r nż. ZYGUNT SZYAŃSKI Poltechnka Śląka Katera Elektryfkacj Atomatyzacj Górncta Nooczene metoy teroana otaą robk kopalnach W artykle przetaono koncepcję teroana narzęnego mazyn górnczych opartego na teroan rozprozonym z ykorzytanem procer teroana boptymalnego. Przetaono założena teroana optymalnego oraz próbę jego zatooana o teroana rozprozonego otaą robk ykorzytjąc kłay tranport pozomego. 1. WSTĘP W polkch kopalnach ęgla kamennego tooane ą ytemy ekploatacj oparte na yokej koncentracj yobyca. Nooczene kłay teroana pracą kopaln ponny zglęnać poób globalny pracę zytkch kłaó napęoych mazyn górnczych po zglęem płynnośc otay robk nezaonośc oraz energoozczęnośc. Dlatego celoym yaje ę zatooane teroana elokryteralnego o teroana pracą zepołó mazyn górnczych. W artykle przetaono koncepcję teroana narzęnego mazyn górnczych opartego na teroan rozprozonym z ykorzytanem procer teroana boptymalnego. Przetaono założena teroana optymalnego oraz próbę jego zatooana o teroana otaą robk ykorzytjąc kłay tranport pozomego. Zamezczono op kła teroana rozprozonego przenośnka taśmoego zboanego z ykorzytanem teronka Smatc. Proponoany ytem teroana rozprozonego zotał przeanalzoany na moel ymlacyjnym kła przenośnkó taśmoych oraz częścoo zeryfkoany na moel laboratoryjnym przenośnka. 2.KONCEPCJA STEROWANIA OPTYALNE- GO ASZYN GÓRNICZYCH W pozemach kopalń ekploatoane ą mazyny górncze zaerające kłay napęoe których praktyczne ne przeje ę reglacj prękośc obrotoej natomat zalacz przekztałtnkoy (o le jet tooany) możla przeproazene płynnego rozrch. W kłaach zalana mazyn górnczych tooane ą tranzytoroe lb tyrytoroe teronk prą przemennego (kłay oft tart). Nooczeny kła teroana mazyny górnczej ponen zapenać realzację: ekencj rozrchoych kontrolę parametró ekploatacyjnych mazyny ygnalzację tanó aaryjnych oraz yłączane zalana pocza zarć przecążeń. Ukłay teroana ponny zapenać teroane: lokalne z tablcy teronczej mazyny zalne ykorzytjąc teroane raoe lb lokalne ec kompteroe (CAN PI) atomatyczne (z komptera narzęnego) ykorzytjąc ec tranmyjne (Profb DP Profnet Ethernet lb łącza nternetoe) [4 6]. nkcję cel la qa optymalnego teroana pracą mazyny tranportoej można formłoać potac yrażena (1): U f W opt Q Q vv (1) Itneją take parametry zalana lnkó napęoych: U f które la anej mazyny tranportoej realzją qa optymalne zaana tranportoe: Q < Q przy określonej prękośc prze taśmy v = v przy ogranczonym zżyc energ: W = opt η < η. Dynamkę przenośnka taśmoego można opać poób prozczony kłaem rónań (2):
Nr 3(469) ARZEC 2010 31 Ry. 1. Schemat pogląoy aplkacj zarzązającej oraz pomaroo zalzacyjnej pracą mazyn górnczych przy teroan narzęnym v 1 m A E 1 l 1 v l v P 1 W v v 1 gn v la 1 k 1 la 1 k (2) gze: v artośc chloe ł prękośc prze taśmy -tym pnkce taśmy m jenotkoa maa zatępcza ocnka taśmy męzy -tym oraz +1 pnktem taśmy W zatępcze opory przenośnka A E półczynnk kontrkcyjne mazyny tranportoej. Dynamkę nkcyjnego lnka napęoego napęzającego przenośnk opje kła rónań różnczkoych (3): R L L R L L n k k k k 1 obc J z (3) gze: prąy oraz napęca zalana zojeń tojana rnka R R L L rezytancje nkcyjnośc łane zojeń tojana rnka L δ L δ nkcyjnośc rozprozena zojeń tojana rnka nkcyjność zajemna zojeń tojana rnka Rónana (1 2 3) ą ykorzytyane o opracoana moel knematycznego mazyny tranportoej oraz o opracoana optymalnego teroana pracą przenośnka. Opracoane algorytmy teroana możlą realzację zaań tranportoych przenośnka przy założonej fnkcj cel (1). Programy terjące ą mezczone pamęc kompteró terjących: narzęnego oraz kompteró lokalnych. Kompter narzęny półpracje z różnym rzązenam peryferyjnym jak np. moły konfgracj moły zalzacyjne moły komnkacyjne oraz z oatkoym kompteram przechojącym bazy anych zytkch mazyn teroanych z komptera narzęnego. oły te zapenają realzację aplkacj amntracyjno-zarzązających oraz pomaroozalzacyjnych. Przykłaoy chemat blokoy opjący poób zarzązana ynkam pomaró oraz realzacj aplkacj amntracyjnozarzązających oraz zalzacyjno-pomaroych przetaono na ry. 1. Do teroana pracą mazyn górnczych należy zatooać teroane rozprozone które zapena lokalną agnotykę mazyn oraz realzację opoench fnkcj terjących. 3. STEROWANIE SUBOPTYALNE SYSTE- U TRANSPORTU KOPALNIANEGO Sytem tranport kopalnanego jet to porząkoany enętrzne zbór obektó znajjących ę na poerzchn pozemach kopaln raz
32 ECHANIZACJA I AUTOATYZACJA GÓRNICTWA z relacjam tnejącym męzy tym obektam oraz ch łaścoścam którego załane jet poporząkoane oągnęc założonego cel tranportoego [4]. Na ynk pracy ytem tranport mają pły procey pracy obektó torzących any ytem oraz jego otoczene. Steroane pracą kopalnanego ytem tranport jet to teroane elopozomoe mltkryteralne. Przy realzacj nektórych proceó techncznych tranporce robk korzytne jet zatooane teroana boptymalnego. [4]. Steroane boptymalne możla realzację aaptacyjną złożonych algorytmó teroana z zglęnenem zjak yprzezających ch ytąpene. Jet to ęc teroane preykcyjne zapenające optymalne teroane pracą napę mazyny górnczej przy założonych fnkcjach cel oraz mltkryterach etermnjących łaścą pracę mazyny zgone z realzoanym proceem techncznym. Steroana preykcyjne: PC (moel prectve control) lb RHC (receng horzon control) ą metoam teroana ynamcznych kłaó nelnoych polegających na cyklcznym rozązyan opoeno formłoanych zaań teroana optymalnego (ZSO). Początkoa część rozązana (fnkcje terjące) jet poaana na ejśca obekt reglacj natępne rozązje ę kłay rónań różnczkoych opjących moel ynamczny obekt zykane ynk oblczeń porónje ę ze tanem rzeczytym natępne całą procerę potarza ę la noego założonego tan pracy obekt. oel matematyczny teroana preykcyjnego opje kła rónań (4): x. t f xt t x t t mn mn 0 R U 0 X R n (4) gze: x(t) (t) fnkcje teroana obekt f(x ) fnkcje realzjące algorytmy teroana optymalnego. Praa trona rónana (1) m pełnać arnek Lpchtza: f(0 0) = 0. Wkaźnk jakośc teroana obekt J można określć z relacj (5): t T J ( T x( t )) L( x ) q( x ( t T )) t (5) gze: L(x ) całkota energa kła napęoego q(x) energa jenotkoa -tego element kła napęoego Parametry reglatora optymalnego opanego zależnoścą = k(x) można yznaczyć rozązjąc rónana Hamltona-Jacobego-Bellmana [4]. Znalezene optymalnego rozązana przy teroan preykcyjnym jet przeażne nemożle la złożonych obektó reglacj z kłaam nelnoym. Przy talonej trktrze kła teroana pozkje ę metoam graentoym mnmm kaźnka jakośc Q(p) przy czym p jet ektorem parametró teroana Graent kaźnka jakośc oblcza ę tojąc nmeryczne całkoane rónań tan rónań przężonych kła napęoego mazyny górnczej. Pocza realzacj oblczeń optymalzacyjnych generoane ą procery generacj rekcj. Stooane ą różne pooby generoana procer: zplkoa jenoęzłoa płaka oraz elomanoa [2 4]. Generacja zplkoa polega na taen oatkoego preykcyjnego pl o algorytm teroana zkan optymalnego rozązana. Generacja jenoęzłoa polega na taen noego ęzła o matrycy teroana. Generacja płaka polega na taen ogranczeń mnmalnych makymalnych o procer teroana. Generacja elomanoa pooje zękzene o 2 topeń eloman (n+2) opjącego proce teroana obekt. Po procee generacja natępje zmana trktry obo teroana oraz zmana ymar przetrzen ecyzyjnej. Proce pozkana jet kontynoany noej przetrzen o natępnego proce generacja lb o pełnena arnkó konecznych o zykana rozązana optymalnego. Procery proce rekcja polegają na an ogranczeń techncznych realzacj założonych procer. azynę górnczą można traktoać jako obekt nelnoy z ęzam neholonomcznym opany kłaam rónań różnczkoych nelnoych [5 6]. Na ry. 2 przetaono przykłaoe ynk oblczeń ymlacyjnych prozczonego moel mazyny górnczej przy teroan preykcyjnym. 4. STEROWANIE ROZPROSZONE ASZYN GÓRNICZYCH W ytemach teroana atomatyzacj mazyn górnczych toje ę czjnk przetornk pomaroe o pomar parametró: elektrycznych mechancznych oraz fzycznych [4 7]. Tranmja ygnałó terjących oraz pomaroych może być realzoana ecam tranmyjnym yteme tranmj elokrotnej lb ykorzytjąc ec śatłoooe. W ec tranmyjnej PROIBUS-DP y-
Nr 3(469) ARZEC 2010 33 Ry. 2. Algorytmy teroana preykcyjnego ybranego kła knematycznego proce tranportoego różna ę trzy klay rzązeń: DP ater 1 DP ater 2 oraz Slave-DP. oły DP ater 1 ą to ęzły narzęne pełnające rolę teronka centralnego który cykl komnkacyjnym ymena nformacje z mołam peryferyjnym Slave-DP. oły DP ater 2 zaerają programatory konfgratory kłay agnotyczne oraz rzązena operatorke. Rozboane fnkcje agnotyczne oraz zybke yzkane błęó pozalają na mnmalzację czaó przetoj oraz ykryane tanó aaryjnych. Rozązane to ymaga zatooana oatkoych kłaó eparjących oraz zmacnaczy ygnałoych. W kłaach teroana rozprozonego ykorzytje ę głóne moły rozprozone: ET 200S ET- 200 ET -2000Ex. oły: ET200S ET-200Ex ą mołam ykonan krobezpecznym. Programy terjące teronkam przemyłoym: anc oraz Smatc S7 ą ypoażone fnkcję Rotng możlającą połączene: panel operatorkch ytemó zalzacyjnych proce oraz programatoró zaróno o port PI jak DP teronkó przemyłoych.[8 9]. Sytemy teroana ykorzytane o teroana pracą mazyn tranportoych ą ytemam typ ono-mater. Zaerają m.n.: teronk S7-416-3D (Smatc) mezczone tacj głónej (SG) oraz moły Slave typ. ET200S jako kłay peryferyjne. W kłaze teroana lokalnego teronk pełną fnkcję narzęną (fnkcje łączenoe kontrola tanó aaryjnych gromazene ygnałó oraz ch tranmję o komptera narzęnego). Elementam typ Slave ą moły peryferyjne ET200S które kontrolją terją pracą lokalnych kłaó napęoych (przenośnk). W przypak aar ytem moły Slave zapenają zalzację proce teroana oraz ygnalzją tany aaryjne co zapena zmnejzene przer poooanych tanem aaryjnym ytem. W tranmj anych przez eć PROIBUS-DP ane ejścoe yjścoe ze tacj ą tranmtoane pojeynczym cykl opytyana. oł ater yyła telegram żąana (Reqet) który zaera ane yjścoe la DP Slave. oł Slave opoaa natychmat po otrzyman zapytana. Steroane pracą ytem obejmje procery teroana narzęnego ater całego ytem otay przenośnkoej oraz procery teroana lokalnego nyalnego przenośnka. Algorytm teroana centralnego zaera procery tetjące kłay prze każym rchomenem procery teroana lokalnego teroana atomatycznego całego ytem jego mołó procery montorjące ytem oraz procery agnotyczne. W tanach aaryjnych algorytmy teroana narzęnego oraz programy terjące zapenają kteczne yłączene pozczególnych mołó lb całego ytem. Steronk
34 ECHANIZACJA I AUTOATYZACJA GÓRNICTWA lokalny możla teroane montoroane pracy przenośnka. Steronk lokalny zapena: rchamane yłączane przenośnka lkację poślzg taśmy yłączane kła tanach aaryjnych załączane yłączane lnka oraz zabezpeczene prze przecążenem zarcem lnka. Steronk centralny pełn fnkcję narzęną tonk o kontroleró lokalnych. Steronk centralny terje pracą całych cągó przenośnkó oraz montorje pracę pozczególnych ln tranportoych. Baana ymlacyjne poterzły celoość tooana teronkó przemyłoych kłaach atomatyzacj przenośnkó taśmoych. W cel określena popranośc algorytmó teroana oraz określena ch arygonośc przeproazono baana ymlacyjne moel matematycznych przenośnkoych kłaó tranportoych oraz baana laboratoryjne na prozczonym moel fzycznym przenośnka. Wynk oblczeń ymlacyjnych oraz baań laboratoryjnych poterzły przyatność proponoanej metoyk teroana o teroana pracą mazyn tranport pozomego. 3. Haja J. Kaprzak J. Jegerk T.: Programoane teronkó PLC. Wyancto J. Skalmerk Glce 1997 r. 4. Szymańk Z.: Zatooane meto ztcznej ntelgencj o teroana montoroana agnotyk górnczych mazyn tranportoych rabających. Napęy Steroane 2008 nr 45. 5. Szymańk Z.: Nooczene energoozczęne kłay zalana górnczych mazyn rabających tranportoych napęzanych lnkam zntegroanym. echanzacja Atomatyzacja Górncta 2004 nr 8. 6. Szymańk Z.: Zatooane ntelgentnych teronkó przemyłoych kłaach atomatyzacj mazyn górnczych. echanzacja Atomatyzacja Górncta 1998 nr 10. 7. Komptery przemyłoe Smatc S7. Dokmentacja Technczno- Rchoa Erlangen 2001 r ( j. angelkm). 8. Steronk PLC Smatc S7 7. Katalog frmy Semen Semen 2003 r. Recenzent: r hab. nż. Z. Głoacz 5. ZAKOŃCZENIE Zatooane teronkó przemyłoych kłaach teroana mazyn górnczych tranportoych zapena realzację złożonych algorytmó teroana: teroane energoozczęne z możloścą beżącej kontrol ybranych parametró ekploatacyjnych agnotyk całego ytem oraz jego zepołó. Wproazene teroana rozprozonego zapena realzację teroana lokalnego oraz teroana centralnego z zglęnenem narzconych prorytetó teroana. Proponoane algorytmy teroana możlają realzację teroana qa optymalnego przy tonkoo małych koztach fnanoych. Zatooane teroana boptymalnego kłaach teroana otaą robk zapen energoozczęną płynną otaę robk przy mnmalzacj tanó aaryjnych. Proponoane teroane mazyn górnczych może być penych przypakach rozązanem konkrencyjnym tonk o koztonych złożonych rozązań frm profejonalnych. Lteratra 1. Antonak J.: Urzązena ytemy tranport pozemnego kopalnach. Wyancto Śląk Katoce 1990 r. 2. Dolpk. Remorz E.: Przenośnk zgrzebłoy jako obekt teroana. echanzacja Atomatyzacja Górncta 1997 nr 2.