Дипломная (вкр): Перспективы внедрения спутниковой GPS-навигации на горнодобывающем предприятии

Фирмой Trimble выпускается портативный plag-and-play GPS-приемник в стандартном формате PC-card. Приемник смонтирован в PCMCIA-карте и соединен с малогабаритной антенной (диаметр около 6 см). Антенна имеет магнитное крепление и может быть легко установлена на крышу автомобиля. Программное обеспечение Direct GPS позволяет сразу же вводить координатную информацию в цифровую карту ГИС ArcView и отображать текущее положение автомобиля на экране портативного компьютера, к которому подсоединен приемник. Это оборудование очень популярно среди американских любителей автомобильных путешествий.

Навигация. Еще на заре эры применения GPS-приемников для целей воздушной навигации были получены потрясающие результаты: более точное следование заданному маршруту полета, которое обеспечивалось использованием GPS-навигации, давало экономию топлива в десятки млн. USD в год на каждый самолет.

Известны примеры использование DGPS для реализации систем "слепой посадки" самолетов. Отклонение самолета от осевой линии ВПП не превышало 10 - 30 см. Причем, если сейчас системы, обеспечивающие надежную посадку в условиях плохой видимости, очень дороги (их могут себе позволить только крупные аэропорты), то стоимость подобной системы на основе DGPS будет по карману даже самым маленьким аэродромам. Такие системы, вероятно, давно бы стали стандартными во всем мире, если бы не непредсказуемое поведение Министерства обороны США в области GPS.приемники используются для навигации морских судов, занимающихся ловлей лангустов у западного побережья Австралии (в 1995 г. общий объем промысла составил около 240 млн. USD). Годовая лицензия на одну ловушку стоит 15 тыс. USD, а каждый хозяин судна имеет их не менее 100. Бортовые GPS-приемники работают в дифференциальном режиме, причем для выдачи поправок используется система из 10 базовых станций (9 находятся на территории Австралии и 1 - в Новой Зеландии). Экономия топлива за счет меньших отклонений от маршрута только в течение одного сезона составляет около 10 тыс. USD. В некоторых случаях, когда теряются маркерные буи или ловушка отцепляется от троса, только точная DGPS-навигация позволяет успешно завершить поиски ловушек.

Немецкая фирма STN Atlas Elektronik GmbH разработала систему определения расположения контейнеров в порту Дубаи. Мобильные GPS-приемники серии 4000 фирмы Trimble установлены на автопогрузчиках. В башне управления портом располагается диспетчерская станция, которая осуществляет радиосвязь с погрузчиками в диапазоне УКВ. Кроме того, на каждом автопогрузчике установлен "процессор положения", служащий для хранения и обработки информации о всех контейнерах. Высота и положение контейнера в пространстве определяется ультразвуковыми датчиками. Таким образом, на базе технологий GPS "интеллектуализируются" даже такие рутинные погрузочно-разгрузочные работы, обеспечивается оптимальное размещение контейнеров в порту.

Доступ к системе [13].

О гражданском применении GPS широко заговорили в 1983 г. после катастрофы южнокорейского авиалайнера, сбитого над Курильскими островами. Президент Рейган провозгласил, что система GPS должна стать доступной каждому.

Система GPS предоставляет два вида услуг: SPS - стандартной точности (для гражданских пользователей) и PPS - высокой точности (для военных). При разработке системы, точность SPS в 100 м считалась достаточной для гражданских целей. По мере испытаний оказалось, что подсистема SPS точнее, чем предполагалось. Для сохранения преимущества высокой точности для военных, с марта 1990 г. был введен режим "ограничения доступа" SA (Selective Availability), искусственно снижающий точность гражданского GPS.

Боевое крещение система получила в ходе операции "Буря в пустыне". К тому времени еще не было запущено достаточно спутников. Потребовалось маневрировать имеющимися, для обеспечения круглосуточного покрытия зоны боевых действий. Интересно, что в сентябре 1989 г. фирма "MAGELLAN SYSTEMS CORP." Выпустила приемник GPS -"NAV-1000M" - для применения военных целях, и была выбрана 10 странами-членами НАТО в качестве поставщика приемников. Более 3000 приемников типа "NAV-1000M" наряду с прочими использовались США и Силами Коалиции во время войны в Персидском заливе. Сухопутные подразделения и морская пехота были тогда, в основном, укомплектованы носимыми одноканальными приемниками, аналогичными гражданским, и не способными принимать сигналы высокой точности. Было решено отключить на время боевых действий режим SA, что давало возможность пользования высокой точностью также и противнику.

К середине 1993 г. на орбитах находились уже 24 спутника, достаточно для непрерывной навигации в любой точке Земли. Об окончательном вводе системы в эксплуатацию объявили только в июле 1995 г.

В 1996 г. Президент Клинтон подтвердил, что система, работающая на деньги американских налогоплательщиков, и в следующем столетии будет предоставлять свои услуги гражданским пользователям во всем мире. Объявлено, что до 2006 г. режим "ограничения доступа" будет устранен. Президент США сохраняет за собой право снижать точность сигналов GPS в случае угрозы национальной безопасности.

2. Описание предприятия

спутниковый навигация диспетчеризация карьер

Автотранспортное управление (АТУ) - одно из крупных подразделений АО "ССГПО", сформированное с 1 января 2000 года путем слияния автотранспортных цехов объединения и цеха горно-дорожных машин в одно подразделение с целью оптимизации производства и снижения эксплуатационных и текущих расходов. Основной задачей Автотранспортного управления является обеспечение перевозок горной массы технологическим автотранспортом в 5-ти карьерах объединения, обеспечение заявок подразделений объединения горно-дорожной техникой и транспортом общего назначения. Численность трудящихся АТУ составляет более 2250 человек, обеспечивающих бесперебойное функционирование всех подразделений объединения автотранспортом и горно-дорожными машинами.

Организационно Автотранспортное управление включает в себя:

1. Управление;

2. Автотранспортный цех №1 (АТЦ-1) - Рудненская площадка: автоколонны №1 (хозяйственные на базе БелАЗ), №3 (технологическая), №10 (Кзыл-жарский известковый рудник), №17 (Куржункульский рудник),

3. Автотранспортный цех №2 (АТЦ-2) - Качарская площадка: автоколонны №2 (технологическая + хозяйственные на базе БелАЗ), №6 (дорожно-строительной техники), №13 (транспорт общего назначения);

4. Цех горнодорожных машин: колонны №7(легкой бульдозерной техники), №8 (тяжелых бульдозеров);

5. Авторемонтный цех.

6. Служба главного механика;

7. Служба главного энергетика;

8. Служба подготовки производства и складского хозяйства.

На рисунке 1 представлена схема организационной структуры Автотранспортного управления АО "ССГПО".

Техническое обслуживание и текущий ремонт технологических, хозяйственных автосамосвалов, а также специализированной обслуживающей техники производится в Автотранспортных Цехах (АТЦ)

Автотранспортный цех № 1 (АТЦ-1) - расположен на Рудненской площадке и включает в себя 4 автоколонны: автоколонна № 1 включает в себя весь хозяйственный и специализированный транспорт, использующийся в Сарбайском и Соколовском карьерах, автоколонна № 3 включает в себя технологические автосамосвалы, использующиеся для перевозки горной массы в карьерах объединения. Кроме того, в составе АТЦ-1 находятся еще 2 автоколонны - а/к № 10 и а/к № 17. Данные автоколонны включают в себя технологический и хозяйственный транспорт, использующийся на удаленных площадках (Куржункульская и Кзыл-Жарская).

Рисунок 6 Схема организационной структуры Автотранспортного управления АО "ССГПО"

Автотранспортный цех № 2 (АТЦ-2) - расположен на Качарской площадке и включает в себя 3 автоколонны: автоколонна № 13 включает в себя весь хозяйственный и специализированный транспорт, использующийся в Сарбайском и Соколовском карьерах, автоколонна № 2 включает в себя технологические автосамосвалы, использующиеся для перевозки горной массы в карьерах объединения, а/к № 6 - включает в себя тяжелые и легкие бульдозеры, использующиеся для планировочных работ в карьерах, а также специализированную технику (экскаваторы, раммеры, погрузчики, шиноманипуляторы и т.д.)

Цех по ремонту горно-дорожных машин - осуществляет техническое обслуживание, текущий и капитальный ремонт всех видов дорожно-строительной техники, использующейся на Рудненской площадке, также производит капитальные ремонты ДСТ, имеющихся на Куржункульской и Кзыл-Жарской площадках.

Энергослужба Автотранспортного управления представлена энергетическими службами Сарбайской, Соколовской и Качарской площадок.

Энергослужба площадок эксплуатирует электрооборудование подстанций, силового и осветительного электрооборудования технологических корпусов, складов, мойки автомобилей, бомбоубежища, складов ГСМ, внешнее освещение, электрооборудование грузоподъемных машин, приточно-вытяжную вентиляцию, станочное электрооборудование, компрессорные установки, электропривод ворот, сварочное оборудование, водопроводные, теплопроводные, канализационные сети, воздухо и электроподогревы, электрооборудование бокса и воздухо-электроподогрева базисного склада взрывчатых веществ, электрооборудование воднотранспортного участка, легкового парка, боксов и воздухообогрева автомобилей в поселке Кзыл-Жар, бокс автомобилей на Куржункульском руднике.

Проводит планово-предупредительные ремонты всего электрооборудования, замеры сопротивления изоляции кабелей, металлической связи, ремонт осветительной арматуры и электропроводки, ремонт водопроводных и теплопроводных систем, ремонт резервного электрооборудования.

Для поддержания парка в исправном состоянии в Автотранспортном управлении имеется ремонтная служба, включающая участки подготовки производства в автотранспортных цехах и Авторемонтный цех, состоящий из отделения ремонта шасси и моторного отделения.

Для выполнения своей деятельности ремонтные службы располагают постами технического обслуживания и текущего ремонта общей вместимостью 108 машиномест, участками и постами по ремонту узлов и агрегатов. Оснащение и оборудование рабочих мест позволяет производить все виды технического обслуживания и ремонта автомобилей, капитальный ремонт узлов и агрегатов механизмов.

Для своевременного обеспечения жизнедеятельности в АТУ создана служба подготовки производства и складского хозяйства, которая включает в себя два склада хранения ГСМ, 5 передвижных АЗС, 4 пунктов выдачи ГСМ, 8 материально-технических складов.

3. Назначение и описание автоматизированной системы диспетчеризации горнотранспортного комплекса (ГТК) на базе использования GPS

.1 Предпосылки и основные этапы создания и внедрения Системы

Подобные системы (естественно, без опоры на возможности GPS) разрабатывались и успешно применялись в России еще в конце 70-х годов прошлого века (АСУ ТП с разным уровнем иерархии и сложности решаемых задач). Но сегодня они уже не соответствуют требованиям, предъявляемым к ним современными условиями рынка. Необходима разработка новых продуктов, учитывающих новые масштабы, технические особенности добычи и т.п.

Последние несколько лет во всем мире наблюдается переход на системы управления горно-транспортным комплексом предприятия, разработанные на качественно новом уровне с использованием спутниковых средств связи, новой элементной базы и компьютерных технологий.

Одна из таких систем - широко применяемая на добывающих предприятиях России и СНГ система диспетчеризации "Карьер", разработанная специалистами ООО "ВИСТ Групп" (Москва) [14].

В последнее десятилетие XX века информационные технологии стали широко применяться в горнодобывающей промышленности. Падение цен на металлы в этот период и, как следствие этого, экономический спад в горнодобывающих отраслях промышленности стали своеобразным стимулом к развитию и внедрению на горных предприятиях информационных технологий для решения задачи планирования и управления производством. Основная цель внедрения заключалась в повышении эффективности работы горного предприятия за счет улучшения организации производства, оптимизации ведения горных работ, минимизации затрат и потерь на всех этапах добычного цикла и, как следствие, снижении себестоимости конечной продукции.

Так совпало, что в начале 90-х годов, а именно, после операции "Буря в пустыне" разработанные ранее для военных целей системы глобального позиционирования (GPS) определения координат и скорости подвижных объектов стали доступны для гражданского применения. Горная промышленность стала одной из первых отраслей эффективного применения навигационных технологий для задач мониторинга и диспетчеризации мобильного оборудования карьеров. Внедрение систем диспетчеризации позволило горным компаниям повысить на 10-15% общую производительность производства и тем самым несколько смягчить последствия экономического спада в добывающих отраслях.

Основным фактором повышения эффективности работы предприятия, особенно в начальный период применения систем, стало существенное сокращение приписок, хищений и нарушений технологических режимов работы [15].

Идея разработки отечественной Системы диспетчеризации горно-транспортного оборудования (далее Система) возникла в 1996 г. после посещения выставки МИНЭКСПО в Лас-Вегасе. В рамках данного мероприятия несколькими западными компаниями были представлены проекты диспетчерских систем, в основе которых лежала технология спутниковой навигации.

Наибольший интерес вызвала экспозиция американской компании Modular Mining Systems, чья система "ДИСПАТЧ" к середине 90-х гг. уже была внедрена на горных предприятиях Северной Америки, ЮАР и Австралии. Специалистами компании "ВИСТ Групп" было решено сделать ставку на разработку собственной системы, которая учитывала бы, в первую очередь, специфику отечественного производства, состав горной техники, используемой в карьерах (в основном отечественного производства), а также специфику тех задач, которые данной системе предстояло решать.

В 1997 г. для условий и по техническому заданию Талдинского угольного разреза в Кузбассе был разработан технический проект, предусматривающий оснащение более чем 50 единиц автосамосвалов и другой карьерной техники радионавигационным оборудованием, а также системой контроля загрузки и организацию диспетчерского центра для мониторинга работы горнотранспортного оборудования разреза. К этому периоду относится и возникновение первой версии программного обеспечения диспетчерского центра, разработанного специалистами "ВИСТ Групп" и студентами МГУ. Для визуализации тогда был выбран пакет ArcInfo, а для хранения и обработки данных - БД Microsoft Access. К сожалению, дальше технического проекта и подписания договора дело не пошло из-за реорганизации холдинга "Кузбассразрезуголь", а также очередного экономического и финансового кризиса в стране.

Однако, задел был сделан и в 1999 г. по договору с ОАО "Полтавский ГОК" были проведены демонстрационные испытания системы на двух автосамосвалах БелАЗ-7512. В рудоуправлении ПГОКа и в горно-транспортном цехе (ГТЦ) были организованы два диспетчерских центра. В ходе демонстрационных испытаний были отработаны следующие элементы системы: программное обеспечение (ПО), радионавигационный блок, система контроля загрузки автосамосвала (СКЗ). Испытания продолжались две недели, по их результатам составлены технические требования к системе для проведения теперь уже опытно-промышленных испытаний.

Эти испытания были успешно проведены летом 2000 г., после чего Система была введена в промышленную эксплуатацию и получила название "Карьер". На всех этапах становления Системы проводились консультации по научно-методическим и идеологическим аспектам разработки со специалистами ИПКОН РАН и в первую очередь - с академиком РАН К.Н. Трубецким. Система получила свое развитие во многом благодаря активной поддержке ПО "БелАЗ": начиная с 1999 года, специалисты завода принимали активное участие во всех испытаниях Системы. Их рекомендации и практический опыт оказались чрезвычайно полезны при разработке и, особенно, при внедрении Системы на горных предприятиях. Было подписано долгосрочное соглашение о стратегическом партнерстве ПО "БелАЗ", компании "ВИСТ Групп" и Горнопромышленной финансовой компании, основной целью которого стало создание высокоэффективной, конкурентоспособной системы диспетчеризации.