Стаднік Микола Іванович. Синтез систем автоматизації однорідних об'єктів керування зі змінним складом функціональних задач для вугільних шахт

brief description

Стаднік Микола Іванович. Синтез систем автоматизації однорідних об'єктів керування зі змінним складом функціональних задач для вугільних шахт: дисертація д-ра техн. наук: 05.13.07 / Національний гірничий ун-т. - Д., 2003.

Стаднік М.І. Синтез систем автоматизації однорідних об'єктів керування зi змiнним складом функціональних задач для вугільних шахт. - Рукопис.
Дисертація на здобуття ученого ступеня доктора технічних наук за фахом 05.13.07 - "Автоматизація технологічних процесів". - Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2002.
У дисертації вирішена науково-практична проблема розвитку наукових та методологічних основ синтезу і оптимізації функціональних структур однорідних об'єктів керування.
У результаті її вирішення:
- розроблено інтегральний метод синтезу вихідних функціональних структур та їхньої оптимізації, включаючи функціональні та конструктивні модулі, що дозволяє створювати АСК множиною однорідних об'єктів керування зi змiннимскладом функціональних вимог;
- запропоновано алгоритм функціонування АСК основними технологічними процесами на базі системи автоматизації транспорту;
- розроблені принципи технічної реалізації локальних систем автоматизації основних технологічних процесів з урахуванням специфічних вимог, що виникають при автоматизації гірничих виробництв;
- розроблений, виготовлений і поставлений на серійне виробництво комплекс технічних засобів, що реалізує різні види функціональних структур.
У сукупності наукові та практичні результати підвищують ефективність автоматизації технологічних процесів вугільних шахт. За фактичними оцінками економічна ефективність від впровадження результатів досліджень складає 2253 тис. грн.

У дисертаційній роботі вирішена науково-практична проблема розвитку наукових і методологічних основ синтезу систем автоматизації однорідних за призначенням, але зі змінним складом функціональних вимог об’єктів, що полягає в обґрунтуванні принципів декомпозиції множини ООК на підмножини за рівнем вимог, у встановленні системних раніше невідомих залежностей, що визначають функціональні структури автоматизації через інтегральний склад та надлишковість функціональних вимог множини ООК з урахуванням виділених підмножин та елементів, що входять до їхнього складу, розробці на цій основі математичних моделей і практичних методів оптимізації функціональних структур, які використовуються при створенні комплексу технічних засобів автоматизації, що задовольняють повний склад функціональних вимог множини ООК та забезпечують ефективне керування технологічними процесами у вугільних шахтах.
Основні наукові й практичні результатиполягають у наступному:
1. Виконано аналіз стану і перспектив розвитку різноманітності об'єктів керування, що складають технічну базу основних технологічних процесів очисних, прохідницьких і транспортних робіт і вперше показано, що вони як узагальнений об'єкт автоматизації являють собою множину однорідних об'єктів керування і характеризуються змінним складом вимог до автоматизації в залежності від конкретних гірничо-геологічних умов експлуатації і конструктивних особливостей установок, що істотно відрізняються для різних гірничо-видобувних підприємств.
2. Вперше обґрунтовано інтегральний метод синтезу функціональних структур систем керування однорідними об'єктами, який розглядає не одиночні об'єкти, а їхню множину, що характеризується інтегральним складом, який враховує кількість функціональних вимог і об'єктів, що входять у множину ООК іокремих його підмножин, сформованих за принципом рівного складу вимог усередині останніх.
У порівнянні з відомими методами це дозволяє істотно скоротити витрати і терміни на проектування систем автоматизації, адаптованих під задану множину ООК.
3. Сформульовано правила синтезу функціональних вимог до складових частин структур - модулів, що дозволило виділити загальні для всієї множини ООК і додаткові для кожної з підмножин вимоги, а також визначити функціональну спрямованість модулів, що задовольняють у сукупності повному складу функціональних вимог до автоматизації ООК.
Це дало можливість одержати ряд функціональних модулів: універсальних загальних для всієї множини ООК, спеціалізованих відповідних окремим підмножинам, додаткових відповідних стрибку функціональних вимог при переході від однієї підмножини до іншої.
Це створює основу синтезу систем автоматизації, що враховують конкретні множини ООК - ті, що знаходяться в експлуатації, виробництві та у розробці.
4. На основі аналізу ПСФ і виконаного на його базі синтезу показана можливість вирішення задачі трьома різними видами вихідних функціональних структур, що покривають ПСФ множини ООК:
- ГСС (гнучка структура на базі спеціалізованих модулів);
- ГСД (гнучка структура на основі базового і ряду додаткових модулів);
- ЖС (тверда структура).
Для вибору вихідної функціональної структури, що відповідає заданій множині ООК, вперше запропоновано критерій виду функціональної структури, що представляє собою різницю між корисним (мінімально достатнім для автоматизації даної множини ООК) і надлишковим складом інтегральних вимог.
5. Установлено вираз для визначення критерію виду функціональної структури для систем керування очисними, прохідницькими комбайнами і шахтним транспортом, що забезпечують адаптацію цих систем під задані множини ООК.
Завдяки цьому синтезовано системи керування новим поколінням прохідницьких комбайнів і конвеєрів зі збереженням уніфікації і спеціалізації.
6. Сформульовано принцип оптимізації вихідної структури на базі витратного критерію, що полягає у визначенні такого варіанта, що забезпечує найменшу вартість системи автоматизації множини ООК.
Уперше розроблено математичну модель, за допомогою якої виконано оптимізацію системи керування конкретної множини ООК. Показано, що для конвеєрного транспорту виробничого об'єднання «Донецьквугілля», що включає 949 конвеєрів і складається з п'яти підмножин, оптимальною є система керування на основі базового (універсального) і додаткових модулів. Витрати на автоматизацію неоптимізованої структури ГСС майже в 2 рази більші, ніж структури ГСД. Витрати на оптимізовану структуру ГСС значно зменшуються, але при цьому вони в 1,4 рази більші, ніж для структури ГСД.
7. Розроблено умови трансформації функціональних модулів у конструктивні з урахуванням частинних критеріїв і встановлено принципи технічної реалізації функціональних векторів, що враховують іскро- і вибухобезпечне виконання, із застосуванням джерел живлення з низькою первинною напругою зі спеціальним захистом від витоків струму. Це дало можливість на стадії конструкторської реалізації функціональних модулів закладати обґрунтовані види виконань з вибухозахисту і габаритно-масових показників.
8. Запропоновано схемотехнічні рішення пристроїв сполучення з урахуванням специфічних вимог (значних витоків у лініях зв'язку, великих перехідних опорів у колах контролю місць перевантаження, іскробезпечність виконання та ін.), що виникають при автоматизації гірничих виробництв. Це створило умови для розробки надійних виробів шахтної автоматики, у тому числі і спеціальних датчиків.
9. Розроблено алгоритми функціонування АСК ТП на основі локальних підсистем, що забезпечують комплексну автоматизацію процесів видобутку, проведення гірничих виробок і транспортування корисних копалин.
Уперше запропоновано організувати внутрішньосистемний обмін інформації в зазначеній АСК ТП на базі локальної системи автоматизації транспорту, а не спеціальної підсистеми, що істотно підвищить надійність і живучість АСК в цілому.