Система диспетчеризации большегрузных автосамосвалов «КАРЬЕР» на разрезе «Черниговский»: структура, функциональность, экономическая эффективность

А.Ф.Клебанов, Д.Я.Владимиров, ВИСТ Групп
Л.В.Рыбак, ЗАО «Черниговец»

Ведущее место в горнодобывающей промышленности занимает открытый способ добычи полезных ископаемых, на долю которого приходится около 40% добываемого в России объема угля, 80% железной руды, примерно 75% руд цветных металлов и химического сырья и почти весь объем строительных горных пород.

Современный карьер представляет собой сложное горнотехническое предприятие, оснащенное высокомеханизированными добычными комплексами, обеспечивающими ему большую производственную мощность.

Транспортирование на карьере является важнейшим звеном технологического процесса добычи, а автомобильный транспорт в том или ином виде является непременным видом транспорта на преобладающем большинстве карьеров благодаря своей мобильности, маневренности, приспособленности к изменяющимся условиям залегания месторождения.

Вместе с тем, с глубиной разработки карьеров растут эксплуатационные расходы, а их сокращение является потенциальным резервом повышения эффективности работы разреза, которое состоит в эксплуатации автосамосвалов в оптимальных режимах, достижение чего, в свою очередь, невозможно без широкого применения автоматизированных систем диспетчеризации мобильного автотранспортного оборудования (АСД АТ).

Система «КАРЬЕР» разработана с целью повышения оперативного управления работой большегрузных самосвалов за счет непрерывного обеспечения диспетчерского и управленческого персонала полной информацией о текущем положении и техническом состоянии самосвалов, оснащенных бортовыми комплектами оборудования и находящихся в зоне работы; о количестве сделанных рейсов, перевезенной массе грузов; о расходе топлива и других характеристиках работы транспортных средств, а также увеличения достоверности и повышения оперативности учета и контроля работы персонала и оборудования.

Система «КАРЬЕР» представляет собой информационную систему, которая связывает между собой источники и потребителей информации с помощью каналов передачи информации. В качестве источников информации используются датчики местоположения, скорости и технического и эксплуатационного состояния автосамосвалов и его отдельных узлов и агрегатов, а также актуальная цифровая модель горных работ разреза. Последняя необходима как фон для отображения положения и состояния машин на экране мониторов рабочих мест конечных пользователей системы в нужном масштабе и как основа решения расчетных задач, учитывающих геометрию и топологию дорог и других элементов горных работ.

Потребителями информации являются диспетчерский центр разреза, осуществляющий анализ информации о текущем состоянии и местоположении оборудования, а также другие инженерные службы предприятия, занимающиеся обработкой статистических данных, описывающих реальный режим работы оборудования, нарушения технологического режима и т.п. Диспетчерский центр разреза, оснащенный радиооборудованием, средствами компьютерной техники и программным обеспечением, автоматически принимает и обрабатывает поступающую информацию, а также обеспечивает ее оперативное графическое отображение на терминалах пользователей – диспетчеров и накопление для последующего решения задач учета и анализа.

Обмен данными между диспетчерским центром и мобильными объектами осуществляется посредством передачи цифровых данных с использованием радиомодемов бортовых контроллеров, подключенных к входу автомобильных радиостанций. Данные о местоположении и состоянии самосвалов формируются в ее бортовом контроллере и отсылаются в диспетчерский центр автоматически.

В случае аварийного сбоя работы радиосвязи или ухода самосвала из зоны радиовидимости предусмотрена возможность сохранения телеметрической информации в памяти контроллера и дальнейшей передачи ее с контроллера мобильного объекта через стандартный интерфейс на ноутбук, что позволяет пополнить базу данных диспетчерского центра недостающей информацией.

В диспетчерском центре информация о местоположении и состоянии датчиков (включено/выключено зажигание, загрузка кузова, уровень топлива в баке и т.д.) обрабатывается, архивируется и визуализируется на экране диспетчера в виде условных значков, наложенных на актуальный план горных работ и в виде сводных таблиц. В результате обработки и анализа накопленных данных производится автоматическое составление отчетных документов о работе предприятия, его участков, отдельных машин, персонала.

Функционирование АСД АТ «КАРЬЕР» поддерживается глобальной системой позиционирования (Global Positioning System - GPS), назначение которой состоит в определении с достаточной точностью в реальном масштабе времени положения и скорости любого объекта, работающего в карьере с помощью спутниковой системы навигации, включающей 24 искусственных спутника Земли, оборудованных соответствующей аппаратурой.

Для повышения точности местоположения самосвала в системе используется дифференциальный режим измерений. Дифференциальный режим обеспечивается размещением в пункте с известными координатами опорной станции, в состав которой входит: GPS антенна, антенный кабель, специальный многоканальный приемник спутниковых навигационных GPS сигналов (дифференциальная станция). Антенна дифференциальной станции устанавливается в месте, обеспечивающем прием сигналов от всех видимых в данной точке навигационных спутников.

Дифференциальная станция обрабатывает принятые навигационные спутниковые сигналы и передает их в коммуникационный контроллер. В результате совместной обработки информации о текущих координатах самосвала, полученной бортовым навигационным приемником, и корреляционных поправок с помощью алгоритма дифференциальной коррекции устраняется большая часть систематических ошибок, свойственных автономному режиму, и обеспечивается точность определения местоположения самосвала не хуже 2–5 м.

На структурном уровне система «КАРЬЕР» представляет собой распределенную структуру сбора, обработки, хранения и визуализации информации о местоположении и состоянии самосвалов и включает в себя бортовые комплекты оборудования самосвала; коммуникационную подсистему цифровой радиосвязи диспетчерского центра и самосвала и проводной связи между радиоцентром и диспетчерским центром; подсистему управления каналами радиосвязи (радиоцентр); локальную вычислительную сеть для связи с сервером баз данных разреза и программно-аппаратный комплекс системы (прикладная подсистема).

Структурная схема «КАРЬЕР» приведена на рис. 1.

Бортовой комплект оборудования предназначен для определения местоположения (координаты на местности), скорости и курса движения самосвала, пройденного пути, а также параметров его текущего состояния (вес перевозимой горной массы и количество); передачи цифровой информации о местоположении и состоянии самосвала в диспетчерский центр и получения из него команд, текстовых сообщений и служебной информации; обеспечения водителя средством отображения текущей информации о состоянии самосвала и средством обмена текстовыми сообщениями с диспетчером (индикаторная панель).

Система контроля загрузки обеспечивает равномерную и точную загрузку самосвалов без недогрузок и перегрузок, максимально повышая среднеэксплуатационную производительность самосвалов и обеспечивая им длительный срок службы, тем самым, снижая себестоимость вывозных работ. Для определения степени загрузки самосвала используется методика интегрированного вычисления веса груза по давлению в газо-маслонаполненных амортизаторах подвески, измеренному высокоточными электронными датчиками давления. Для оптимизации работы алгоритма системы контроля загрузки применяется датчик контроля положения грузовой платформы и инклинометр (датчик угла наклона автосамосвала в продольной оси).

Коммуникационная подсистема обеспечивает прием, обработку, накопление и передачу информации в прикладную подсистему. Все эти функции коммуникационной подсистеме обеспечивает аппаратура передачи данных, коммуникационный контроллер, приемник дифференциальных поправок, GPS-антенна, датчик синхронизации и главный контроллер.

Прикладная подсистема обеспечивает сбор, накопление, хранение и архивацию данных о положении и состоянии автосамосвалов, получаемых от коммуникационной подсистемы; визуализацию текущего положения и состояния контролируемых машин на терминалах рабочих мест пользователей; распознавание и обработку определенных событий, их архивацию в базе данных и/или оповещение диспетчера; подготовку и передачу отчетов о работе контролируемых автосамосвалов; подготовку и передачу в базу данных разреза информации, необходимой для проведения отчетности; расчетов различного рода затрат и заработной платы сотрудников.

Прикладная подсистема включает сервер, базу и архив данных, программные интерфейсы с коммуникационной подсистемой, систему планирования горных работ и базу данных разреза, а также рабочие места диспетчеров.

Конструктивно прикладная подсистема состоит из основного и вспомогательного компьютерного оборудования, а также системного и прикладного программного обеспечения, а организационно выделена в форме диспетчерского центра.

Структура диспетчерского центра приведена на рис. 2.

В диспетчерском центре разреза «Черниговский» созданы четыре группы пользователей: Администратор, Диспетчер, Маркшейдер и Пользователь. Для администраторов доступны все функции, для диспетчеров – функции оперативного управления работой автотранспорта и создания отчетов, для маркшейдеров – функции работы с картами и размещения точечных объектов, а для простых пользователей – функции просмотра информации и печати отчетов. Администратор может создавать новые группы пользователей, изменять названия и привилегии и удалять их, а также изменять функциональность рабочих мест.

При использовании системы «КАРЬЕР» диспетчер имеет возможность наблюдать в динамике достоверную картину работы оборудования разреза и принимать оптимальные и оперативные решения по устранению ситуаций, связанных с авариями и простоем оборудования.

Разрез «Черниговский» является одним из крупнейших и молодых угледобывающих предприятий России, находящихся на севере Кузбасса. Его годовой уровень добычи высококачественного угля открытым способом составляет около 4 млн.т .

Ввод в эксплуатацию системы диспетчеризации «КАРЬЕР» на разрезе «Черниговский» производился поэтапно, по мере оснащения самосвалов бортовым комплектом оборудования, ввода в строй радио- и диспетчерского центра, а также обучения персонала и приобретения им навыков и опыта работы с автоматизированной системой управления автомобильным транспортом.

Важнейшим этапом ввода в эксплуатацию системы диспетчеризации является этап ее функционального интегрирования с системами планирования горных работ, управления буровзрывными работами, оптимизации транспортных потоков, системами по обслуживанию и эксплуатации техники, аналитическими и бухгалтерскими системами.

Этот процесс требует детальной проработки совместно со специалистами предприятия в части согласования технических требований и интерфейсов, после чего потребуется разработка дополнительных модулей и тестирование интегрированной системы управления. Работы в этом направлении на разрезе продолжаются и в настоящее время.

Основой для интеграции системы «КАРЬЕР» (например, с АСУ верхнего уровня) служит использование стандартных баз данных и открытость данной системы.

Автоматизированная система диспетчеризации автосамосвалами была внедрена на разрезе «Черниговский» в период с июня 2001 года по апрель 2002 года.

В ходе поэтапного внедрения системы бортовыми комплектами оборудования были оснащены 30 автосамосвалов БелАЗ-7512 и 2 автосамосвала БелАЗ-75131 и введен в эксплуатацию диспетчерский центр.

Основными практическими результатами работы системы «КАРЬЕР» за первые три квартала в 2002 году можно считать возможность оперативного принятия решения в случае отклонения автосамосвалов от нормального режима работы, а также решение проблемы получения достоверной информации о работе автосамосвалов (количество рейсов, расстояние транспортировки, данные о скоростном режиме).

Наличие датчика расхода топлива исключает возможность сокрытия несанкционированного слива и неполной заправки автосамосвала из топливозаправщика.

Для оценки экономической эффективности внедрения системы «КАРЬЕР» были использованы данные по увеличению производительности автосамосвалов, как следствие оперативного управления и контроля за работой транспортного оборудования, экономии горюче-смазочных материалов и так называемой «незаработанной оплаты», как результаты приписки количества рейсов в путевых листах.

Расчеты экономической эффективности показали, что за счет роста производительности автосамосвалов на 4.5% (в сопоставимых с 2001 годом условиях) за первые три квартала 2002 года получено дополнительной товарной продукции на сумму 56.2 млн.руб., в том числе составляющая прибыли достигла 7.5 млн. руб.

При этом условная экономия по фонду заработной платы в результате исключения приписок в размере 5-6% от количества рейсов в путевых листах составила 0,741 млн. руб., а от экономии горюче-смазочных материалов за счет несанкционированного слива и неполной заправки достигла 0.8674 млн. руб.

Таким образом, общая экономия от внедрения системы на разрезе «Черниговский» за первые три квартала 2002 года составила 9.1 млн.руб, а в пересчете на весь год оценивается в сумме 12.15 млн.руб.  

Журнал "Горная Промышленность" №1 2003, стр.