СИСТЕМА ЗАГРУЗКИ СОСТАВА
TRAIN LOADING SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе загрузки состава для погрузки добытого материала на состав при проведении горнодобывающих работ.
Предпосылки изобретения
Известно, что для проведения горнодобывающих работ, например на карьерном участке, предусмотрено оборудование для загрузки состава, предназначенное для облегчения загрузки материала в специальные составы для транспортировки материала с помощью операторов отгрузки составов.
Как правило, руду перемещают конвейером из реклаймера в промежуточный бункер, и руда подается из промежуточного бункера в вагоны состава при непрерывном движении состава под бункером. Расход потока руды из промежуточного бункера регулируется открытием и закрытием створчатого затвора.
Из соображений стоимости крайне нежелательно останавливать реклаймер до окончания штабеля или останавливать состав во время загрузки. С целью обеспечения беспрерывной загрузки состава желательно поддерживать уровень промежуточного бункера ближе к определенному уровню, поскольку при пустом бункере потребуется остановка состава, а при полном бункере потребуется остановка реклаймера. Однако расход потока руды из реклаймера сильно варьируется, и, следовательно, скорость заполнения промежуточного бункера и уровень бункера также варьируются.
Поскольку каждый вагон проходит под промежуточным бункером, затвор должен открываться и закрываться в правильное время в соответствии с положением вагона относительно затвора и при правильном положении открытия затвора («раскрыва»). Регулировка раскрыва затвора определяет расход потока руды через затвор, когда он открыт, и поэтому регулировку раскрыва следует выполнять в соответствии со скоростью состава. Для установки уровня бункера оператор регулирует расход потока руды из промежуточного бункера путем регулировки вручную скорости состава и раскрыва затвора удаленно в режиме реального времени.
Однако такая схема управления загрузкой состава громоздка, неэффективна и подвержена ошибкам.
Сущность изобретения
Следует понимать, что в настоящем описании горнодобывающие работы означают любую операцию или приспособление, связанные с добычей, обработкой, переработкой и/или транспортировкой насыпных грузов в среде добычи ресурсов, или часть такого процесса, например, участки добычи, железнодорожные пути, портовые средства и связанную с ними инфраструктуру.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предоставляется система загрузки состава для погрузки материала в вагоны состава, при этом система содержит:
реклаймер, выполненный с возможностью забора материала для загрузки в состав из штабеля материала с некоторым расходом при заборе;
промежуточный бункер, выполненный с возможностью приема материала из реклаймера и подачи материала в вагоны состава, который движется под промежуточным бункером, при этом промежуточный бункер содержит затвор с регулируемым положением раскрыва для изменения расхода выходного потока материала из промежуточного бункера и, следовательно, расхода при загрузке материала в состав, при этом положение раскрыва затвора зависит от скорости состава таким образом, что увеличение скорости состава влечет за собой положение затвора, при котором раскрыв увеличивается, и, следовательно, увеличивается расход при загрузке состава, а уменьшение скорости состава влечет за собой положение затвора, при котором раскрыв уменьшается, и, следовательно, уменьшается расход при загрузке состава;
компонент с прямой связью, выполненный с возможностью определения скорости состава с учетом прямой связи на основе расхода при заборе, причем скорость состава с учетом прямой связи используется для установки скорости состава; и
компонент с обратной связью, выполненный с возможностью изменения скорости состава с учетом прямой связи на основе количества материала в промежуточном бункере;
в результате чего обеспечивается поддержание количества материала в промежуточном бункере на таком уровне, который позволяет избежать остановки реклаймера или остановки состава из-за уровня материала в промежуточном бункере.
В одном варианте осуществления компонент с прямой связью выполнен с возможностью определения скорости состава с учетом прямой связи в соответствии со следующим отношением между расходом при заборе и скоростью состава:
Расход при заборе = P * Скорость,
где Скорость – скорость состава, Расход при заборе – расход при заборе реклаймера, и P – коэффициент пропорциональности.
В одном варианте осуществления компонент с прямой связью содержит по меньшей мере один фильтр, выполненный с возможностью фильтрации расхода при заборе, например, с использованием по меньшей мере одного низкочастотного фильтра.
В одном варианте осуществления компонент с прямой связью содержит компонент инициализации, выполненный с возможностью инициализации компонента с прямой связью для обеспечения плавного перехода, когда система загрузки состава переключается из ручного режима в автоматический режим. Компонент инициализации может быть выполнен с возможностью инициализации компонента с прямой связью с инициализацией значения расхода при заборе, определенного на основе предыдущего значения скорости состава.
В одном варианте осуществления система содержит автоматические весы, выполненные с возможностью измерения расхода при заборе из реклаймера.
В одном варианте осуществления компонент с обратной связью выполнен с возможностью изменения скорости состава с учетом прямой связи на основе разницы между количеством материала в промежуточном бункере и целевым уровнем бункера, указывающим определенное количество материала в промежуточном бункере, при этом положительная разница между количеством материала в промежуточном бункере и целевым уровнем бункера приводит к тому, что компонент с обратной связью положительно изменяет скорость состава с учетом прямой связи и, таким образом, увеличивает расход при загрузке состава и уменьшает количество материала в промежуточном бункере, а отрицательная разница между количеством материала в промежуточном бункере и целевым уровнем бункера приводит к тому, что компонент с обратной связью отрицательно изменяет скорость состава с учетом прямой связи и, таким образом, уменьшает расход при загрузке и увеличивает количество материала в промежуточном бункере.
Система может содержать датчик уровня бункера, выполненный с возможностью предоставления информации, указывающей количество материала в промежуточном бункере.
В одном варианте осуществления компонент с обратной связью выполнен с возможностью выдачи значения ошибки уровня бункера, указывающего разницу между количеством материала в промежуточном бункере и целевым уровнем бункера, и компонент с обратной связью содержит дискретный регулятор пропорционально-интегрального типа, выполненный с возможностью выдачи ошибки скорости состава на основе значения ошибки уровня бункера, причем ошибка скорости состава применяется к скорости состава с учетом прямой связи для изменения скорости состава с учетом прямой связи.
В одном варианте осуществления дискретный регулятор пропорционально-интегрального типа выполнен с возможностью работы в соответствии со следующим уравнением:
i-1
i-1
i-1
CntrllrOut = Sat(CntrllrOut) + Kp(error - error) + Ki(t - t) error (4),
где
i-1
CntrllrOut – выходной сигнал контроллера, вычисленный в последний раз контроллером 54 с обратной связью, причем выходной сигнал контроллера соответствует значению ошибки скорости состава с учетом обратной связи, которое объединено со значением прямой связи, определенным контроллером 52 с прямой связью;
ошибка – ошибка уровня бункера, вычисленная путем вычитания целевого уровня 80 бункера из измеренного уровня 82 бункера;
i-1
ошибка – предыдущая ошибка уровня бункера, вычисленная в последний раз контроллером 54 с обратной связью;
t – время [с];
i-1
t – время с момента последнего вычисления контроллером 54 с обратной связью;
Kp – пропорциональная составляющая = 0,0032 [км/(т⋅ч)]; и
Ki – интегральная составляющая = 1,5873 E-05 [(с⋅км)/т⋅ч].
В одном варианте осуществления система выполнена с возможностью применения насыщения таким образом, что количество изменения относительно скорости состава ограничено.
В одном варианте осуществления система выполнена с возможностью применения множителя обратной связи таким образом, что количество изменения относительно скорости состава ограничено. Множитель обратной связи может составлять приблизительно 15%.
В одном варианте осуществления скорость состава с учетом прямой связи, используемая для установки скорости состава, применяется к составу один раз на вагон состава, например при каждом переходе между соседними вагонами под промежуточным бункером.
В одном варианте осуществления система выполнена с возможностью увеличения количества материала в промежуточном бункере до перехода реклаймера между штабелями материала.
В одном варианте осуществления система выполнена с возможностью увеличения количества материала в промежуточном бункере до перехода реклаймера между штабелями материала за счет снижения скорости состава и, следовательно, уменьшения расхода при загрузке из промежуточного бункера.
В одном варианте осуществления система выполнена с возможностью увеличения количества материала в промежуточном бункере до перехода реклаймера между штабелями материала за счет повышения целевого уровня бункера, тем самым отрицательно увеличивая разницу между количеством материала в промежуточном бункере и целевым уровнем бункера, снижая скорость состава и уменьшая расход при загрузке из промежуточного бункера.
В одном варианте осуществления система выполнена с возможностью увеличения количества материала в промежуточном бункере до перехода реклаймера между штабелями материала за раз с учетом количества материала, оставшегося в штабеле материала.
В одном варианте осуществления система выполнена с возможностью повышения целевого уровня бункера с учетом типа штабеля материала.
В одном варианте осуществления система выполнена с возможностью определения положения раскрыва затвора согласно следующим уравнениям:
Базовый раскрыв = Текущий раскрыв - F(Текущая скорость),
где F(Текущая скорость) – функция скорости состава, использующая текущую скорость состава для x, определяемая как:
1
2
2
F(x) = kx+ kx,
1 и
2
при этом k k являются константами на основе анализа фактических данных отгрузки;
и
Новый раскрыв = Базовый раскрыв + F(Новая скорость),
где F(Новая скорость) – функция F(x), использующая новую скорость состава для x, вычисленная контроллером скорости состава.
В одном варианте осуществления система выполнена таким образом, что увеличение скорости состава осуществляется с задержкой на один вагон.
В одном варианте осуществления система выполнена таким образом, что уменьшение скорости состава применяется к вагону немедленно.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения, предоставляется способ загрузки материала в вагоны состава при проведении горнодобывающих работ, при этом способ включает:
забор материала для погрузки в состав из штабеля материала с некоторым расходом при заборе;
прием материала из реклаймера в промежуточный бункер и подачу материала из промежуточного бункера в вагоны состава, который движется под промежуточным бункером, при этом промежуточный бункер содержит затвор с регулируемым положением раскрыва для изменения расхода выходного потока материала из промежуточного бункера и, следовательно, расхода при загрузке материала в состав, при этом положение раскрыва затвора зависит от скорости состава таким образом, что увеличение скорости состава влечет за собой положение затвора, при котором раскрыв увеличивается, и, следовательно, увеличивается расход при загрузке состава, а уменьшение скорости состава влечет за собой положение затвора, при котором раскрыв уменьшается, и, следовательно, уменьшается расход при загрузке состава;
определение скорости состава с учетом прямой связи на основе расхода при заборе, причем скорость состава с учетом прямой связи используют для установки скорости состава; и
изменение скорости состава с учетом прямой связи на основе количества материала в промежуточном бункере;
в результате чего обеспечивается поддержание количества материала в промежуточном бункере на таком уровне, который позволяет избежать остановки реклаймера или остановки состава из-за уровня материала в промежуточном бункере.
Краткое описание графических материалов
Настоящее изобретение будет описано далее исключительно в качестве примера со ссылкой на прилагаемые графические материалы, на которых:
на фиг. 1 представлено схематическое перспективное изображение системы загрузки состава согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 2 представлена блок-схема компонентов управления системы загрузки состава, показанной на фиг. 1;
на фиг. 3 представлена блок-схема, иллюстрирующая функциональные компоненты контроллера скорости состава системы загрузки состава, показанной на фиг. 1 и 2;
на фиг. 4 показана кривая, иллюстрирующая отношение между скоростью состава и расходом при загрузке состава, и кривая, иллюстрирующая отношение между скоростью состава и временем загрузки состава в системе загрузки состава, показанной на фиг. 1–3;
на фиг. 5 показана кривая, иллюстрирующая измеренный расход при заборе и фильтрованный расход при заборе; и
на фиг. 6 показаны кривые, иллюстрирующие отношение между целевым уровнем промежуточного бункера и измеренным уровнем промежуточного бункера, кривая, иллюстрирующая ошибку между целевым уровнем промежуточного бункера и измеренным уровнем промежуточного бункера, и кривая, иллюстрирующая насыщенный выходной сигнал контроллера и ответный сигнал обратной связи.
Описание варианта осуществления настоящего изобретения
Вариант осуществления системы загрузки состава здесь будет описан со ссылкой на горнодобывающие работы, проводимые на карьерных участках, хотя будет понятно, что в предусмотрены и другие горнодобывающие работы, при которых происходят операции по загрузке состава.
Пример системы 10 загрузки состава схематически показан на фиг. 1.
Система 10 загрузки состава содержит реклаймер 12, который забирает материал, в данном примере руду, из штабеля материала, и транспортер 14, выполненный с возможностью транспортировки забираемой руды в промежуточный бункер 16. Расход потока руды из реклаймера 12 измеряется в этом примере автоматическими весами 18, обычно расположенными на расстоянии 100–500 м от промежуточного бункера 16. Во время загрузки состава руда подается из промежуточного бункера 16 в вагоны 22 состава 20 при непрерывном движении состава под промежуточным бункером 16 в направлении стрелки 24. Расход потока руды из промежуточного бункера 16 регулируется открытием и закрытием створчатого затвора (не показан).
Желательно поддерживать количество руды в промежуточном бункере 16 на определенном частично полном уровне, поскольку при пустом бункере потребуется остановить состав, а при слишком высоко заполненном бункере потребуется остановить реклаймер 12. Оба эти обстоятельства крайне нежелательны по соображениям стоимости.
На фиг. 2 изображены компоненты 30 управления системы 10 загрузки состава. Использование компонентов 30 управления обеспечивает возможность поддержания уровня бункера на достаточном, частично полном уровне, который позволяет избежать ситуаций с пустым или полным бункером, и, следовательно, избежать ситуации остановки реклаймера.
Компоненты 30 управления содержат устройство измерения расхода потока реклаймера, в этом примере автоматические весы 18, выполненные с возможностью измерения расхода потока руды из реклаймера 12; датчик 34 уровня бункера, выполненный с возможностью измерения уровня руды в промежуточном бункере 16; целевое значение 35 бункера, которое определяет желаемый промежуточный уровень 16 бункера; и контроллер 36 скорости состава, который определяет отрегулированную скорость 38 состава и отрегулированное положение 40 раскрыва затвора на основе измеренного расхода потока реклаймера, целевого уровня 35 бункера и измеренного уровня промежуточного бункера.
Расход руды, загружаемой в вагоны 22 состава 20, существенно ограничен расходом потока реклаймера, поскольку расход потока реклаймера определяет скорость заполнения промежуточного бункера 16, и, следовательно, необходимый расход выходного потока руды из промежуточного бункера 16 с целью поддержания желаемого уровня заполнения промежуточного бункера 16. Если состав загружается с расходом, постоянно превышающим расход при заборе, бункер опустеет. Если состав загружается с расходом, который постоянно меньше расхода при заборе, бункер заполнится. Расход при загрузке состава определяется расходом выходного потока руды, и расход выходного потока руды можно контролировать путем регулирования скорости состава 20, поскольку скорость состава непосредственно определяет положение затвора, необходимое для надлежащего заполнения вагонов 22 состава 20.
Как показано на графике 58 на фиг. 4, кривая 60 расхода при загрузке показывает, что расход при загрузке вагона 22 состава 20 прямо пропорционален скорости состава, и кривая 62 времени загрузки указывает, что время загрузки вагона 22 также прямо пропорционально скорости состава.
Наряду с тем, что расход при загрузке фактически определяется положением затвора промежуточного бункера 16, расход при загрузке вагона 22 может считаться прямо пропорциональным скорости состава, поскольку более высокая скорость состава требует более высокого расхода потока, и, следовательно, более открытого положения затвора для заполнения вагона состава.
Следующее уравнение представляет отношение между расходом при загрузке (расходом выходного потока руды из промежуточного бункера) и скоростью состава.
Расход на выходе = P * Скорость     (1),
где Скорость – это скорость состава, Расход на выходе – требуемый расход при загрузке вагона с целью получения полного вагона, когда состав движется со Скоростью, и P – коэффициент пропорциональности.
Коэффициент пропорциональности P может быть вычислен следующим образом.
Если предполагается, что вагон 22 поезда 20 в заполненном состоянии выдерживает 120 т, а длина вагона 22 составляет 10 м, то для заполнения вагона 22 в вагон 22 должно быть загружено 12 т/м. Если скорость вагона 22 составляет 0,8 км/ч (0,222 м/с), необходимый расход при загрузке составит 12 т/м x 0,222 м/с = 2,667 т/с. Это дает коэффициент пропорциональности P 2,667/0,8 = 3,3 т⋅ч/с⋅км.
Используя отношение, контроллер 36 скорости состава способен устанавливать скорость состава «с учетом прямой связи», которая подходит для текущего расхода потока реклаймера, поскольку можно предположить, что расход потока реклаймера также прямо пропорционален скорости состава, если уровень бункера остается постоянным.
Расход при заборе = P * Скорость    (2).
Во время испытания расход на выходе из промежуточного бункера 16 был определен с использованием известных скоростей составов для семи различных составов. Уровень промежуточного бункера был приблизительно выровнен с использованием разницы между расходом на выходе из бункера и расходом на входе реклаймера во время загрузки составов. Было обнаружено, что измеренный уровень бункера наиболее точно согласуется с коэффициентом пропорциональности P, составляющим 3,25, а не с коэффициентом пропорциональности P, составляющим 3,3, определенным с помощью уравнения (1), приведенного выше.
Контроллер 36 скорости состава выполнен с возможностью выдачи значения скорости состава с учетом прямой связи на основе отношения между расходом потока реклаймера и скоростью состава, определенной в уравнении (2) выше.
Определение скорости состава, необходимое для измеренного расхода при заборе, включает пропорциональность между минимизацией изменений скорости и поддержанием стабильного уровня бункера.
Если расход потока в промежуточный бункер 16 не точно равен расходу потока, выходящего из промежуточного бункера 16, небольшие ошибки в контроллере, определяющем скорость состава, могут накапливаться с течением времени и привести к нежелательному уровню бункера. Следовательно, с целью поддержания уровня бункера на желаемом уровне, обеспечивается жесткая обратная связь для определенной скорости состава путем определения ошибки скорости состава, применяемой к прямой связи, определенной скоростью состава. Ошибка скорости состава вычисляется путем определения ошибки между измеренным уровнем бункера и целевым уровнем 35 бункера.
Таким образом, автоматизация скорости состава достигается с использованием 2 компонентов контроллера 36 скорости состава: компонента управления с прямой связью, который определяет скорость состава с учетом прямой связи, используя отношение скорости состава к расходу при заборе, определенное в уравнении (2) выше; и компонента управления с обратной связью, который регулирует определенную скорость состава с учетом прямой связи, используя ошибку скорости состава, вычисленную с использованием ошибки, определенной между измеренным уровнем бункера и целевым уровнем 35 бункера.
Со ссылкой на фиг. 3 функциональные компоненты 50 контроллера 36 скорости состава показаны более подробно.
Компоненты 50 контроллера скорости состава содержат контроллер 52 с прямой связью и контроллер 54 с обратной связью, которые вместе производят выходной сигнал 56 скорости состава, используемый для установки скорости состава. Контроллер 52 с прямой связью и контроллер 54 с обратной связью выполнены с возможностью вычисления соответствующего значения скорости состава с учетом прямой связи и значения ошибки скорости состава для каждого вагона 22 состава.
Контроллер 52 с прямой связью принимает измеренный расход 64 при заборе от автоматических весов 18. Однако, поскольку измеренное значение расхода при заборе сильно варьируется, измеренный расход при заборе подвергается фильтрации с использованием по меньшей мере одного низкочастотного фильтра 66. В этом примере использованы два каскадных 240 с низкочастотных фильтра с коэффициентом усиления 1, которые определены следующим уравнением.
(3)
1
2
1
2
где K=K=1, и τ= τ=240 с.
Фильтрованное значение расхода при заборе используется вычислительным устройством 68, определяющим скорость состава, для вычисления значения скорости состава с учетом прямой связи на основе уравнения (2) выше.
На фиг. 5 показаны примерные кривые 130 расхода при заборе, которые включают кривую 132 измеренного расхода при заборе и кривую 134 фильтрованного расхода при заборе. Фильтрованный расход при заборе обеспечивает усредненное значение времени для измеренного расхода при заборе, так что высокая вариативность измеренного расхода при заборе не переходит на значение скорости состава с учетом прямой связи, используемое для установки скорости состава.
Контроллер 52 с прямой связью также содержит компоненты инициализации, которые содержат компонент 70 задержки и вычислительное устройство 72 для инициализации расхода при заборе. Целью компонентов инициализации является инициализация контроллера 52 с прямой связью и обеспечение плавного перехода, когда система 10 загрузки состава переключается из ручного режима в автоматический режим.
Когда система переключается в автоматический режим, низкочастотные фильтры 66 инициализируются значением расхода при заборе с инициализацией, которое было вычислено с помощью уравнения (2) на основе предыдущего самого последнего измеренного значения скорости состава. Это представлено компонентом 70 задержки.
Например, в примере, представленном кривыми на фиг. 5, система 10 находится в ручном режиме на 400 секунде и переключается в автоматический режим на 401 секунде. До переключения в автоматический режим, на 400 секунде измеренная скорость состава была 0,75 км/ч. На основе этого значения для скорости состава инициализация значения расхода при заборе вычисляется с использованием уравнения (2), как 0,75 x 3,25 = 2,4375 т/с.
Контроллер 54 с обратной связью принимает значение для целевого уровня 35 бункера, представляющее желаемый уровень бункера, чтобы избежать ситуации опустошения бункера или переполнения бункера, и измеренное значение для текущего уровня 82 бункера. Целевой уровень 35 бункера и измеренное значение для текущего уровня 82 бункера сопоставляются с помощью вычислительного устройства 84, определяющего ошибку уровня бункера, для получения значения ошибки уровня бункера. Значение ошибки уровня бункера используется дискретным регулятором пропорционально-интегрального типа для изменения скорости состава с учетом прямой связи, а, значит, также изменения уровня бункера до значения, приближенного к целевому уровню бункера (поскольку расход при загрузке состава также изменится с изменением скорости состава).
Дискретный регулятор пропорционально-интегрального типа контроллера 54 с обратной связью работает в соответствии со следующим уравнением.
i-1
i-1
i-1
CntrllrOut = Sat(CntrllrOut) + Kp(error - error) + Ki(t - t) error (4),
где
i-1
CntrllrOut – выходной сигнал контроллера, вычисленный в последний раз контроллером 54 с обратной связью, причем выходной сигнал контроллера соответствует значению ошибки скорости состава с учетом обратной связи, которое объединено со значением прямой связи, определенным контроллером 52 с прямой связью;
ошибка – ошибка уровня бункера, вычисленная путем вычитания целевого уровня 80 бункера из измеренного уровня 82 бункера;
i-1
ошибка – предыдущая ошибка уровня бункера, вычисленная в последний раз контроллером 54 с обратной связью;
t – время [с];
i-1
t – время с момента последнего вычисления контроллером 54 с обратной связью;
Kp – пропорциональная составляющая = 0,0032 [км/(т⋅ч)]; и
Ki – интегральная составляющая = 1,5873 E-05 [(с⋅км)/т⋅ч].
i-1
i-1
i-1
Как показано на фиг. 3, контроллер 54 с обратной связью содержит сумматор 86, который суммирует выходной сигнал компонента 88 зависящей от времени ошибки, соответствующий составляющей Ki(t - t) error уравнения (4) выше, выходной сигнал компонента 90 расхождения ошибки, соответствующий составляющей Kp(error - error) уравнения (4) выше, и насыщенный выходной сигнал контроллера, вычисленный в последний раз контроллером 54 с обратной связью, соответствующий составляющей Sat(CntrllrOut) уравнения (4) выше.
Компонент 90 расхождения ошибки содержит компонент 94 задержки ошибки, вычислительное устройство 96, определяющее изменение ошибки, которое вычисляет разницу между текущей ошибкой уровня бункера и ошибкой уровня бункера, вычисленной ранее вычислительным устройством 84, определяющим ошибку, и пропорциональную составляющую-константу Kp 98, которая применяется к вычисленному значению расхождения ошибки уровня бункера, вычисленному с помощью вычислительного устройства 96, определяющего изменение ошибки.
Выходной сигнал сумматора 86 насыщается компонентом 100 насыщения обратной связи, чтобы избежать интегрального насыщения, причем компонент 100 насыщения обратной связи определяет минимальное значение насыщенной обратной связи, составляющее -0,85 км/ч, и максимальное значение насыщенной обратной связи, составляющее 0,85 км/ч.
Контроллер 54 с обратной связью регулирует степень воздействия значения насыщенной обратной связи на выходной сигнал 56 скорости состава, путем применения константы 102 для обратной связи к значению насыщенной обратной связи. В этом примере константа 102 для обратной связи установлена на 15%, и, следовательно, максимальное изменение скорости составляет: +/-0,85 x 0,15 = +/-0,13 км/ч.
Значение ошибки скорости состава, созданное контроллером 52 с прямой связью, добавляют к значению скорости состава с учетом прямой связи, созданному с помощью вычислительного устройства 68, определяющего скорость состава, на сумматоре 104, чтобы обеспечить степень коррекции ошибки относительно значения скорости состава с учетом прямой связи, и результат насыщается компонентом 106 насыщения скорости, причем компонент 106 насыщения скорости определяет минимальное значение насыщенной скорости, составляющее 0,45 км/ч, и максимальное значение насыщенной скорости, составляющее 0,85 км/ч.
Гистерезис 0,05 и квантование 0,025 затем применяются компонентом 108 квантования к значению насыщенной скорости, полученному компонентом 106 насыщения скорости.
После гистерезиса и квантования полученный выходной сигнал 56 скорости состава используется для установки скорости состава.
В настоящем варианте осуществления контроллер 36 скорости состава внедрен с использованием программируемого логического контроллера (PLC), хотя будет понятно, что в рассмотрении учтены и другие реализации.
Изменения скорости вычисляют постоянно, но в настоящем варианте осуществления применяют к составу только один раз на вагон, в настоящем варианте осуществления при переходах между вагонами 22 под промежуточным бункером 16.
Используя вышеупомянутую методологию, скорость состава непрерывно контролируется во время забора материала в штабеле с учетом текущего расхода при заборе и ошибки между текущим измеренным уровнем бункера и целевым уровнем бункера.
Следует понимать, однако, что некоторые сбои в расходе при заборе во время загрузки неизбежны, например, когда реклаймер передвигается между завершенным штабелем материала и новым штабелем материала.
Смены штабеля останавливают реклаймер 12 на 3–15 минут, а остановка состава для соответствия этому крайне нежелательна из соображений эффективности и стоимости.
Чтобы избежать ситуации, при которой промежуточный бункер 16 опустошается до заполнения вагона 22 из-за перехода между штабелями, что потребует остановки состава 20, желательно уменьшить скорость состава 20 и изменить положение затвора в соответствии со скоростью состава, чтобы состав заполнялся медленнее и медленнее снижался уровень бункера. Посредством вмешательства и увеличения целевого уровня бункера скорость состава будет автоматически уменьшена контроллером 54 с обратной связью системы 10 регулирования состава, так что расход выходного потока руды уменьшится. Следовательно, чтобы подготовить промежуточный бункер 16 для следующей смены штабеля, что вызовет снижение скорости заполнения промежуточного бункера, до перехода между штабелями может быть повышен целевой уровень бункера, чтобы вызвать увеличение количества материала в промежуточном бункере 16 для компенсации будущей смены штабеля, при которой реклаймер 12 и транспортер 14 доставляют меньше материала в промежуточный бункер 16.
На фиг. 6 показаны кривые 140, представляющие работу контроллера 54 обратной связи. Кривые 140 включают кривую 142 целевого уровня бункера, представляющую целевой уровень бункера, установленный контроллером 36 скорости состава; кривую 144 измеренного уровня бункера, представляющую фактический уровень материала в промежуточном бункере 16; кривую 146 ошибки уровня бункера, представляющую выходной сигнал ошибки уровня бункера, с помощью вычислительного устройства 84 контроллера 54 с обратной связью, то есть разницу между фактическим уровнем бункера и целевым уровнем бункера; кривую 148 насыщенного выходного сигнала контроллера, представляющую насыщенный выходной сигнал, созданный компонентом 100 насыщения контроллера с обратной связью; и кривую 150 ошибки скорости состава, представляющую значение ошибки скорость состава, созданную контроллером 54 с обратной связью и используемую контроллером 36 скорости состава для регулирования скорости состава.
Как показано с помощью кривой 142 целевого уровня бункера, целевой уровень бункера повышается до смены штабеля, что приводит к тому, что ошибка уровня бункера немедленно увеличивается в амплитуде (отрицательно), как показано с помощью кривой 146 ошибки уровня бункера. Отрицательное увеличение ошибки уровня бункера приводит к тому, что система предполагает, что промежуточный бункер опустошается, вследствие чего значение скорости состава при выходном сигнале 56 скорости состава уменьшается, расход при загрузке уменьшается, а уровень материала в промежуточном бункере 16 увеличивается, как показано на участке 152 кривой 144 измеренного уровня бункера. Когда происходит смена штабеля и эффект последующего уменьшенного расхода при заборе достигнет промежуточного бункера 16, уровень материала в промежуточном бункере будет снижен, как показано на участке 154 кривой 144 измеренного уровня бункера. После того как был осуществлен переход между штабелями, и эффект последующего увеличенного расхода при заборе достиг промежуточного бункера 16, даже если целевой уровень бункера был снижен, уровень материала в промежуточном бункере все-таки будет увеличиваться, как показано на участке 156 кривой 144 измеренного уровня бункера, поскольку разница между текущим уровнем бункера и целевым уровнем бункера остается отрицательной. Как показано с помощью кривой 144 на участке 158 измеренного уровня бункера, во время забора штабеля уровень бункера с помощью контроллера 36 скорости состава сохраняется приближенным к целевому уровню бункера.
Как показано с помощью кривой 148 насыщенного выходного сигнала контроллера и с помощью кривой 150 значения ошибки скорости состава, значение ошибки скорости состава перемещается между максимальным значением увеличения скорости состава, составляющим приблизительно 0,13 км/ч, и максимальным значением уменьшения скорости состава, составляющим приблизительно 0,13 км/ч, в зависимости от того, выше или ниже целевого уровня бункера текущий уровень бункера.
Изменения скорости вычисляют постоянно, но применяют один раз на вагон. Следовательно, повышение целевого уровня бункера до уровня выше текущего уровня бункера вызывает уменьшение скорости состава до максимального уменьшения, составляющего 0,13 км/ч на вагон, что приводит к увеличению уровня материала в промежуточном бункере при подготовке к смене штабеля, таким образом, снижая вероятность того, что промежуточный бункер будет опустошен во время смены штабеля, что потребует остановки состава 20.
Время, необходимое для поднятия целевого уровня бункера, определяется путем мониторинга количества материала в текущем штабеле согласно следующему уравнению.
Оставшееся время = Оставшиеся тонны штабеля / (3,25 * Скорость состава) (6),
где Оставшееся время – оценка оставшегося времени до полного забора текущего штабеля, Оставшиеся тонны штабеля – количество тонн материала, оставшегося в текущем штабеле, и Скорость состава – текущая скорость состава.
Когда оставшееся время опустится ниже определенного значения времени запуска, контроллер 36 скорости состава вызывает повышение целевого уровня бункера.
Значение времени запуска и значение поднятого целевого уровня бункера может быть установлено в соответствии с типом штабеля, например таким образом, чтобы для некоторых штабелей целевой уровень бункера повышался раньше, чем для других, и до другого целевого уровня бункера. Например, в таблице 1 ниже показан пример времени запуска и целевых уровней бункера для различных переходов между штабелями.
Таблица 1
Смена штабеля
Время запуска (мин)
Целевой уровень бункера (т)
От штабеля 2 к 3
8
+250
От штабеля 3 к 4
15
+350
От штабеля 4 к 2
3
+150
Время, необходимое для понижения целевого уровня бункера, определяется соответствующим персоналом на площадке и приблизительно совпадает с возобновлением подачи руды в промежуточный бункер после смены штабеля.
В конце состава, если текущее количество материала в промежуточном бункере 16 является достаточным для завершения загрузки, скорость состава должна быть установлена на постоянную исходную скорость, и все управление отключено. Как следствие, загрузка состава будет завершена при постоянном расходе, пока оператор не введет новую исходную скорость. Без отключенного управления состав будет замедляться до минимальной скорости без необходимости, так как промежуточный бункер опустошается.
Оптимальное управление раскрывом затвора при загрузке состава является комплексным. Однако следует понимать, что поскольку скорость состава варьируется, требования к раскрыву также варьируются, так что увеличение скорости состава должно также увеличить раскрыв (то есть затвор открывается более широко), что позволит увеличить расход потока в ответ на сниженное время, имеющееся для загрузки вагона 22 состава.
В системе 10 загрузки состава используется простое отношение между скоростью состава и раскрывом для определения регулировки раскрыва, без попытки обеспечения автоматического управления для таких изменений, как тип продукта, свойства потока или плотность материала.
Когда включено автоматическое управление раскрывом, система вычисляет «базовый раскрыв», который соответствует первоначальной регулировке раскрыва.
Базовый раскрыв = Текущий раскрыв - F(Текущая скорость) (7),
где F(Текущая скорость) – функция скорости состава, использующая текущую скорость состава для x, определяется следующим образом.
1
2
2
F(x) = kx+ kx        (8),
1 и
2
и при этом k k являются константами на основе анализа фактических данных отгрузки.
Система 10 загрузки состава затем вычисляет новое значение раскрыва для каждого изменения в скорости состава, вычисленного контроллером 36 скорости состава, согласно следующему уравнению.
Новый раскрыв = Базовый раскрыв + F(Новая скорость)  (9),
где F(Новая скорость) – вышеуказанная функция (8), использующая новую скорость состава для x, вычисленная контроллером 36 скорости состава.
Однако следует понимать, что оператор может осуществлять дополнительную регулировку базового раскрыва, например, из-за изменений типа продукта, свойств потока материала или плотности.
Изменения раскрыва синхронизируются с изменениями скорости состава и применяются при переходе между вагонами 22 состава 20.
Реакция скорости вагона 22 состава на увеличение скорости состава 20 варьируется в зависимости от положения вагона 22 в составе. В целом, тем не менее, можно предположить, что вагон 22 достигнет скорости состава в пределах времени, которое затрачивается для загрузки одного вагона 22. По этой причине изменения раскрыва в ответ на увеличение скорости состава осуществляются с задержкой на один вагон.
Реакция скорости вагона 22 состава на уменьшение скорости состава 20 является более быстрой и более однородной, поскольку вагоны имеют тормоза, которые используются для их замедления. Следовательно, изменения раскрыва в ответ на уменьшение скорости состава применяются немедленно.
Вышеприведенная функция F(x) в уравнении (8) реализована в настоящем варианте осуществления в виде справочной таблицы с генератором функций в коде PLC, хотя будет понятно, что предусмотрены другие варианты.
Необходимо понимать, что, если в данном документе делается ссылка на какую-либо публикацию из уровня техники, то такая ссылка не означает признания того, что эта публикация образует часть общедоступных известных знаний в данной области техники в Австралии или любой другой стране.
В следующей формуле изобретения и предшествующем описании настоящего изобретения, за исключением случаев, когда контекст требует иного в силу явно выраженных формулировок или необходимого логического вывода, слово «содержать» или его варианты, такие как «содержит» или «содержащий», употребляются во включающем смысле, т.е. для указания наличия заявленных признаков, но не для исключения наличия или добавления дополнительных признаков в различных вариантах осуществления настоящего изобретения.
Модификации и изменения, которые могут быть очевидны специалисту в данной области, находятся в пределах объема настоящего изобретения.