Системы управления горнотранспортных комплексов

В.Н. Мачулов, директор по стратегическому развитию ООО «Модулар Майнинг Системс Евразия»

В зависимости от решаемых задач, системы управления горнотранспортными комплексами, которые предлагаются в настоящее время для российских горнодобывающих предприятий условно можно разделить на следующие классы:

  • системы спутникового мониторинга;
  • системы контроля и учета;
  • системы интеллектуального управления;
  • системы безоператорных перевозок.

Системы спутникового мониторинга

Системы данного класса в настоящее время представлены на рынке наиболее широко. Примеры отечественных систем спутникового мониторинга – СКАУТ, НАВИС, «АвтоГРАФ», Omnicomm (Омникомм) и др. Данные системы изначально разрабатывались для мониторинга работы грузового автотранспорта и транспорта, используемого в пассажирских перевозках.

Поскольку системы этого класса позволяют решать проблемы контроля потребления топлива и предотвращения его хищения, а это актуальный вопрос для отечественных горнодобывающих предприятий, то системы такого уровня находят широкое применение на небольших и средних горнодобывающих предприятиях России.

Основное преимущество развертывания систем спутникового мониторинга состоит в их дешевизне и простоте внедрения на предприятиях, так как задействуется минимальное количество дополнительного оборудования. Данные, как правило, передаются через широко распространенные сети сотовой связи GSM.Пример развертывания системы спутникового мониторинга с использованием системы компании Omnicomm (Россия)

Пример развертывания системы спутникового мониторинга с использованием системы компании Omnicomm (Россия)

К недостаткам следует отнести: ограниченные возможности и недостаточный функционал этих систем при их использовании для управления горнодобывающими комплексами; низкая информационная точность получаемой информации; односторонняя связь схемы работы – «горнодобывающее оборудование – система»; недостаточная надежность работы оборудования в условиях горного производства; низкая пропускная способность передачи информации сетей стандарта GSM. С помощью встроенных навигационных приемников, принимающих сигналы спутников ГЛОНАСС/GPS, в системе получают координаты местонахождения транспортного средства и в режиме реального времени передают их в диспетчерский центр. Помимо координат, так же передаются показания датчиков уровня топлива и других подключаемых внешних датчиков и устройств. При этом в качестве инфраструктуры связи и канала передачи информации используются, как правило, сети GSM.

Роль диспетчерского персонала предприятий при работе с такими системами сводится в основном к «ручному» сбору различной статистической информации по работе карьерного и вспомогательного горного оборудования: объемы, рейсы, фиксация простоев оборудования и другое.

Основной экономический эффект от использования систем спутникового мониторинга достигается в основном благодаря контролю потребления топлива. Какого-то значительного влияния на рост производительности работы горнотранспортных комплексов горнодобывающих предприятий системы такого уровня не оказывают, т.к. они изначально создавались под решение задач ограниченного мониторинга работы только автотранспорта, а имеющиеся экскаваторные мощности горнодобывающих предприятий в данных системах, как правило, не задействованы.

Системы контроля и учета

Системы контроля и учета работы горного оборудования специально разрабатывались для работы именно в условиях горного производства. К примерам систем такого класса, используемых отечественными горнодобывающими предприятиями, относятся: система «КАРЬЕР», созданная ОАО «ВИСТ Групп» и Автоматизированная система диспетчеризации (АСД) – ООО «Союзтехноком». Обе системы изначально создавались, как системы мониторинга работы большегрузного карьерного автотранспорта и вспомогательного горного оборудования. В качестве инфраструктуры связи и канала передачи информации в них уже используются, как правило, более скоростные, чем сети стандарта GSM, разворачиваемые отдельно радиосети передачи данных на основе технологий УКВ, WiFi. Дополнительно используются специализированные комплексы навесного оборудования, монтируемые на горнодобывающей технике.

Применяется расширенный набор датчиков специального назначения, устанавливаемый на горное оборудование: датчики контроля давления в шинах, уровня топлива, веса, наклона и другие.

Значительный производственный и экономический эффект, получаемый от внедрения таких систем на отечественных горнодобывающих предприятиях, в основном достигается на первоначальном этапе их использования. Он формируется за счет следующих факторов: получения объективной информации по технологическим процессам и операциям работы карьеров и разрезов; оперативного контроля в режиме реального времени за потреблением топлива; снижения «приписок» в объемах выполняемых работ и пробеге самосвалов; получения информации по режимам работы горного оборудования; повышения технологической дисциплины в работе производственного персонала и другого. Системы контроля и учета позволяют достаточно быстро и эффективно решить присущие отечественным горнодобывающим предприятиям проблемы.Структурная схема системы диспечеризации «КАРЬЕР» (ОАО «ВИСТ Групп»)

Структурная схема системы диспечеризации «КАРЬЕР» (ОАО «ВИСТ Групп»)

Управление работой горнотранспортных комплексов в таких системах осуществляется производственно-диспетчерским персоналом предприятий в так называемом «ручном» режиме управления, с постоянным визуальным контролем над протекающими производственными процессами, с использованием стандартных средств радиосвязи по схеме – «указания диспетчера – оператор горной техники, сообщения оператора – диспетчер».

В дальнейшем при использовании систем учета и контроля рост экономической и производственной эффективности от их применения на отечественных горнодобывающих предприятиях, как правило, замедляется, поскольку имеющиеся резервы по снижению неэффективной работы горнотранспортных комплексов при «ручном» режиме управления исчерпываются на начальном этапе их использования. Просто фиксируя факты совершения событий, таких как простои горного оборудования, некачественные характеристики получаемого продукта на местах разгрузки, факты разгрузки в недопустимых местах и т.д. – и на основе этих статистических данных получив аналитическую отчетность о причинах, приведших к данным событиям, производственно-управленческий персонал предприятия может лишь в «ручном» режиме управления процессами пытаться не допустить повторения аналогичных ситуаций в дальнейшем. Но горное производство – это динамические, постоянно меняющиеся процессы, а ситуация, сложившаяся при ведении горных работ в данной смене, не обязательно будет повторяться в последующем. Системы контроля и учета – это системы с «запаздывающей» реакцией на происходящие процессы в работе горнотранспортных комплексов предприятий.Примерное размещение датчиков и вычислителя на борту самосвала БЕЛАЗ в организации АСД (ЗАО «Союзтехноком»)

Примерное размещение датчиков и вычислителя на борту самосвала БЕЛАЗ в организации АСД (ЗАО «Союзтехноком»)

Отличительной особенностью систем учета и контроля также является неэффективное использование в них возможностей оптимизационных моделей и интеллектуального управления горнотранспортными комплексами горнодобывающих предприятий. Режим «ручного» управления работой горнодобывающего оборудования в таких системах становится основным. Модуль интеллектуального управления загрузкой имеющихся добычных мощностей предприятия и оптимизации транспортных грузопотоков не является ключевым звеном в Cистемах учета и контроля.Картографический модуль системы «КАРЬЕР», позволяющей визуализировать мобильные объекты и данные о их работе

Картографический модуль системы «КАРЬЕР», позволяющей визуализировать мобильные объекты и данные о их работе

Пример визуального контроля схемы транспортных циклов, отображающей транспортные потоки, очереди на погрузке и разгрузке и другое

Пример визуального контроля схемы транспортных циклов, отображающей транспортные потоки, очереди на погрузке и разгрузке и другое

В настоящее время среди отечественных горнодобывающих предприятий, использующих системы учета и контроля, нет предприятий, в которых большинство задействованного парка горнодобывающей техники работало бы с использованием технологий интеллектуального управления.

Системы интеллектуального управления

Системы интеллектуального управления, созданные в начале 1980-х годов в западной горнодобывающей индустрии, изначально создавались как системы именно автоматизированного управления работой горного оборудования больших горнотранспортных комплексов, с максимально возможной минимизацией влияния так называемого «человеческого фактора» на их работу.

Наряду с мониторингом работы горнодобывающего оборудования, присущим системам контроля и учета, основное назначение систем такого класса – получение непрерывного, постоянного роста производительности работы горнотранспортных комплексов, за счет применения высокоэффективных математических моделей автоматизированного управления добычей и распределением транспортных потоков в карьерах (разрезах) для получения максимально возможной загрузки парка горной техники компании. Примерами систем такого класса, используемых в настоящее время отечественными горнодобывающими предприятиями – системы компании Modular Mining Systems (США), и Wenco International Mining Systems (Канада).Сценарии работы Систем контроля и учета и Системы интеллектуального управления

Сценарии работы Систем контроля и учета и Системы интеллектуального управления

Системы данных компаний занимают более 90% от всех используемых в мире систем автоматизированной диспетчеризации горнотранспортных комплексов карьеров. За более чем 30 летний период работы с крупнейшими мировыми горнодобывающими компаниями компании Modular Mining Systems и Wenco International Mining Systems приобрели огромный опыт использования технологий интеллектуального управления для повышения роста производительности работы горнодобывающего оборудования.

В системах данного класса понятие «ручной» режим управления работой горнодобывающего оборудования является вторичным, не основным. В каждый момент времени система самостоятельно постоянно анализирует сложившуюся ситуацию в карьере и принимает решения по эффективной загрузке имеющихся добычных мощностей предприятия. Как правило, в таких системах большая часть парка горнотранспортного оборудования работает в интеллектуальном режиме «свободного цикла», без прикрепления карьерных самосвалов к экскаваторам. К основной задаче систем такого класса относится максимально возможная в конкретных условиях работы карьера (разреза) экономически выгодная загрузка добычных мощностей предприятий без вмешательства производственно-управленческого персонала. При этом достигается минимизация простоев экскаваторного оборудования при минимизации простоев парка карьерных самосвалов, обеспечивающих транспортировку добываемого сырья с наименьшими при этом производственными затратами.Системы интеллектуального управления имеют интеграцию с другими системами автоматизированного управления горного предприятия

Системы интеллектуального управления имеют интеграцию с другими системами автоматизированного управления горного предприятия

Кардинально изменяется роль производственно-управленческого персонала. Диспетчер указывает системе производственные показатели, которые необходимо достичь в работе смены. Исходя из этого, система самостоятельно управляет работой горнотранспортных комплексов.

Каждая единица горнодобывающей техники получает задание на смену согласно задаваемой оптимизационной модели работы карьера (разреза). В дальнейшем система контролирует ход выполнения запланированных заданий, информируя производственно-диспетчерский персонал о ходе выполнения заданий (отклонениях от заданных производственных показателей, отклонение от оптимальных маршрутов движения или прибытие на промежуточные точки маршрутов, опозданиях на выполнение следующего действия в циклах работы горного оборудования и другие). Дополнительно в системах данного уровня задействованы следующие факторы, также приводящие к росту производительности: автоматизированное управление качеством получаемого продукта (смешивание (шихтование) с оптимизацией грузопотоков); оптимизация проведения пересмен, обеденных и технологических перерывов, заправок, «подкачки», «протяжки» и другого.

Системы интеллектуального управления имеют сквозную интеграцию с другими системами автоматизированного управления горного предприятия (система планирования горных работ, фабрика, система управления ресурсами предприятия (ERP), геолого-маркшейдерская система и т.д.).Соотношение эффективности применения Систем контроля и учета и Систем интеллектуального управления в зависимости от парка используемых карьерных самосвалов

За счет вышеперечисленных факторов и достигается тот эффект непрерывного, постоянного роста производительности горнотранспортных комплексов, который получают отечественные горнодобывающие компании, использующие системы данного класса. Практические результаты работы горнотранспортных комплексов данных компаний показывают, что первоначальный рост производительности при использовании систем интеллектуального управления составляет от 8 до 15%, с дальнейшим ежегодным ростом производительности за счет правильного использования возможностей систем – до 40%.

На примере компании Modular данные показатели подтверждаются разницей между проводимыми замерами производительности работы горнотранспортных комплексов до внедрения системы интеллектуального управления на горнодобывающих предприятиях и после ее внедрения.Пример настройки необходимых производственных показателей работы горнотранспортного комплекса в Cистеме интеллектуального управления IntelliMine DISPATCH® компании Modular Mining Systems

Пример настройки необходимых производственных показателей работы горнотранспортного комплекса в Cистеме интеллектуального управления IntelliMine DISPATCH® компании Modular Mining Systems

Можно выделить два подхода при выборе систем диспетчеризации горнотранспортных комплексов, применяемых российскими горнодобывающими компаниями:

1. Прямой анализ парка горной техники, с учетом перспективы его увеличения.

2. Анализ существующих проблем, которые может устранить система и эффект от ее внедрения.

Практический опыт компании Modular Mining Systems по использованию интеллектуальных систем диспетчеризации российскими компаниями позволяет отобразить в виде таблицы эффективность применения разных подходов в зависимости от задействованного парка горного оборудования.

Системы безоператорных перевозок

В настоящее время наибольший эффект в достижении максимального роста производительности работы горнотранспортных комплексов обеспечивают системы интеллектуального управления с использованием автономных (безоператорных) режимов работы горнодобывающего оборудования.

Удорожание горной техники при переходе на роботизированные машины быстро компенсируется достигаемым ростом их производительности. Средняя скорость движения автономных карьерных самосвалов практически вдвое выше, чем управляемых человеком. Кроме того, снижается количество и тяжесть аварий из-за «человеческого» фактора, исключаются производственный травматизм и профессиональные заболевания. Резко повышается безопасность ведения горных работ.Принципиальная схема Системы безоператорных перевозок

Принципиальная схема Системы безоператорных перевозок

Использование роботизированных самосвалов, как считают специалисты, позволит значительно снизить производственные издержки компаний горнодобывающей отрасли.

Компания Modular Mining Systems в настоящее время лидер в реализации идеи, так называемых «безлюдных» горных технологий. Разработанная компанией система управления «FrontRunner», позволяет карьерным самосвалам работать без водителей. Система постоянно анализирует и запоминает существующий рельеф дорожной сети рудника, а затем находит оптимальные пути доставки груза к местам разгрузки, принимая во внимание самые разнообразные факторы работы интеллектуальной системы управления горнотранспортными комплексами IntelliMine DISPATCH®, также разработанной компанией Modular.

Сейчас компания участвует в крупнейшем стратегическом проекте мировой горнодобывающей промышленности, в котором впервые в мире осуществляется крупномасштабное коммерческое развертывание технологии AHS (Autonomous Haulage System – Система Автономной Перевозки). Согласно соглашению между компаниями Komatsu и Rio Tinto, 150 самосвалов, будут введены в эксплуатацию на рудниках крупнейшей мировой горнодобывающей компании Rio Tinto к концу 2015 г. Рудники, в рамках программы «Mine of the Future» (Рудник будущего), получат парк полностью автономных самосвалов Komatsu 930E-AT. Созданием самосвалов Komatsu с системой «FrontRunner» было еще раз продемонстрировано умение применять передовые технологии для удовлетворения потребностей заказчиков во всем мире.Роботизированный самосвал Komatsu 930E-AT

Роботизированный самосвал Komatsu 930E-AT

На апрель 2012 года уже было включено в работу 27 роботизированных самосвалов. Наработка машин составила более 200 тыс. часов при условиях безостановочной работы техники 24 часа в сутки и семь дней в неделю. Было перевезено более 200 млн т сырья. Число транспортных циклов превысило более 500 тыс. Происшествий при работе автономных самосвалов за время эксплуатации не было. Были достигнуты высокая стабильная производительность и качество работы горнодобывающей техники. Снизились затраты на ремонты и техническое обслуживание карьерной техники, значительно возрос коэффициент использования горнодобывающего оборудования.

www.mmsi.com • www.modularmining.ru

Ключевые слова: системы управления, горнодобывающих, мониторинг, горнотранспортные

Журнал "Горная Промышленность" №6 (111) 2013, стр.88