Імітаційне моделювання системи управління гідромоніторним розмивом при свердловинному гідровидобутку корисних копали
Проаналізовано процес та динаміку гідромоніторного розмиву корисних копалин. Розроблено математичну модель процессу як об’єкта керування. Запропоновано систему управління гідромоніторним розмивом за швидкістю розмиву та проведено її імітаційне моделювання. Іл.: 5. Бібліогр.: 3 назв. Проанализированы...
Збережено в:
| Дата: | 2007 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут проблем математичних машин і систем НАН України
2007
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/787 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Імітаційне моделювання системи управління гідромоніторним розмивом при свердловинному гідровидобутку корисних копали / Мельник В.С. // Математичні машини і системи. – 2007. – № 3, 4. – С. 199 – 202. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859796958500093952 |
|---|---|
| author | Мельник, В.С. |
| author_facet | Мельник, В.С. |
| citation_txt | Імітаційне моделювання системи управління гідромоніторним розмивом при свердловинному гідровидобутку корисних копали / Мельник В.С. // Математичні машини і системи. – 2007. – № 3, 4. – С. 199 – 202. |
| collection | DSpace DC |
| description | Проаналізовано процес та динаміку гідромоніторного розмиву корисних копалин. Розроблено математичну модель процессу як об’єкта керування. Запропоновано систему управління гідромоніторним розмивом за швидкістю розмиву та проведено її імітаційне моделювання. Іл.: 5. Бібліогр.: 3 назв.
Проанализированы процесс и динамика гидромониторного размыва полезных ископаемых. Разработана математическаямодель процесса как объекта управления. Предложена система управления гидромониторным размывом за скоростьюразмыва и проведено ее имитационное моделирование. Ил.: 5. Библиогр.: 3 назв.
It is analysed process and dynamics of giant washout of a mineral. The mathematical model of the process as object ofmanagement is designed. It is offered the control system of giant washout after speed of washout and it is conducted its imitationmodeling. Figs.: 5. Refs.: 3 titles.
|
| first_indexed | 2025-12-02T14:09:40Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2007, № 3, 4
199
Рис. 1. Технологічна схема
свердловинного гідровидобутку
УДК 681.51
В.С. МЕЛЬНИК
ІМІТАЦІЙНЕ МОДЕЛЮВАННЯ СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ
ГІДРОМОНІТОРНИМ РОЗМИВОМ ПРИ СВЕРДЛОВИННОМУ ГІДРОВИДОБУТКУ
КОРИСНИХ КОПАЛИН
Abstract: It is analysed process and dynamics of giant washout of a mineral. The mathematical model of the process
as object of management is designed. It is offered the control system of giant washout after speed of washout and it is
conducted its imitation modeling.
Key words: giant washout of a mineral, control system, imitation modeling.
Анотація: Проаналізовано процес та динаміку гідромоніторного розмиву корисних копалин. Розроблено
математичну модель процесу як об’єкта керування. Запропоновано систему управління гідромоніторним
розмивом за швидкістю розмиву та проведено її імітаційне моделювання.
Ключові слова: гідромоніторний розмив, система керування, імітаційне моделювання.
Аннотация: Проанализированы процесс и динамика гидромониторного размыва полезных ископаемых.
Разработана математическая модель процесса как объекта управления. Предложена система управления
гидромониторным размывом за скоростью размыва и проведено ее имитационное моделирование.
Ключевые слова: гидромониторный розмыв, система управления, имитационное моделирование.
1. Вступ
Геологічні особливості залягання порід багатьох корисних копалин (наприклад, цеоліт-смектитових
туфів та зернистих фосфоритів) та їх фізико-механічні властивості дозволяють використовувати для
їх видобутку свердловинну гідротехнологію [1]. В основі свердловинного гідровидобутку лежать такі
основні технологічні операції: руйнування масиву породи корисної копалини високошвидкісним
струменем води, транспортування породи до підйомного механізму (ерліфта, гідроелеватора),
піднімання гідросуміші на поверхню та гідротранспортування корисної копалини до місць наступної
переробки [2]. Спрощена технологічна схема свердловинного гідровидобутку наведена на рис. 1.
Розробка систем автоматичного управління
процесом гідромоніторного розмиву на основі
математичного та імітаційного моделювання процесу є
важливим науково-технічним завданням, вирішення якого
створює наукову базу для практичної реалізації
ефективних систем управління.
Керуючими впливами при гідромоніторному
розмиві є тиск і витрата води, швидкості руху струменя по
стінці вибою, подача секцій телескопічного гідромонітора
в забій. Складність і умови проведення технологічного
процесу підземного гідророзмиву створюють проблеми
оперативного контролю за технологічними параметрами. В існуючих системах керування
гідромонітором здійснюється по часу роботи та консистенції пульпи, що подається на поверхню. В
роботі пропонується здійснювати управління процесом гідромоніторного розмиву на основі
контролю відстані між насадкою гідромонітора і стінкою вибою та швидкості розмиву породи.
Контроль за зміною розмірів камери виймання несе також інформацію про продуктивність процесу
розмиву. Сучасні ультразвукові, акустичні та лазерні дальноміри дають змогу проводити
вимірювання відстані безконтактним способом з високою точністю.
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2007, № 3, 4
200
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
0 50 100 150 200 250 300
t, c
lp , м
Р=0,5 МПа
Р=1,0 МПа
Р=1,5 МПа
Рис. 2. Динаміка руйнування
фосфоритоносної породи
2. Моделювання процесу та системи управління гідромоніторним розмивом
Для побудови математичної моделі об’єкта керування у випадку фосфоритоносної породи
проаналізуємо динаміку її руйнування при дії струменя енергетичної води (рис. 2).
З наведених залежностей видно, що в
початковий момент, при невеликій відстані між
насадкою гідромонітора і стінкою вибою, відбувається
швидке руйнування породи. При зростанні відстані між
ними тиск на стінку вибою падає. Коли тиск на стінку
знижується до критичного, руйнування породи
припиняється і дальність розмиву lp не змінюється.
Наведені на рис. 2 залежності описуються таким
диференційним рівнянням:
=
⋅=+
0
00
)0(
)(),()(
)(
),(
PP
PP
P
P
ll
tPPlKtl
dt
tdl
PlT , (1)
де Pl – дальність розмиву, Р – тиск води в насадці, ( )PlK PO , – коефіцієнт передачі, ( )PlT PO , –
постійна часу, POl – початкова віддаль від насадки до стінки вибою.
Імітаційне моделювання (рис. 3) процесу гідромоніторного розмиву проводилось у пакеті
MatLab/Simulink [3].
Рис. 3. Моделювання процесу гідророзмиву як об’єкта керування
Блоки двохпараметричної апроксимації служать для автоматичного визначення коефіцієнта
передачі К і сталої часу Т, що залежать від параметрів процесу (відстані від насадки до стінки
забою, тиску в насадці, форми та розмірів насадки, фізико-механічних властивостей породи,
середовища руху струменя та ін.) і визначаються із експериментальних даних.
Швидкість розмиву, що забезпечує максимальну продуктивність при мінімальних питомих
витратах енергії та води, встановлюється на основі експериментальних даних. У системі
автоматичного регулювання швидкості розмиву передбачається використовувати поршневий насос
з частотнорегульованим асинхронним приводом та програмований логічний контролер з ПІД-
законом керування. Необхідно також регулювати лінійну швидкість струменя гідромонітора на стінці
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2007, № 3, 4
201
вибою, яка постійно віддаляється, для чого використовуються асинхронний двигун та частотний
перетворювач із системою регулювання.
На структурній схемі системи регулювання (рис. 4), при її імітаційному моделюванні в
Simulink, блоки реалізують такі передавальні функціії: Gain – частотного перетворювача привода
насоса, Gain1 та Gain2 – частотного перетворювача та редуктора привода системи управління
повертанням гідромонітора, Transfer Fcn1, Transfer Fcn3 – асинхронного двигуна, Fcn1 –
поршневого насоса, SubSystem – об’єкта регулювання. Для забезпечення астатизму в систему
введена додаткова інтегруюча ланка Integrator1.
Рис. 4. Структурна схема системи регулювання швидкості розмиву та
швидкості руху струменя по стінці вибою
Перехідні характеристики (рис. 5) зняті при стрибкоподібній зміні завдання швидкості
розмиву з 0 до 0,03 м/с та при настроюваннях ПІД-регулятора швидкості розмиву (блок Controller)
Кп = 30, Кі = 4, Кд = 25, завданні ПІ-регулятора швидкості руху струменя по стінці вибою (блок
Controller1) 0.5 м/с та настроюваннях Кп = 3,3, Кі = 5,75. Пошук настроювань регуляторів
проводився за допомогою блока параметричної оптимізації NCD Outport із бібліотеки Simulink.
Рис. 5. Перехідні характеристики системи: а) по дальності розмиву; б) швидкості розмиву;
в) швидкості руху струменя по стінці вибою
З перехідної характеристики по дальності розмиву видно, що при максимальному тиску 7,5
МПа дальність розмиву (у випадку фосфоритоносної породи) досягне усталеного значення 8,8 м за
350 с. Перехідна характеристика системи регулювання по швидкості розмиву показує, що швидкість
розмиву досягає заданого значення за 4,5 с та утримується незмінною до моменту досягнення
тиском його максимального значення. Лінійна швидкість руху струменя по стінці вибою досягне
заданого значення в 0,5 м/с за 0,5 с, і залишається сталою при зміні радіуса розмиву камери.
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2007, № 3, 4
202
3. Висновки
В результаті дослідження процесу гідромоніторного розмиву породи побудована математична
модель процесу розмиву як об’єкта керування. Розроблена система управління гідромоніторним
розмивом на основі контролю швидкості розмиву породи та контролю швидкості руху струменя по
стінці вибою і проведено її імітаційне моделювання. Результатом моделювання є обґрунтування
алгоритму роботи системи керування та знаходження коефіцієнтів настроювань регуляторів, що є
важливим для практичної реалізації алгоритму на програмованому логічному контролері. Реалізація
даної системи забезпечить високі техніко-економічні показники процесу гідромоніторного розмиву.
Наведена модель процесу розмиву як об’єкта керування може бути використана при проектуванні
екстремальних та гнучких систем управління процесом гідромоніторного розмиву з використанням
адаптивних, самонастроюваних та нечітких методів керування, що дозволить їх використання для
видобутку різних корисних копалин.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Маланчук З.Р. Проблеми та перспективи застосування свердловинної гідротехнології для розвитку
мінерально-сировинної бази Рівненсько-Волинського регіону / З.Р. Маланчук, А.Д. Калько, С.Р. Боблях //
Материалы седьмой международной промышленной конференции. – Славское, 2007. – С. 134–136.
2. Маланчук З.Р. Научные основы скважинной гидротехнологии. – Ровно: РГТУ, 2002. – 372 с.
3. Дьяконов В.П. Matlab 6.5 SP1/7.0 Simulink 5/6. Серия «Библиотека профессионала». – М.: СОЛОН – Пресс,
2005. – 800 с.
Стаття надійшла до редакції 31.08.2007
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-787 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1028-9763 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-02T14:09:40Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут проблем математичних машин і систем НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Мельник, В.С. 2008-06-27T12:08:37Z 2008-06-27T12:08:37Z 2007 Імітаційне моделювання системи управління гідромоніторним розмивом при свердловинному гідровидобутку корисних копали / Мельник В.С. // Математичні машини і системи. – 2007. – № 3, 4. – С. 199 – 202. 1028-9763 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/787 681.51 Проаналізовано процес та динаміку гідромоніторного розмиву корисних копалин. Розроблено математичну модель процессу як об’єкта керування. Запропоновано систему управління гідромоніторним розмивом за швидкістю розмиву та проведено її імітаційне моделювання. Іл.: 5. Бібліогр.: 3 назв. Проанализированы процесс и динамика гидромониторного размыва полезных ископаемых. Разработана математическаямодель процесса как объекта управления. Предложена система управления гидромониторным размывом за скоростьюразмыва и проведено ее имитационное моделирование. Ил.: 5. Библиогр.: 3 назв. It is analysed process and dynamics of giant washout of a mineral. The mathematical model of the process as object ofmanagement is designed. It is offered the control system of giant washout after speed of washout and it is conducted its imitationmodeling. Figs.: 5. Refs.: 3 titles. uk Інститут проблем математичних машин і систем НАН України Моделювання і управління великими системами Імітаційне моделювання системи управління гідромоніторним розмивом при свердловинному гідровидобутку корисних копали Имитационное моделирование системы управления гидромониторным розмывом при скважинной гидродобыче полезных ископаемых Imitation modeling of control system of giant washout in the processes of hydroextraction of minerals with the help of mining hole Article published earlier |
| spellingShingle | Імітаційне моделювання системи управління гідромоніторним розмивом при свердловинному гідровидобутку корисних копали Мельник, В.С. Моделювання і управління великими системами |
| title | Імітаційне моделювання системи управління гідромоніторним розмивом при свердловинному гідровидобутку корисних копали |
| title_alt | Имитационное моделирование системы управления гидромониторным розмывом при скважинной гидродобыче полезных ископаемых Imitation modeling of control system of giant washout in the processes of hydroextraction of minerals with the help of mining hole |
| title_full | Імітаційне моделювання системи управління гідромоніторним розмивом при свердловинному гідровидобутку корисних копали |
| title_fullStr | Імітаційне моделювання системи управління гідромоніторним розмивом при свердловинному гідровидобутку корисних копали |
| title_full_unstemmed | Імітаційне моделювання системи управління гідромоніторним розмивом при свердловинному гідровидобутку корисних копали |
| title_short | Імітаційне моделювання системи управління гідромоніторним розмивом при свердловинному гідровидобутку корисних копали |
| title_sort | імітаційне моделювання системи управління гідромоніторним розмивом при свердловинному гідровидобутку корисних копали |
| topic | Моделювання і управління великими системами |
| topic_facet | Моделювання і управління великими системами |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/787 |
| work_keys_str_mv | AT melʹnikvs ímítacíinemodelûvannâsistemiupravlínnâgídromonítornimrozmivomprisverdlovinnomugídrovidobutkukorisnihkopali AT melʹnikvs imitacionnoemodelirovaniesistemyupravleniâgidromonitornymrozmyvompriskvažinnoigidrodobyčepoleznyhiskopaemyh AT melʹnikvs imitationmodelingofcontrolsystemofgiantwashoutintheprocessesofhydroextractionofmineralswiththehelpofmininghole |