Details

Выпускная работа посвящена разработке цифровой модели шахтной подъемной установки с последующим внедрением автоматизированной системы управления. Цель — повысить безопасность и надежность работы оборудования за счет применения современных методов управления и технической диагностики. В процессе работы решены следующие задачи: 1. Проанализированы подходы к обслуживанию оборудования, включая предиктивную модель (PdM); 2. Построена структура цифрового двойника в среде MATLAB Simulink с использованием Python; 3. Реализованы алгоритмы управления на основе ПИД-, ПИ-, MPCи Bang-Bang-регуляторов; 4. Выполнено сравнительное исследование характеристик регуляторов: быстродействие, устойчивость, точность; 5. Даны рекомендации по внедрению системы на производстве. Эксперименты включали моделирование шахтного подъемного цикла и поведение системы в разных режимах. Также создан визуальный модуль для мониторинга. Результаты показали, что ПИД-регулятор обладает наилучшей точностью и устойчивостью. Разработанная система может быть интегрирована с диагностикой по предиктивным алгоритмам, что способствует снижению аварийных остановок.

This thesis presents the design of a digital twin for a mine hoist, followed by the development of an automated control system aimed at improving safety and reliability in mining operations. The main goal is to enhance operational performance through modern automation and predictive diagnostics. Key tasks performed include: 1. Reviewing maintenance strategies, with focus on predictive maintenance (PdM); 2. Building the digital twin in MATLAB Simulink, integrating Python tools; 3. Implementing control algorithms using PID, PI, MPC, and Bang-Bang regulators; 4. Comparing regulators by speed, stability, and accuracy; 5. Providing application guidelines for industrialsettings. The practical part involved simulation of the hoisting cycle and analysis under various operating conditions. A visual interface was also developed for realtime observation. Simulation results confirmed that PID control achieves optimal balance between speed and precision. The system is also compatible with predictive fault diagnostics, helping to reduce downtime.

• ВВЕДЕНИЕ
• 1. Анализ предметной области
  • 1.1 Основы проектирования шахтных подъемных установок
  • 1.2 Общая схема скиповой подъемной установки
  • 1.3 Обзор Python в качестве среды моделирования
  • 2 Реализация системы автоматического управления
  • 2.1 Современные системы автоматизированного управления шахтными подъемными установками
  • 2.2 Состав системы автоматизированного управления
  • 3 Реализация на языке python
  • 3.1. Основная симуляция
  • 3.2. Модель скипа и датчик позиции
  • 3.3. Модель подъемной машины
• 3.4. Система управления
  • 3.5. Визуализация
  • 4. Сбор и анализ данных
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
  • СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
• Приложение А
• Приложение Б (PID-регулятор)
• Приложение Г (Bang-Bang регулятор)
• Приложение Д (MPC-регулятор)
• Приложение Е (Модель скипа и датчика позиции)
• Приложение Ж (Модель подъемной машины)
• Приложение З (Main-файл)
• Приложение И (Визуализация)
• Приложение К (Анализ качества регулирования)