RU2798530C1 - System for controlling processes in an underground mining enterprise based on demand for electricity - Google Patents

System for controlling processes in an underground mining enterprise based on demand for electricity Download PDF

Info

Publication number
RU2798530C1
RU2798530C1 RU2022112019A RU2022112019A RU2798530C1 RU 2798530 C1 RU2798530 C1 RU 2798530C1 RU 2022112019 A RU2022112019 A RU 2022112019A RU 2022112019 A RU2022112019 A RU 2022112019A RU 2798530 C1 RU2798530 C1 RU 2798530C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
digital twin
electricity
information
control
control system
Prior art date
Application number
RU2022112019A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Викторович Николаев
Алексей Владимирович Кычкин
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет"
Общество с ограниченной ответственностью "ГОРНЫЕ ВЕНТИЛЯЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА" (ООО "ГВУ")
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет", Общество с ограниченной ответственностью "ГОРНЫЕ ВЕНТИЛЯЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА" (ООО "ГВУ") filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2798530C1 publication Critical patent/RU2798530C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: mining; energy industries.
SUBSTANCE: invention can be used to control technological facilities and installations at underground mining enterprises in modes that reduce the consumption of electrical energy (power) during the day during periods of high demand. The control system includes a digital twin of the control object, which receives information from measuring devices through the central controller of the control system and from external sources containing information about the hydrometeorological forecast for the coming day. At the same time, the measuring devices contain information on the actual consumption of electricity by consumers of the underground enterprise for the billing period. The digital twin is made with the possibility of simulating the ventilation process when the performance of the main fan unit changes based on the information of the hydrometeorological forecast. The central controller of the control system is connected to the actuators, the digital twin and the central controller are configured to provide information exchange and control actions with the operator's automated workstation. The digital twin is made with the possibility of simulating the operation of the air preparation system, a mine calorific unit, regulating the air distribution between underground mine workings and controlling in the event of abnormal or emergency situations. At the same time, the digital twin contains a block for generating an equipment control scenario, made with the ability to perform the specified simulation in advance according to the predicted parameters of outdoor air and air distribution between mine workings, according to equipment control scenarios predicted in advance in the digital twin. Actuators are configured to change operating modes by supplying a control signal from the operator's workstation through the central controller of the control system based on the forecast issued by the digital twin, information from external sources additionally contains information on electricity tariffs, planned repairs, equipment shutdowns and consumption reduction electricity in the process of planned work, as well as further excavation of the mine field of an underground mining enterprise.
EFFECT: expanding the functionality of the process control system at an underground mining enterprise, associated with probable scenarios for reducing electricity consumption depending on various factors and the operation of various devices, participating in these periods in the process of managing demand for electricity, as well as ensuring safe conditions in the event of emergencies and emergencies.
5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к горной и энергетической промышленностям и может быть использовано для управления технологическими объектами и установками на подземных горнодобывающих предприятиях в режимах, позволяющих снизить потребление электрической энергии (мощности) в течение суток в периоды высокого спроса.The invention relates to the mining and energy industries and can be used to control technological facilities and installations at underground mining enterprises in modes that reduce the consumption of electrical energy (power) during the day during periods of high demand.

Известно устройство отображения заданного спроса [1], позволяющее потребителям электроэнергии определять значения спроса, которые не отличаются от тех, что определены электроэнергетическими компаниями, в результате чего потребитель может своевременно принять меры по энергосбережению. Устройство отображения заданного спроса содержит: комбинированную шкалу для указания времени и потребления электроэнергии, блок индикации времени для указания времени с использованием комбинированной шкалы, блок сбора информации о потреблении электроэнергии для получения данных об электроэнергии, потребленной до текущего времени в данном временном сегменте для данного заданного значения спроса, включая текущий момент времени, блок индикации достижения цели для указания соотношения между потреблением электроэнергии в пределах данного временного сегмента, зарегистрированным с помощью блока сбора информации о потреблении электроэнергии, и требуемым заданным значением, установленным для этого временного сегмента, блок приема сигналов переменного тока для приема сигналов переменного тока, использующий импульсы переменного тока в линии электропередачи, блок генерирования информации о времени для генерирования информации о времени на основе полученных сигналов переменного тока, передающий блок для передачи сгенерированной информации о времени с помощью радиоволн в корпусе, приемный блок для приема информации о времени с помощью радиоволн, передаваемых внутри корпуса, и блок управления блоком индикации времени для управления блоком индикации времени с помощью полученной информации о времени. A device for displaying a given demand [1] is known, which allows electricity consumers to determine demand values that do not differ from those determined by electric power companies, as a result of which the consumer can take timely measures to save energy. The set demand display device comprises: a combined scale for indicating time and electricity consumption, a time indication unit for indicating time using a combined scale, an electricity consumption information collection unit for obtaining data on electricity consumed up to the current time in a given time segment for a given set value demand including the current time, a target reaching indication unit for indicating the relationship between the power consumption within a given time segment recorded by the power consumption information acquisition unit and the required setpoint set for that time segment, an AC signal receiving unit for receiving AC signals using AC pulses in the power line, a time information generating unit for generating time information based on received AC signals, a transmitting unit for transmitting the generated time information using radio waves in the housing, a receiving unit for receiving time information time using radio waves transmitted inside the case, and a time display unit control unit for controlling the time display unit using the received time information.

Недостатком известного устройства является то, что оно позволяет отображать только текущий спрос на электроэнергию. Потребитель должен сам следить за процессом и принимать решение. Устройство не позволяет осуществлять прогнозирование и не дает возможности заранее определить возможность снижения, что неприемлемо для крупных предприятий.The disadvantage of the known device is that it only allows to display the current demand for electricity. The consumer must follow the process and make a decision. The device does not allow for forecasting and does not provide an opportunity to determine in advance the possibility of reduction, which is unacceptable for large enterprises.

Известно электрическое устройство и аппарат управления энергопотреблением для изменения уровня управления реагированием на спрос (DR) [2], включающее блок памяти, чтобы хранить один из множества уровней управления DR, каждый из которых соответствует уровню тарифа на электроэнергию, в качестве начального уровня операции экономии энергии; блок связи, чтобы принимать текущий тариф на электроэнергию и текущий уровень тарифа на электроэнергию, связанный с текущим тарифом на электроэнергию, от поставщика энергии в реальном времени, пользовательский интерфейс, который при приеме запроса на изменение уровня управления DR от пользователя отображает список из множества уровней управления DR и принимает желаемый уровень управления DR от пользователя, и контроллер, чтобы устанавливать желаемый уровень управления DR на начальный уровень операции экономии энергии при приеме запроса на изменение уровня управления DR на желаемый уровень управления DR от пользовательского интерфейса, сравнивать текущий уровень тарифа на электроэнергию с желаемым уровнем управления DR из множества уровней управления DR и определять, выполнять ли операцию экономии энергии, причем операция экономии энергии включает в себя операцию снижения потребления энергии электрического устройства. Known electrical device and power management apparatus for changing the demand response (DR) control level [2], including a memory unit to store one of a plurality of DR control levels, each of which corresponds to a power tariff level, as the initial level of an energy saving operation. ; a communication unit for receiving a current power rate and a current power rate level related to the current power rate from a real-time power supplier, a user interface that, upon receiving a request to change the control level DR from a user, displays a list of a plurality of control levels DR and receives the desired DR control level from the user, and the controller, to set the desired DR control level to the initial level of the power saving operation, upon receiving the request to change the DR control level to the desired DR control level from the user interface, compare the current power rate level with the desired by a control level DR of the plurality of control levels DR, and determining whether to perform a power saving operation, the power saving operation including an operation of reducing power consumption of the electrical device.

Устройство при помощи блока памяти позволяет хранить различные варианты снижения энергопотребления в зависимости от текущего тарифа на электроэнергию и применять их для эффективного управления в зависимости от спроса на электроэнергию.The device, using a memory unit, allows you to store various options for reducing energy consumption depending on the current electricity tariff and apply them for effective management depending on the demand for electricity.

Недостатком известного устройства является то, что не предусмотрены варианты возможного снижения электроэнергии в зависимости от внешних условий, а управление осуществляется только в зависимости от изменения тарифа. Подобная система не применима для крупных предприятий, на которых идет непрерывный производственный процесс, так как снижение электроэнергии от тарифа может привести к нарушению технологического процесса и созданию аварийной ситуации.The disadvantage of the known device is that there are no options for a possible reduction in electricity depending on external conditions, and the control is carried out only depending on the change in the tariff. Such a system is not applicable for large enterprises that have a continuous production process, since a decrease in electricity from the tariff can lead to a disruption in the technological process and create an emergency.

Известна система управления проветриванием подземного горнодобывающего предприятия на базе платформы Интернета вещей, являющаяся частью архитектуры киберфизической системы управления [3]. Система управления включает цифровой двойник подземного горнодобывающего предприятия, в котором производится расчет общерудничной естественной тяги, оказывающей влияние на процесс проветривания, и выбор режима работы ГВУ с учетом ее действия; систему функционирования объектов, в состав которого входят контроллер (центральный контроллер системы упраления) и датчики для измерения температуры, давления и скорости движения воздуха; интерфейс «человек-машина» - рабочее место оператора, осуществляющего управление процессом проветривания в зависимости от прогнозов, выдаваемых с цифрового двойника. A ventilation control system for an underground mining enterprise based on the Internet of Things platform is known, which is part of the architecture of the cyber-physical control system [3]. The control system includes a digital twin of an underground mining enterprise, in which the calculation of the general mine natural draft, which affects the ventilation process, and the choice of the mode of operation of the HVU, taking into account its action, are made; a system for the functioning of objects, which includes a controller (central controller of the control system) and sensors for measuring temperature, pressure and air velocity; human-machine interface - the workplace of the operator who controls the ventilation process depending on the forecasts issued from the digital twin.

Система, работающая по представленному алгоритму, позволяет управлять процессом проветривания на основании данных, полученных с цифрового двойника подземного горнодобывающего предприятия.The system operating according to the presented algorithm makes it possible to control the ventilation process based on data received from the digital twin of an underground mining enterprise.

Эффект от применения системы достигается только за счет снижения потребления электроэнергии ГВУ в период действия положительной общерудничной естественной тяги. В алгоритме не предусмотрена возможность участия в процессе управления спросом на электроэнергию в период снижения энергопотребления ГВУ.The effect of the application of the system is achieved only by reducing the consumption of electricity by the HVU during the period of positive general mine natural draft. The algorithm does not provide for the possibility of participating in the process of managing the demand for electricity during the period of decrease in the energy consumption of the HLG.

Недостатком системы является то, что она позволяет управлять потреблением электроэнергии (регулировать режим проветривания) на подземном горнодобывающем предприятии только за счет изменения производительности главной вентиляторной установки (ГВУ) в зависимости от прогнозного значения общерудничной естественной тяги. Учет времени и тарифа на электроэнергию не производится, не учтены другие способы снижения потребления электроэнергии.The disadvantage of the system is that it allows you to control the consumption of electricity (adjust the ventilation mode) at an underground mining enterprise only by changing the performance of the main fan unit (HVU) depending on the predicted value of the general mine natural draft. Time and electricity tariffs are not accounted for, and other ways to reduce electricity consumption are not taken into account.

Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности признаков является система управления технологическим процессом на подземном горнодобывающем предприятии в зависимости от спроса на электроэнергию [4], включающая цифровой двойник объекта управления, принимающий информацию с измерительных устройств через центральный контроллер системы управления и от внешних источников, содержащих сведения о гидрометеорологическом прогнозе на предстоящие сутки. Измерительные устройства содержат информацию о фактическом потреблении электроэнергии потребителями подземного предприятия за расчетный период. Цифровой двойник выполнен с возможностью имитации процесса проветривания при изменении производительности ГВУ на основании сведений гидрометеорологического прогноза. Центральный контроллер системы управления соединен с исполнительными механизмами. Цифровой двойник и центральный контроллер выполнены с возможностью обеспечения обмена информацией и управляющих воздействий с автоматизированным рабочим местом оператора. The closest to the claimed invention in terms of the totality of features is a process control system at an underground mining enterprise, depending on the demand for electricity [4], including a digital twin of the control object, which receives information from measuring devices through the central controller of the control system and from external sources containing information about the hydrometeorological forecast for the coming day. Measuring devices contain information on the actual consumption of electricity by consumers of the underground enterprise for the billing period. The digital twin is made with the possibility of simulating the ventilation process when the HVU performance changes based on the information of the hydrometeorological forecast. The central controller of the control system is connected to the actuators. The digital twin and the central controller are designed to provide information exchange and control actions with the operator's automated workstation.

Известная система осуществляет прогнозирование возможных вариантов снижения потребления электроэнергии на цифровом двойнике подземного горнодобывающего предприятия. Снижение энергопотребления обеспечивается за счет изменения режима работы ГВУ с учетом действия общерудничной естественной тяги. В тех случаях, когда снизить потребление электрической энергии (мощности) за счет изменения режима работы ГВУ с учетом действия общерудничной естественной тяги невозможно, в системе предполагается привязка процесса управления потреблением электроэнергии к плановым снижениям (по графику плановых отключений (снижений) электрической энергии (мощности)). Данная система принята за прототип.The known system predicts possible options for reducing electricity consumption on the digital twin of an underground mining enterprise. Reducing energy consumption is ensured by changing the mode of operation of the HVU, taking into account the action of general mine natural draft. In cases where it is impossible to reduce the consumption of electrical energy (power) by changing the mode of operation of the main power unit, taking into account the action of general natural draft, the system assumes linking the process of managing electricity consumption to planned reductions (according to the schedule of planned outages (reductions) of electrical energy (power) ). This system is taken as a prototype.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения, – цифровой двойник объекта управления, принимающий информацию с измерительных устройств через центральный контроллер системы управления и от внешних источников, содержащих сведения о гидрометеорологическом прогнозе на предстоящие сутки; измерительные устройства содержат информацию о фактическом потреблении электроэнергии потребителями подземного предприятия за расчетный период; цифровой двойник выполнен с возможностью имитации процесса проветривания при изменении производительности ГВУ на основании сведений гидрометеорологического прогноза; центральный контроллер системы управления соединен с исполнительными механизмами; цифровой двойник и центральный контроллер выполнены с возможностью обеспечения обмена информацией и управляющих воздействий с автоматизированным рабочим местом оператора. Signs of the prototype, coinciding with the essential features of the claimed invention, is a digital twin of the control object, which receives information from measuring devices through the central controller of the control system and from external sources containing information about the hydrometeorological forecast for the coming day; measuring devices contain information on the actual consumption of electricity by consumers of the underground enterprise for the billing period; the digital twin is configured to simulate the ventilation process when the HVU performance changes based on the hydrometeorological forecast information; the central controller of the control system is connected to the actuators; the digital twin and the central controller are configured to provide information exchange and control actions with the operator's automated workstation.

Недостатки известной системы управления спросом на электроэнергию, взятого за прототип, следующие:The disadvantages of the known power demand management system, taken as a prototype, are as follows:

1. В системе предполагается внеплановое снижение энергопотребления только вследствие действия общерудничной тяги, которая зависит от погодных условий и долгое время может не только не способствовать работе ГВУ, но и, наоборот, препятствовать этому процессу.1. The system assumes an unscheduled reduction in energy consumption only due to the action of general mine draft, which depends on weather conditions and for a long time may not only not contribute to the operation of the HVU, but, on the contrary, hinder this process.

2. Отсутствует привязка к действующим тарифам на электроэнергию, которые определяются выбранной ценовой категорией предприятия-потребителя, регионом его расположения, а также часами сетевой и электрической мощности, установленными энергосбытовыми компаниями.2. There is no link to the current tariffs for electricity, which are determined by the selected price category of the consumer enterprise, the region of its location, as well as the hours of network and electric power established by energy sales companies.

3. Предполагается привязка к существующему графику плановых отключений (снижений) электрической энергии (мощности), которые могут проходить в часы низкого спроса, тем самым исключается возможность потреблять в часы низкой стоимости электроэнергии (мощности) большие ее объемы.3. It is supposed to link to the existing schedule of planned outages (reductions) of electric energy (power), which can take place during hours of low demand, thereby eliminating the possibility of consuming large volumes of electricity (power) during low cost hours.

4. В системе не рассматривается возможное управление процессами при возникновении нештатных или аварийных ситуаций.4. The system does not consider possible process control in the event of abnormal or emergency situations.

5. Система не позволяет осуществлять процесс проветривания при осуществлении воздухоподготовки, т.е. в период работы систем, нагревающих или охлаждающих воздух.5. The system does not allow the ventilation process during air preparation, i.e. during the operation of systems that heat or cool air.

6. Не описан процесс согласования показаний датчиков, расположенных в разных местах подземного горнодобывающего предприятия (ПГДП), что является проблемой в условиях инерционности процесса проветривания. 6. The process of matching the readings of sensors located in different places of an underground mining enterprise (UDMP) is not described, which is a problem in the conditions of the inertia of the ventilation process.

7. Система не учитывает возможность снижения потребления электроэнергии при плановых работах, связанных с частичной или полной остановкой технологического процесса.7. The system does not take into account the possibility of reducing electricity consumption during scheduled work associated with a partial or complete shutdown of the technological process.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, – расширение функциональных возможностей системы управления технологическим процессом на подземном горнодобывающем предприятии, связанных с вероятными сценариями снижения потребления электроэнергии в зависимости от различных факторов и работы различных устройств, участия в эти периоды в процессе управления спросом на электроэнергию, при обеспечении условий безопасности, при возникновении нештатных и аварийных ситуаций. The task to be solved by the claimed invention is to expand the functionality of the process control system at an underground mining enterprise, associated with likely scenarios for reducing electricity consumption depending on various factors and the operation of various devices, participating in these periods in the process of managing demand for electricity, while ensuring safety conditions, in the event of emergency and emergency situations.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известной системе управления технологическим процессом на подземном горнодобывающем предприятии в зависимости от спроса на электроэнергию, включающей цифровой двойник объекта управления, принимающий информацию с измерительных устройств через центральный контроллер системы управления и от внешних источников, содержащих сведения о гидрометеорологическом прогнозе на предстоящие сутки, при этом измерительные устройства содержат информацию о фактическом потреблении электроэнергии потребителями подземного предприятия за расчетный период, цифровой двойник выполнен с возможностью имитации процесса проветривания при изменении производительности главной вентиляторной установки на основании сведений гидрометеорологического прогноза, центральный контроллер системы управления соединен с исполнительными механизмами, цифровой двойник и центральный контроллер выполнены с возможностью обеспечения обмена информацией и управляющих воздействий с автоматизированным рабочим местом оператора, согласно изобретению цифровой двойник выполнен с возможностью имитации процесса работы системы воздухоподготовки – шахтной калориферной установки, регулирования воздухораспределения между подземными горными выработками и управления при возникновении нештатных или аварийных ситуаций, при этом исполнительные механизмы выполнены с возможностью изменения режимов работы посредством подачи управляющего сигнала от автоматизированного рабочего места оператора через центральный контроллер системы управления на основании прогноза, выданного цифровым двойником, информация от внешних источников дополнительно содержит информацию о тарифах на электроэнергию, планируемых ремонтах, остановах оборудования и снижения потребления электроэнергии в процессе запланированных работ, а также дальнейшей проходке шахтного поля подземного горнодобывающего предприятия. The problem was solved due to the fact that in the known process control system at an underground mining enterprise, depending on the demand for electricity, including a digital twin of the control object, which receives information from measuring devices through the central controller of the control system and from external sources containing information about hydrometeorological forecast for the coming day, while the measuring devices contain information on the actual consumption of electricity by consumers of the underground enterprise for the billing period, the digital twin is configured to simulate the ventilation process when the performance of the main fan installation changes based on the hydrometeorological forecast information, the central controller of the control system is connected to the executive mechanisms, the digital twin and the central controller are configured to provide information exchange and control actions with the operator's automated workplace, according to the invention, the digital twin is configured to simulate the operation of the air preparation system - a mine calorific unit, regulate the air distribution between underground mine workings and control in case of emergency or emergencies, while the actuators are configured to change operating modes by supplying a control signal from the operator's workstation through the central controller of the control system based on the forecast issued by the digital twin, information from external sources additionally contains information on electricity tariffs, planned repairs , shutdowns of equipment and reduction of electricity consumption in the process of planned work, as well as further excavation of the mine field of an underground mining enterprise.

Система управления может быть снабжена накопителями электроэнергии, предназначенными для накапливания избытков энергии в часы низкого спроса для дальнейшего ее использования в часы высокого спроса.The control system can be equipped with energy storage devices designed to store excess energy during low demand hours for further use during high demand hours.

Кроме того, цифровой двойник может быть выполнен с возможностью имитации процесса работы системы кондиционирования воздуха. In addition, the digital twin can be configured to mimic the operation of an air conditioning system.

Кроме того, цифровой двойник может быть выполнен с возможностью имитации процесса работы системы рециркуляции. In addition, the digital twin can be configured to simulate the operation of the recirculation system.

Кроме того, при наличии нескольких главных вентиляторных установок цифровой двойник выполнен с возможностью имитации работы каждой из них. In addition, if there are several main fan units, the digital twin is designed to simulate the operation of each of them.

Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа, – цифровой двойник выполнен с возможностью имитации процесса работы системы воздухоподготовки – шахтной калориферной установки, регулирования воздухораспределения между подземными горными выработками и управления при возникновении нештатных или аварийных ситуаций; исполнительные механизмы выполнены с возможностью изменения режимов работы посредством подачи управляющего сигнала от автоматизированного рабочего места оператора через центральный контроллер системы управления на основании прогноза, выданного цифровым двойником; информация от внешних источников дополнительно содержит информацию о тарифах на электроэнергию, планируемых ремонтах, остановах оборудования и снижения потребления электроэнергии в процессе запланированных работ, а также дальнейшей проходке шахтного поля подземного горнодобывающего предприятия; наличие накопителей электроэнергии, предназначенных для накапливания избытков энергии в часы низкого спроса для дальнейшего ее использования в часы высокого спроса; цифровой двойник выполнен с возможностью имитации процесса работы системы кондиционирования воздуха; цифровой двойник выполнен с возможностью имитации процесса работы системы рециркуляции; при наличии нескольких главных вентиляторных установок цифровой двойник выполнен с возможностью имитации работы каждой из них. The features of the proposed technical solution, which are different from the prototype, are that the digital twin is designed to simulate the operation of the air preparation system - a mine air heater, regulate the air distribution between underground mine workings and control in case of emergency or emergency situations; actuators are configured to change operating modes by supplying a control signal from the operator's workstation through the central controller of the control system based on the forecast issued by the digital twin; information from external sources additionally contains information on electricity tariffs, planned repairs, equipment shutdowns and reduction of electricity consumption in the process of planned work, as well as further excavation of the mine field of an underground mining enterprise; the presence of electricity storage devices designed to accumulate excess energy during hours of low demand for its further use during hours of high demand; the digital twin is configured to simulate the operation of the air conditioning system; the digital twin is configured to simulate the operation of the recirculation system; if there are several main fan units, the digital twin is designed to simulate the operation of each of them.

Отличительные признаки в совокупности с известными обеспечат управление технологическим процессом на подземном горнодобывающем предприятии в режимах, позволяющих  снизить потребление электрической энергии в течение суток в периоды высокого спроса, обеспечивать расход электроэнергии на энергозатратные процессы в часы низкого спроса на электроэнергию, на основании информации о тарифах на электроэнергию, а также расширить функциональные возможности системы и обеспечивать безопасность при возникновении нештатных и аварийных ситуаций. Distinctive features, together with the known ones, will provide process control at an underground mining enterprise in modes that allow to reduce electricity consumption during the day during periods of high demand, to ensure electricity consumption for energy-intensive processes during hours of low demand for electricity, based on information on electricity tariffs , as well as expand the functionality of the system and ensure safety in the event of emergency and emergency situations.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показана структурная схема заявляемой системы управления.The essence of the invention is illustrated by the drawing, which shows a block diagram of the proposed control system.

На схеме обозначены: 1 – цифровой двойник; 2 – источник информации о параметрах устройств, работающих на ПГДП; 3 – центральный контроллер системы управления (ЦКСУ); 4 – измерительные устройства (датчики); 5 – блок сбора данных, предназначенный для согласования входных информационных данных с цифровым двойником 1; 6 – база данных, предназначенная для хранения входных данных и результатов расчетов; 7 – блок прогнозирования энергопотребления на сутки вперед; 8 – блок выработки сценария управления оборудованием на сутки вперед; 9 – блок расчета стоимости затрат на электроэнергию; 10- автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора; 11 -исполнительные механизмы. The diagram shows: 1 - digital twin; 2 - source of information about the parameters of devices operating on PGDP; 3 – central controller of the control system (CCCS); 4 - measuring devices (sensors); 5 – data acquisition block designed to match input information data with digital twin 1; 6 - database designed to store input data and calculation results; 7 - block forecasting energy consumption for the day ahead; 8 - block for developing a scenario for controlling equipment for the day ahead; 9 - block for calculating the cost of electricity costs; 10- automated workstation (AWP) of the operator; 11 - executive mechanisms.

Система управления технологическим процессом на подземном горнодобывающем предприятии в зависимости от спроса на электроэнергию включает цифровой двойник 1 объекта управления, принимающий информацию с измерительных устройств 4 через центральный контроллер системы управления 3 и от внешних источников 2. Цифровой двойник 1 содержит блок сбора данных 5, предназначенный для согласования входных информационных данных с цифровым двойником 1, базу данных 6, предназначенную для хранения входных данных и результатов расчетов, блок прогнозирования энергопотребления на сутки вперед 7, блок выработки сценария управления оборудованием на сутки вперед 8 и блок расчета стоимости затрат на электроэнергию 9. Цифровой двойник 1 выполнен с возможностью имитации процесса проветривания при изменении производительности главной вентиляторной установки на основании сведений гидрометеорологического прогноза, а также с возможностью имитации работы системы воздухоподготовки – шахтной калориферной установки, регулирования воздухораспределения между подземными горными выработками и управления при возникновении нештатных или аварийных ситуаций. The process control system at an underground mining enterprise, depending on the demand for electricity, includes a digital twin 1 of the control object, which receives information from measuring devices 4 through the central controller of the control system 3 and from external sources 2. The digital twin 1 contains a data acquisition unit 5 designed for coordination of input information data with a digital twin 1, a database 6 designed to store input data and calculation results, a block for predicting energy consumption for the day ahead 7, a block for developing a scenario for controlling equipment for a day ahead 8 and a block for calculating the cost of electricity costs 9. Digital twin 1 is made with the possibility of simulating the ventilation process when the performance of the main fan installation changes based on the information of the hydrometeorological forecast, as well as with the possibility of simulating the operation of the air preparation system - a mine air heater, regulating the air distribution between underground mine workings and controlling in case of emergency or emergency situations.

Центральный контроллер системы управления 3 соединен с исполнительными механизмами 11. The central controller of the control system 3 is connected to the actuators 11.

Измерительные устройства 4 содержат информацию о фактическом потреблении электроэнергии потребителями подземного предприятия за расчетный период. Measuring devices 4 contain information about the actual consumption of electricity by consumers of the underground enterprise for the billing period.

Цифровой двойник 1 и центральный контроллер 3 выполнены с возможностью обеспечения обмена информацией и управляющих воздействий с АРМ оператора 10. The digital twin 1 and the central controller 3 are configured to provide information exchange and control actions with the operator's workstation 10.

Система управления может быть снабжена накопителями электроэнергии (на чертеже не показаны), предназначенными для накапливания избытков энергии в часы низкого спроса для дальнейшего ее использования в часы высокого спроса.The control system can be equipped with power storage devices (not shown in the drawing) designed to accumulate excess energy during low demand hours for further use during high demand hours.

Цифровой двойник 1 может быть выполнен с возможностью имитации процесса работы систем кондиционирования воздуха и рециркуляции. The digital twin 1 can be configured to simulate the operation of air conditioning and recirculation systems.

При наличии нескольких главных вентиляторных установок цифровой двойник 1 может быть выполнен с возможностью имитации работы каждой из них. If there are several main fan installations, the digital twin 1 can be configured to simulate the operation of each of them.

Для обработки информации, полученной с измерительных устройств 4 через центральный контроллер системы управления (ЦКСУ) 3, используется компьютерная модель – имитационная подсистема цифрового двойника – далее Цифровой двойник 1. Данная подсистема построена в программе, позволяющей создавать имитационную модель процесса, задавать в ней параметры горных выработок, воздуха, применяемого оборудования, моделировать процессы изменения режимов работы оборудования и параметров воздуха, а также выводить полученные результаты на экран АРМ-оператора 10. To process information received from measuring devices 4 through the central controller of the control system (CCCS) 3, a computer model is used - the simulation subsystem of the digital twin - hereinafter referred to as Digital Twin 1. This subsystem is built in a program that allows you to create a simulation model of the process, set mining parameters in it. workings, air, equipment used, simulate the processes of changing the operating modes of equipment and air parameters, as well as display the results on the screen of the workstation operator 10.

По измерительным устройствам 4 определяются следующие параметры: температура воздуха, давление воздуха, влажность воздуха, объемный расход (скорость движения) воздуха, а также состояние оборудования, обеспечивающего работоспособность системы вентиляции. The following parameters are determined by measuring devices 4: air temperature, air pressure, air humidity, volume flow (speed) of air, as well as the condition of the equipment that ensures the operability of the ventilation system.

По измерительным устройствам 4 определяются параметры воздуха в следующим местах: на входе (в устье, в калориферном канале и т.д., в зависимости от применяемого способа проветривания) в воздухоподающие стволы, в околоствольных дворах воздухоподающих стволов, в местах пересечения главных вентиляционных выработок с вентиляционным стволом (вентиляционными стволами), в канале (каналах) ГВУ и на дневной поверхности (кроме датчиков расхода воздуха). Measuring devices 4 determine the air parameters in the following places: at the inlet (at the mouth, in the heater channel, etc., depending on the method of ventilation used) into the air supply shafts, in the near-shaft yards of the air supply shafts, at the intersection of the main ventilation workings with ventilation shaft (ventilation shafts), in the channel (channels) of the main power supply unit and on the day surface (except for air flow sensors).

Информация с измерительных устройств 4 поступает в ЦКСУ 3 и далее в цифровой двойник 1 и на АРМ-оператора 10. Также в цифровой двойник 1 поступает информация от внешних источников 2. При наличии датчиков в подземных горных выработках и добычных участках, информация с них также поступает в цифровой двойник 1. Information from the measuring devices 4 enters the TsKSU 3 and then to the digital twin 1 and to the operator's workstation 10. Also, the digital twin 1 receives information from external sources 2. If there are sensors in underground mine workings and mining areas, information from them also comes into digital twin 1.

К внешним источникам 2 относятся: информация о прогнозируемом изменении атмосферных условий (например, гидрометеорологический прогноз), информация о планируемых ремонтах и остановах оборудования, информация о дальнейшей проходке шахтного поля ПГДП, информация о перемещениях подъемных сосудов (как текущих, так и планируемых) и другая информация, связанная с возможными изменениями режимов работы системы вентиляции и ПГДП в целом. External sources 2 include: information about the predicted change in atmospheric conditions (for example, a hydrometeorological forecast), information about planned repairs and equipment shutdowns, information about the further development of the mine field of the PGDP, information about the movements of lifting vessels (both current and planned), and other information related to possible changes in the operating modes of the ventilation system and PGDP as a whole.

Также в ЦКСУ 3 поступает информация о действующих тарифах на электроэнергию для предприятий, относящихся к категории ПГДП, действующих в регионе расположения ПГДП. Also, CKSU 3 receives information on the current electricity tariffs for enterprises belonging to the category of PGDP operating in the region where the PGDP is located.

Воздух в ПГДП подается по одному или нескольким воздухоподающим стволам, а выдается на поверхность по одному или нескольким вентиляционным стволам. Air is supplied to the PGDP through one or more air supply shafts, and is released to the surface through one or more ventilation shafts.

Для проветривания может использоваться одна или несколько ГВУ. One or more HVUs can be used for ventilation.

Воздух, поступающий в воздухоподающие стволы, в период снижения его температуры ниже установленных правилами безопасности значения, нагревают в шахтных калориферных установках (ШКУ). В случае необходимости ПГДП оснащаются системой кондиционирования воздуха (СКВ), в которой подаваемый в шахтные стволы и выработки воздух охлаждается. The air entering the air supply shafts, during the period when its temperature drops below the values \u200b\u200bestablished by safety rules, is heated in mine calorific installations (SHKU). If necessary, PGDP are equipped with an air conditioning system (ACS), in which the air supplied to the mine shafts and workings is cooled.

Информация о параметрах и текущем состоянии устройств для регулирования воздухораспределения, вентиляционные двери и т.д., также поступает в ЦКСУ 3 и имитируется в цифровом двойнике 1. Information about the parameters and the current state of devices for controlling air distribution, ventilation doors, etc., is also received by the CKSU 3 and simulated in the digital twin 1.

К устройствам для регулирования воздухораспределения относятся положительные (вентиляторы местного проветривания, эжектирующие установки и т.д.) и отрицательные (вентиляционные перемычки, вентиляционные двери и т.д.) средства регулирования.Air distribution control devices include positive (local ventilation fans, ejector units, etc.) and negative (ventilation lintels, ventilation doors, etc.) controls.

Система управления работает следующим образом.The control system works as follows.

Параметры цифрового двойника 1 настраиваются на объект управления. The parameters of digital twin 1 are adjusted to the control object.

Информация от внешних источников 2: о режимах работы ГВУ, а при осуществлении воздухоподготовки ШКУ и СКВ (при наличии), а также о параметрах работы устройств для регулирования воздухораспределения, через центральный контроллер систему управления (ЦКСУ) 3 заносятся в цифровой двойник 1. После этого производится верификация полученных результатов с реальной обстановкой на ПГДП, о которой можно судить по информации с измерительных устройств (датчиков) 4, расположенных в шахтных стволах, в ПГДП и на дневной поверхности. Information from external sources 2: on the modes of operation of the HVU, and in the case of air preparation of the ShKU and SCR (if any), as well as on the operation parameters of devices for regulating air distribution, through the central controller, the control system (CCCS) 3 is entered into the digital twin 1. After that the obtained results are verified with the real situation at the PGDP, which can be judged from the information from the measuring devices (sensors) 4 located in the mine shafts, in the PGDP and on the day surface.

Цифровой двойник 1 состоит из следующих подсистем: Digital Twin 1 consists of the following subsystems:

1. Блок сбора данных 5 по различным сетевым протоколам, предназначенный для согласования входных информационных данных с источников данных, которыми могут быть устройства промышленного Интернета вещей, системы автоматики, SCADA, с цифровым двойником 1. 1. Data collection unit 5 for various network protocols, designed to coordinate input information data from data sources, which can be industrial Internet of things devices, automation systems, SCADA, with a digital twin 1.

2. База данных (БД) 6, предназначенная для хранения входных данных, результатов расчетов, а также параметров сечения горных выработок и других атрибутов цифрового двойника 1. 2. Database (DB) 6, designed to store input data, calculation results, as well as parameters of the section of mine workings and other attributes of digital twin 1.

3. Блок прогнозирования 7, предназначенный для анализа результатов измерений энергопотребления оборудования за прошедшее время и формирование ожидаемого профиля энергопотребления на сутки вперед. 3. Forecasting block 7, designed to analyze the results of measurements of equipment energy consumption over the past time and form the expected energy consumption profile for the day ahead.

4. Блок выработки сценария управления оборудованием 8, предназначенный для имитации процесса воздухораспределения в шахте (руднике) в нормальном и аварийном режимах работы на сутки вперед с учетом снижения энергопотребления в часы высокого спроса. 4. Block for developing the equipment control scenario 8, designed to simulate the process of air distribution in the mine (mine) in normal and emergency modes of operation for the day ahead, taking into account the reduction in energy consumption during hours of high demand.

5. Блок расчета стоимости затрат на электроэнергию 9 цифрового двойника 1. 5. Block for calculating the cost of electricity costs 9 of digital twin 1.

После занесения информации в цифровой двойник 1 в ЦКСУ 3 заносится информация о плановых ремонтах, остановках производства, а также о дальнейшей проходке шахтного поля ПГДП: дата, время, продолжительность, характер изменения режимов проветривания и работы других электрических устройств и механизмов. В части информации о проходке шахтного поля заносится расчетный объем воздуха, изменение параметров выработок, их удаленности от шахтных стволов и др., связанное с изменением технологического процесса. В случае изменения этой информации с течением времени данные актуализируются. After entering information into digital twin 1, information about scheduled repairs, production shutdowns, as well as further penetration of the PGDP mine field is entered into TsKSU 3: date, time, duration, nature of changes in ventilation modes and operation of other electrical devices and mechanisms. As part of the information about the sinking of the mine field, the estimated volume of air, changes in the parameters of workings, their distance from mine shafts, etc., associated with a change in the technological process, are entered. If this information changes over time, the data is updated.

Также в ЦКСУ 3 заносится информация о тарифах на электроэнергию в различные периоды времени. Ежемесячно заносится информация с сайтов энергосбытовых компаний. Also, information on electricity tariffs in different periods of time is entered into CKSU 3. Information is entered monthly from the websites of energy sales companies.

Процесс обучения и адаптации происходит в течение всего периода использования системы. Система накапливает информацию об объеме и делает имитационную модель максимально приближенной к условиям ПГДП. The process of learning and adaptation occurs during the entire period of use of the system. The system accumulates information about the volume and makes the simulation model as close as possible to the conditions of PGDP.

В процессе обучения и адаптации в цифровом двойнике 1 имитируются и сравниваются с реальными следующие режимы: In the process of learning and adaptation in the digital twin 1, the following modes are simulated and compared with real ones:

1. Согласование процессов, происходящих в воздухоподающих и вентиляционном стволах. 1. Coordination of the processes occurring in the air supply and ventilation shafts.

Из-за большой разветвленности горных выработок и выработанных пространств существует проблема: при изменении производительности ГВУ объемный расход воздуха в воздухоподающих стволах изменится только через какой-то промежуток времени. Система определяет коэффициент запаздывания при изменении производительности ГВУ. Due to the large branching of mine workings and goaf spaces, there is a problem: when the productivity of the main power supply unit changes, the volumetric air flow in the air supply shafts will change only after a certain period of time. The system determines the delay factor when changing the performance of the HVU.

Если на ПГДП при проветривании используется несколько ГВУ, то система определяет коэффициент запаздывания при работе каждой ГВУ. If several HVUs are used on the PGDP during ventilation, then the system determines the delay factor during the operation of each HVU.

При наличии в ПГДП системы рециркуляции воздуха, определяется максимальный и минимальный коэффициенты рециркуляции. If there is an air recirculation system in the PGDP, the maximum and minimum recirculation coefficients are determined.

2. Согласование показаний измерительных устройств (датчиков), расположенных в воздухоподающих стволах, с системой управления ШКУ и СКВ (при наличии). 2. Coordination of the readings of measuring devices (sensors) located in the air supply shafts with the control system of the ShKU and SLE (if any).

Воздух обладает высокими теплоизоляционными свойствами, поэтому для его нагрева или охлаждения требуется некоторое время. Система определяет коэффициент запаздывания при воздухоподготовке. Air has high thermal insulation properties, so it takes some time to heat up or cool down. The system determines the lag factor for air preparation.

3. Определение зависимости воздухораспределения от изменения параметров наружного воздуха и, при осуществлении воздухоподготовки, поступающего в воздухоподающие стволы. 3. Determining the dependence of air distribution on changes in the parameters of the outside air and, during air preparation, entering the air supply shafts.

При изменении параметров воздуха (температуры, давления, влажности) между стволами изменяется значение общерудничной естественной тяги, которая влияет на проветривание, увеличивая или уменьшая объемный расход воздуха, поступающего в ПГДП. В результате ее действия изменяется воздухораспределение между стволами. Система определяет режим работы ГВУ, при котором будет обеспечиваться подача воздуха в требуемом объеме. When the air parameters (temperature, pressure, humidity) change between the shafts, the value of the general mine natural draft changes, which affects ventilation, increasing or decreasing the volume flow of air entering the SGDP. As a result of its action, the air distribution between the trunks changes. The system determines the mode of operation of the HVU, which will provide air supply in the required volume.

Системой фиксируется показания датчиков, определяется плотность воздуха в стволах и рассчитывается значение общерудничной естественной тяги. При этом определяется производительность ГВУ и устанавливается влияние на ее работу общерудничной естественной тяги. The system records the sensor readings, determines the air density in the shafts, and calculates the value of the general mine natural draft. At the same time, the productivity of the HVU is determined and the influence of the general mine natural draft on its operation is established.

4. По гидрометеорологическому прогнозу при отсутствии системы воздухоподготовки в системе заранее определяется прогнозируемое значение общерудничной естественной тяги. 4. According to the hydrometeorological forecast, in the absence of an air preparation system in the system, the predicted value of the general mine natural draft is determined in advance.

В п.3 определяется зависимость воздухораспределения между шахтными стволами от параметров воздуха. В системе производится расчет прогнозируемой общерудничной естественной тяги и выбор режима работы ГВУ в зависимости от ее прогнозируемой величины и направления. In paragraph 3, the dependence of air distribution between mine shafts on air parameters is determined. The system calculates the predicted general mine natural draft and selects the mode of operation of the HVU depending on its predicted value and direction.

5. По гидрометеорологическому прогнозу при работе системы воздухоподготовки (ШКУ или СКВ) в системе заранее определяется прогнозируемое значение общерудничной естественной тяги, которая будет действовать между шахтными стволами при подаче воздуха с требуемыми параметрами и с учетом параметров наружного воздуха. 5. According to the hydrometeorological forecast during the operation of the air preparation system (HKU or ACS), the system determines in advance the predicted value of the general mine natural draft, which will act between the mine shafts when air is supplied with the required parameters and taking into account the parameters of the outside air.

Устья шахтных стволов могут находиться на разных высотных отметках, поэтому вес столбов воздуха может зависеть не только от параметров воздуха, поступающего в воздухоподающие стволы, но и от параметров наружного воздуха. The mouths of mine shafts can be located at different heights, so the weight of the air columns can depend not only on the parameters of the air entering the air supply shafts, but also on the parameters of the outside air.

Система выбирает требуемый режим работы ШКУ и СКВ (при наличии) и ГВУ и выводит эту информацию на АРМ-оператора 10. The system selects the required mode of operation of the SHU and SLE (if any) and the HVU and outputs this information to the workstation operator 10.

6. При наличии системы рециркуляции система, в зависимости от показаний с датчиков концентрации вредных примесей 4, при помощи цифрового двойника 1 определяется возможный объемный расход снижения работы ГВУ за счет частичного повторного использования воздуха. 6. If there is a recirculation system, depending on the readings from the concentration sensors of harmful impurities 4, using the digital twin 1, the possible volumetric flow rate of reducing the operation of the HVU due to the partial reuse of air is determined.

7. Прогноз изменения объемного расхода воздуха, поступающего в ПГДП, и воздухораспределения между подземными горными выработками при изменении режимов работы устройств для регулирования воздухораспределения под землей, а также при плановом изменении технологических режимов (останов оборудования на ремонт, дальнейшая отработка шахтного поля и т.п.). 7. Forecast of changes in the volume flow rate of air entering the SGDP and air distribution between underground mine workings when changing the operating modes of devices for controlling the air distribution underground, as well as with a planned change in technological modes (equipment shutdown for repairs, further mining of the mine field, etc. .).

8. Обеспечение согласованной работы ГВУ (при обеспечении проветривания при помощи нескольких ГВУ). 8. Ensuring the coordinated operation of the HVU (providing ventilation with the help of several HVU).

При наличии нескольких ГВУ определяется оптимальный режим работы каждой из них. При помощи цифрового двойника определяется изменение режима работы какой ГВУ максимально эффективно и менее затратно по энергоресурсам. If there are several HVUs, the optimal mode of operation of each of them is determined. With the help of a digital twin, a change in the operating mode of which HVU is most efficient and less costly in terms of energy resources is determined.

Сигнал на снижение производительности ГВУ подается АРМ-оператора 10 через ЦКСУ 3 на исполнительные механизмы 11, в зависимости от сценариев, выданных на АРМ-оператора 10 цифровым двойником 1. The signal to reduce the performance of the HVU is given by the workstation operator 10 through the CCSU 3 to the actuators 11, depending on the scenarios issued to the workstation operator 10 by digital twin 1.

Система работает в штатном и нештатном (аварийном) режимах. The system operates in normal and abnormal (emergency) modes.

В штатном режиме предусмотрены два сценария изменения энергопотребления. In normal mode, there are two scenarios for changing power consumption.

1. Плановое изменение энергопотребления 1. Planned change in energy consumption

На каждом предприятии, включая ПГДП, существуют дни, в которые проводятся плановый осмотр или ремонт оборудования, а также другие профилактические мероприятия. Эти мероприятия в настоящее время не привязаны к технологическому процессу с точки зрения спроса на электроэнергию. At each enterprise, including PGDP, there are days on which a scheduled inspection or repair of equipment is carried out, as well as other preventive measures. These activities are currently not process specific in terms of electricity demand.

В цифровом двойнике 1, а также по алгоритмам в ЦКСУ 3 будет производится анализ возможного снижения (отключения) потребления проверяемого оборудования в зависимости от спроса на электроэнергию с выдачей на АРМ-оператора 10 предполагаемых дат и времени отключений, а также величины, на которую будет снижена нагрузка. In digital twin 1, as well as according to the algorithms in CCSU 3, an analysis will be made of a possible reduction (shutdown) in the consumption of the tested equipment depending on the demand for electricity with the issuance of 10 expected dates and times of shutdowns to the workstation operator, as well as the amount by which it will be reduced load.

Для этого система анализирует информацию с сайтов энергосбытовых компаний и определяет время максимальной цены на электроэнергию. В эти часы планируется проведение планового изменения потребления электроэнергии. To do this, the system analyzes information from the websites of energy sales companies and determines the time of the maximum price for electricity. During these hours, it is planned to carry out a planned change in electricity consumption.

2. Внеплановое изменение энергопотребления 2. Unplanned change in energy consumption

Внеплановое изменение электроэнергии зависит от работы системы проветривания, которая в зависимости от внешних факторов будет либо повышать, либо снижать объемный расход воздуха, подаваемый в ПГДП, изменяя тем самым энергопотребление. An unscheduled change in electricity depends on the operation of the ventilation system, which, depending on external factors, will either increase or decrease the volumetric air flow supplied to the SGDP, thereby changing energy consumption.

В случае, если снижение электроэнергии возможно в часы пиковых нагрузок, то от цифрового двойника 1 через ЦКСУ 2 будет выдаваться сигнал на АРМ-оператора 10, описывающий дату, время, а также величину, на которую будет снижена нагрузка. Если снижение электроэнергии возможно в часы низкого спроса на электроэнергию (при низкой стоимости электроэнергии), то возникший избыток электроэнергии может быть использован на другие процессы (энергозатратные). Информация об этом будет поступать на АРМ-оператора 10. In the event that a decrease in electricity is possible during peak hours, then from the digital twin 1 through the CCSU 2 a signal will be sent to the workstation operator 10, describing the date, time, and also the amount by which the load will be reduced. If a decrease in electricity is possible during hours of low demand for electricity (at a low cost of electricity), then the excess electricity that has arisen can be used for other processes (energy-consuming). Information about this will be sent to the operator's workstation 10.

Возможны каждый из нижеперечисленных вариантов в отдельности или в совокупности. Each of the following options is possible individually or in combination.

2.1. Изменение энергопотребления при действии общерудничной естественной тяги. 2.1. Change in energy consumption under the action of general mine natural draft.

При изменении параметров наружного воздуха (в основном температуры) изменяется общерудничная естественная тяга, действующая между стволами. Если действие ее направлено согласно требуемому направлению движения воздуха, то она будет способствовать проветриванию и возможно снизить производительность ГВУ (если несколько ГВУ, то их суммарную производительность). When the parameters of the outside air (mainly temperature) change, the general mine natural draft acting between the shafts changes. If its action is directed according to the required direction of air movement, then it will contribute to ventilation and possibly reduce the performance of the HVU (if there are several HVUs, then their total productivity).

Система через блок сбора данных 5 получает информацию о метеорологическом прогнозе в регионе расположения ПГДП. В цифровом двойнике 1 прорабатываются сценарии по изменению режима проветривания с учетом действия общерудничной естественной тяги и определяется возможность, время и величина, на которую будет снижена электроэнергия. Прогноз осуществляется за сутки, так как суточная точность метеорологических прогнозов составляет до 90%. The system through the data collection unit 5 receives information about the meteorological forecast in the region where the PGDP is located. In digital twin 1, scenarios are being worked out for changing the ventilation mode, taking into account the action of general mine natural draft, and the possibility, time and amount by which electricity will be reduced are determined. The forecast is carried out in a day, since the daily accuracy of meteorological forecasts is up to 90%.

Если возможность снижения электроэнергии выпадает на часы низкого спроса на электроэнергию, то ее избытки расходуются на энергозатратные процессы, проводимые на производстве. Виды работ, на которые системой предложено будет направить избытки энергоресурсов будут определяться в ЦКСУ 3 и выдаваться на АРМ-оператора 10. If the possibility of reducing electricity falls during hours of low demand for electricity, then its excess is spent on energy-consuming processes carried out in production. The types of work for which the system will be asked to direct excess energy resources will be determined in TsKSU 3 and issued to the workstation operator 10.

2.2. Изменение энергопотребления при действии (в случае ее наличия) системы рециркуляции воздуха 2.2. Change in energy consumption during the operation (if any) of the air recirculation system

Рециркуляция воздуха – это частичное использование исходящего воздуха в проветривании, т.е. забор его и отправление на свежую струю. При этом обязательно проверяется наличие опасных и вредных газов в рециркулируемом воздухе. За счет этого появляется возможность снизить производительность ГВУ (в случае работы нескольких ГВУ – их суммарную производительность). Air recirculation is the partial use of outgoing air in ventilation, i.e. picking it up and sending it to a fresh stream. At the same time, the presence of dangerous and harmful gases in the recirculated air is necessarily checked. Due to this, it becomes possible to reduce the performance of the HVU (in the case of several HVUs, their total productivity).

Система через блок сбора данных 5 получает информацию о содержании в рециркулируемом воздухе вредных газов. Если в период пиковой нагрузки содержание вредных и опасных газов в рециркулируемом воздухе соответствует норме или ниже, то система рециркуляции включается, тем самым позволяет снизить затраты электроэнергии на проветривание. The system through the data collection unit 5 receives information about the content of harmful gases in the recirculated air. If, during the peak load period, the content of harmful and dangerous gases in the recirculated air is normal or lower, the recirculation system is turned on, thereby reducing the cost of electricity for ventilation.

В цифровом двойнике 1 заранее прорабатывается вариант включения системы рециркуляции для определения значения, на которое можно снизить потребление электроэнергии и время этого снижения. In Digital Twin 1, the option of turning on the recirculation system is worked out in advance to determine the value by which it is possible to reduce electricity consumption and the time for this reduction.

В случае, если концентрация вредных и опасных газов будет соответствовать норме в период низкого спроса на электроэнергию цифровом двойнике 1 прорабатывается варианты: включение системы рециркуляции, если эта концентрация остается низкой до периода пиковых нагрузок и есть возможность продолжения рециркуляции (работа на пониженной производительности ГВУ) при пиковых нагрузках; отключение системы рециркуляции с целью снижения вредных и опасных газов в ПГДП и возможном ее включении в часы пиковых нагрузок. In the event that the concentration of harmful and dangerous gases will correspond to the norm during a period of low demand for electricity, digital twin 1 is considering options: turning on the recirculation system if this concentration remains low until the period of peak loads and there is the possibility of continuing recirculation (working at a reduced capacity of the HVU) with peak loads; shutdown of the recirculation system in order to reduce harmful and dangerous gases in the SGDP and its possible inclusion during peak hours.

Возможные сценарии через ЦКСУ 3 передаются на АРМ-оператора 10. Possible scenarios are transmitted through the CCSU 3 to the workstation operator 10.

2.3. Накапливание электроэнергии 2.3. Energy storage

При переизбытке электроэнергии в часы низкого спроса на электроэнергию, она будет накапливаться в накопителях. При пиковых нагрузках питание отдельных механизмов будет осуществляться от накопителей электроэнергии, а общий объем электроэнергии будет снижен. If there is an excess of electricity during hours of low demand for electricity, it will be accumulated in storage devices. At peak loads, individual mechanisms will be powered by electricity storage devices, and the total amount of electricity will be reduced.

Объем снижения, дата, время и продолжительность определяются в цифровом двойнике 1 и ЦКСУ 3. The volume of reduction, date, time and duration are determined in digital twin 1 and CKSU 3.

В нештатном (аварийном) режиме система работает следующим образом. In emergency (emergency) mode, the system operates as follows.

В базу данных 6 цифрового двойника 1 заложены сценарии возможных нештатных ситуаций, например, реверсии струи при возникновении пожара и т.д., которые после верификации цифрового двойника 1 с реальным ПГДП в блоке 7 моделируются, в результате чего определяется воздухораспределение, пути движения дымовых газов при возникновении пожара и т.д., которые заносятся в базу данных 6. The database 6 of the digital twin 1 contains scenarios of possible emergency situations, for example, jet reversal in the event of a fire, etc., which, after verifying the digital twin 1 with a real PGDP, are modeled in block 7, as a result of which the air distribution, the paths of flue gases are determined in the event of a fire, etc., which are entered into the database 6.

Преимущество изобретения состоит в том, что возможность управления технологическим процессом на подземном горнодобывающем предприятии в режимах, позволяющих снизить потребление электрической энергии в течение суток в периоды высокого спроса, обеспечивать расход электроэнергии на энергозатратные процессы в часы низкого спроса на электроэнергию, на основании информации о тарифах на электроэнергию, что значительно расширяет функциональные возможности системы и позволяет обеспечивать безопасность при возникновении нештатных и аварийных ситуаций.The advantage of the invention lies in the fact that the possibility of controlling the technological process at an underground mining enterprise in modes that allow to reduce the consumption of electrical energy during the day during periods of high demand, to ensure the consumption of electricity for energy-intensive processes during hours of low demand for electricity, based on information on tariffs for electricity, which significantly expands the functionality of the system and allows you to ensure safety in the event of emergency and emergency situations.

Список цитируемых источников:List of cited sources:

1. УМАМОТО Эйити. Устройство отображения заданного спроса. Патент № 2596103 от 27.08.20161. UMAMOTO Eiichi. Demand display device. Patent No. 2596103 dated 08/27/2016

2. ЛИ До Гван, ШИН Дзин Чул. Электрическое устройство и аппарат управления энергопотреблением для изменения уровня управления реагированием на спрос. Патент № 2559807 от 10.08.2015.2. LEE Do Gwang, SHIN Jin Chul. Electric device and energy management apparatus for changing the level of demand response control. Patent No. 2559807 dated 10.08.2015.

3. Кычкин А. В., Николаев А. В. Архитектура киберфизической системы управления проветриванием подземного горнодобывающего предприятия на базе платформы Интернета вещей // Мехатроника, автоматизация, управление. - 2021. - Т. 22, № 3. - С. 115-123.3. Kychkin A. V., Nikolaev A. V. Architecture of the cyber-physical control system for ventilation of an underground mining enterprise based on the Internet of things platform // Mechatronika, avtomatizatsiya, upravlenie. - 2021. - V. 22, No. 3. - S. 115-123.

4. Voth S., Nikolaev A., Kychkin A. Demand response service architecture for power system of Russian mining enterprise // Proceedings 2021 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM): Sochi, Russia, May 17-21, 2021 / Inst. of Electrical and Electronics Eng. (IEEE). - [S. l] : IEEE, 2021. - P. 63-67.4. Voth S., Nikolaev A., Kychkin A. Demand response service architecture for power system of Russian mining enterprise // Proceedings 2021 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM): Sochi, Russia, May 17-21, 2021 / Inst. of Electrical and Electronics Eng. (IEEE). - [S. l] : IEEE, 2021. - P. 63-67.

Claims (5)

1. Система управления технологическим процессом на подземном горнодобывающем предприятии в зависимости от спроса на электроэнергию, включающая цифровой двойник объекта управления, принимающий информацию с измерительных устройств через центральный контроллер системы управления и от внешних источников, содержащих сведения о гидрометеорологическом прогнозе на предстоящие сутки, при этом измерительные устройства содержат информацию о фактическом потреблении электроэнергии потребителями подземного предприятия за расчетный период, цифровой двойник выполнен с возможностью имитации процесса проветривания при изменении производительности главной вентиляторной установки на основании сведений гидрометеорологического прогноза, центральный контроллер системы управления соединен с исполнительными механизмами, цифровой двойник и центральный контроллер выполнены с возможностью обеспечения обмена информацией и управляющих воздействий с автоматизированным рабочим местом оператора, отличающаяся тем, что цифровой двойник выполнен с возможностью имитации процесса работы системы воздухоподготовки – шахтной калориферной установки, регулирования воздухораспределения между подземными горными выработками и управления при возникновении нештатных или аварийных ситуаций, при этом цифровой двойник содержит блок выработки сценария управления оборудованием, выполненный с возможностью производить указанную имитацию заранее по прогнозируемым параметрам наружного воздуха и воздухораспределения между горными выработками, по заранее спрогнозированным в цифровом двойнике сценариям управления оборудованием, исполнительные механизмы выполнены с возможностью изменения режимов работы посредством подачи управляющего сигнала от автоматизированного рабочего места оператора через центральный контроллер системы управления на основании прогноза, выданного цифровым двойником, информация от внешних источников дополнительно содержит информацию о тарифах на электроэнергию, планируемых ремонтах, остановах оборудования и снижения потребления электроэнергии в процессе запланированных работ, а также дальнейшей проходке шахтного поля подземного горнодобывающего предприятия.1. A process control system at an underground mining enterprise, depending on the demand for electricity, including a digital twin of the control object, which receives information from measuring devices through the central controller of the control system and from external sources containing information about the hydrometeorological forecast for the coming day, while measuring devices contain information on the actual consumption of electricity by consumers of the underground enterprise for the billing period, the digital twin is made with the ability to simulate the ventilation process when the performance of the main fan installation changes based on the information of the hydrometeorological forecast, the central controller of the control system is connected to the actuators, the digital twin and the central controller are made with the possibility of providing information exchange and control actions with the operator's workstation, characterized in that the digital twin is designed to simulate the operation of the air preparation system - a mine air heater, control the air distribution between underground mine workings and control in the event of abnormal or emergency situations, while digital the twin contains a unit for generating an equipment control scenario, made with the ability to perform the specified simulation in advance according to the predicted parameters of outdoor air and air distribution between mine workings, according to equipment control scenarios predicted in advance in the digital twin, the actuators are made with the possibility of changing operating modes by supplying a control signal from an automated operator's workplace through the central controller of the control system based on the forecast issued by the digital twin, information from external sources additionally contains information on electricity tariffs, planned repairs, equipment shutdowns and reduction in electricity consumption in the process of planned work, as well as further mining of the mine field of the underground mining enterprises. 2. Система управления по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена накопителями электроэнергии, предназначенными для накапливания избытков энергии в часы низкого спроса на электроэнергию для дальнейшего ее использования в часы высокого спроса.2. The control system according to claim 1, characterized in that it is equipped with energy storage devices designed to accumulate excess energy during hours of low demand for electricity for further use during hours of high demand. 3. Система управления по п.1, отличающаяся тем, что цифровой двойник выполнен с возможностью имитации процесса работы системы кондиционирования воздуха.3. The control system according to claim 1, characterized in that the digital twin is configured to simulate the operation of the air conditioning system. 4. Система управления по п.1, отличающаяся тем, что цифровой двойник выполнен с возможностью имитации процесса работы системы рециркуляции.4. The control system according to claim 1, characterized in that the digital twin is configured to simulate the operation of the recirculation system. 5. Система управления по п.1, отличающаяся тем, что при наличии нескольких главных вентиляторных установок цифровой двойник выполнен с возможностью имитации работы каждой из них.5. Control system according to claim 1, characterized in that if there are several main fan units, the digital twin is configured to simulate the operation of each of them.
RU2022112019A 2022-05-04 System for controlling processes in an underground mining enterprise based on demand for electricity RU2798530C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2798530C1 true RU2798530C1 (en) 2023-06-23

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117539169A (en) * 2024-01-09 2024-02-09 武汉杰然技术有限公司 Management method and system based on digital twin

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2566546C1 (en) * 2014-09-22 2015-10-27 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" System for control over air processing at underground mining plant
RU2605240C1 (en) * 2015-06-29 2016-12-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Горный институт Уральского отделения Российской академии наук" Method for air conditioning and cooling process media of equipment at production of mineral deposits by underground method
CN207999282U (en) * 2018-03-13 2018-10-23 浙江理工大学 Intelligent mine safety monitoring system
RU2019134683A (en) * 2019-10-29 2021-04-29 Фонд «Центр стратегических разработок «Северо-Запад» SYSTEM FOR FORMATION AND APPLICATION OF A DIGITAL TWIN FOR DECENTRALIZED CONTROL OF TRANSACTIONAL ENERGY INFRASTRUCTURE OF INTERNET ENERGY TYPE
RU2759071C1 (en) * 2021-02-12 2021-11-09 Акционерное общество "СУЭК-Кузбасс" Automated mine emergency forecasting system and method for automated mine emergency forecasting
CN113757852A (en) * 2021-08-27 2021-12-07 华中科技大学 Multi-split air conditioning unit control method and system based on digital twinning technology
CN114000907A (en) * 2021-12-10 2022-02-01 重庆邮电大学 Mine ventilation equipment intelligent regulation and control system based on digital twin technology
CN114138067A (en) * 2021-12-01 2022-03-04 数字孪生(无锡)技术有限公司 Power grid power station management information platform based on digital twinning
RU2767723C1 (en) * 2021-02-12 2022-03-18 Акционерное общество "СУЭК-Кузбасс" Use of digital twins in an automated system for virtual training of the user to work in the mine, an automated system for virtual training of the user to work in the mine and a method for virtual training of the user to work in the mine
CN114322199A (en) * 2021-11-26 2022-04-12 嘉兴英集动力科技有限公司 Ventilation system autonomous optimization operation regulation and control platform and method based on digital twins

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2566546C1 (en) * 2014-09-22 2015-10-27 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" System for control over air processing at underground mining plant
RU2605240C1 (en) * 2015-06-29 2016-12-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Горный институт Уральского отделения Российской академии наук" Method for air conditioning and cooling process media of equipment at production of mineral deposits by underground method
CN207999282U (en) * 2018-03-13 2018-10-23 浙江理工大学 Intelligent mine safety monitoring system
RU2019134683A (en) * 2019-10-29 2021-04-29 Фонд «Центр стратегических разработок «Северо-Запад» SYSTEM FOR FORMATION AND APPLICATION OF A DIGITAL TWIN FOR DECENTRALIZED CONTROL OF TRANSACTIONAL ENERGY INFRASTRUCTURE OF INTERNET ENERGY TYPE
RU2759071C1 (en) * 2021-02-12 2021-11-09 Акционерное общество "СУЭК-Кузбасс" Automated mine emergency forecasting system and method for automated mine emergency forecasting
RU2767723C1 (en) * 2021-02-12 2022-03-18 Акционерное общество "СУЭК-Кузбасс" Use of digital twins in an automated system for virtual training of the user to work in the mine, an automated system for virtual training of the user to work in the mine and a method for virtual training of the user to work in the mine
CN113757852A (en) * 2021-08-27 2021-12-07 华中科技大学 Multi-split air conditioning unit control method and system based on digital twinning technology
CN114322199A (en) * 2021-11-26 2022-04-12 嘉兴英集动力科技有限公司 Ventilation system autonomous optimization operation regulation and control platform and method based on digital twins
CN114138067A (en) * 2021-12-01 2022-03-04 数字孪生(无锡)技术有限公司 Power grid power station management information platform based on digital twinning
CN114000907A (en) * 2021-12-10 2022-02-01 重庆邮电大学 Mine ventilation equipment intelligent regulation and control system based on digital twin technology

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
VOTH S., и др., Demand response service architecture for power system of Russian mining enterprise // Proceedings 2021 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM): Sochi, Russia, May 17-21, 2021 / Inst. of Electrical and Electronics Eng. (IEEE). - [S. l]: IEEE, 2021, с. 63-67. *
ДЗЮБА А.П., Использование накопителей электроэнергии в качестве инструментов управления спросом на электропотребление, Вестник Марийского государственного университета. Серия "Сельскохозяйственные науки. Экономические науки", т.5, N 2, 2019, c. 228-238. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117539169A (en) * 2024-01-09 2024-02-09 武汉杰然技术有限公司 Management method and system based on digital twin

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113657031B (en) Heat supply dispatching automation realization method, system and platform based on digital twin
US10620598B2 (en) Methods and systems for controlling generating units and power plants for improved performance
US20140249876A1 (en) Adaptive Stochastic Controller for Energy Efficiency and Smart Buildings
CN104102212B (en) Dispatching method, apparatus and system for gas and steam system in iron and steel enterprises
US9076106B2 (en) Systems and methods for management of risk in industrial plants
Jones et al. The future of wind forecasting and utility operations
EP3628851A1 (en) Control and tuning of gas turbine combustion
CN109656204B (en) Ultralow-emission intelligent environment-friendly island system of coal-fired power plant
CN107133702A (en) A kind of wind power plant whole audience power forecasting method
CA2856887A1 (en) Energy search engine with autonomous control
EP2678918B1 (en) Virtual power station
CN114092027A (en) Carbon flow master station management system, management method and demand side carbon management system
CN115775088A (en) Intelligent gas routing inspection plan determination method and Internet of things system
CN115409338A (en) Intelligent supervisory system for carbon emission of air conditioner
RU90588U1 (en) HARDWARE AND SOFTWARE COMPLEX OF AUTOMATION, MANAGEMENT, VISUALIZATION AND MONITORING OF TECHNOLOGICAL PROCESSES
CN111427268A (en) Coal mine energy optimization control system and optimization control method
RU2798530C1 (en) System for controlling processes in an underground mining enterprise based on demand for electricity
CN116933952B (en) Park low-carbon energy scheduling system based on visualization of Internet of things
CN113821008A (en) Energy management control method and energy management center for large-scale industrial enterprise
Vöth et al. Demand response service architecture for power system of Russian mining enterprise
CN116703081A (en) Comprehensive energy operation management cloud platform
CN212060891U (en) Coal mine energy optimization control system
Narayanan et al. Systems approach to energy efficient building operation: case studies and lessons learned in a university campus
CN108229850B (en) Urban energy consumption and environmental protection data management method and system based on industrial production network
CN111178768A (en) Smart energy management system based on cloud platform