Применение интеллектуальных методов при решении сложных задач оперативного управления горным карьером

Ассари Жудиор,
аспирант,

каф. киберн. и мехатрон., РУДН, г. Москва,

В.О. Чинакал,

к.т.н., доц.,

ИПУ РАН, г. Москва

Рассмотрено применение встраиваемых интеллектуальных компонентов (ВИК) для повышения эффективности решения ряда сложных задач оперативного управления (ОУ) процессами разработки горного карьера по добыче полезных ископаемых. Проанализированы задачи проектирования системы водозащиты (СВЗ) карьера, решение которых требует применение ВИК.

The issues of using of the intellectual system to improve the efficiency in the resolution of complex tasks regarding the real time control processes of career development of mining minerals are considered. The tasks according to the control of waterproofs of mine workings by using intellectual tools are analyzed.

Введение

При разработке месторождений полезных ископаемых в горных карьерах необходимо в составе АСУТП карьера предусматривать решение ряда сложных задач оперативного управления, связанных с анализом текущей ситуации на карьере, ранним выявлением критических и нештатных ситуаций и обеспечением безопасности проведения работ. В [1] рассматривалось решение одной из таких типовых задач - задачи управления системой водозащиты карьера с использованием интеллектуальных средств. Применение компьютерных технологий и интеллектуальных средств позволяет более эффективно анализировать текущую ситуацию на управляемом объекте и подготавливать дополнительные технические решения по своевременному изменению состава технических средств управления (ТСУ) и режимов управления.

В данной работе рассмотрено применение интеллектуальных компонентов при решении следующих задач:

· Автоматизация получения сравнительных оценок эффективности работы технических средств управления с учетом изменяющихся параметров объекта и внешней среды;

· Выдвижение и проверка гипотез о возможных причинах изменения характеристик работы ТСУ и СВЗ, включая возможные отказы датчиков, исполнительных средств и других компонентов ТСУ и СВЗ;

· Анализ текущих ситуаций на объекте и прогноз возможного их развития;

· Выработка рекомендаций по изменению состава ТСУ, а также подготовки дополнительных технических решений по наиболее эффективному использованию ТСУ;

· Изменение параметров алгоритмов координированного управления СВЗ с учетом текущей и прогнозируемой ситуации.

1. Оценки эффективности работы ТСУ

Для оценки эффективности работы ТСУ рассмотрим основные особенности работы ТСУ и СВЗ.

Уровень подземных вод меняется в зависимости от приливов и отливов в разные периоды года. Для обеспечения эффективности работы системы водозащиты карьера необходим анализ работы ТСУ, включая наблюдательные и водопонижающие скважины (ВПС), средства водоотлива, а также работу других измерительных приборов и исполнительных устройств. ТСУ требуют не только непрерывного контроля, но и постоянного регулирования. Анализ работы скважин и других ТСУ необходим для контроля процесса осушения, наблюдения за изменением гидрологических условий, обеспечения мониторинга и оценки воздействия на окружающую среду.

Во время эксплуатации карьера часто наблюдаются изменения показателей работы скважин. Притоки подземных вод, откачиваемых из ВПС, распределяются в зависимости от изменения минерализации воды в разных слоях и от продолжительности работы ВПС. Степень минерализации зависит от типа слоев. На объекте существуют два главных слоя: покровная толща и скальные породы. Учитывая, что каждый слой имеет свои характеристики и свойства, для откачки вод используются две группы ВПС:

- ВПС на покровные отложения,

- ВПС на трещиноватые скальные породы.

Характеристики (глубина, производительность, начальный и конечный диаметры) этих двух групп ВПС отличаются в зависимости от развития эксплуатации карьера. ВПС на трещиноватые скальные породы бурятся глубже ВПС на покровные отложения, так как их производительность (150-200 м³/ч) выше производительности ВПС на покровные отложения (50-60 м³/ч). Проведенные исследования показали, что более 50% объема водопритока приходит из подземных вод. За время эксплуатации карьера на покровных толщинах пробурили более 96 скважин, к которым поступало от 2800 м³/ч до 4000 м³/ч. Пик притоков наблюдался на трещиноватых скальных породах, где поступало от 5800 м³/ч до 6500 м³/ч. Всего пробурили 35 скважин с большой производительностью.

2. Анализ текущих ситуаций на объекте и прогноз их развития

Текущая ситуация на объекте постоянно изменяется в зависимости от изменений режима работы и внешних возмущений. Наблюдение за текущим состоянием объекта позволяет принимать решение при возникновении нештатных ситуаций. Согласно исследованиям, система водооткачки позволяет вести разработки без больших потерь ресурсов. Но так как разработка ведется годами, и объект управления находится в сложных гидрогеологических условиях, то можно предположить, что в любой момент разработки возможно изменение режима работы СВЗ из-за возникновения дополнительных внешних возмущений и изменения свойств почвы. Эти изменения могут привести к нарушению работы СВЗ и, соответственно, к большим экономическим потерям.

3. Выдвижение и проверки гипотез о причинах изменения характеристик работы ТСУ

Характеристики работы ТСУ могут меняться по разным причинам, включая технические причины и внешние возмущения. Изменение характеристик работы ТСУ может наблюдаться в разные периоды времени.

Представим различные возможные причины изменений в работе ТСУ в виде дерева (см. рис. 1). Набор типовых возможных причин изменения режима работы ТСУ определяется на основе опыта экспертов геологов, инженеров и гидрологов.

рис. 1

Изменение внешней среды

1.1. Большой приток воды.

1.2. Поднимается уровень реки.

2.1. Изменилась величина минерализации подземных вод.

2.2. Произошло распределение притоков подземных вод.

3.1. Увеличился водоприток в зонах с большой водопроводимостью.

3.2. Уровень воды в насосе не доходит до значения, необходимого для включения откачки.

Изменение конфигурации объекта управления

4. Изменились граничные условия.

5. Изменилась нагрузка на одну группу ВПС.

6. Вся нагрузка перешла на другую группу ВПС.

Нарушение функционирования ТСУ

7. ТСУ вышли из строя.

8. Измерительные устройства не отвечают.

8.1. Сломан фильтр.

8.2. Задержка передачи информации от измерительного устройства.

8.3. Производительность ВПС не соответствует изменению внешних возмущений.

9. Плохо подготавливается передача информации.

9.1. Информация не передается.

9.2. Датчик не отвечает.

Рекомендации по изменению состава ТСУ и параметров алгоритмов управления СВЗ

Изменение состава ТСУ и внешних возмущений уменьшает эффективность работы СВЗ, если система не готова к таким изменениям. Поэтому, для того чтобы СВЗ продолжала эффективно работать, предлагается использовать интеллектуальные средства, с помощью которых оператор сможет получить информацию об изменении характеристик работы ТСУ и получить варианты рекомендаций управления.

Рекомендации разрабатываются в виде продукционных правил на основе существующих базы данных и базы знаний.

рис. 2

Выводы

Применение интеллектуальных компонентов позволяет использовать более сложные и точные методы анализа оперативной ситуации на управляемом объекте, улучшать оценки прогноза ситуаций на разные интервалы времени, давать операторам обоснованные рекомендации по повышению эффективности работы СВЗ, а также уменьшать риски возникновения опасных и аварийных ситуаций в процессе оперативного управления СВЗ.

Литература

1. Ассари Ж., Чинакал В.О. Применение интеллектуальных средств при решении задачи определения опасных направлений при разработке горнорудного карьера / Труды Международной научно-практической конференции «Инженерные системы-2011», (5-8 апреля 2011 г.). - М.: РУДН, 2011. - т. 2. С. 196-203.