ПРИНЦИПИ МЕХАТРОНІКИ ТА ПАРАЛЕЛЬНОГО ПРОЄКТУВАННЯ ЯК ОСНОВА НАДІЙНОСТІ ГРАНІТОДОБУВНИХ ГІРНИЧИХ МАШИН З ІНТЕЛЕКТУАЛЬНИМИ СИСТЕМАМИ КЕРУВАННЯ ЕЛЕКТРОТЕХНОЛОГІЯМИ ТА ЕНЕРГОПОСТАЧАННЯМ

Анотація

У статті досліджено сучасну тенденцію інтелектуалізації вибійних гірничих машин, зумовлену зростанням вимог до продуктивності, енергоефективності, надійності та ресурсу основних вузлів, а також до рівня промислової безпеки під час розробки міцних гірських порід, зокрема граніту. Обґрунтовано, що сучасний гранітодобувний очисний комплекс доцільно розглядати не як сукупність окремих механічних агрегатів, а як інтегровану мехатронну систему, у якій механічні, силові (електротехнічні та гідравлічні), електронні та інформаційні компоненти функціонують у межах єдиної архітектури керування. Ключові процеси регулювання, моніторингу та діагностики реалізуються через розподілену інформаційну мережу, що забезпечує узгоджену роботу електротехнологій, систем постачання енергії та інтелектуальних модулів керування.
Проаналізовано принципові відмінності між очисними комбайнами попереднього покоління з гідравлічною системою подачі (типу РКУ) та машинами нового покоління з частотно-регульованим електроприводом подачі (типу КДК500). Показано, що для сучасних машин електронно-інформаційні компоненти, датчики стану, системи технічної діагностики та програмно-алгоритмічні засоби керування є не допоміжними, а структуроутворювальними елементами, від яких безпосередньо залежить їх працездатність і надійність. Зростання ролі електроніки, вбудованого програмного забезпечення та мережевої взаємодії переводить такі машини у клас кіберфізичних систем, у яких електротехнологічні процеси тісно інтегровані з інформаційними потоками.
На основі структурно-функціонального аналізу з використанням S- та F-моделей доведено, що традиційний послідовний («вертикальний») підхід до проєктування не забезпечує належного узгодження компонентів різної фізичної природи, що призводить до виникнення конфліктуючих параметрів у місцях їх стику, зниження ефективності функціонування та необхідності пізніх конструктивних коригувань. Запропоновано застосування принципів паралельного (concurrent) проєктування, яке передбачає попередній функціонально-структурний аналіз, математичне та імітаційне моделювання взаємодії підсистем, а також формування вимог до контурів авторегулювання, систем діагностики та інформаційної взаємодії між машинами комплексу й диспетчерським пунктом.
Такий підхід дає змогу на ранніх етапах розроблення виявляти обмежувальні чинники технологічного процесу – транспортування гірничої маси, стабілізацію машини, вплив оператора, пиловиділення, вібраційні навантаження та режими енергопостачання – і цілеспрямовано враховувати їх під час синтезу систем керування. Отримані результати можуть бути використані для підвищення продуктивності, надійності електротехнологічних процесів, енергоефективності систем постачання та безпеки мехатронних гранітодобувних машин, а також для створення передумов переходу до малолюдних і безлюдних технологій видобутку граніту.