RU2783937C1 - Method, device and system for production facilities control - Google Patents

Method, device and system for production facilities control Download PDF

Info

Publication number
RU2783937C1
RU2783937C1 RU2022105652A RU2022105652A RU2783937C1 RU 2783937 C1 RU2783937 C1 RU 2783937C1 RU 2022105652 A RU2022105652 A RU 2022105652A RU 2022105652 A RU2022105652 A RU 2022105652A RU 2783937 C1 RU2783937 C1 RU 2783937C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
model
production
systems
models
cycloconverter
Prior art date
Application number
RU2022105652A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Хорхе Алехандро ОЯРСУН ГОНСАЛЕС
Йоахим ШНАЙДЕР
Штефан СМИТС
Курт ТИШЛЕР
Original Assignee
Сименс Акциенгезелльшафт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сименс Акциенгезелльшафт filed Critical Сименс Акциенгезелльшафт
Application granted granted Critical
Publication of RU2783937C1 publication Critical patent/RU2783937C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: production facilities management.
SUBSTANCE: invention relates to the management of production facilities using real-time simulation. In particular, a method is claimed for controlling a production facility that includes a plurality of systems. The method comprises the steps of: generating, in a modeling block, a system model for one or more systems from a plurality of production facility systems based on an input signal, sensor data, and an output signal from a plurality of systems at the production facility; forming an object model for the production object based on the dependencies between the specified system models containing connections for feedback between the system models; control the production object by simulating the operation of the production object using the object model. At the same time, the control of the production object contains at least one of the stages, at which: predicting optimized input signals for the production object based on anomalies in the operation of the production object and associated state parameters that cause anomalies, while anomalies are identified based on sensor data and output signals of the object producing using one or more predetermined thresholds or machine learning technologies, and wherein the associated state parameters are determined by modeling likely abnormal conditions using a plant model using root cause technologies; validating the optimized inputs by generating simulated instances for the optimized inputs for the production target using the target model; predicting the operation of a new system to be deployed at the production facility, wherein the new system includes a newly commissioned system or a system, from a plurality of systems, with one of a hardware upgrade and a software upgrade, and initiating operation of the production facility based on the validated optimized input signals.
EFFECT: improving the efficiency of production facilities management with the possibility of remote monitoring and real-time modeling.
13 cl, 10 dwg

Description

Уровень техникиState of the art

Настоящее изобретение относится к управлению объектами добычи с помощью моделирования. В частности, настоящее изобретение относится к управлению объектами добычи добывающим установками) с помощью моделирования в реальном времени.The present invention relates to the management of production objects using simulation. In particular, the present invention relates to the control of production facilities (producing installations) using real-time simulation.

Уровень техникиState of the art

В общем, объект добычи включает в себя множество систем для выполнения добычи полезных ископаемых. Системы включают в себя синхронные и асинхронные электромеханические машины. Объект добычи может быть типично расположен в удаленном районе. Дополнительно, добыча полезных ископаемых может быть опасной. Соответственно, ручное наблюдение за объектом добычи может быть опасным и времязатратным.In general, a mining site includes a plurality of systems for performing mining. Systems include synchronous and asynchronous electromechanical machines. The mining object may typically be located in a remote area. Additionally, mining can be dangerous. Accordingly, manual observation of a target can be dangerous and time consuming.

Соответственно, системы на объекте добычи могут быть смоделированы. Операция моделирования систем и синхронных и асинхронных машин предоставляет возможность удаленного наблюдения за состоянием объекта добычи.Accordingly, the systems at the production site can be simulated. The operation of modeling systems and synchronous and asynchronous machines provides the possibility of remote monitoring of the state of the production object.

Одним подходом может быть использование моделирований в автономном режиме, чтобы определять состояние объекта добычи. Для таких способов моделирования может потребоваться значительное время моделирования и, следовательно, нет возможности моделировать работу объекта добычи в реальном времени. Соответственно, решения в реальном времени не могут быть приняты на основе моделирований в автономном режиме (off-line -офлайн).One approach may be to use offline simulations to determine the condition of the target. Such simulation methods may require significant simulation time and therefore cannot simulate the operation of a production facility in real time. Accordingly, real-time decisions cannot be made based on off-line simulations.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Наблюдение за состоянием в реальном времени может быть возможным посредством улучшенного моделирования объекта добычи. Согласно первому аспекту настоящего изобретения раскрывается способ управления объектом добычи. Объект добычи включает в себя множество систем, которые используются для выполнения добычи полезных ископаемых. Способ включает в себя формирование, в блоке моделирования, моделей системы для одной или более систем из множества систем объекта добычи; при этом модели системы формируются на основе одного из входного сигнала, данных датчиков и выходного сигнала от множества систем на объекте добычи; формирование модели объекта для объекта добычи на основе зависимостей между моделями системы, при этом зависимости содержат соединения для обратной связи между моделями системы; и управление объектом добычи посредством моделирования работы объекта добычи с помощью модели объекта, при этом управление объектом (150A-N) добычи содержит, по меньшей мере, одно из: прогнозирования оптимизированных входных сигналов для объекта (150 A-N) добычи на основе моделирования объекта добычи; и прогнозирования работы новой системы, которая должна быть развернута на объекте (150 A-N) добычи, при этом новая система включает в себя вновь введенную в эксплуатацию систему или систему, из множества систем, с одним из обновления аппаратных средств и обновления программного обеспечения.Real-time condition monitoring may be possible through improved production modeling. According to a first aspect of the present invention, a method for controlling a target is disclosed. A mining facility includes a variety of systems that are used to perform mining operations. The method includes generating, in a modeling unit, system models for one or more systems from a plurality of production facility systems; wherein the system models are formed based on one of an input signal, sensor data, and an output signal from a plurality of systems at the production site; generating an object model for the production object based on the dependencies between the system models, wherein the dependencies contain connections for feedback between the system models; and controlling the production object by simulating the operation of the production object using the object model, while the management of the production object (150A-N) comprises at least one of: predicting optimized input signals for the production object (150 A-N) based on the simulation of the production object; and predicting the operation of a new system to be deployed at the production site (150 A-N), wherein the new system includes a newly commissioned system or a system from a plurality of systems, with one of a hardware upgrade and a software upgrade.

Объект добычи может относиться к любому горнодобывающему предприятию, которое может быть использовано для добычи минералов, морской добычи или добычи металла. Примеры объектов добычи включают в себя предприятия по добыче минералов, таких как железная руда, медная руда и т.д. На объекте добычи добытые горные породы могут быть помещены в большие дробилки для руды с диаметрами приблизительно 13-15 метров. В некоторых случаях 400000 тонн руды добывается ежегодно. Объект добычи включает в себя двигатели и приводы, которые приводят в действие операцию измельчения. Примерный двигатель включает в себя кольцевой двигатель, а примерный привод дробилки включает в себя привод дробилки без зубчатой передачи с номинальными характеристиками до 24 МВт. В другом примере двигатель является приводом с единственным/двойным зубчатым колесом для дробилок, шахтных подъемных машин и конвейеров. Соответственно, множество систем на объекте добычи включают в себя двигатель и привод. Другие системы включают в себя блок подачи питания, блок трансформатора, преобразователь и блок нагрузки. Блок нагрузки может дополнительно включать в себя блок прерывания питания и нагрузку дробления.A mine may refer to any mining operation that may be used for mineral extraction, offshore mining, or metal mining. Examples of mining facilities include mining operations for minerals such as iron ore, copper ore, and so on. At the mining site, the mined rocks can be placed in large ore crushers with diameters of approximately 13-15 meters. In some cases, 400,000 tons of ore are mined annually. The mining object includes motors and drives that drive the grinding operation. An exemplary motor includes an annular motor and an exemplary crusher drive includes a gearless crusher drive rated up to 24 MW. In another example, the motor is a single/double gear drive for crushers, mine hoists and conveyors. Accordingly, a plurality of systems at a production site include a motor and a drive. Other systems include a power supply unit, a transformer unit, a converter unit, and a load unit. The load block may further include a power interruption block and a crushing load.

В варианте осуществления моделирование объекта добычи выполняется с помощью моделирования схемы систем на объекте добычи. Например, системы включают в себя привод, преобразователь или конвейерную линию, и моделирование схемы систем используется для моделирования режима работы объекта добычи на основе зависимостей между моделированиями схемы каждой из систем.In an embodiment, the modeling of the production facility is performed by modeling the scheme of systems at the production facility. For example, the systems include a drive, a converter, or a conveyor line, and a systems diagram simulation is used to simulate the operation of a production facility based on dependencies between the diagram simulations of each of the systems.

Для управления приводом используются управляемые преобразователи, такие как циклоконвертеры. Преимуществом циклоконвертера является его высокая доступность, высокая перегрузочная способность и высокая эффективность. Циклоконвертеры являются сложными и, поэтому их нелегко смоделировать. Настоящее изобретение преимущественно моделирует работу циклоконвертера, чтобы определять параметры управления в реальном времени. Дополнительно, настоящее изобретение преимущественно моделирует блок подачи питания, трансформатор, двигатель, привод и блок нагрузки и, тем самым, формирует цифровую копию объекта добычи.Controlled converters such as cycloconverters are used to control the drive. The advantage of the cycloconverter is its high availability, high overload capacity and high efficiency. Cycloconverters are complex and therefore not easy to model. The present invention advantageously simulates the operation of a cycloconverter to determine control parameters in real time. Additionally, the present invention advantageously models a power supply unit, a transformer, a motor, a drive unit, and a load unit, and thereby forms a digital copy of a mining object.

Используемый в данном документе термин "модели системы" относится к виртуальным копиям систем на объекте добычи. Модели системы могут быть реализованы на основе физики, обуславливающей систему (физическая модель). Модели системы могут содержать чертежи системы автоматизированного проектирования (CAE), одномерные или трехмерные модели для вычислительной гидродинамики (CFD), шума, вибрации и резкости (NVH), конструкций и т.п. В некоторых вариантах осуществления модели системы могут быть реализованы с помощью одной или более моделей машинного обучения в сочетании с физической моделью (на основе физики).As used herein, the term "system models" refers to virtual copies of systems at the production site. Models of the system can be implemented based on the physics that determines the system (physical model). System models can include computer-aided design (CAE) drawings, 1D or 3D models for computational fluid dynamics (CFD), noise, vibration and harshness (NVH), structures, and the like. In some embodiments, the system models may be implemented using one or more machine learning models in combination with a physical (physics-based) model.

Например, в варианте осуществления, входной сигнал блока трансформатора и выходной сигнал блока трансформатора анализируются на основе физики, обуславливающей блок трансформатора, чтобы формировать модель трансформатора. В другом варианте осуществления данные датчика, ассоциированные с блоком трансформатора, используются в качестве обратной связи, чтобы обновлять физическую модель трансформатора.For example, in an embodiment, the input of the transformer block and the output of the transformer block are analyzed based on the physics behind the transformer block to form a transformer model. In another embodiment, sensor data associated with the transformer block is used as feedback to update the physical model of the transformer.

Способ может включать в себя формирование модели снабжения для блока подачи, модели трансформатора, модели конечного автомата для выпрямителей в циклоконвертере, модели двигателя для двигателя и модели нагрузки для блока нагрузки. Модель нагрузки может дополнительно включать в себя модель прерывания для блока прерывания. Модели системы включают в себя модель подачи питания, модель трансформатора, модель двигателя, модель нагрузки и модель прерывания.The method may include generating a supply model for the supply unit, a transformer model, a state machine model for the rectifiers in the cycloconverter, a motor model for the motor, and a load model for the load unit. The load model may further include an interrupt model for the interrupt block. System models include power supply model, transformer model, motor model, load model, and interruption model.

В варианте осуществления способ может включать в себя формирование моделей конечных автоматов для выпрямителей на основе коэффициента модуляции или угла отпирания одного или более тиристоров в выпрямителях. В предпочтительном варианте осуществления пусковые импульсы и функция напряжения и тока от блока трансформатора или блока снабжения используются для формирования моделей конечных автоматов.In an embodiment, the method may include generating state machine models for the rectifiers based on the modulation factor or firing angle of one or more thyristors in the rectifiers. In a preferred embodiment, start pulses and a function of voltage and current from a transformer unit or supply unit are used to form state machine models.

Способ может включать в себя определение состояний преобразователя выпрямителей циклоконвертера, состояния преобразователя формируются на основе пусковых импульсов, введенных в тиристоры в выпрямителях. Состояния преобразователя используются для формирования модели конечного автомата для выпрямителей. Чтобы определять состояние преобразователя, значения состояний может быть необходимо прогнозировать. Соответственно, способ может включать в себя прогнозирование значений состояний для состояний преобразователя на основе пускового импульса, напряжения тиристоров и тока тиристоров. Способ может дополнительно включать в себя мультиплексирование значений состояния для определения состояний преобразователя. Дополнительно, способ может включать в себя прогнозирование перехода состояния для циклоконвертера на основе текущего состояния циклоконвертера.The method may include determining converter states of the cycloconverter rectifiers, the converter states being formed based on trigger pulses injected into the thyristors in the rectifiers. Converter states are used to form a state machine model for rectifiers. In order to determine the state of the transducer, the state values may need to be predicted. Accordingly, the method may include predicting state values for the states of the converter based on the start pulse, the voltage of the thyristors, and the current of the thyristors. The method may further include multiplexing state values to determine transducer states. Additionally, the method may include predicting a state transition for the cycloconverter based on the current state of the cycloconverter.

В одном варианте осуществления способ может включать в себя определение эквивалентной схемы для состояний преобразователя. Например, тиристор может быть смоделирован с точки зрения напряжения, тока и сопротивления. Дополнительно, различные тиристоры могут быть "включены" или "выключены". Соответственно, эквивалентная схема для каждого состояния преобразователя может быть сформирована. Специалисту в области техники будет понятно, что тиристоры не выключаются, пока ток не равен нулю. Следовательно, формирование модели конечного автомата является сложным. Преимущество настоящего изобретения заключается в том, что состояния преобразователя прогнозируются на основе напряжения, измеренного на концах тиристоров. Дополнительно, в варианте осуществления, условия, такие как ошибочные импульсы и/или двойные коммутации, могут быть смоделированы на основе исторических данных (архивных данных, данных за прошедший период), ассоциированных с циклоконвертером.In one embodiment, the method may include determining an equivalent circuit for the transducer states. For example, a thyristor can be modeled in terms of voltage, current, and resistance. Additionally, various thyristors can be "on" or "off". Accordingly, an equivalent circuit for each converter state can be formed. One skilled in the art will appreciate that the thyristors do not turn off until the current is zero. Therefore, the formation of a finite state machine model is complex. An advantage of the present invention is that the states of the converter are predicted based on the voltage measured at the ends of the thyristors. Additionally, in an embodiment, conditions such as erroneous pulses and/or double commutations may be modeled based on historical data (history data, historical data) associated with the cycloconverter.

Чтобы гарантировать, что сложности систем моделируются точно, способ может включать в себя валидацию моделей систем посредством совместного моделирования моделей систем на одной или более платформах моделирования.To ensure that the complexities of the systems are modeled accurately, the method may include validating the system models by collaboratively modeling the system models on one or more simulation platforms.

Например, модель системы может быть сформирована на платформе моделирующей симуляции схемы и валидируется на настраиваемой платформе динамического моделирования на основе блоков. Чтобы гарантировать, что совместное моделирование правильно выполняется, способ может включать в себя синхронизацию совместно моделирования моделей системы на платформах моделирования.For example, a system model may be generated on a circuit simulation platform and validated on a custom block-based dynamic simulation platform. To ensure that the co-simulation is correctly performed, the method may include synchronizing the co-simulation of the system models to the simulation platforms.

В другом варианте осуществления валидация моделей системы может быть выполнена посредством сравнения смоделированных выходных данных и выходных сигналов от систем на объекте добычи. Разница в смоделированных выходных данных и выходных сигналах используется в качестве обратной связи, чтобы обновлять модель системы.In another embodiment, validation of system models may be performed by comparing simulated outputs and outputs from systems at the production site. The difference in the simulated outputs and outputs is used as feedback to update the system model.

Модели системы зависят друг от друга. Зависимости моделируются, чтобы формировать модель объекта для объекта добычи. Соответственно, используемая в данном документе "модель объекта" относится к виртуальной копии объекта добычи. Модель объекта предоставляет возможность наблюдения состояния объекта добычи. Дополнительно, модель объекта преимущественно используется для прогнозирования и анализа аномалий на объекте добычи.The system models depend on each other. The dependencies are modeled to form an object model for the production object. Accordingly, as used herein, an "object model" refers to a virtual copy of a mining object. The object model provides an opportunity to observe the state of the production object. Additionally, the object model is mainly used to predict and analyze anomalies at the production object.

Способ может включать в себя определение зависимостей между моделями системы на основе, по меньшей мере, одного из технических чертежей, блок-схем последовательности операций процесса, карты компоновки объекта добычи и взаимосвязи между точками данных в данных датчиков. Например, процесс и схемы оснащения измерительными приборами объекта добычи могут быть использованы, чтобы определять системы, которые ассоциируются друг с другом. В другом примере анализ чувствительности может быть выполнен по данным датчиков, чтобы определять взаимосвязь между точками данных. Взаимосвязь между точками данных может быть использована для определения ассоциативной связи между системами.The method may include determining dependencies between system models based on at least one of engineering drawings, process flow diagrams, a layout map of a production site, and relationships between data points in sensor data. For example, the process and instrumentation schemes of a production site can be used to determine systems that are associated with each other. In another example, sensitivity analysis may be performed on sensor data to determine the relationship between data points. The relationship between data points can be used to define associations between systems.

В варианте осуществления зависимости определяются так, что модель конечного автомата для выпрямителей в циклоконвертере формируется на основе тока двигателя, выводимого из модели двигателя, предоставленной в качестве входных данных для модели конечного автомата. В другом варианте осуществления модель двигателя для двигателя формируется на основе выходных данных скорости из модели нагрузки, предоставленной в качестве входных данных для модели двигателя.In an embodiment, dependencies are determined such that a state machine model for the rectifiers in the cycloconverter is generated based on the motor current output from the motor model provided as input to the state machine model. In another embodiment, the engine model for the engine is generated based on the speed output from the load model provided as input to the engine model.

Формирование в реальном времени моделей системы может потребоваться для наблюдения за работой объекта добычи без какой-либо задержки. Соответственно, способ может включать в себя формирование одной из модели конечного автомата, модели двигателя и модели нагрузки с использованием программируемой пользователем вентильной матрицы (FPGA).The formation of real-time system models may be required to monitor the operation of the production facility without any delay. Accordingly, the method may include generating one of a state machine model, a motor model, and a load model using a field programmable gate array (FPGA).

Модель объекта может быть использована для удаленного наблюдения за состоянием и управления аномалией. Способ может включать в себя идентификацию аномалий в работе объекта добычи на основе данных датчиков и выходных сигналов. Аномалии могут быть идентифицированы с использованием предварительно определенного порогового значения для данных датчиков и выходных сигналов. В другом варианте осуществления аномалии могут быть идентифицированы с использованием алгоритмов машинного обучения, таких как кластеризация методом k-средних, диаграммы размаха и т.д. The object model can be used for remote monitoring and control of the anomaly. The method may include identifying anomalies in the operation of the production object based on sensor data and output signals. Anomalies can be identified using a predetermined threshold value for sensor data and output signals. In another embodiment, anomalies may be identified using machine learning algorithms such as k-means clustering, range plots, and so on.

Способ может дополнительно включать в себя определение параметров состояния, вызывающих аномалии посредством моделирования возможных условий аномалии с помощью модели объекта. Чтобы моделировать возможные условия аномалии, способ может включать в себя прогнозирование возможных условий аномалии на основе входных данных, данных датчиков и выходных данных с помощью алгоритмов анализа коренных причин, таких как байесовские сети. The method may further include determining the state parameters causing the anomalies by modeling possible anomaly conditions with the object model. To model possible anomaly conditions, the method may include predicting possible anomaly conditions based on input data, sensor data, and output data using root cause analysis algorithms such as Bayesian networks.

Способ может включать в себя прогнозирование оптимизированных входных сигналов для объекта добычи на основе аномалий и параметров состояния. В варианте осуществления параметры состояния и оптимизированные входные сигналы сопоставляются в логарифмической таблице. The method may include predicting optimized inputs for a target based on anomalies and state parameters. In an embodiment, the state parameters and the optimized input signals are compared in a logarithmic table.

В определенных сценариях оптимизированные входные сигналы прогнозируются на основе проб и ошибок. Соответственно, является полезным валидировать оптимизированные входные сигналы и влияние на объект добычи перед актуализацией. Способ может включать в себя валидацию оптимизированных входных сигналов посредством формирования примеров моделирования для оптимизированных входных сигналов для объекта добычи с помощью модели объекта. Например, примеры моделирования формируются, когда оптимизированные входные сигналы предоставляются в качестве входных данных для модели объекта. Режим работы модели объекта анализируется посредством определения того, попадают ли выходные значения моделей системы в пределы порогового значения. Способ может дополнительно включать в себя работу объекта добычи на основе валидированных оптимизированных входных сигналов.In certain scenarios, optimized inputs are predicted based on trial and error. Accordingly, it is useful to validate the optimized inputs and impact on the target before updating. The method may include validating the optimized inputs by generating simulation instances for the optimized inputs for the production target using the target model. For example, simulation examples are generated when optimized input signals are provided as input to an object model. The behavior of the object model is analyzed by determining whether the output values of the system models fall within a threshold. The method may further include operating the production target based on the validated optimized inputs.

В другом сценарии может быть обновление объекта добычи относительно аппаратных средств или программного обеспечения. Такое обновление называется "новой системой". Например, обновления аппаратных средств включают в себя модификацию в физических частях типа, например, замены тиристора в циклоконвертере или замены обмоток двигателя для двигателя. Обновления программных средств включают в себя модификацию параметров управления циклоконвертера, обновление в управляющем программном обеспечении и т.д.In another scenario, there may be a hardware or software upgrade of the target. This update is called a "new system". For example, hardware upgrades include modifications to the physical parts of the type, such as replacing a thyristor in a cycloconverter or replacing motor windings for a motor. Software updates include modification of cycloconverter control parameters, update in control software, etc.

Способ может дополнительно включать в себя прогнозирование работы новой системы, которая должна быть развернута на объекте добычи, с использованием модели объекта. Как упомянуто выше, новая система включает в себя вновь введенную в эксплуатацию систему или систему, из множества систем, с одним из обновления аппаратных средств и обновления программного обеспечения. Способ может дополнительно включать в себя оптимизацию проектных параметров новой системы на основе спрогнозированной работы. Например, новая система может относится к новому методу модуляции для пусковых импульсов тиристоров. Угол отпирания (пусковой угол) может быть оптимизирован, чтобы приводить к уменьшению реактивной мощности.The method may further include predicting the performance of a new system to be deployed at a production site using the site model. As mentioned above, a new system includes a newly commissioned system or a system from a plurality of systems, with one of a hardware upgrade and a software upgrade. The method may further include optimizing the design parameters of the new system based on the predicted performance. For example, the new system may refer to a new modulation method for triggering thyristors. The firing angle (starting angle) can be optimized to result in a reduction in reactive power.

Способ может включать в себя моделирование этапов ввода в промышленную эксплуатацию на модели объекта. Моделирование этапов ввода в промышленную эксплуатацию может быть использовано для сравнения работы объекта добычи относительно существующих руководств.The method may include simulating the commissioning steps on a plant model. Modeling of the stages of commercial production can be used to compare the operation of the production facility against existing guidelines.

Способ может дополнительно включать в себя моделирование параметров регулирования скорости по модели объекта, чтобы испытывать множество режимов регулирования скорости. Способ может также включать в себя отображение аномалий, ассоциированных с режимами регулирования скорости. Дополнительно способ включает в себя идентификацию изменений в параметрах регулирования скорости, чтобы смягчать аномалии.The method may further include modeling the rate control parameters from the plant model to experience a plurality of rate control modes. The method may also include displaying anomalies associated with rate control modes. Additionally, the method includes identifying changes in rate control parameters to mitigate anomalies.

Второй аспект настоящего изобретения является блоком моделирования для управления объектом добычи. Блок моделирования содержит программируемую пользователем вентильную матрицу (FPGA). Память, соединенную с возможностью связи с FPGA, при этом память содержит модуль моделирования, сохраненный в форме машиночитаемых инструкций, исполняемых посредством FPGA, при этом модуль моделирования конфигурируется, чтобы выполнять один или более этапов способа, которые описаны выше. Модуль моделирования включает в себя модели системы и модель объекта. В варианте осуществления блок моделирования может включать в себя сочетание FPGA и центрального процессора, чтобы исполнять модель объекта.The second aspect of the present invention is a simulation unit for controlling a production target. The simulation block contains a field programmable gate array (FPGA). A memory communicatively coupled to the FPGA, the memory comprising a simulation module stored in the form of machine readable instructions executable by the FPGA, the simulation module being configured to perform one or more of the method steps described above. The simulation module includes system models and an object model. In an embodiment, the simulator may include a combination of an FPGA and a CPU to execute the object model.

В варианте осуществления блок моделирования может быть расположен удаленно от объекта добычи и соединен с возможностью связи через сеть. Например, данные датчиков от объекта добычи принимаются блоком моделирования через сеть. Блок моделирования выполняет модель объекта с помощью данных датчиков, чтобы определять аномалии или новые проектные параметры для объекта добычи.In an embodiment, the simulator may be located remotely from the production site and connected with the possibility of communication through the network. For example, sensor data from a production site is received by the simulator via a network. The simulation block executes a model of the object using sensor data to determine anomalies or new design parameters for the production object.

Третий аспект настоящего изобретения является системой для управления, по меньшей мере, одним объектом добычи. Система содержит одно или более устройств, выполненных с возможностью предоставления данных датчиков и выходных данных, ассоциированных с работой, по меньшей мере, одного объекта добычи, и один или более вышеупомянутых блоков моделирования, соединенных с возможностью связи с одним или более устройствами. Блоки моделирования конфигурируются, чтобы управлять, по меньшей мере, одним объектом добычи.A third aspect of the present invention is a system for managing at least one production target. The system comprises one or more devices configured to provide sensor data and output data associated with the operation of at least one production target, and one or more of the aforementioned simulators connected with the possibility of communication with one or more devices. The simulation blocks are configured to manage at least one production target.

В варианте осуществления система может включать в себя облачную вычислительную платформу, соединенную с возможностью связи с одним или более устройствами. Модули моделирования блоков моделирования могут быть сохранены на облачной вычислительной платформе и доступны через сетевой интерфейс. Сетевой интерфейс может быть сочетанием проводного и беспроводного соединения для передачи данных, таким как, например, WLAN, 2G, 3G, 4G или 5G-сеть. Следовательно, модели системы и модель объекта могут быть доступны через сетевой интерфейс.In an embodiment, the system may include a cloud computing platform communicatively coupled to one or more devices. Simulation modules of simulation blocks can be stored on a cloud computing platform and accessed through a network interface. The network interface may be a combination of a wired and a wireless data connection such as, for example, a WLAN, 2G, 3G, 4G or 5G network. Therefore, the system models and the object model can be accessed through the network interface.

Четвертый аспект настоящего изобретения является компьютерно-читаемым носителем, имеющим машиночитаемые инструкции, сохраненные на нем, которые, когда исполняются процессором, инструктируют процессору выполнять вышеупомянутые этапы способа.A fourth aspect of the present invention is a computer-readable medium having computer-readable instructions stored thereon which, when executed by a processor, instruct the processor to perform the above steps of the method.

Настоящее изобретение не ограничивается единственной платформой компьютерной системы, процессором, операционной системой или сетью. Один или более аспектов настоящего изобретения могут быть распределены между одной или более компьютерными системами, например, серверами, сконфигурированными, чтобы предоставлять одну или более служб одному или более клиентским компьютерам, или выполнять законченную задачу в распределенной системе. Например, один или более аспектов настоящего изобретения могут быть выполнены в клиент-серверной системе, которая содержит компоненты, распределенные между одной или более серверными системами, которые выполняют множество функций согласно различным вариантам осуществления. Эти компоненты содержат, например, исполняемый, промежуточный или интерпретируемый код, который передается по сети с помощью протокола связи.The present invention is not limited to a single computer system platform, processor, operating system, or network. One or more aspects of the present invention may be distributed among one or more computer systems, such as servers, configured to provide one or more services to one or more client computers, or to perform a complete task on a distributed system. For example, one or more aspects of the present invention may be implemented on a client/server system that includes components distributed among one or more server systems that perform a variety of functions in accordance with various embodiments. These components contain, for example, executable, intermediate or interpreted code that is transmitted over the network using a communication protocol.

Вышеупомянутые и другие признаки изобретения будут н рассмотрены со ссылкой на сопровождающие чертежи настоящего изобретения. Иллюстрированные варианты осуществления предназначаются, чтобы иллюстрировать, но не ограничивать изобретение.The above and other features of the invention will not be discussed with reference to the accompanying drawings of the present invention. The illustrated embodiments are intended to illustrate, but not to limit the invention.

Настоящее изобретение дополнительно описывается далее в данном документе со ссылкой на иллюстрированные варианты осуществления, показанные на сопровождающих чертежах, на которых:The present invention is further described hereinafter with reference to the illustrated embodiments shown in the accompanying drawings, in which:

Фиг. 1 иллюстрирует блок-схему системы для управления объектами добычи, согласно варианту осуществления настоящего изобретения;Fig. 1 illustrates a block diagram of a system for managing production targets, according to an embodiment of the present invention;

Фиг. 2-4 иллюстрируют формирование модели конечного автомата для выпрямителя в циклоконвертере, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.Fig. 2-4 illustrate the formation of a state machine model for a rectifier in a cycloconverter, according to an embodiment of the present invention.

Фиг. 5 иллюстрирует блок-схему модели объекта для объекта добычи на фиг. 1, согласно варианту осуществления настоящего изобретения;Fig. 5 illustrates a block diagram of the facility model for the production facility of FIG. 1 according to an embodiment of the present invention;

Фиг. 6 иллюстрирует блок-схему блока моделирования для управления объектом добычи, согласно варианту осуществления настоящего изобретения;Fig. 6 illustrates a block diagram of a simulation block for controlling a production object, according to an embodiment of the present invention;

Фиг. 7 иллюстрирует способ управления объектом добычи, согласно варианту осуществления настоящего изобретения; иFig. 7 illustrates a method for controlling a target, according to an embodiment of the present invention; and

Фиг. 8, 9 и 10 являются графиками, которые иллюстрируют оптимизацию входных сигналов с использованием модели объекта, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.Fig. 8, 9 and 10 are graphs that illustrate the optimization of input signals using the plant model, according to an embodiment of the present invention.

Далее в данном документе варианты осуществления для выполнения настоящего изобретения описываются подробно. Различные варианты осуществления описываются со ссылкой на чертежи, при этом аналогичные ссылочные позиции используются для ссылки на аналогичные элементы на всех чертежах. В последующем описании, в целях пояснения, многочисленные конкретные детали излагаются для того, чтобы обеспечивать полное понимание одного или более вариантов осуществления. Может быть очевидно, что такие варианты осуществления могут быть применены на практике без этих конкретных деталей.Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention are described in detail. Various embodiments are described with reference to the drawings, with like reference numerals being used to refer to like elements throughout the drawings. In the following description, for purposes of explanation, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of one or more embodiments. It may be obvious that such embodiments may be practiced without these specific details.

Фиг. 1 иллюстрирует блок-схему системы 100, включающей в себя блок 102 моделирования для управления объектами 150A-150N добычи, согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Объекты 150A-150N добычи включают в себя устройства 152A-152N, которые формируют и передают данные датчиков, ассоциированные с соответствующим объектом добычи, в блок 102 моделирования. В варианте осуществления устройства 152A-N являются частью системы 100.Fig. 1 illustrates a block diagram of a system 100 including a simulator 102 for controlling production targets 150A-150N, in accordance with an embodiment of the present invention. Production objects 150A-150N include devices 152A-152N that generate and transmit sensor data associated with the respective production object to modeling unit 102. In an embodiment, devices 152A-N are part of system 100.

Устройства 152A-152N измеряют рабочие параметры соответствующих объектов 150A-150N добычи. Термин "рабочий параметр" ссылается на одну или более характеристик объекта добычи. Например, рабочие параметры включают в себя температуру окружающей среды, давление окружающей среды, данные о вибрации от систем на объекте, напряжение, магнитный поток и т.д.Devices 152A-152N measure the operating parameters of the respective mining objects 150A-150N. The term "operating parameter" refers to one or more characteristics of the target. For example, operating parameters include ambient temperature, ambient pressure, vibration data from site systems, voltage, magnetic flux, and so on.

Объекты 150A-150N добычи также включают в себя множество систем для выполнения различных операций добычи. Системы включают в себя блок 154A-154N подачи, блок 156A-156N трансформатора, циклоконвертер 158A-158N, кольцевой двигатель 160A-160N и блок 162A-162N нагрузки. Блок 154A-154N подачи питания может также называться сетью 154A-154N подачи питания и может включать в себя распределительное устройство среднего напряжения. Блок 162A-1060N нагрузки включает в себя тормозные системы и нагрузку дробилки соответствующего объекта добычи.Production facilities 150A-150N also include a variety of systems for performing various mining operations. The systems include a supply unit 154A-154N, a transformer unit 156A-156N, a cycloconverter 158A-158N, an annular motor 160A-160N, and a load unit 162A-162N. The power supply unit 154A-154N may also be referred to as a power supply network 154A-154N and may include a medium voltage switchgear. The load block 162A-1060N includes the braking systems and crusher load of the respective mining object.

Система 100 включает в себя блок 102 моделирования, который соединяется с возможностью связи с объектами 150A-150N добычи через сетевой интерфейс 140. Сетевой интерфейс 140 может включать в себя проводное соединение для передачи данных, такое как Ethernet, и/или беспроводное соединение для передачи данных, такое как, например, WLAN, 2G, 3G, 4G или 5G-сеть.System 100 includes a simulation unit 102 that communicatively communicates with production targets 150A-150N via a network interface 140. Network interface 140 may include a wired data connection, such as Ethernet, and/or a wireless data connection. , such as, for example, a WLAN, 2G, 3G, 4G or 5G network.

Блок 102 моделирования включает в себя приемопередатчик 104 и один или более вычислительных блоков 106, реализованных как программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA). В варианте осуществления вычислительные блоки 106 могут включать в себя сочетание множества FPGA и центральных процессоров (CPU). Блок 102 моделирования также включает в себя графический пользовательский интерфейс (GUI) 108, чтобы предоставлять возможность пользователю управлять блоком 102 моделирования. Блок 102 моделирования также включает в себя память 110, сконфигурированную, чтобы хранить компьютерные программные инструкции, определенные посредством модулей, например, модуля 125 моделирования.The simulation block 102 includes a transceiver 104 and one or more computing blocks 106 implemented as field programmable gate arrays (FPGAs). In an embodiment, computing units 106 may include a combination of multiple FPGAs and central processing units (CPUs). Simulator 102 also includes a graphical user interface (GUI) 108 to enable a user to control simulation 102. Simulation unit 102 also includes a memory 110 configured to store computer program instructions defined by modules, such as simulation module 125 .

Сетевой интерфейс 140 также предоставляет доступ к облачной вычислительной платформе 130 для связи с объектами 150A-150N добычи. Используемый в данном документе термин "облачное вычислительное окружение" относится к среде обработки, содержащей конфигурируемые вычислительные физические и логические ресурсы, например, сети, серверы, хранилище, приложения, службы и т.д., и данные, распределенные по сети 140. Облачная вычислительная платформа 130 конфигурируется с помощью памяти и процессора, чтобы хранить и исполнять модуль 125 моделирования.Network interface 140 also provides access to cloud computing platform 130 for communication with production facilities 150A-150N. As used herein, the term "cloud computing environment" refers to a processing environment containing configurable computing physical and logical resources, such as networks, servers, storage, applications, services, etc., and data distributed over a network 140. Cloud computing platform 130 is configured with memory and a processor to store and execute simulation module 125 .

Модуль 125 моделирования, когда исполняется, конфигурируется, чтобы формировать модели объекта для объектов 150A-150N добычи. Модуль 125 моделирования включает в себя модули 112, 114, 116, 118 и 120, чтобы формировать модели системы для систем 154A-N, 156A-N, 158A-N, 160A-N и 162A-N на объектах 150A-150N добычи.Modeling module 125, when executed, is configured to generate object models for production objects 150A-150N. Simulation module 125 includes modules 112, 114, 116, 118, and 120 to generate system models for systems 154A-N, 156A-N, 158A-N, 160A-N, and 162A-N at production sites 150A-150N.

Модуль моделирования включает в себя генератор 112 модели подачи питания, чтобы формировать модели подачи питания для блоков 154A-N подачи питания. Модели подачи питания формируются, по меньшей мере, на основе напряжения источника и напряжения подачи питания (т.е., 11, 20, 30 кВ). Дополнительно, модели подачи питания могут также быть сформированы на основе предварительно определенных соотношений между током/напряжением, измеренными в узлах в блоках 154A-N подачи питания.The simulation module includes a power supply model generator 112 to generate power supply models for power supply units 154A-N. The power supply models are formed based on at least the source voltage and the power supply voltage (ie, 11, 20, 30 kV). Additionally, power supply models may also be generated based on predetermined current/voltage relationships measured at nodes in power supply units 154A-N.

Модуль 125 моделирования включает в себя генератор 114 модели трансформатора, чтобы формировать модель трансформатора для блоков 156A-N трансформаторов. Модель трансформатора формируется на основе напряжения подачи питания, измеренного на выходе блоков 154A-N подачи питания, и напряжения трансформатора, измеренного на выходе блоков 156A-N трансформаторов. В варианте осуществления модель трансформатора формируется на основе электрического режима работы внутренних компонентов блока трансформатора.Modeling module 125 includes a transformer model generator 114 to generate a transformer model for transformer blocks 156A-N. The transformer model is generated based on the power supply voltage measured at the output of the power supply units 154A-N and the transformer voltage measured at the output of the transformer units 156A-N. In an embodiment, the transformer model is generated based on the electrical behavior of the internal components of the transformer unit.

Модуль 125 моделирования также включает в себя генератор 116 модели преобразователя, сконфигурированный, чтобы формировать модели конечных автоматов для выпрямителей в циклоконвертере 158A-N. В некоторых вариантах осуществления объекты 150A-N добычи могут включать в себя выпрямители возбуждения. В таких вариантах осуществления генератор 116 модели преобразователя конфигурируется, чтобы формировать модели возбуждения для выпрямителей возбуждения. В варианте осуществления генератор 116 модели преобразователя исполняется на множестве FPGA, чтобы обеспечивать быстрое моделирование в реальном времени циклоконвертеров 158A-N.Simulation module 125 also includes a converter model generator 116 configured to generate state machine models for the rectifiers in cycloconverter 158A-N. In some embodiments, production targets 150A-N may include drive rectifiers. In such embodiments, converter model generator 116 is configured to generate drive models for the drive rectifiers. In an embodiment, the converter model generator 116 runs on multiple FPGAs to enable fast real-time simulation of the cycloconverters 158A-N.

Модели конечных автоматов формируются, по меньшей мере, на основе пусковых импульсов одного или более тиристоров циклоконвертеров 158A-N. Дополнительно, модели конечных автоматов также формируются на основе функции напряжения и тока либо от блоков 156A-N трансформаторов, либо от блока 154A-N подачи питания. Формирование модели конечного автомата дополнительно разъясняется на фиг. 1B, 1C и 1D.The finite state machine models are formed based on at least the firing pulses of one or more thyristors of the 158A-N cycloconverters. Additionally, state machine models are also generated based on a function of voltage and current from either the transformer units 156A-N or the power supply unit 154A-N. The generation of the state machine model is further explained in FIG. 1B, 1C and 1D.

Модуль 125 моделирования включает в себя генератор 118 модели двигателя, чтобы формировать модели двигателя для двигателя 160A-N на основе скорости, выводимой из моделей нагрузки.Simulation module 125 includes an engine model generator 118 to generate engine models for engine 160A-N based on the speed output from the load models.

Модуль 125 моделирования дополнительно включает в себя генератор 120 модели нагрузки. Генератор 120 модели нагрузки конфигурируется, чтобы формировать модели нагрузки для блоков 162A-N нагрузки. Генератор 120 модели нагрузки дополнительно конфигурируется, чтобы формировать модель тормоза для тормозных систем. Модели нагрузки формируются на основе крутящего момента, выводимого из двигателя 160A-N. Модуль 125 моделирования включает в себя модуль 122 валидации. Модуль 122 валидации конфигурируется, чтобы валидировать модели подачи питания, модели трансформатора, модели конечного автомата и модели нагрузки (совокупно называемые моделями системы). Модуль 122 валидации конфигурируется, чтобы совместно моделировать модели системы, чтобы гарантировать, что модели системы действуют как виртуальные копии ассоциированной системы.Simulation module 125 further includes a load model generator 120 . Load model generator 120 is configured to generate load models for load blocks 162A-N. Load model generator 120 is further configured to generate a brake model for braking systems. The load models are generated based on the torque output from the 160A-N motor. Modeling module 125 includes a validation module 122 . Validation module 122 is configured to validate power supply models, transformer models, state machine models, and load models (collectively referred to as system models). Validator 122 is configured to jointly model the system models to ensure that the system models act as virtual copies of the associated system.

Модели объекта формируются из моделей системы. Модуль 125 моделирования конфигурируется, чтобы определять зависимости между моделями системы. Зависимости определяются посредством физических соотношений между моделями системы. Зависимости между моделями системы определяются на основе, по меньшей мере, одного из технических чертежей, блок-схем последовательности операций процесса, карты компоновки объекта добычи и взаимосвязи между точками данных в данных датчиков. Фиг. 5 иллюстрирует формирование моделей объекта на основе зависимостей между моделями системы.Object models are formed from system models. Modeling module 125 is configured to determine dependencies between system models. Dependencies are determined by means of physical relationships between system models. Dependencies between system models are determined based on at least one of the engineering drawings, process flow diagrams, production layout map, and relationships between data points in sensor data. Fig. 5 illustrates the formation of object models based on dependencies between system models.

Модели объекта могут быть отображены на GUI 108 посредством графических представлений. Объекты 150A-150N добычи управляются посредством анализа графических представлений. В некоторых вариантах осуществления объекты 150A-150N добычи могут управляться посредством обнаружения аномалий в работе объектов 150A-150N добычи.The object models may be displayed on the GUI 108 via graphical representations. Production objects 150A-150N are controlled by analyzing graphical representations. In some embodiments, mining objects 150A-150N may be managed by detecting anomalies in the operation of mining objects 150A-150N.

В некоторых вариантах осуществления память 110 и облачная вычислительная платформа 130 могут дополнительно включать в себя модуль 126 прогнозирования и модуль 128 оптимизации. Модуль 126 прогнозирования конфигурируется, чтобы прогнозировать работу новых систем, которые могут быть добавлены в объекты 150A-N добычи. Дополнительно, модуль 128 оптимизации конфигурируется, чтобы прогнозировать и валидировать оптимизированные входные сигналы для улучшения работы объектов 150A-N добычи.In some embodiments, memory 110 and cloud computing platform 130 may further include a prediction module 126 and an optimization module 128. Prediction module 126 is configured to predict the performance of new systems that may be added to production targets 150A-N. Additionally, optimization module 128 is configured to predict and validate optimized inputs to improve performance of production facilities 150A-N.

GUI 108 используется для отображения спрогнозированной работы новых систем. Дополнительно, GUI 108 используется для отображения работы объекта добычи, чтобы валидировать оптимизированные входные сигналы. В варианте осуществления блок 102 моделирования может быть соединен с возможностью связи с устройством отображения, сконфигурированным для отображения трехмерных интерактивных моделей объектов 150A-N добычи одновременно или последовательно.The GUI 108 is used to display the predicted performance of new systems. Additionally, the GUI 108 is used to display the operation of the target in order to validate the optimized inputs. In an embodiment, the modeling unit 102 may be communicatively coupled to a display device configured to display 3D interactive models of production targets 150A-N simultaneously or sequentially.

Фиг. 2-4 иллюстрируют формирование модели конечного автомата для выпрямителей в циклоконвертере 158A, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.Fig. 2-4 illustrate the formation of a state machine model for rectifiers in a cycloconverter 158A, according to an embodiment of the present invention.

Фиг. 2 иллюстрирует принципиальную схему 170 выпрямителя в циклоконвертере 158A. Принципиальная схема иллюстрирует преобразовательный мост 172 на тиристорах с тиристорами 1, 2, 3, 4, 5 и 6. Напряжение питания является трехфазным электропитанием с напряжением U1, U2, U3, с индуктивностью Lk и током I1, I2 и I3. Ток Id и выходное напряжение UA наблюдаются на концах преобразовательного моста 172 на тиристорах.Fig. 2 illustrates a circuit diagram 170 of a rectifier in a cycloconverter 158A. The circuit diagram illustrates a thyristor converter bridge 172 with thyristors 1, 2, 3, 4, 5 and 6. The supply voltage is a three-phase power supply with voltage U1, U2, U3, inductance Lk and current I1, I2 and I3. The current Id and the output voltage UA are observed at the ends of the converter bridge 172 on the thyristors.

Фиг. 3 иллюстрирует матрицу 180 изменения состояния с активными тиристорами 182 и ассоциированными состояниями 184 преобразователя. Матрица 180 иллюстрирует переход от одного активного тиристора к другому. Активизация тиристора осуществляется посредством пусковых импульсов или изменения токов I1, I2 и I3. Дополнительно, специалисту в области техники должно быть понятно, что состояния 184 могут изменяться на основе фаз напряжения. Дополнительно, состояния 184 могут изменяться, если включение тиристора не является нормальным. Кроме того, в случае ошибочных импульсов и двойной коммутации, состояния 184 могут изменяться. Соответственно, матрица 180 изменения состояния является вариантом осуществления, который может быть обновлен, чтобы включать в себя вышеупомянутые изменения.Fig. 3 illustrates a state transition matrix 180 with active thyristors 182 and associated converter states 184. Matrix 180 illustrates the transition from one active thyristor to another. The thyristor is activated by starting pulses or by changing the currents I1, I2 and I3. Additionally, one of ordinary skill in the art would appreciate that states 184 may change based on voltage phases. Additionally, the states 184 may change if the thyristor turn-on is not normal. In addition, in the case of erroneous pulses and double switching, states 184 may change. Accordingly, state change matrix 180 is an embodiment that can be updated to include the above changes.

Фиг. 4 является эквивалентной схемой 190 для выпрямителя в циклоконвертере 158A в состоянии 8 (указанном ссылочным номером 186). В состоянии 8 тиристор 1 является активным, и протекание тока переходит от тиристора 2 к тиристору 6. Тиристоры 1, 2 и 6 моделируются посредством характеристики прогиба. Дополнительно, как иллюстрировано, тиристоры 1, 2 и 6 моделируются как сочетание сопротивления (RD) * ток и напряжение UFOD. Дополнительно, индуктивность Lk моделируется как индуктивность и сопротивление Rk.Fig. 4 is an equivalent circuit 190 for the rectifier in the cycloconverter 158A in state 8 (indicated by reference numeral 186). In state 8, thyristor 1 is active and current flows from thyristor 2 to thyristor 6. Thyristors 1, 2, and 6 are modeled with a deflection characteristic. Additionally, as illustrated, thyristors 1, 2 and 6 are modeled as a combination of resistance (RD) * current and voltage U FOD . Additionally, the inductance Lk is modeled as the inductance and resistance Rk.

Эквивалентная схема 190 может быть использована для определения значения выходного напряжения UA. Например, следующее уравнение используется для определения выходного напряжения UA.Equivalent circuit 190 may be used to determine the value of the output voltage UA. For example, the following equation is used to determine the output voltage UA.

Figure 00000001
Figure 00000001

Напряжение на концах индуктивности Lk и сопротивления Rk определяется следующим образом для трехфазного напряжения U1, U2, U3.The voltage at the ends of the inductance Lk and resistance Rk is determined as follows for the three-phase voltage U1, U2, U3.

Figure 00000002
Figure 00000002

Дополнительно, напряжение тиристоров на концах тиристоров 1, 2, 3, 4, 5 и 6 определяется, как указано ниже.Additionally, the thyristor voltage at the ends of thyristors 1, 2, 3, 4, 5 and 6 is determined as follows.

Figure 00000003
Figure 00000003

Вышеупомянутое определение может быть выполнено для всех состояний 184. В варианте осуществления, вышеуказанное определение выполняется параллельно для всех состояний 184, а выходное напряжение UA для выпрямителя определяется посредством выбора с помощью мультиплексора.The above determination can be made for all states 184. In an embodiment, the above determination is made in parallel for all states 184, and the output voltage UA for the rectifier is determined by selection with a multiplexer.

Фиг. 5 иллюстрирует блок-схему модели 200 объекта для объекта 150A добычи на фиг. 1, согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Модель 200 объекта включает в себя модели 210, 220, 230 и 240 системы. Для цели фиг. 5 модели системы включают в себя модель 210 трансформатора, модель 220 конечного автомата, модель 230 двигателя и модель 240 нагрузки. Дополнительно, как показано на фиг. 5, зависимости между моделями системы иллюстрируются с помощью соединений 238 и 244 для обратной связи.Fig. 5 illustrates a block diagram of a facility model 200 for production facility 150A in FIG. 1 according to an embodiment of the present invention. Object model 200 includes system models 210, 220, 230, and 240. For the purpose of FIG. The 5 system models include a transformer model 210, a state machine model 220, a motor model 230, and a load model 240. Additionally, as shown in FIG. 5, dependencies between system models are illustrated using feedback connections 238 and 244.

Модель 210 трансформатора формируется на основе напряжения 212 подачи питания, измеренного на выходе блоке 154 подачи питания. Напряжение 214 трансформатора выводится из модели 210 трансформатора и сравнимо с напряжением, измеренным на выходе блока 156A трансформатора. Модель 210 трансформатора формируется на основе электрического режима работы внутренних компонентов блока 156A трансформатора.The transformer model 210 is formed based on the power supply voltage 212 measured at the output of the power supply unit 154 . The transformer voltage 214 is output from the transformer model 210 and is comparable to the voltage measured at the output of the transformer block 156A. The transformer model 210 is formed based on the electrical behavior of the internal components of the transformer unit 156A.

Модель 220 конечного автомата формируется на основе пусковых импульсов 216, напряжения 214 трансформатора и тока 238 двигателя из модели 230 двигателя с использованием принципиальной схемы 190 и матрицы 180 изменения состояния.State machine model 220 is generated based on start pulses 216, transformer voltage 214, and motor current 238 from motor model 230 using circuit diagram 190 and state transition matrix 180.

Дополнительно, модель 230 двигателя формируется на основе выходного напряжения (UA) 226 из модели 220 конечного автомата и скорости 244, выведенной из модели 240 нагрузки. Модель 240 нагрузки принимает крутящий момент 236, выведенный из модели 230 двигателя, чтобы формировать скорость 244.Additionally, motor model 230 is generated based on output voltage (UA) 226 from state machine model 220 and speed 244 derived from load model 240. Load model 240 receives torque 236 output from engine model 230 to generate speed 244.

Специалисту в области техники может быть понятно, что зависимость на фиг. 5 является примером. Множество таких зависимостей может быть сформировано на основе технических чертежей, блок-схем последовательности операций процесса, карты компоновки объекта 150A добычи и т.д. В варианте осуществления данные датчиков от устройств 152A анализируются посредством выполнения анализа чувствительности, чтобы определять зависимости в моделях системы.One of ordinary skill in the art will appreciate that the relationship in FIG. 5 is an example. A plurality of such dependencies may be generated from engineering drawings, process flow diagrams, layout maps of production facility 150A, and so on. In an embodiment, sensor data from devices 152A is analyzed by performing sensitivity analysis to determine dependencies in system models.

Фиг. 6 иллюстрирует блок-схему блока 330 моделирования для управления объектом 310 добычи, согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Аналогично объектам добычи на фиг. 1, объект 310 добычи включает в себя блок подачи питания, блок трансформатора, блок 312 управления циклоконвертером, двигатель и блок нагрузки. Блок 330 моделирования может быть соединен с возможностью связи с объектом 310 добычи через сетевой интерфейс.Fig. 6 illustrates a block diagram of a simulator 330 for controlling a production facility 310, according to an embodiment of the present invention. Similar to the production targets in Fig. 1, the production facility 310 includes a power supply unit, a transformer unit, a cycloconverter control unit 312, a motor, and a load unit. Simulator 330 may be communicatively connected to production target 310 via a network interface.

Блок 312 управления циклоконвертером конфигурируется с номиналом мощности 3,2-40 МВА. Выходное напряжение может изменяться от 1500-4000 В. Дополнительно, тиристоры в циклоконвертере 312 размещаются в виде трехфазных мостов в 6-импульсном, 12-импульсном или 24-импульсном соединении.The cycloconverter control unit 312 is configured with a power rating of 3.2-40 MVA. The output voltage can vary from 1500-4000 V. Additionally, the thyristors in the cycloconverter 312 are placed as three-phase bridges in a 6-pulse, 12-pulse, or 24-pulse connection.

Циклоконвертер 312 может управляться и вводиться в эксплуатацию посредством различных устройств и компьютерных программных инструкций. В варианте осуществления объект 310 добычи также включает в себя графический пользовательский интерфейс (GUI) 314, модуль 316 автоматизации и модуль 318 ввода в эксплуатацию.The cycloconverter 312 can be controlled and commissioned by various devices and computer program instructions. In an embodiment, production facility 310 also includes a graphical user interface (GUI) 314, an automation module 316, and a commissioning module 318.

GUI 314 используется для отображения и визуализации работы циклоконвертера 312. Например, пусковые импульсы тиристоров, входное напряжение, выходное напряжение и т.д. могут быть отображены. Модуль 316 автоматизации конфигурируется, чтобы отображать межсоединения на объекте 310 добычи. Модуль 316 автоматизации может также быть использован для указания оператору того, существует ли аномалия на объекте добычи. Модуль 318 ввода в эксплуатацию, в общем, используется во время ввода в эксплуатацию циклоконвертера 312. Модуль 318 ввода в эксплуатацию может также быть использован для реализации диагностики через GUI 314.The GUI 314 is used to display and visualize the operation of the cycloconverter 312. For example, thyristor triggers, input voltage, output voltage, etc. can be displayed. The automation module 316 is configured to display interconnections at the production facility 310 . Automation module 316 may also be used to indicate to an operator if an anomaly exists at a production site. Commissioning module 318 is generally used during commissioning of cycloconverter 312. Commissioning module 318 may also be used to implement diagnostics via GUI 314.

Кроме того, объект 310 добычи дополнительно включает в себя интерфейс 320 аппаратных средств, предоставляющий возможность связи между блоком 330 моделирования и циклоконвертером 312.In addition, the production object 310 further includes a hardware interface 320 allowing communication between the simulator 330 and the cycloconverter 312.

Блок 330 моделирования включает в себя блок 332 предварительного формирования сигнала, блоки 334 и 336 обработки и GUI 338. Блок 332 предварительного формирования сигнала может включать в себя платы ввода/вывода для аналогового и цифрового сигнала. Чтобы предоставлять возможность быстрого моделирования, блок 332 предварительного формирования сигнала включает в себя специализированные платы. Блок 332 предварительного формирования сигнала конфигурируется, чтобы предоставлять адаптации сигнала к конкретным напряжениям электрической системы (12 В, 24 В, и т.д.); также для токовых интерфейсов.Simulator 330 includes signal preconditioner 332, processing blocks 334 and 336, and GUI 338. Signal preconditioner 332 may include I/O boards for analog and digital signal. To enable fast simulation, the signal preconditioner 332 includes dedicated boards. Signal preconditioner 332 is configured to provide signal adaptations to specific electrical system voltages (12V, 24V, etc.); also for current interfaces.

Блоки 334 и 336 обработки включают в себя программируемую пользователем вентильную матрицу (FPGA) 334 и центральные процессоры (CPU) 336. FPGA 334 может быть использована для быстрого моделирования в режиме онлайн систем на объекте 310 добычи. Дополнительно, CPU 336 может быть использован для моделирования в автономном режиме (режиме офлайн). Например, модель конечного автомата для выпрямителей циклоконвертера 312 может выполняться на FPGA 334. Модель нагрузки для блока нагрузки может исполняться на CPU 336. Использование блоков 334 и 336 обработки выполняется на основе требования для быстрого моделирования в режиме онлайн.Processing units 334 and 336 include a field programmable gate array (FPGA) 334 and central processing units (CPUs) 336. FPGA 334 can be used for fast online simulation of the systems at the production site 310. Additionally, the CPU 336 can be used for offline simulation. For example, the state machine model for the rectifiers of the cycloconverter 312 may be executed on the FPGA 334. The load model for the load block may be executed on the CPU 336. The use of processing blocks 334 and 336 is performed based on a requirement for fast online simulation.

GUI 338 конфигурируется, чтобы отображать выходную информацию из блоков 334 и 336 обработки. Дополнительно, GUI 338 используется для изменения параметров, ассоциированных с моделями, реализованными на блоках 334 и 336 обработки.GUI 338 is configured to display output from processing blocks 334 and 336 . Additionally, the GUI 338 is used to change the parameters associated with the models implemented on the blocks 334 and 336 processing.

Фиг. 7 иллюстрирует способ 400 управления объектом добычи, согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Способ 400 начинается на этапе 402 с приема входного сигнала, данных датчиков и выходного сигнала относительно множества систем на объекте добычи.Fig. 7 illustrates a method 400 for controlling a target, in accordance with an embodiment of the present invention. Method 400 begins at 402 with receiving input, sensor data, and output regarding a plurality of systems at a production site.

На этапе 404 модель подачи питания для блока подачи питания и модель трансформатора для блока трансформатора формируются. В варианте осуществления этап 404 может быть выполнен в автономном режиме перед вводом в эксплуатацию блока подачи питания и блока трансформатора. Дополнительно, модель подачи питания и модель трансформатора могут быть обновлены после установки и во время работы объекта добычи.At step 404, a power supply model for the power supply unit and a transformer model for the transformer unit are generated. In an embodiment, step 404 may be performed offline prior to commissioning the power supply unit and the transformer unit. Additionally, the power supply model and the transformer model can be updated after installation and during production operation.

На этапе 406 модель конечного автомата для циклоконвертера и модель двигателя для двигателя формируются. В варианте осуществления этап 406 выполняется в FPGA, чтобы предоставлять возможность быстрого моделирования аппаратных средств в контуре в режиме реального времени циклоконвертера и двигателя. Используемый в данном документе термин "моделирование аппаратных средств в контуре" относится к этапу способа, на котором один или более реальных компонентов взаимодействуют с компонентами, которые моделируются в реальном времени. Соответственно, модель конечного автомата принимает входные данные от циклоконвертера, развернутого на объекте добычи. Выходные данные модели конечного автомата могут быть дополнительно использованы для модификации входных сигналов для циклоконвертера.At 406, a state machine model for the cycloconverter and a motor model for the motor are generated. In an embodiment, step 406 is performed in the FPGA to enable fast real-time simulation of the cycloconverter and motor in-loop hardware. As used herein, the term "in-loop hardware simulation" refers to a method step in which one or more real components interact with components that are simulated in real time. Accordingly, the state machine model receives input from a cycloconverter deployed at the production site. The output of the state machine model can be further used to modify the inputs to the cycloconverter.

В варианте осуществления этап 406 может включать в себя формирование модели конечного автомата для выпрямителей циклоконвертера, по меньшей мере, на основе пусковых импульсов для одного или более тиристоров выпрямителей и функции напряжения и тока, по меньшей мере, от блока трансформатора и блока подачи питания.In an embodiment, step 406 may include generating a state machine model for the cycloconverter rectifiers based at least on start pulses for one or more rectifier thyristors and a function of voltage and current from at least the transformer unit and the power supply unit.

Этап 406 может включать в себя определение состояний преобразователя для тиристоров выпрямителей в циклоконвертере, состояния преобразователя формируются на основе пусковых импульсов, вводимых в циклоконвертер. Состояния преобразователей используются для формирования модели конечного автомата. Чтобы определять состояние преобразователя, значения состояний может быть необходимо прогнозировать. Соответственно, этап 406 может включать в себя прогнозирование значений состояний для состояний преобразователя на основе пускового импульса, напряжения тиристоров и тока тиристоров.Step 406 may include determining converter states for the thyristors of the rectifiers in the cycloconverter, the converter states being generated based on trigger pulses input to the cycloconverter. Transducer states are used to form a finite state machine model. In order to determine the state of the transducer, the state values may need to be predicted. Accordingly, step 406 may include predicting the state values for the states of the converter based on the start pulse, the voltage of the thyristors, and the current of the thyristors.

Этап 406 может дополнительно включать в себя мультиплексирование значений состояния для определения состояний преобразователя. Дополнительно, этап 406 может включать в себя прогнозирование изменения состояния для выпрямителей на основе текущего состояния выпрямителей циклоконвертера.Block 406 may further include multiplexing state values to determine transducer states. Additionally, step 406 may include state change prediction for the rectifiers based on the current state of the cycloconverter rectifiers.

В варианте осуществления этап 406 может включать в себя определение эквивалентной схемы для состояний преобразователя. Например, тиристор может быть смоделирован с точки зрения напряжения, тока и сопротивления. Дополнительно, различные тиристоры могут быть "включены" или "выключены". Соответственно, эквивалентная схема для каждого состояния преобразователя может быть сформирована.In an embodiment, step 406 may include determining an equivalent circuit for the transducer states. For example, a thyristor can be modeled in terms of voltage, current, and resistance. Additionally, various thyristors can be "on" or "off". Accordingly, an equivalent circuit for each converter state can be formed.

Дополнительно, в варианте осуществления, условия, такие как ошибочные импульсы и/или двойные коммутации, могут быть смоделированы на основе исторических данных, ассоциированных с циклоконвертером. В таком варианте осуществления моделирование может выполняться в автономном режиме с помощью CPU.Additionally, in an embodiment, conditions such as erroneous pulses and/or double switches may be modeled based on historical data associated with the cycloconverter. In such an embodiment, the simulation may be performed offline by the CPU.

На этапе 408 модель нагрузки и модель прерывания питания для блока нагрузки и блока прерывателя формируются. В варианте осуществления этап 408 выполняется в CPU.At step 408, a load model and a power interruption model for the load block and the chopper block are generated. In an embodiment, step 408 is performed on the CPU.

Модели, сформированные на этапах 404, 406 и 408, совокупно называются моделями системы.The models generated in blocks 404, 406, and 408 are collectively referred to as system models.

На этапе 410 модели системы валидируются посредством совместного моделирования моделей системы на одной или более платформах моделирования. Например, модель системы может быть сформирована на платформе моделирующей симуляции схемы и валидируется на настраиваемой платформе динамического моделирования на основе блоков. Чтобы гарантировать, что совместное моделирование правильно выполняется, этап 410 может включать в себя синхронизацию совместно моделирования моделей системы на платформах моделирования.At block 410, the system models are validated by co-simulating the system models on one or more simulation platforms. For example, a system model may be generated on a circuit simulation platform and validated on a custom block-based dynamic simulation platform. To ensure that the co-simulation is correctly performed, step 410 may include synchronizing the co-simulation of the system models to the simulation platforms.

В другом варианте осуществления этап 410 может быть выполнен посредством сравнения смоделированных выходных данных из моделей системы и выходных сигналов из систем на объекте добычи. Разница в смоделированных выходных данных и выходных сигналах используется в качестве обратной связи, чтобы обновлять модели системы.In another embodiment, step 410 may be performed by comparing simulated outputs from system models and outputs from systems at the production site. The difference in the simulated outputs and outputs is used as feedback to update the system models.

Формирование в реальном времени моделей системы может потребоваться для наблюдения за работой объекта добычи без какой-либо задержки. Соответственно, этап 410 может включать в себя формирование одной из модели конечного автомата, модели двигателя и модели нагрузки с помощью программируемой пользователем вентильной матрицы (FPGA).The formation of real-time system models may be required to monitor the operation of the production facility without any delay. Accordingly, step 410 may include generating one of a state machine model, a motor model, and a load model using a field programmable gate array (FPGA).

На этапе 420 зависимости между моделями системы используются для формирования модели объекта для объекта добычи. Соответственно, используемый в данном документе термин "модель объекта" относится к виртуальной копии объекта добычи. Модель объекта предоставляет возможность наблюдения состояния объекта добычи. Дополнительно, модель объекта преимущественно используется для прогнозирования и анализа аномалий на объекте добычи.At block 420, the dependencies between the system models are used to generate an object model for the production object. Accordingly, as used herein, the term "object model" refers to a virtual copy of a mining object. The object model provides an opportunity to observe the state of the production object. Additionally, the object model is mainly used to predict and analyze anomalies at the production object.

Этап 420 может включать в себя определение зависимостей между моделями системы на основе, по меньшей мере, одного из технических чертежей, блок-схем последовательности операций процесса, карты компоновки объекта добычи и взаимосвязи между точками данных в данных датчиков. Например, процесс и схемы оснащения измерительными приборами объекта добычи могут быть использованы, чтобы определять системы, которые ассоциируются друг с другом. В другом примере анализ чувствительности может быть выполнен по данным датчиков, чтобы определять взаимосвязь между точками данных. Взаимосвязь между точками данных может быть использована для определения ассоциативной связи между системами.Step 420 may include determining dependencies between system models based on at least one of the engineering drawings, process flow diagrams, production layout map, and relationships between data points in sensor data. For example, the process and instrumentation schemes of a production site can be used to determine systems that are associated with each other. In another example, sensitivity analysis may be performed on sensor data to determine the relationship between data points. The relationship between data points can be used to define associations between systems.

В варианте осуществления зависимости определяются так, что модель конечного автомата для выпрямителей циклоконвертера формируется на основе тока двигателя, выводимого из модели двигателя, предоставленной в качестве входных данных для модели конечного автомата. В другом варианте осуществления модель двигателя для двигателя формируется на основе выходных данных скорости из модели нагрузки, предоставленной в качестве входных данных для модели двигателя.In an embodiment, dependencies are determined such that a state machine model for the cycloconverter rectifiers is generated based on the motor current output from the motor model provided as input to the state machine model. In another embodiment, the engine model for the engine is generated based on the speed output from the load model provided as input to the engine model.

На этапе 430 модель объекта используется для управления объектом добычи. Управление объектом добычи может выполняться посредством наблюдения удаленного состояния и управления аномалией.At block 430, the object model is used to manage the production object. The control of the target can be performed by monitoring the remote state and managing the anomaly.

На этапе 432 аномалии в работе объекта добычи идентифицируются на основе данных датчиков и выходных сигналов. Аномалии могут быть идентифицированы с помощью предварительно определенного порогового значения для данных датчиков и выходных сигналов. В другом варианте осуществления аномалии могут быть идентифицированы с помощью алгоритмов машинного обучения, таких как кластеризация методом k-средних, диаграммы размаха и т.д. At step 432, anomalies in the operation of the production object are identified based on sensor data and output signals. Anomalies can be identified using a predetermined threshold value for sensor data and output signals. In another embodiment, anomalies can be identified using machine learning algorithms such as k-means clustering, range plots, and so on.

Этап 432 может дополнительно включать в себя определение параметров состояния, вызывающих аномалии посредством моделирования возможных условий аномалии с помощью модели объекта. Этап 432 может включать в себя прогнозирование оптимизированных входных сигналов для объекта добычи на основе аномалий и параметров состояния. В варианте осуществления параметры состояния и оптимизированные входные сигналы сопоставляются в логарифмической таблице. Step 432 may further include determining the state parameters causing the anomalies by modeling possible anomaly conditions with the object model. Step 432 may include predicting optimized inputs for the target based on anomalies and state parameters. In an embodiment, the state parameters and the optimized input signals are compared in a logarithmic table.

Этап 432 может включать в себя валидацию оптимизированных входных сигналов посредством формирования примеров моделирования для оптимизированных входных сигналов для объекта добычи с помощью модели объекта. Например, примеры моделирования формируются, когда оптимизированные входные сигналы предоставляются в качестве входных данных для модели объекта. Режим работы модели объекта анализируется посредством определения того, попадают ли выходные значения моделей системы в пределы порогового значения. Этап 432 может дополнительно включать в себя инициирование работы объекта добычи на основе валидированных оптимизированных входных сигналов. Дополнительно, объект добычи работает согласно оптимизированным входным сигналам.Step 432 may include validating the optimized inputs by generating simulation examples for the optimized inputs for the production target using the target model. For example, simulation examples are generated when optimized input signals are provided as input to an object model. The behavior of the object model is analyzed by determining whether the output values of the system models fall within a threshold. Step 432 may further include initiating operation of the production facility based on the validated optimized inputs. Additionally, the production object operates according to optimized input signals.

На этапе 434 работа новой системы прогнозируется с помощью модели объекта. Новая система может включать в себя вновь введенную в эксплуатацию систему или существующую систему с обновлениями аппаратных средств и программного обеспечения. Этап 434 может дополнительно включать в себя оптимизацию проектных параметров новой системы на основе спрогнозированной работы. Например, новая система может ссылаться на новый метод модуляции для пусковых импульсов тиристоров. Угол отпирания может быть оптимизирован, чтобы вести к уменьшению реактивной мощности.At step 434, the operation of the new system is predicted using the object model. The new system may include a newly commissioned system or an existing system with hardware and software upgrades. Step 434 may further include optimizing the design parameters of the new system based on the predicted performance. For example, a new system may refer to a new modulation method for triggering thyristors. The firing angle can be optimized to lead to a reduction in reactive power.

На этапе 436 моделируются этапы ввода в эксплуатацию по модели объекта. Моделирование этапов ввода в промышленную эксплуатацию может быть использовано для сравнения работы объекта добычи относительно существующих руководств.At block 436, the commissioning steps are modeled on the facility model. Modeling of the stages of commercial production can be used to compare the operation of the production facility against existing guidelines.

Реализация этапов 432, 434 и 436 может быть визуализирована посредством графиков, отображаемых на GUI. Фиг. 8-10 иллюстрируют реализацию этапов 432 и 434.The implementation of steps 432, 434 and 436 can be visualized through graphs displayed on the GUI. Fig. 8-10 illustrate the implementation of steps 432 and 434.

Фиг. 8, 9 и 10 являются графиками, которые иллюстрируют оптимизацию входных сигналов с помощью модели объекта для объекта добычи. Примеры моделирования по модели объекта используются для идентификации наиболее оптимальных входных сигналов и называются "оптимизированными входными сигналами".Fig. 8, 9, and 10 are graphs that illustrate the optimization of input signals with a target model for a production target. The plant model simulation examples are used to identify the most optimal inputs and are referred to as "optimized inputs".

Фиг. 8 иллюстрирует тренд 500 объекта с помощью графиков 502-510. Fig. 8 illustrates the trend 500 of an object using graphs 502-510.

Фиг. 9 иллюстрирует смоделированный тренд 520 с помощью графиков 522-530. Fig. 9 illustrates a simulated trend 520 using plots 522-530.

Фиг. 10 иллюстрируют оптимизированный тренд 540 с помощью графиков 542-550.Fig. 10 illustrate an optimized trend 540 with plots 542-550.

Графики 502, 522 и 542 являются графиками скорости. На фиг. 8 график 502 скорости включает в себя опорную скорость 502a и измеренную скорость 502b. На фиг. 9 график 522 скорости включает в себя смоделированную опорную скорость 522a и смоделированную скорость 522b. На фиг. 10 график 542 скорости включает в себя опорную скорость 542a для оптимизированных входных сигналов и измеренную скорость 542b для оптимизированных входных сигналов.Plots 502, 522 and 542 are speed plots. In FIG. 8, a speed graph 502 includes a reference speed 502a and a measured speed 502b. In FIG. 9, speed plot 522 includes a simulated speed reference 522a and a simulated speed 522b. In FIG. 10, velocity plot 542 includes a reference velocity 542a for optimized inputs and a measured velocity 542b for optimized inputs.

Графики 504, 524 и 544 являются графиками тока возбуждения (EC). На фиг. 8 EC-график 504 включает в себя опорный EC 504a и измеренный EC 504b. На фиг. 9 график 524 скорости включает в себя смоделированный опорный EC 524a и смоделированный EC 552b. На фиг. 10 EC-график 544 включает в себя опорный EC 544a для оптимизированных входных сигналов и измеренный EC 544b для оптимизированных входных сигналов.Plots 504, 524 and 544 are drive current (EC) plots. In FIG. 8, EC plot 504 includes a reference EC 504a and a measured EC 504b. In FIG. 9, rate plot 524 includes a simulated reference EC 524a and a simulated EC 552b. In FIG. 10, EC plot 544 includes a reference EC 544a for optimized inputs and a measured EC 544b for optimized inputs.

Графики 506, 526, 546 являются графиками тока намагничивания. Графики 508, 528 и 548 являются графиками тока крутящего момента. Дополнительно, графики 510, 530 и 550 являются графиками трехфазного тока. Графики 506, 508 и 510 измеряются на месте перед использованием оптимизированных входных сигналов. Графики 526, 528 и 530 являются смоделированными графиками, сформированными из модели объекта. Графики 546, 548 и 550 измеряются на месте объекта добычи, после того как оптимизированные входные сигналы реализуются.Plots 506, 526, 546 are magnetizing current plots. Plots 508, 528 and 548 are torque current plots. Additionally, plots 510, 530, and 550 are three-phase current plots. Plots 506, 508 and 510 are measured in situ before using the optimized input signals. Plots 526, 528, and 530 are simulated plots generated from an object model. Plots 546, 548 and 550 are measured at the production site after the optimized inputs are realized.

На фиг. 8 и 5B колебание дробилки является очевидным на графиках 502, 508 и 522, 528, соответственно. Колебания 502 и 508 дробилки наблюдаются на месте объекта добычи. Модель объекта также указывает колебания 522 и 528 дробилки.In FIG. 8 and 5B, crusher oscillation is evident in plots 502, 508 and 522, 528, respectively. Vibrations 502 and 508 crushers are observed at the site of the mining object. The object model also indicates vibrations 522 and 528 of the crusher.

Колебания 522 и 528 дробилки были использованы для дальнейшего анализа параметров состояния, ассоциированных с колебаниями 522 и 528 дробилки. Вероятные причины колебаний дробилки определяются на основе технических чертежей объекта добычи.Crusher vibrations 522 and 528 were used to further analyze the state parameters associated with crusher vibrations 522 and 528. Probable causes of crusher vibrations are determined based on the engineering drawings of the mining site.

Например, в настоящем случае технические чертежи объекта добычи указывают привод дробилки без зубчатой передачи, который удерживается тормозами в неуравновешенном положении. Соответственно, вероятная причина для колебания 522 и 528 дробилки может быть связана с работой тормозов. Модель объекта используется для моделирования аномалий в работе тормозов. В настоящем примере определяется, что задержка в размыкании тормозов может вызывать колебания дробилки. Соответственно, параметры состояния для времени размыкания тормоза были идентифицированы. Дополнительно, отложенное размыкание тормоза моделируется по объекту добычи и сравнивается с графиками 522 и 528.For example, in the present case, the technical drawings of the mining site indicate a crusher drive without gearing, which is held by brakes in an unbalanced position. Accordingly, the probable cause for the oscillator 522 and 528 may be related to the operation of the brakes. The object model is used to simulate anomalies in the operation of the brakes. In the present example, it is determined that a delay in opening the brakes can cause the crusher to vibrate. Accordingly, the state parameters for the brake release time have been identified. Additionally, the delayed release of the brake is modeled on the target and compared to plots 522 and 528.

Когда параметры состояния идентифицируются, оптимизированные входные сигналы прогнозируются на основе аномалии и параметров состояния. Для примера отложенного размыкания тормоза значения контроллера скорости идентифицируются в качестве входных сигналов, которые должны быть оптимизированы. Дополнительно, многочисленные значения контроллера скорости моделируются по модели объекта. Реализация оптимизированных входных сигналов иллюстрируется на фиг. 10, график 542 скорости и график 548 крутящего момента указывают уменьшенные колебания дробилки по ссылкам 552 и 554.When state parameters are identified, optimized input signals are predicted based on the anomaly and state parameters. For the delayed brake release example, the speed controller values are identified as inputs to be optimized. Additionally, multiple speed controller values are modeled from the plant model. The implementation of the optimized input signals is illustrated in FIG. 10, speed plot 542 and torque plot 548 indicate reduced crusher oscillation at 552 and 554.

В работе оптимизированные входные сигналы для контроллера скорости передаются инженеру по вводу в эксплуатацию на объекте добычи. Инженер по вводу в эксплуатацию реализует оптимизированные входные сигналы. В другом варианте осуществления оптимизированные входные сигналы реализуются с помощью облачной вычислительной платформы, на которой релевантные переменные обновляются. Обновленные переменные отражаются на объекте добычи. Настоящее изобретение может принимать форму компьютерного программного продукта, содержащего программные модули, доступные с компьютерно-используемого или компьютерно-читаемого носителя, хранящего программный код для использования посредством или в соединении с одним или более компьютерами, процессорами или системой исполнения инструкций. В целях этого описания компьютерно-используемый или читаемый компьютером носитель может быть любым устройством, которое может содержать, хранить, передавать, распространять или переносить программу для использования посредством или в соединении с системой выполнения инструкций, оборудованием или устройством. Носитель может быть электронной, магнитной, оптической, электромагнитной, инфракрасной или полупроводниковой системой (или оборудованием или устройством) или средами распространения самими по себе, поскольку носители сигнала не включены в определение физического компьютерно-читаемого носителя, может включать в себя полупроводниковую или твердотельную память, магнитную ленту, съемную компьютерную дискету, оперативное запоминающее устройство (RAM), постоянное запоминающее устройство (ROM), жесткий магнитный диск и оптический диск, такой как постоянное запоминающее устройство на компакт-диске (CD-ROM), считываемый/записываемый компакт-диск и DVD. И процессоры, и программный код для реализации каждого аспекта технологии, могут быть централизованы или распределены (или быть их сочетанием), как известно специалистам в области техники.In operation, the optimized inputs to the speed controller are passed to the commissioning engineer at the production site. The commissioning engineer implements the optimized input signals. In another embodiment, the optimized inputs are implemented using a cloud computing platform where the relevant variables are updated. The updated variables are reflected in the production target. The present invention may take the form of a computer program product comprising program modules accessible from a computer-usable or computer-readable medium storing program code for use by or in connection with one or more computers, processors, or instruction execution system. For the purposes of this description, a computer-usable or computer-readable medium can be any device that can contain, store, transmit, distribute, or carry a program for use by or in connection with an instruction execution system, equipment, or device. The medium may be an electronic, magnetic, optical, electromagnetic, infrared, or semiconductor system (or equipment or device) or propagation media per se, since signal carriers are not included in the definition of physical computer-readable media, may include semiconductor or solid-state memory, a magnetic tape, a removable computer floppy disk, a random access memory (RAM), a read only memory (ROM), a hard magnetic disk, and an optical disk such as a compact disk read only memory (CD-ROM), a readable/writable compact disk, and DVD. Both the processors and the software code for implementing each aspect of the technology may be centralized or distributed (or a combination thereof), as is known to those skilled in the art.

В то время как настоящее изобретение было описано подробно со ссылкой на некоторые варианты осуществления, следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается этими вариантами осуществления. С учетом настоящего раскрытия, множество модификаций и вариаций будут представляться специалистам в области техники без отступления от объема различных вариантов осуществления настоящего изобретения, как описано в данном документе. Объем настоящего изобретения, следовательно, определяется последующей формулой изобретения, а не предшествующим описанием. Все изменения, модификации и вариации, подпадающие под значение и диапазон эквивалентности формулы изобретения, должны рассматриваться в ее объема. Все предпочтительные варианты осуществления, заявленные в пунктах формулы изобретения на способ, могут также применяться к пунктам системы/устройства формулы изобретения.While the present invention has been described in detail with reference to certain embodiments, it should be understood that the present invention is not limited to these embodiments. In view of the present disclosure, many modifications and variations will be presented to specialists in the field of technology without departing from the scope of various embodiments of the present invention, as described in this document. The scope of the present invention is therefore defined by the following claims and not by the preceding description. All changes, modifications and variations falling within the meaning and range of equivalence of the claims are to be considered within the scope of the claims. All preferred embodiments claimed in method claims may also apply to system/device claims.

Claims (38)

1. Компьютерно-реализованный способ управления объектом (150 A-N) добычи, включающим в себя множество систем, способ содержит этапы, на которых:1. A computer-implemented method for controlling a production facility (150 A-N), including a plurality of systems, the method comprises the steps of: формируют, в блоке (102, 330) моделирования, модели (210, 220, 230, 240) системы для одной или более систем из множества систем объекта (150 A-N) добычи; при этом модели (210, 220, 230, 240) системы формируют на основе входного сигнала, данных датчиков и выходного сигнала от множества систем на объекте (150 A-N) добычи;forming, in the modeling block (102, 330), system models (210, 220, 230, 240) for one or more systems from a plurality of production object systems (150 A-N); wherein the system models (210, 220, 230, 240) are formed based on an input signal, sensor data, and an output signal from a plurality of systems at the production site (150 A-N); формируют модель (200) объекта для объекта (150 A-N) добычи на основе зависимостей между моделями (210, 220, 230, 240) системы, при этом зависимости содержат соединения (228, 238, 244) для обратной связи между моделями (210, 220, 230, 240) системы;an object model (200) is formed for the production object (150 A-N) based on the dependencies between the models (210, 220, 230, 240) of the system, while the dependencies contain connections (228, 238, 244) for feedback between the models (210, 220 , 230, 240) systems; управляют объектом (150 A-N) добычи посредством моделирования работы объекта (150 A-N) добычи с помощью модели (200) объекта, при этом управление объектом (150 A-N) добычи содержит по меньшей мере один из этапов, на которых:control the production object (150 A-N) by simulating the operation of the production object (150 A-N) using the object model (200), while the management of the production object (150 A-N) contains at least one of the stages, in which: прогнозируют оптимизированные входные сигналы для объекта (150 A-N) добычи на основе аномалий в работе объекта добычи и ассоциированных параметров состояния, вызывающих аномалии, при этом аномалии идентифицируют на основе данных датчиков и выходных сигналов объекта добычи с использованием одного или более предварительно определенных пороговых значений или технологий машинного обучения, и при этом ассоциированные параметры состояния определяют посредством моделирования вероятных аномальных условий с использованием модели объекта, используя технологии коренных причин;predicting optimized input signals for the production object (150 A-N) based on anomalies in the operation of the production object and associated state parameters that cause anomalies, while anomalies are identified based on sensor data and output signals of the production object using one or more predefined threshold values or technologies machine learning, wherein the associated state parameters are determined by modeling likely abnormal conditions using an object model using root cause technologies; валидируют оптимизированные входные сигналы посредством формирования смоделированных экземпляров для оптимизированных входных сигналов для объекта (150 A-N) добычи с использованием модели (200) объекта;validate the optimized input signals by generating simulated instances for the optimized input signals for the production object (150 A-N) using the object model (200); прогнозируют работу новой системы, которая должна быть развернута на объекте (150 A-N) добычи, при этом новая система включает в себя вновь введенную в эксплуатацию систему или систему, из множества систем, с одним из обновления аппаратных средств и обновления программного обеспечения, иpredicting the operation of a new system to be deployed at the production site (150 A-N), wherein the new system includes a newly commissioned system or a system from a plurality of systems, with one of a hardware upgrade and a software upgrade, and инициируют работу объекта (150 A-N) добычи на основе валидированных оптимизированных входных сигналов.initiating operation of the production facility (150 A-N) based on the validated optimized input signals. 2. Способ по п. 1, при этом одна или более систем включают в себя блок (154A-N) подачи питания, блок (156A-N) трансформатора, циклоконвертер (158A-N), двигатель (160A-N) и блок (162A-N) нагрузки, и при этом формирование модели системы содержит этапы, на которых:2. The method according to claim 1, wherein one or more systems include a power supply unit (154A-N), a transformer unit (156A-N), a cycloconverter (158A-N), a motor (160A-N), and a unit ( 162A-N) loads, and at the same time, the formation of the system model includes the steps at which: формируют модель (220) конечного автомата для выпрямителей циклоконвертера (158A-N) на основе, по меньшей мере, пусковых импульсов (216) по меньшей мере одного тиристора циклоконвертера (158A-N) и функции напряжения (214) и тока (238), по меньшей мере, от блока (156A-N) трансформатора и модели (230) двигателя;forming a model (220) of a state machine for cycloconverter rectifiers (158A-N) based on at least start pulses (216) of at least one cycloconverter thyristor (158A-N) and a function of voltage (214) and current (238), at least from the block (156A-N) of the transformer and model (230) of the engine; формируют модель (230) двигателя для двигателя (160A-N) как функцию, по меньшей мере, напряжения (226) циклоконвертера (158A-N), скорости (244) вращения, тока (238) двигателя и крутящего момента (236) двигателя; иgenerating a motor model (230) for the motor (160A-N) as a function of at least voltage (226) of the cycloconverter (158A-N), rotation speed (244), motor current (238), and motor torque (236); and формируют модель (240) нагрузки для блока (162A-N) нагрузки на основе функции, по меньшей мере, крутящего момента (236) двигателя и скорости (244) вращения, при этом модели (210, 220, 230, 240) системы включают в себя модель (220) конечного автомата, модель (230) двигателя и модель (240) нагрузки.a load model (240) is formed for the load block (162A-N) based on a function of at least the engine torque (236) and rotation speed (244), while the system models (210, 220, 230, 240) are included in itself a state machine model (220), a motor model (230), and a load model (240). 3. Способ по п. 2, при этом формирование модели (220) конечного автомата содержит этап, на котором3. The method according to claim 2, wherein the generation of the FSM model (220) comprises the step of определяют состояния преобразователя для тиристоров выпрямителей, состояния преобразователя формируют на основе пусковых импульсов, вводимых в циклоконвертер (158A-N).determine the states of the converter for the thyristors of the rectifiers, the states of the converter are formed on the basis of starting pulses input to the cycloconverter (158A-N). 4. Способ по п. 3, при этом формирование состояний преобразователя содержит этапы, на которых:4. The method according to claim 3, wherein the formation of the states of the converter comprises the steps, in which: прогнозируют значения состояний для состояний преобразователя на основе пускового импульса, напряжения тиристоров и тока тиристоров; иpredicting state values for the converter states based on the start pulse, the thyristor voltage, and the thyristor current; and определяют состояния преобразователя на основе мультиплексированного выходного значения для значений состояния для состояний преобразователя.determining the transducer states based on the multiplexed output value for the state values for the transducer states. 5. Способ по любому из пп. 2-4, дополнительно содержащий этап, на котором5. The method according to any one of paragraphs. 2-4, further comprising the step of прогнозируют изменение состояния для циклоконвертера (158A-N) на основе текущего состояния циклоконвертера (158A-N).predicting a state change for the cycloconverter (158A-N) based on the current state of the cycloconverter (158A-N). 6. Способ по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащий этап, на котором6. A method according to any one of the preceding claims, further comprising the step of валидируют модели (210, 220, 230, 240) системы посредством совместного моделирования моделей (210, 220, 230, 240) системы на одной или более платформах моделирования.validating the system models (210, 220, 230, 240) by co-simulating the system models (210, 220, 230, 240) on one or more simulation platforms. 7. Способ по п. 1, при этом формирование модели (200) объекта для объекта (150 A-N) добычи содержит этап, на котором:7. The method according to claim 1, wherein the formation of a model (200) of an object for a production object (150 A-N) comprises the step of: определяют зависимости между моделями (210, 220, 230, 240) системы на основе по меньшей мере одного из технических чертежей, блок-схем последовательности операций процесса, карты компоновки объекта (150 A-N) добычи и взаимосвязи между точками данных в данных датчиков.dependencies between system models (210, 220, 230, 240) are determined based on at least one of the engineering drawings, process flow diagrams, production facility (150 A-N) layout map, and relationships between data points in sensor data. 8. Способ по любому из предшествующих пунктов, по меньшей мере по пп. 2 и 7, дополнительно содержащий этапы, на которых:8. The method according to any of the preceding paragraphs, at least according to paragraphs. 2 and 7, further comprising the steps of: формируют модель (220) конечного автомата для выпрямителей циклоконвертера (158A-N) на основе тока двигателя, выводимого из модели (230) двигателя, предоставляемого в качестве входных данных для модели (220) конечного автомата; иgenerating a state machine model (220) for the cycloconverter rectifiers (158A-N) based on the motor current output from the motor model (230) provided as input to the state machine model (220); and формируют модель (230) двигателя для двигателя (160A-N) на основе скорости, выводимой из модели (240) нагрузки, предоставляемой в качестве входных данных для модели (230) двигателя.generating an engine model (230) for the engine (160A-N) based on the speed derived from the load model (240) provided as input to the engine model (230). 9. Способ по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащий этапы, на которых9. A method according to any one of the preceding claims, further comprising the steps of формируют одну из модели (220) конечного автомата, модели (230) двигателя и модели (240) нагрузки с использованием программируемой пользователем вентильной матрицы (FPGA).one of the state machine model (220), motor model (230), and load model (240) is formed using a field programmable gate array (FPGA). 10. Способ по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащий этапы, на которых:10. A method according to any one of the preceding claims, further comprising the steps of: прогнозируют работу новой системы, которая должна быть развернута на объекте (150 A-N) добычи, с использованием модели (200) объекта; иpredicting the operation of a new system to be deployed at the production facility (150 A-N) using the facility model (200); and оптимизируют проектные параметры новой системы на основе спрогнозированной работы.optimize the design parameters of the new system based on the predicted performance. 11. Блок (102, 330) моделирования для управления объектом (150 A-N) добычи, блок (102, 330) моделирования содержит:11. Block (102, 330) simulation to control the object (150 A-N) production, block (102, 330) simulation contains: программируемую пользователем вентильную матрицу (FPGA); иuser-programmable gate array (FPGA); and память, соединенную с возможностью связи с FPGA, при этом память содержит модуль моделирования, сохраненный в форме машиночитаемых инструкций, исполняемых посредством FPGA, при этом модуль моделирования конфигурируется, чтобы выполнять один или более из этапов способа по пп. 1-10.a memory communicatively coupled to the FPGA, the memory comprising a simulation module stored in the form of machine-readable instructions executable by the FPGA, the simulation module being configured to perform one or more of the steps of the method of claims. 1-10. 12. Система (100) для управления по меньшей мере одним объектом (150 A-N) добычи, система содержит:12. System (100) for managing at least one production facility (150 A-N), the system contains: одно или более устройств, выполненных для предоставления данных датчиков и вывода данных, ассоциированных с работой по меньшей мере одного объекта (150 A-N) добычи; иone or more devices configured to provide sensor data and output data associated with the operation of at least one object (150 A-N) production; and один или более блоков (102, 330) моделирования по п. 11, соединенных с возможностью связи с одним или более устройствами, при этом блоки (102, 330) моделирования конфигурируются, чтобы управлять по меньшей мере одним объектом (150 A-N) добычи.one or more simulators (102, 330) of claim 11 communicatively connected to one or more devices, wherein the simulators (102, 330) are configured to control at least one production target (150 A-N). 13. Компьютерно-читаемый носитель, имеющий машиночитаемые инструкции, сохраненные на нем, которые, когда исполняются посредством процессора, побуждают процессор выполнять способ по пп. 1-10.13. A computer-readable medium having machine-readable instructions stored thereon, which, when executed by the processor, cause the processor to perform the method of claims. 1-10.
RU2022105652A 2019-09-09 2020-09-04 Method, device and system for production facilities control RU2783937C1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP19196211.7 2019-09-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2783937C1 true RU2783937C1 (en) 2022-11-22

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU88167U1 (en) * 2009-06-10 2009-10-27 Закрытое акционерное общество "ЭлеСи" SYSTEM OF OPTIMAL CONTROL OF INSTALLATION OF ELECTRIC CENTRIFUGAL PUMP
RU2381384C1 (en) * 2005-10-13 2010-02-10 Пампвелл Солюшнз Лтд. Method and system to control rod travel in system pumping fluid out of well
RU2595828C1 (en) * 2012-07-31 2016-08-27 Лэндмарк Графикс Корпорейшн Method to control operation of submersible electric pump

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2381384C1 (en) * 2005-10-13 2010-02-10 Пампвелл Солюшнз Лтд. Method and system to control rod travel in system pumping fluid out of well
RU88167U1 (en) * 2009-06-10 2009-10-27 Закрытое акционерное общество "ЭлеСи" SYSTEM OF OPTIMAL CONTROL OF INSTALLATION OF ELECTRIC CENTRIFUGAL PUMP
RU2595828C1 (en) * 2012-07-31 2016-08-27 Лэндмарк Графикс Корпорейшн Method to control operation of submersible electric pump

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
VICTOR GUERRERO et al., "A Predictive Current Control Strategy for a Naturally-Commutated Converter Using a Finite-State Machine Model"/International journal of energy, т.11, 2017 г., c.19-26. GONZALEZ MARCOS et al., "Real-Time Simulation of a High-Power Cycloconverter Drive"/IECON 2018 - 44th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, 21.10.2018, с.1448-1453. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3804268B1 (en) System and method for anomaly and cyber-threat detection in a wind turbine
EP2869144B1 (en) Simulation testing platform for wind power plant and testing method thereof
CN106371422B (en) A method of prediction critical infrastructures fault propagation
CN109643092B (en) System and method for threat impact determination
US20180137277A1 (en) Dynamic normalization of monitoring node data for threat detection in industrial asset control system
KR101328224B1 (en) Virtual facility system for manufacturing steel and operating method thereof
CN103744424B (en) Field device logic control test method
EP3786740A1 (en) System and method for managing digital twin of an asset
JP2018518228A5 (en)
MX2021001741A (en) Assembly and method for predicting the remaining service life of a machine.
EP4033390A1 (en) System and method for fault prediction and management of an asset
GB2561073A (en) Isolation management system and isolation management method
US6947870B2 (en) Neural network model for electric submersible pump system
Berri et al. A smart electromechanical actuator monitor for new model-based prognostic algorithms
JP7424807B2 (en) Machine learning device, power consumption prediction device, and control device
CN111308910A (en) Simulation teaching platform for electric power system
US10903778B2 (en) Apparatus and methods for monitoring subsea electrical systems using adaptive models
US20220335345A1 (en) Method, device and system for managing mining facilities
RU2783937C1 (en) Method, device and system for production facilities control
Luo et al. An improved recursive ARIMA method with recurrent process for remaining useful life estimation of bearings
Hasan et al. An interactive digital twin platform for offshore wind farms’ development
CN107450980B (en) Method for operating an automation device and automation device
CN106462113A (en) Monitoring of failure tolerance for an automation installation
JP2019054619A (en) Controller, power converter, control method, power conversion method, and program
Santos et al. Production regularity assessment using stochastic Petri nets with predicates