КОРОБКО В.Н., ШАМРАЙ Е.В. Технические
науки,12
Криворожский
технический университет
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ
ИНФРАСТРУКТУРЫ РУДНИКА ДЛЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ РУДОПОТОКОВ
Усовершенствована автоматизированная подсистема
управления горными работами на основе объединения задач информационного
обеспечения и принятия решений с использованием диспетчерской системы Wenco и взаимодействия с ней автоматизированного
геолого-маркшейдерского обеспечения и планирования горных работ.
УДК 622.341:658.012.011.56
Коробко В.М., Шамрай О.В. Використання інформаційної
інфраструктури рудника для вдосконалення керування якості рудопотоків.
Вдосконалена
автоматизована підсистема керування гірничих робіт на базі об’єднання задач
інформаційного забезпечення і прийняття рішень з використанням диспетчерської
системи Wenco та взаємодії з нею
автоматизованого геолого-маркшейдерського забезпечення і планування гірничих
робіт.
UDK 622.341:658.012.011.56
Korobko V.N., Shamray O.V. The
use of the information infrastructure of the mine in the improvement of the ore
quality management.
The improvement
automatic system management of mining work on the base
the union of the propositions information guarantee and to receive decision of
the use of the Wenco automatic controller’s system and planning of mining work.
В настоящее время практически на всех
горнообогатительных комбинатах Кривбасса используются автоматизированные
системы управления горными работами. Как правило, они являются составной частью
Автоматизированной Системы Управления рудником (АСУ-рудник), который входит в
состав АСУ горнообогатительным комбинатом. АСУ горными работами охватывают
подсистемы учета и анализа горного производства и подсистемы
геолого-маркшейдерского обеспечения и автоматизации планирования горных
работ. Существенный научный и
практический вклад в развитие АСУ горными работами в Криворожском бассейне
внесли ученые Криворожского горнорудного института. К ним можно отнести лабораторию
АСУ под руководством докторов технических наук Ю.П. Астафьева и А.С. Давидковича,
лабораторию открытых горных работ под руководством докторов технических наук
Бызова В.Ф. и Завсегдашнего В.А., коллектив НПО «КривбассАкадемИнвест» под
руководством доктора технических наук Назаренко В.М.
Однако в результате технического прогресса горные
предприятия непрерывно оснащаются новыми средствами коммуникаций и контроля.
Это требует непрерывного совершенствования АСУ горными работами для
соответствия современным условиям развития техники и прогрессивных технологий.
Современный горно-обогатительный комбинат представляет
собой сложную систему, в состав которой на правах цеха входит рудник – относительно
самостоятельное подразделение. Поэтому, исходя из большинства разработанных
ранее схем, автоматизированную систему управления рудником можно и
целесообразно рассматривать как самостоятельную систему, информационно и
организационно связанную с другими подразделениями комбината. В этом случае
структура АСУ рудником будет соответствовать организационной структуре рудника,
что позволит перенести и сохранить большинство существующих функций на
автоматическое и автоматизированное функционирование. Существующие
неавтоматизированные структуры прошли значительный эволюционный путь и на
сегодняшний день организационно их можно считать почти оптимальными. Попытки
найти новое решение в формировании самой структуры АСУ-рудник - сложная задача.
Вариантов ее решения множество и связаны они с различными способами представления иерархии подлежащих автоматизации функций, их назначения,
влияния фактора времени, состава и содержания работ. В настоящее время границы
между частями АСУ горных предприятий нечеткие, имеются тенденции комбинирования
АСУ разных подразделений. Однако, принципы построения
АСУ следует в первую очередь связывать с организационными структурами
комбината. Поскольку рудник является относительно самостоятельным
подразделением, АСУ рудником также должна быть относительно самостоятельной, но
с делегацией интегрированных данных смежным подразделениям в ширину и по высоте
организационной иерархии. В частности, необходимы разработка АСУ рудником и
горными работами, но уже на новом уровне, учитывающем современное развитие
информационных и компьютерных технологий. Значительный прогресс в этом
направлении можно проследить в развитии современных SCADA-систем, являющихся, по сути, новым поколением АСУТП.
Следует отметить, что термины «АСУ-карьер» и «подсистема управления горными
работами» сложились в 80-х годах не без нашего участия, как попытка выделить
относительно независимые части в АСУ горно-обогатительным комбинатом, рудником
и карьером. Функции АСУ горными работами значительно уже, чем АСУ рудником, в
который входят подсистемы, обеспечивающие основное и вспомогательное
производство и подсистемы подготовки производства. Поэтому включение в АСУ
горными работами функций обслуживания энергетических и механических служб,
планово-экономического отдела методически ставит их на более низкий уровень,
чем это есть на самом деле. Например, автоматизация планово-экономических
расчетов не менее сложная подсистема, чем подсистема АСУ горными работами.
Причем она должна быть связана не только с горными работами, но и с рядом других
подсистем рудника и комбината.
На основании изложенного нами предлагается
совершенствование автоматизированной подсистемы управления горными работами (АСУ
горными работами) на основе технологий нового поколения. Объектами подсистемы управления
горными работами являются недра, карьер как совокупность горно-транспортных
выработок, горно-транспортное оборудование и все процессы, связанные с
функционированием и изменением этих объектов. Именно разработку АСУ
горными работами, включающей средства информационного обеспечения
состояния ее составных частей, производственного учета, средств выполнения
типовых технологических расчетов и принятия решений по оптимальному или
рациональному ведению горных работ. АСУ горными работами должна стать ядром или
базой развития АСУ рудником.
Для развития подсистемы управления горными работами необходимо
использовать нетривиальные решения, которые базируются на следующей идее.
Промышленная подсистема управления
горными работами должна строиться на объединении задач информационного
обеспечения и задач принятия решений. В качестве основы информационного
обеспечения должен быть первичный производственный учет и контроль производства
с последующей интеграцией первичных данных к любому требуемому виду. Выделяя задачи
первичного учета и контроля горного производства как основные
составляющие информационного обеспечения принятия решений, мы предлагаем
функционально структуру подсистемы АСУ горными работами построить из двух
взаимосвязанных частей:
·
оперативный учет
и оперативное управление горными работами.
·
автоматизированная
подготовка горного производства;
Каждая из перечисленных частей делится
на ряд более мелких для реализации основных функций учета, контроля и
управления горными работами, как показано на рис.1.
Автоматизация подготовки Оперативные учет и управление
горного производства горными работами
1.
Геологическое
обеспечение 1.
Автоматический учет работы гор-
2.
Маркшейдерское
обеспечение ного и
транспортного оборудования
3.
Автоматизация
планирования 2. Оперативное
управление работой
a. Перспективное планирование горно-транспортного оборудования
b. Квартальное планирование 3.
Формирование и ведение базы
c. Месячное планирование данных учётной информации
d. Оперативное планирование 4.
Другие сервисные функции
i. месячно-недельное
ii. недельно-суточное
iii. суточно-сменное
Рис.1. Структура автоматизированной подсистемы управления
горными работами
Автоматизация перечисленных функций
наиболее полно охватывает основные регламентируемые задачи управления горными
работами в карьере. Организационно их выполнение будет осуществляться
действующими службами: геологическим, маркшейдерским, техническим и
производственным отделами рудоуправления. Новых функций работникам этих отделов
по внедрении автоматизированной подсистемы управления горными работами не
добавляется. Дополнительные специфические функции, связанные с сопровождением
автоматизированной подсистемы, будут осуществляться существующим на комбинате
подразделением – цехом АСУ. В связи с расширением АСУ комбинатом и на рудник,
возможно, пересмотреть и изменить ее статус и структуру, чтобы обеспечить присутствие
специалистов цеха на руднике или обеспечить двойное подчинение ее
рудоуправлению и отделу АСУ комбината
при последующем развитии АСУ рудником.
В результате анализа и обобщения существующих подходов
предлагается следующий вариант развития АСУ горными работами. Он строится на
основе системы автоматического сбора первичной производственной информации при
помощи диспетчерской системы фирмы Wenco и взаимодействии с ней автоматизированного
геолого-маркшейдерского обеспечения и планирования горных работ. Фирма Wenco является лидером в области диспетчерских систем для карьеров и ее системы
являются надежными и экономически эффективными. Но главное заключается в другом – возможности Wenco значительно выше диспетчерской системы. Ее
программно-аппаратное обеспечение позволяет создать развитую информационную
инфраструктуру рудника, что обеспечивает условия для эффективного использования
другой части АСУ горными работами – автоматизацией геолого-маркшейдерского
обеспечения и планирования горных работ, а также остальных подсистем АСУ
рудником. С другой стороны, данные геологического и маркшейдерского учета,
планы горных работ используются системой Wenco для внутрисменного управления горно-транспортным
оборудованием.
Достаточно сказать, что практически на всех западных
горных предприятиях установлены диспетчерские системы Wenco или подобные ей. В настоящее время выпускаются
улучшенные бортовые компьютеры Wenco, имеющие
плоские дисплеи в кабинах мобильного оборудования, позволяющие их машинистам
взаимодействовать с диспетчером. Наличие в составе системы Wenco модуля оперативного управления горно-транспортными
работами позволяет эффективно управлять качеством руды в карьере.
Другие решения,
основанные на неавтоматическом первичном учете производства, не могут
сравниться по эффективности с Wenco. По
материалам внедрения системы Wenco на зарубежных предприятиях окупаемость такой
дорогой системы составляет 1,5 – 3 года, что является высоким показателем
эффективности. Кроме того, при создании АСУ горными работами и интеграции ее в
АСУ рудником необходимо создание информационно-коммуникационной структуры на
руднике, которая требует выделения немалых средств, которые изначально заложены
в систему Wenco.
Рассмотрим, какие же средства имеются у системы Wenco для создания информационной и
коммуникационной среды, в рамках которой будет
развиваться подсистема АСУ горными работами в частности и АСУ-рудник в целом. Фирма
Wenco предлагает готовое решение для реализации полного
комплекса автоматических функций оперативного учета и управления
горно-транспортным оборудованием в карьере. Развитая информационная структура
диспетчерской системы Wenco позволяет
принять ее за основу построения и развития подсистемы АСУ горными работами, а система
беспроводной сети и спутникового позиционирования позволяет вести учет и
оперативное управление подвижным горным оборудованием в карьере, количество
которого для условий ГОКов Кривбасса приближается
к сотне.
Создание мощной информационной базы первичных данных
учетной информации, функционирующей в автоматическом режиме, создает условия
для эффективного и надежного применения задач автоматизированного планирования
горных работ, оперативного подсчета запасов и маркшейдерского обслуживания
горных работ за счет использования актуальных фактических данных производства. Использование
фактических данных системы Wenco другими
подсистемами АСУ-рудник создает основу для создания подсистемы документооборота
и отчетности рудника, а также разработки подсистем автоматизации
планово-экономических расчетов, энергетической, механической службы рудника и
других подсистем АСУ-рудник.
Схема рекомендуемой инфраструктуры АСУ горными
работами приведена на рис.2. Основу структуры составляет автоматическая
диспетчерская система фирмы Wenco. В
результате ее функционирования автоматически без участия человека формируется
база данных о работе всего горно-транспортного оборудования в карьере. Наличие
средств GPS на мобильном оборудовании позволяет получать данные
не только об объемах выполненных работ, но и об их положении в карьере. При
этом достигается высокая точность позиционирования всех подвижных объектов (2-
Рис.2. Структурная схема АСУ горными работами
рудника
затрат на создание структуры первичного учета
для автоматизации системы документооборота войдет в ее стоимость.
После внедрения системы Wenco
начинается этап совершенствования задач
геолого-маркшейдерского обеспечения и планирования горных работ. В результате
их функционирования осуществляется наполнение баз данных геологического,
маркшейдерского и технологического моделирования, которые используются в
задачах планирования горных работ. Ввиду значительной стоимости системы Wenco ее также можно внедрять в два-три этапа. На первом
этапе устанавливается стационарное оборудование и
бортовые компьютеры на активной части мобильного оборудования. Для условий
ГОКов Кривбасса, имеющих в работе около 30-50 экскаваторов в карьере, 10-20
экскаваторов на отвалах, 30-50 автосамосвалов, 30-40 буровых станков
единовременное оснащение такого количества мобильного оборудования при цене
бортового компьютера около 10 тыс.$ требует существенных капитальных затрат.
Поэтому бортовые компьютеры целесообразно устанавливать не сразу на всем
мобильном оборудовании, а по частям. Например, на отвальном оборудовании их
можно устанавливать в последнюю очередь, а в начале пользоваться информацией по
транспортным средствам, работающим на эти отвальные экскаваторы.
Несомненным достоинством предлагаемого решения
является то, что одновременно с созданием автоматической системы учета будет
создана программно-аппаратная инфраструктура сетевых и информационных ресурсов,
укрупненная схема которой представлена на рис.3. При разработке и внедрении АСУ
горными работами, основанной на других подходах затраты на создание
инфраструктуры и первичного учета производства в отдельности будут больше.
Как видно из рисунка, информационные, программные и
аппаратные ресурсы системы Wenco будут
использоваться комплексно сначала в подсистеме управления горными работами, а в
последствии и всем рудником. Для этого в составе программного обеспечения Wenco имеются средства пользователя, предоставляющие доступ
к базе первичных учетных и интегрированных данных, к отчетам и запросам к базе
данных. Через эти средства первичные данные производственного учета будут
дополнены первичными маркшейдерскими и геологическими данными, нормативными
справочниками по горным работам. Все они будут использоваться для обеспечения
учета, планирования и проектирования горных работ. Таким образом, в результате
внедрения предлагаемого проекта будет создана законченная промышленная
подсистема АСУ горными работами, имеющая способность к расширению до АСУ
рудником. При существенном развитии АСУ рудником и накопления больших объемов
горно-геологической, экономической и другой информации, сервер базы данных WencoDB может быть дополнен еще одним сервером базы данных.
Это будет необходимо в случае повышенного трафика на сервере WencoDB.
Для снижения величины одновременно вкладываемых
средств необходимо проанализировать варианты с поэтапным оснащением мобильного оборудова-
Рис.3. Информационная и коммуникационная инфраструктура подсистемы управления
горными работами рудника ГОКов Кривбасса
ния бортовыми компьютерами и, как следствие,
распределением вложений на два – три года. Точно также следует подходить и к
задачам геолого-маркшейдерского обеспечения и автоматизации планирования горных
работ. Внедрение каждой части подсистемы является только началом ее
функционирования. Только после определенного периода эксплуатации начнется накопление
первичных и интегрированных данных, которые будут использоваться другими
частями подсистемы. Единовременное внедрение всех частей сразу приведет к
ожиданию готовности обеспечивающих частей и, тем самым, заморозит на некоторое
время отдачу вложенных средств. Заявления и требования о том, что проект можно
внедрить сразу и в более короткие сроки, является рискованным, поскольку
требуют затрат времени поставки оборудования, наполнения баз данных первичной
информацией, наладки и стыковки разных частей подсистемы. Кроме того,
внедряется крупный проект, требующий взаимодействия большого количества
исполнителей, что может привести к некоторым задержкам и трудностям по
организационным причинам.
Эффективность внедрения подсистемы управления горными
работами складывается из эффективности ее составляющих – т.е. автоматического
учета горного производства и оперативного управления горными работами Wenco, геолого-маркшейдерского обеспечения и планирования
горных работ, сопровождения АСУ горными работами и разработки документооборота.
Согласно данным Wenco применение автоматической диспетчерской системы
позволяет получить следующие показатели:
Автоматизированное диспетчирование повышает
производительность горного и транспортного оборудования на 6-15%.
Управление качеством руды позволяет стабилизировать
показатели качества руды и повышает извлечение металлов при переработке на
0.5-2.0%.
Мониторинг эксплуатации двигателей автосамосвалов способствует правильному режиму эксплуатации
и увеличивает срок службы на 5-12 %.
Мониторинг обслуживания оборудования способствует
контролю и учету всех ремонтных работ и повышает коэффициент использования
оборудования на 10-17%.
Контроль загрузки автосамосвалов позволяет устранить
«недогрузы» и «перегрузы» автосамосвалов и повышает повышает
уровень их загрузки на 5-12%.
Контроль расхода топлива на автосамосвалах позволяет
снизить расход топлива на 1-2%.
Мониторинг эксплуатации шин контролирует параметры эксплуатации шин, что позволяет снизить
расход шин на 1-3 %.
В целом окупаемость такой системы за рубежом
составляет 1.5-2 года, учитывая «славянский фактор» примем 2-3 года, что
соответствует экономическому эффекту порядка 400-450 тыс. $ в год.
По автоматизированному геолого-маркшейдерскому
обеспечению экономический эффект достигается за счет сокращения сроков
подготовки данных для подсчета запасов, повышения точности и достоверности
оперативного подсчета запасов, полной автоматизации обработки маркшейдерской
съемки горных работ в карьере, повышения точности определения объемов вынутой
горной массы. Расчетный экономический эффект от внедрения этой части АСУ
горными работами по ранее выполненным разработкам составляет 600 тыс. $ в год.
Экономический эффект от внедрения автоматизированного
планирования горных работ складывается из частных эффектов проектирования
буровзрывных работ, оперативного, месячного, квартального и перспективного
планирования горных работ. По автоматизированному планированию горных работ
эффективность внедрения достигается за счет полной автоматизации проектирования
буровзврывных работ, соблюдения технологической дисциплины проектирования и
сокращения объемов бурения и взрывания на 2-3,5 % за счет максимального
соответствия фактических данных паспортным. Внедрение
оперативного планирования горных работ позволяет достичь оптимального
соотношения сортов руд в шихте и, тем самым, повысить эффективность обогащения
руды. Расчетные снижения колебаний содержания железа в
потоку руды составляют 0,3-0,5% относительных.
Внедрение текущего планирования горных работ позволяет выравнивать нагрузки на
экскаваторы, работающие в режиме усреднения руды, в течение года. Внедрение
перспективного планирования горных работ позволяет набирать сбалансированные
планы по объемам добычи руды и вскрышных пород при заданном технологами уровне
прироста подготовленных и готовых к выемке запасов. Суммарный расчетный
экономический эффект на основании выполненных ранее работ составляет 500 тыс. $
в год.
Литература
1.
Ю.Е. Капутин.
Информационные технологии планирования горных работ (для горных инженеров) –
СПб.: «Недра», 2004 – 424 с.: ил.
Сведения
об авторах
Коробко Валентин Николаевич
Криворожский технический университет, зав. кафедрой
моделирования и программного обеспечения, профессор, докт. техн. наук.
Шамрай Елена Владимировна
Криворожский технический университет, преподаватель
каф. моделирования и
программного обеспечения.
ул. XXII партсъезда ,
E-mail science @ ktu.edu.ua