День шахтёра 2020
отмечаем здесь

Цифровой двойник больших ПТС

В промышленности применяются различные поточно-транспортные системы (ПТС), в том числе содержащие сотни конвейеров, бункеров, дозаторов, питателей, шиберов и т.д. Такие системы имеют разветвленную схему с изменяемыми маршрутами транспортировки материалов, причём транспортировка материалов различных типов может происходить через одни и те же конвейерные линии в разные временные промежутки.

поточно-транспортные системы
Фото: kedu.ru

От операторов таких ПТС требуется решать множество задач, среди которых точное соблюдение планов поставки материалов потребителям с исключением переполнения и осушения бункеров, создание запасов материалов для временного отключения конвейеров на техническое обслуживание и т.п.

На практике зачастую встречаются ситуации, когда необходима оперативная корректировка расписания подачи материалов.

В первую очередь это вызвано внеплановыми остановками конвейерных линий из-за отказов оборудования и тем, что потребность в поставке материалов может изменяться в режиме реального времени.

Помощь оператору в быстром изменении/корректировке расписания подачи материалов на конвейеры и переключении потоков может оказать цифровой двойник ПТС основанный на математическом моделировании процесса перемещения материалов.

С помощью цифрового двойника ПТС решаются следующие задачи:

  • составление расписания подачи и переключения потоков материалов, а также мониторинг его соблюдения;
  • отслеживание запасов материалов в местах их накопления (склады, бункеры, и т.п.) и сигнализация о возможном истощении запасов до критического уровня с учетом текущего запаса и количества материала, движущегося по конвейеру к месту накопления;
  • визуализация состояния ПТС с указанием работающих, остановленных и аварийных элементов ПТС и параметров их работы (скорость, производительность, масса материала и т.п.);
  • сигнализация об отклонениях в работе элементов ПТС (угроза смешения материалов, отклонения в маршруте движения, несоответствие массы отгруженного и поступившего материала и т.п.).

Рассмотрим подробнее, каким образом создаётся и используется цифровой двойник ПТС.

Исходными данными для построения математической модели являются схема ПТС (порядок следования конвейеров, описание входов, выходов, шиберов и т.п.), скорости движения конвейеров, производительность питателей и дозаторов, протяженность конвейеров, объемы бункеров, критические уровни запасов материала в местах накопления.

Для составления расписания подачи материалов и переключения шиберов в модель заносится информация о потреблении материалов из бункеров, требуемой продолжительности «окон», текущем состоянии элементов ПТС (рабочее состояние, остановлен на обслуживание или ремонт, авария).

На системном уровне математическая модель содержит каждый из элементов ПТС с учётом их взаимосвязей и параметров. Типовые модели элементов ПТС реализованы на основе передаточных функций и транспортных задержек. Пример модели ПТС приведен на рис. 1.

Рисунок 1. Фрагмент модели ПТС
Рисунок 1. Фрагмент модели ПТС

По результатам расчёта модели оператору предлагается оптимальный вариант расписания, позволяющий поддерживать запасы в местах накопления в допустимых границах бесконечно долго, либо с указанием предельного возможного времени работы до истощения запасов в одном из мест накопления.

В случае изменения планов отгрузки материалов потребителям или в аварийных ситуациях расписание может быть перестроено в автоматическом режиме с учетом текущего распределения материалов по ПТС и наличия запасов материалов в местах накопления. Пример расчёта приведенной ранее ПТС показан на рис. 2.

Рисунок 2(б). Пример расчета расписания подачи материлов (а) и колебания массы в бункерах (б)
Рисунок 2(а). Пример расчета расписания подачи материлов (а) и колебания массы в бункерах (б)
Рисунок 2(б). Пример расчета расписания подачи материлов (а) и колебания массы в бункерах (б)
Рисунок 2(б). Пример расчета расписания подачи материлов (а) и колебания массы в бункерах (б)

Информация о текущем состоянии ПТС, параметрах работы конвейеров, отклонениях от расписания подачи и уровни запасов материалов в местах накопления представляется оператору посредством человеко-машинного интерфейса с возможностями цветовой и звуковой индикации, изменения размеров элементов в зависимости от загрузки и т.п.

Таким образом, цифровой двойник способен уменьшать влияние человеческого фактора на обеспечение непрерывной поставки материалов потребителям в условиях реальной работы ПТС.

Текст: В. Воловиков, ООО «Фабрика Цифровой Трансформации»

Понравился материал? Подпишитесь
на отраслевой дайджест и получайте подборку статей каждый месяц
.

Статья опубликована в журнале Добывающая промышленность №6, 2019

Подпишитесь
на ежемесячный дайджест актуальных тем
для специалистов отрасли.

Исключительно отраслевая тематика. Никакого спама 100%.