Представьте себе картину, тяжелая техника работает в суровых и подчас опасных условиях, а ее оператор находится не в кабине, а на расстоянии, в условиях комфорта и максимальной защищенности, лишь удаленно контролируя производственный процесс, который самостоятельно осуществляет ультрасовременная автоматика. Еще совсем недавно подобное было уделом разве что фантастического рассказа, мечтательно описывающего возможности технологий будущего. Но сегодня все это уже реальность. И особенно важно и приятно то, что воплощают в жизнь такие проекты отечественные специалисты.
Компания «ВИСТ Групп» (входит ГК «Цифра»), один из лидеров в России в области цифровизации крупных горнодобывающих предприятий, начала разработку для АО «СУЭК» технологии безлюдного бурения на участке «Разрез Тугнуйский» (Республика Бурятия). Новая система предназначена для минимизации количества сотрудников, участвующих в проведении вредных и опасных работ, при сохранении или даже снижении затрат на бурение скважин.
«Разрез Тугнуйский» входит в тройку крупнейших разрезов страны по добыче каменного угля. Планируется, что данное инновационное решение значительно повысит безопасность и эффективность производства. Станет возможным автономно или в дистанционном режиме перемещать буровой станок по блоку, бурить скважины, наращивать и разбирать буровой став и горизонтировать платформу. При этом будет использоваться алгоритм определения оптимальной последовательности бурения скважин с учетом их взаимного расположения и типа горного массива.
Работа системы будет происходить следующим образом. Оператор бурового станка в ручном режиме переместит технику на необходимый блок. Затем другой сотрудник удаленно задаст станку план бурения на этом участке и запустит процесс автономной работы. При этом встроенные алгоритмы безопасности обеспечат контроль передвижения станка, реагируя на технику и людей, выполняющих в этой зоне вспомогательные работы. Персонал вблизи бурового станка оснастят устройством аварийной остановки, которое при необходимости моментально прекратит работу роботизированной техники.
Оператор будет осуществлять дистанционный контроль со своего стационарного рабочего места, расположенного на предприятии, и при необходимости сможет оперативно взять управление техникой на себя в процессе выполнения любой технологической операции. Например, при возникновении сложных нетипичных ситуаций. При этом цифровая система будет активно помогать человеку, предупреждая о потенциально опасных факторах, отображая статус и дополнительную информацию на дисплеях. Специалисты смогут на расстоянии управлять работой двигателей, компрессоров и контроллеров, механизмов движения, поворота, подъема и опускания мачты, наращивания бурового става, тормозной системой, самим бурением и так далее. Кроме того, диспетчер будет заниматься вопросами обеспечения безопасности. Например, отвечать за допуск техники и людей на автоматизированный участок.
Но в целом роль человека будет сведена к минимуму, и, если его вмешательство и потребуется, то лишь в редких особых случаях. Автоматика сама отлично справится с поставленными задачами. Спутниковая навигация и специальные программы управления бурильным станком, включающиеся при непосредственном подъезде к нужному месту, обеспечат невероятную точность наведения – до 10 см. Также система сама будет строить маршруты передвижения станка между скважинами, уделяя большое внимание оптимальности пути и отсутствию лишних действий, тем самым минимизируя издержки.
Буровой станок автономно, без вмешательства персонала, сможет горизонтировать платформу и мачту с точностью до 1 градуса в двух плоскостях на основе показаний двухосевого инклинометра, обрабатывающего текущие данные и на их основе выдающего команды механизмам выравнивания. Будет обеспечено цифровое управление этими механизмами, причем в зависимости от их конструкции возможно применение механических актуаторов, электрических сигналов или управление через стандарт промышленной сети CAN.
Для автономного бурения создадут ряд подсистем и алгоритмов. В частности, на технику установят комплект датчиков контроля параметров (усилия подачи, усилия и скорости вращения, давления газоводной смеси, глубины и прочих), а также подсистему наращивания и разбора бурового става, основанную на исполнительных механизмах и датчиках обратной связи.
Само автоматическое бурение – наиболее сложная и ответственная операция. Чтобы сделать этот процесс наиболее точным и надежным, сначала на этапе разработки датчиками укомплектуют обычный станок под управлением машиниста в традиционном ручном режиме. Весь комплекс данных о его работе тщательно зафиксируют, исходные и изменяющиеся условия сопоставят с параметрами бурения и командами машиниста. Полученную информацию используют для настройки и оптимизации алгоритма бурения.
Роботизированный буровой станок гармонично впишется в существующее информационное поле предприятия. Уже имеющаяся система управления ГТК «Карьер» возьмет на себя вопросы учета расхода топлива и формирования отчетности. Разрабатываемое решение станет частью системы «Интеллектуальный карьер», что позволит в будущем централизовать управление сразу несколькими буровыми станками одновременно, в том числе при совместной работе этих машин на одном блоке.
Используемый буровой станок – Epiroc Pit Viper 271. Данную технику научат автономно выполнять большинство операций, обычно совершаемых оператором вручную. Она получит функции управления движением, сканирования окружения (в том числе с возможностью дистанционного присутствия), самодиагностики бортового оборудования, высокоточного позиционирования, экстренной остановки, а также двухсторонней передачи данных. При этом возможность ручного управления из кабины в обычном режиме сохранят.
Бортовое оборудование машины будет включать в себя систему датчиков сканирования окружения (радары ближнего и дальнего действия, 3D-лидар), что обеспечит заблаговременное обнаружение любых препятствий, обваловок, краев обрыва и исключит столкновения. Многоуровневая система самодиагностики предупредит выход из строя различных элементов. Бортовой контроллер будет отслеживать состояние узлов, наличие соединения с сервером, сравнивать данные от разных подсистем. Сервер же проконтролирует устойчивость связи со всеми элементами и будет сравнивать поступающие от них данные.
Кнопка экстренной остановки обеспечит максимальный уровень безопасности для работающего на роботизированном участке персонала. При ее нажатии сигнал будет передаваться по отдельному радиоканалу на особой частоте и поступать напрямую на исполнительные механизмы, минуя сервер, многоуровневое программное обеспечение, коммутаторы и бортовые компьютеры. Это гарантирует максимальную надежность и мгновенное реагирование техники.
В реализации проекта будет использовано современное качественное оборудование. В частности, это промышленный бортовой компьютер с программным обеспечением автономного управления, в котором заложена основная логика управления буровым станком, контроллеры ввода-вывода для управления аналоговыми и дискретными сигналами, набор датчиков сканирования окружения (лидары, радары, ультразвуковые датчики) и учета параметров бурения и состояния подвижных частей станка, а также другие технические элементы.
В компании «ВИСТ Групп» не сомневаются, что разрабатываемое автоматизированное решение докажет свою экономическую эффективность при запланированной опытно-промышленной эксплуатации и самым существенным образом повысит безопасность производственных процессов. Уже сейчас специалисты говорят о возможности более глубокой цифровизации предприятия, чтобы сделать его работу в полной мере передовой, отвечающей всем задачам и вызовам современности, которые диктует происходящая на наших глазах новая промышленная революция.