступеней регулирования скорости (рис.3), из которого видно, что уже при двухступенчатом регулировании коэффициент Л резко возрастает. С повышением числа ступеней регулирования скорости значение Л возрастает все медленнее и ограничивается Лтах при непрерывном регулировании. Так как после трех ступеней значение Л увеличивается незначительно /1,42 - при 3-х ступенях и 1,64 - при непрерывном регулировании, то авторы считают, что нецелесообразно применять число ступеней регулирования больше 3-х. Кроме того, чем больше число ступеней скорости, тем механическая конструкция привода конвейера становится сложнее, а конвейер дороже. При непрерывном регулировании скорости обеспечивается постоянная площадь сечения груза на конвейере,поэтому можно сказать, что путь пробега в этом случае сокращается в раз. На основании этого в работе /25/ рекомендуют считать, что в раз меньше бу

Putb Зависимость коэффициента эффективности регулирования от ступеней регулирования с со рост и, дет износ цепи, рештаков, так как степень износа линейно зависит от длины пути.

В данной работе /25/ правильно сформулирована и решена задача оптимизации числа ступеней при дискретном регулировании, однако при определении пробега ленты не учитывается перерыв поступления груза.

Шаходжаевым Л.М. /26/ рассмотрены вопросы, связанные с выбором способа регулирования скорости конвейера. Автором выделяется два способа: а) регулирование скорости конвейера путем регулирования числа оборотов самого двигателя; б) регулирование скорости конвейера применением двух нерегулируемых двигателей и дифференциального редуктора. Эта схема предложена Солодом Г.И. /23/ и предназначается для ступенчатого регулирования скорости конвейера в зави симости от фактического поступления груза.

В работе /26/ не рассматривается вероятностный характер грузопотока. Недостатком работы является предложенный механический способ регулирования скорости, что не отвечает современным тенденциям развития электрооборудования ленточных конвейеров.

В работе /27/ описываются результаты работы по моделированию переходных режимов ленточных конвейеров. Излагается методика математического описания переходных процессов методом линейно-кусочной аппроксимации. Этот метод позволяет приближенно описать движение системы с распределенными параметрами системой обыкновенных дифференциальных уравнений, однако он описывает это движение в переходном режиме запуска и установа57 системы.

Основой при разработке принципов регулирования скорости ленточных конвейеров является характер грузопотока.

В большинстве работ изучались преимущественно забойные грузопотоки /28,29,30/. Они рассматриваются как случайные процессы, причем авторы ставят своей основной целью определение степени разброса текущих значений забойных грузопотоков относительно их средних величия за различные промежутки времени.

В работе /31/ были выполнены обширные исследования фактических забойных грузопотоков на шахтах Карагандинского бассейна. Забойный грузопоток изучался в реальных производственных условиях с последующей обработкой статистических данных для получения необходимых качественных и количественных характеристик грузопотока. Значения грузопотока фиксировались через одну минуту и таким образом были получены реалиодной рабочей смены. Так как минутный интервал времени мал по сравнению со временем рабочей смены, то показано, что полученные в /33/ реализации довольно верно отражают действительную картину поступления груза из забоя.

В работе /33/ также установлено, что если при изучении ключить промежутки, соответствующие отсутствию груза, и рассматривать непрерывные реализации для лав, оборудованных комплексами одного типа, которые работают приблизительно в одинаковых горно-геологических и горно-технических условиях, то можно сделать предположение о стационарности яезации случайного прерывистого грузопотока течение забойных грузопотоков из прерывистых реализаций прерывных реализаций.

В работе /16/ на основании* обработки обширных экспериментальных данных и их обобщения были определены следующие статистические характеристики грузопотока Q (t) : математическое ожидание /7?^ (t) дисперсия (среднее квадратичес-кое отклонение (t) , корреляционная функция а) и спектральная плотность (t) , Для проверки стационарности непрерывных грузопотоков были определены значения Ч / / \ Л / к функций /77e [t)9 it) t /Ьц (t) путем осреднения по множеству реализаций т.

В результате подтвердилось предположение о стационарности непрерывного забойного грузопотока. В данных исследованиях было обнаружено, что корреляционная связь значений непрерывного грузопотока практически исчезает при определенном Т /мин/, что свидетельствует о значительной динамике непрерывных забойных грузопотоков. Характер изменения нормированной корреляционной функции позволил аппроксимировать ее экспоненциальной зависимостью V

В работах (29,32,33) установлена значительная неравномерность забойных грузопотоков для угольных шахт Донбасса. Грузопотоки, поступающие из очистного забоя на транспортную систему, в работе /33 / аппроксимируются случайной функцией с распределением мгновенных значений производительности по нормальному закону: i .J (й~та У

- rw чп

В работе /33/ определялись, исходя из хронометражных наблюдений за характером грузопотоков, математическое ожидание /77 а а) и дисперсия ^ грузопотоков. Параметры распределения вычислялись с помощью ЭВМ. По результатам расчетов построена корреляционная функция R(Ю и аппроксимирована с использованием метода Дж.К.Ленинга и Р.Г.Бет-тина зависимостью гл.*

R (г) = сгге cos co0v . d-4)

Таким образом, экспериментальными исследованиями установлено, что забойные грузопотоки являются случайными функциями времени и могут быть описаны как случайные стационарные процессы с нормальным (наиболее часто) или нормально-логарифмическим распределением, а длительности поступления и отсутствия грузопотока из забоя представляют собой случайные величины, подчиняющиеся показательному закону распределения.

В работе /35/ экспериментальные исследования грузопотоков проводились в условиях Грушевского карьера. Количество груза измерялось конвейерными весами с регистрацией электронноцифровым регистратором (дискретно) или самопишущим прибором (непрерывно). Исследовались грузопотоки четырех забойных и сборочного конвейеров. Минимальный мерный интервал определялся в соответствии с длиной конвейерных весов и скоростью движения "ленты конвейера - Tff ,с.

Статистический анализ полученных экспериментальных данных проводился с использованием вычислительной машины М-220. В результате установлено, что: а) случайные колебания производительности грузопотока зависимы между собой, т.е. имеют корреляционную связь; б) функция колебаний производительности облачает эргодическим свойством; в) грузопотоки ленточных конвейеров Грушевского карьера за машинное время можно считать стационарными; г) распределение колебаний производительности грузопотока за плановое оперативное время подчиняется смешанному закону распределения состоящему из дискретной (дельта - функция Дирака) и непрерывной ( нормальный закон) составляющих. Дельта -функцией описывается случайные перерывы и работа конвейера без груза ( с нулевой производительностью), нормальным закояом-работа конвейера с грузом (за машинное время). Адекватность выбранной статистической модели непрерывного распределения (нормальный закон) определялась графически по методу Пирсона.

На основании полученных данных определена характеристика грузопотока за машинное и плановое оперативное время. Под характеристикой грузопотока здесь подразумевается зависимость коэффициента неравномерности от величины мерного интервала (длины конвейера).

В работе /35/ впервые введено аналитическое описание грузопотоков, состоящих из дискретной и непрерывной составляющей. Распределение дискретной составляющей описано в виде 8* - функции с определенным весовым коэффициентом. Такой подход соответствует описанию реального грузопотока и дает возможность для более точного моделирования при решении задачи регулирования скорости на ЭВМ.

Случайный процесс характеризуется /48/ моментными функциями и законом распределения. Среднее значение (математическое ожидание, момеятная функция первого порядка) равно оо

77, (t)~f Q-f(Ht) d Q , (1-6)

-оо дисперсия (центральная моментная функция второго порядка) равна

Djt>-f[Q-*kf f-(Q,t)dQ , (w>

-ОО -J где £(Q, i)- дифференциальный закон распределения ординат грузопотока.

Кроме дисперсии, имеющей размерность квадрата исследуемой величины, часто г пользуются среднеквадратическим отклонением, равным e-fthfDjif • (м)

Экспериментальными наблюдениями также установлено, что при исключении интервалов времени, связанных с отсутствием груза, грузопотоки могут рассматриваться как стационарный случайный процесс, т.е. процесс, вероятностные характеристики которого инвариантны во времени. В этом случае f(Q,tH(Q)> mfl- ms> .

В работе /49 / предложена следующая модель для описания грузопотоков. Определенная периодичность поступления грузопотоков, наличие в транспортных системах промежуточных бункеров, время заполнения которых соизмеримо с длительностью затухания корреляционной функции (параметр об) позволили предложить модель грузопотока в виде потока прямоугольных импульсов случайной длительности и высоты. Все модели грузопотоков дают одинаковые результаты, что позволило применять для исследований простейшую модель грузопотока в виде прямоугольных импульсов постоянной высоты. Суммарный грузопоток представляется в виде стандартных импульсов, число которых зависит от числа суммируемых грузопотоков. Сложность представляет определение функции совместного распределения длительности и высоты импульсов потока совпадений, так как эти величины являются зависимыми. Данный подход является плодотворным в случае, когда необходимо определить характеристики грузопотока, претерпевающего многократные преобразования в различных звеньях транспорта.

В работе Дмитриева В.Г. и Шахмейстера Л.Г. /44/ на основании обобщения многочисленных экспериментальных данных по шахтным и карьерным грузопотокам предложено перейти от грузопотоков, рассматриваемых как случайные величины, к грузопотокам, рассматриваемым как случайные функции времени, т.е. рассматриваемым как случайные процессы. Авторы устанавливают, что в общем случае грузопоток Q (О представляет собой последовательность импульсов случайной длительности со случайными интервалами отсутствия груза. В пределах .длительности импульсов грузопоток может

- 24 быть описан как непрерывный случайный процесс.

Рассматриваются возможные способы описания непрерывной Q (t) и дискретной Vq (t) составляющих процесса Q(i). На основании представления реального грузопотока как произведение /48/

В /44/ получены основные характеристики процесса Q(t)'. среднее значение

Mr Ms м „ ; дисперсия м;, dv + м; ' корреляционная функция = R9'(T) R? (г) * М9гR,(<u) * M'RjCc).

Эффективность работы конвейерного транспорта в существенной мере определяется долговечностью лент /49/. Независимо от того, что подавляющее большинство конвейерных лент работает с запасами прочности, в несколько раз превышающими нормативный запас, совершенствуется технология их производства, увеличивается ударостойкость снижается их продольное удлинение, капитальные затраты и эксплуатационные расходы предприятий на конвейерные ленты продолжают оставаться высокими /49 /. Они составляют 17-51$ и 11-30$ от общих капитальных затрат и эксплуатационных расходов на транспорт полезных ископаемых соответственно. Предприятия терпят большие убытки из-за простоев оборудования, вызванного преждевременным износом конвейерных лент.

1 - 25 - 1 '

Резюмируя итоги вышеприведенного анализа работ по моделированию грузопотоков и ленточных конвейеров можно сделать вывод о нерешенной проблеме разработки системы воздействия на грузопоток с целью его стабилизации, о недостаточной проработке вариантов моделирования системы грузопоток - электропривод - ленточный конвейер и о недоиспользованности возможности соответствия параметров регулируемых конвейеров с параметрами фактических грузопотоков и о необходимости дальнейшего их исследования.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация технологических процессов и производств (в том числе по отраслям)», Петков, Орфей Николаев

- 105 -ВЫВОДЫ

1. Структура системы автоматического управления скоростью движения ленты по грузопотоку должна содержать помимо контура регулирования и скорости, дополнительные контуры по погонной нагрузке и по прогнозированию, которые приводят к увеличению погонной нагрузки на конвейер, к сокращению длины пробега тягового органа и уменьшению расхода электроэнергии.

2. Разработанная методика для выборов оптимальных параметров регуляторов и прогнозирующего устройства имеет значение для развития методов анализа и синтеза системы управления горнотранспортными машинами.

3. Расчетный экономический эффект составляет 20000руб. в год для конвейера длиной 1000 м и шириной ленты

1600 мм, который получен в основном за счет уменьшения расхода электроэнергии (37$), увеличения срока эксплуатации ленты по фактору износа обкладок ( в 2,4 раза) и по критерию усталости ( в 1,4 раза).

- 106 -ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи разработки системы управления скоростью ленточного конвейера в зависимости от случайного характера грузопотока, обеспечивающей повышение эффективности его использования за счет сокращения длины пробега ленты, сокращения износа трущихся деталей и экономии электроэнергии.

Выполненные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Цифровая квазианалоговая модель входного грузопотока, представляющего собой гауссовский случайный процесс, модулированным пуассоновским потоком, позволила разработать прогнозирующее устройство, по которому вычисляются значения грузопотока, для управления реальной автоматической системой.

2. Плотность распределения вероятностей грузопотока для болгарского карьера "Трояяово-3" при исключении интервалов времени, связанных с отсутствием груза, нормальная с параметрами: =5,32 м3/Ю с; Д = 4,91(м3/10с)2.

Интервалы присутствия и отсутствия груза подчиняются экспоненциальному закону с параметрами Хп = 0,00378 Х0 = 0,0286 с-1. 3. Корреляционная функция случайного грузопотока с погрешностью 5% является гармонически экспоненциальной с параметрами об = 0,01405; С0о = 0,0374 с"1; дл - 5,63 (м3/Ю с)2.

4. Цифровая квазианалоговая математическая модель системы ^травления ленточным конвейером учитывает динамику случайного грузопотока, формирует показатель качества управления, может изменять структуры системы управления и обладает способностью оптимизировать переходной процесс по минимуму среднеквадратического отклонения, на основании свойств которой разработана методика для исследований и создания подобных систем.

4. Алгоритм управления скоростью движения ленточного конвейера позволяет определять значение необходимой скорости движения, осуществлять формирование управляющего сигнала в зависимости от прогнозируемых характеристик случайного грузопотока, от отклонения реальной скорости от заданной и от текущей погонной нагрузки.

5. Структура системы автоматического управления скоростью движения ленты по грузопотоку должна содержать, помимо контура регулирования по скорости, дополнительные контуры по погонной нагрузке и по прогнозированию, которые приводят к увеличению погонной нагрузки на конвейер, к сокращению длины пробега тягового органа и уменьшению расхода электроэнергии.

6. Расчетный экономический эффект составляет 20000 руб. в год для конвейера длиной 1000 м и шириной ленты 1600мм, который в основном получен за счет уменьшения расхода электроэнергии (37$), увеличения срока эксплуатации ленты по фактору износа обкладок (в 2,4 раза) и по критерию усталости ( в 1,4 раза).

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Петков, Орфей Николаев, 1984 год

1. Борисенко J1.А. Экономическое обоснование выбора пропускной способности участкового транспорта. ЦНИЭИуголь. Экономика угольной промышлености, № 5, №6, 1967.

2. Алотин Л.М. и др. Методы исследования и математическое описание подземных грузопотоков для расчета систем внутри-шахтного транспорта, КНИУИ, Караганда, 1971, 48 с.

3. Пацибратченко Н.И.,Чангли Н.Д. Опыт эксплуатации подземных конвейеров на повышенных скоростях. "Уголь", Р 7,1969

4. Нуждихин Г.И.,Ананькин Г.П. Повысить пропускную способность подземного транспорта на шахтах комбината "Тулауголь", "Уголь",№ 5,1968.

5. Шахмейстер Л.Г.,Бишеле И.В. Определение оптимальной усредняющей емкости под лавой при конвейерном транспорте. Технология добычи угля подземным способом, N57,1967.

6. Шахмейстер Л.Г.,Ярошевский В.И. Расчет усредняющей емкости у лавы методами теории массового обслуживания. "Уголь", № 8,1967.

7. Мирани А. Метод определения экономически оптимальной емкости подземного бункера угольной шахты, Глюкауф,Р 1,1968.

8. Майер А. Моделирование подземного конвейерного транспорта с аккумулирующими бункерами, Глюкауф,№ 5,1972.

9. Клее Ф. Проектирование бункеров в системах ленточных конвейеров с помощью моделирования, Глюкауф, №19,1972.

10. Голованов В.И. Моделирование работы многобункерной транспортной системы шахты с применением стохастических дифференциальных уравнений. Проблемы управления горными предприятиями будущего /тезисы/, МГИ,1972.

11. Адилов К.Н., Кариман С.А. Исследование влияния бункера на перерывы в работе лавы. Технология добычи угля подземным способом, ЦНИЭИУголь, № 8, 1968.

12. Шахмейстер Л.Г., Дмитриев В.Г., Лобачева А.К. Исследование способов регулирования скорости ленточных конвейеров по грузопотоку. Горный журнал, Известия ВУЗов, № 2, 1971.

13. Солод Г.И., Папоян Р.Л. Основные технические предпосылки автоматизации шахтных конвейеров с регулируемой скоростью. Механизация и автоматизация рудничного транспорта, КНИУИ, вып. 17, Недра, 1965.

14. Полунин В.Т., Папоян Р.Л., Нечипуреяко П.Е. Эффективность регулирования скорости шахтных конвейеров. Научные труды МИНГЭМ, сб. 53, 1965.

15. Папоян Р.Л. Автоматическое управление мяогоскорост-яыми конвейерами работающими в регулируемой шахтной поточно-транспортной системе. Сб. "Транспорт горных предприятий", М., 1968.

16. Шахмейстер Л.Г., Дмитриев В.Г., Лобачева А.К. Динамика грузопотока и регулирование скорости ленточных конвейеров. МГИ, 1972, 163 с.

17. Дьяков В.А., Шахмейстер Л.Г., Дмитриев В.Г. Ленточные конвейеры в горной промышленности. М., Недра,1982,349 с,

18. Алотия Л.М., Мерцалов Р.В., Краус Э.Г. К вопросу о целесообразности регулирования скорости конвейеров в условиях шахт Карагандинского бассейна. Сб. "Механизацияи автоматизация рудничного транспорта", вып. 17, КНИУИ, Недра, 1965.

19. Алотия Л.М., Мерцалов Р.В. Технологические предпосылки ступенчатого регулирования скорости конвейеров в наклонных выработках шахт Карагандинского бассейна. Сб. "Вопросы развития и совершенствования рудничного транспорта, вып. 22, КНИУИ, Недра, 1966.

20. Лобачева А.К. Исследование и установление параметров и способов регулирования скорости ленточных конвейеровв зависимости от забойного грузопотока. Кандидатская диссертация, М., 1970,249 с.

21. Папоян Р.Л. Повышение эффективности использования шахтных конвейерных линий автоматическим, регулированием скорости и определением грузопотоков. Кандидатская диссертация, М., 1967? 213 с.

22. Полунин В.Т., Папоян Р.Л. Эффективность регулирования скорости шахтных конвейеров. Научные труды МГИ, № 5, М., 1965.

23. Солод Г.И. 0 технологических предпосылках автоматизации конвейеров и конвейерных линий в горнодобывающей промышленности, сб. Транспорт горных предприятий, М.,1968.

24. Мерцалов Р.В. Исследование подземных грузопотоков и установление способов повышения эффективности использования шахтных конвейеров. Канд. диссертация, Караганда,1968, 159 с.

25. Бишеле И.В.,Нгуен Монг Хунг. Выбор рациональных ступеней регулирования скорости конвейеров в зависимости от грузопотоков. Горные машины и автоматика, № 2,1969.

26. Шаходжаев Д.Ш. Применение усредняющих бункеров ирегулирование скорости конвейеров для повышения степени использования подземного конвейерного транспорта. Кандидатская диссертация, М., 1965.

27. Запения И.В., Бельфор В.Е., Селищев Ю.А. Моделирование переходных процессов ленточных конвейеров, М.,Недра, 1969, Ю7 с.

28. Малевич Н.А. Научные основы выбора средств и параметров транспорта по главным откаточным выработкам угольных шахт. Докторская диссертация. М., 1958. 323 с.

29. Пономаренко В.А., Калюжная Н.В., Овчинникова Л.К. Неравномерность подземных грузопотоков и их характеристика. Сб. "Рудничный транспорт", М., "Недра", 1968.

30. Шахмейстер Л.Г., Бишеле И.В. Статистические оценки параметров грузопотоков для расчета потребной производительности конвейеров. "Горный машины и автоматика", № 9, 1966.

31. Шахмейстер Л.Г. Технико-экономический анализ выбора рациональных средств подземного транспорта с применением ЭЦВМ, МГИ, 1968, 69 с,

32. Нгуен Монг Хунг. Исследование режимов работы забойных скребковых конвейеров и установление некоторых параметров их в зависимости от условий эксплуатации. Канд. диссертация. М., 1969, 205 с.

33. Пономаренко В.А. Научные основы определения резервов пропускной способности и оптимизация систем подземного транспорта угольных шахт. Докт. диссертация, Донецк, 1965, 326 с.

34. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. Курс теории вероятностей и математической статистики, М,, "Наука", 1965, 511 с.- 35. Ромаягаха И.Е. Исследование грузопотоков карьерных ленточных конвейеров. Канд. диссертация, Днепропетровск, 1971, 169 с.

35. Кузнецов Б.А., Варшавский A.M., Эрперт A.M., Романю-ха И.Е. Методика экспериментального исследования грузопотока на ленточном конвейере. В книге Горнорудные машины и автоматика, № 9, М., Недра, 1968.

36. Романюха И.Е. Грузопотоки ленточных карьерных конвейеров. В книге Развити е и совершенствование шахтного и карьерного транспорта. М., Недра, 1973, с.15-22.

37. Спиваковский А.О., Дмитриев В.Г. Теоретические основы расчета ленточных конвейеров. М., Наука, 1977, 154 с.

38. Дженкинс Г., Ватте Д. Спектральный анализ и его приложения. Вып. I и 2, М., Мир, 1971 и 1972, 316 с.

39. Витенберг И.М. Статистическое моделирование динамических систем средствами автоматики. М., Машиностроение, 1976, 200 с.

40. Чиликин М.Г., Ключев В.И., Сандлер А.С. Теория автоматизированного привода, М., Энергия, 1979, 616 с.

41. Сандлер А.С., Сарбатов Р.С. Частотное управление асинхронными двигателями, М., Энергия, 1966, 144 с.

42. Гегов Е.Д. Прогяозиране на процеси в технологич-ни объекти. Докт. дисертация, София, 1980, с*

43. Шахмейстер Л.Г., Дмитриев В.Г. Вероятностные методы расчета транспортирующих машин. М., Машиностроение, 1983, 256 с.

44. Певзнер Л.Д. Надежность горного электрооборудования и технических средств шахтной автоматики. М.,Недра, 1983, 198 с.

45. Прейскурант № 19-06 "Оптовые цены на оборудование" грузоподъемное и транспортирующее", часть 2, ГОСТ 10624-63,

46. Штокман И.Г., Эппель Л.И. Прочность и долговечность тяговых органов. М., Недра, 1967,231 с.

47. Спиваковский А.О., Дмитриев В.Г. Теория ленточных конвейеров. М., Наука, 1982, 192 с,

48. Волотковский B.C., Нохрин Е.Г., Герасимова М.Ф.

49. Износ и долговечность конвейерных лент. М., "Недра", 197бР6 <

50. Танатар А.И. Элементы промышленной автоматики и их динамические свойства. Киев, Техника, 1975,232 с.