Rudarske masine

6
3D SIMULATOR RADA ROTORNOG BAGERA NA POVR Š INSKOM KOPU U REALNOM VREMENU 3D REAL-TIME SIMULATION OF BUCKET WHEEL EXCAVATOR OPERATION IN SURFACE MINING Branislav T. Jevtović 1 , Miroslav R. Matauš ek 2 1 Viš a poslovna š kola Blace 2 Elektrotehnič ki fakultet u Beogradu Sadrž aj U radu je prikazan softverski 3D simulator rotornog bagera i terena koji verno odslikavaju sve operacije bagera i njegove interakcije sa terenom, kao i interakciju operatora sa bagerom u konkretnim uslovima kopanja. Razvijeni softver u realnom vremenu zasnovan je na izuzetno slož enim dinami č kim nelinearnim modelima bagera i njegove interakcije sa okolinom, koja je definisana vernim prikazom geometrije i sastava terena na kome se vrš i kopanje. Sa rač unarskog stanoviš ta prikazani 3D simulator je skup mrež no distribuiranih aplikacija za 3D vizuelizaciju, modeliranje i upravljanje, kao i merenje i signalizaciju. Zahvaljujuć i mrež no distribuiranom konceptu realizacije simulatora, kao i mogu ć nostima wireless tehnologije, moguć e je pojedinač ne softverske celine zameniti realnoš ć u. Ovaj novi koncept u razvoju simulatora znač ajno proš irenje njihovu primenljivost. Abstract This paper presents a 3D real-time software simulator of bucket wheel excavator (BWE) and terrain, describing almost exactly operating regimes of BWE and its interactions with terrain, as well as interactions of operator with BWE, in different excavating conditions. Presented real-time software is based on the complex dynamic nonlinear models of BWE and its interactions with surrounding, defined by very realistic description of terrain geometry and soil composition. From the software engineering viewpoint, presented 3D simulator is a set of network distributed applications for 3D visualization, modeling and control, as well as measurement and signalization. Due to the network distributed concept of simulator implementation and possibilities of the wireless technology it is possible to replace some of the software modules by the reality. This new concept in developing simulators considerably enlarges their applicability. 1. UVOD U mnogim zemljama, pa i u Srbiji, površ inski kopovi predstavljaju osnov za napajanje električ nom i toplotnom energijom kako industrije tako i stanovniš tva. Otkopavanje jalovine i uglja vrš i se maš inama koje se, zbog njihovih ogromnih dimenzija i masa, ubrajaju u klasu superstruktura. Zahvaljujuć i tome kapacitet kopanja je veliki ali su i moguć nosti za akcidentalne situacije takođ e velike. Svedoci smo jednog takvog nedavnog događ aja. Saglasno tome neophodni su odgovarajuć i informaciono- upravljač ki sistemi [1-4], kao i trenaž eri koji treba da omoguć e adekvatnu obuku operatora. U [5] je razra đ en koncept veoma kvalitetnog simulatora rotornog bagera i kopa, sa svim njegovim elementima (bageri, trakasti transporteri, pretovarni mostovi, odlagač i). U ovom radu prikazan je softverski 3D simulator rotornog bagera i terena koji verno odslikavaju sve operacije bagera i njegove interakcije sa terenom, kao i interakciju operatora sa bagerom u konkretnim uslovima kopanja. Ovaj simulator, koji radi u realnom vremenu, pokriva sve operacije koje obavlja bager u fazi pripreme terena za kopanje kao i samog kopanja, sve situacije u kojima se nalazi operator bagera i veoma verno defini š e sve karakteristike terena u kome se vrš i otkopavanje. Drugim reč ima, ovaj rad prikazuje jedan univerzalni visokokvalitetni trenaž er koji bi mogao, a i trebalo bi, da omoguć i znatno efikasnije korišć enje kao i planiranje rada rotornih bagera. U narednim poglavljima bi ć e opisana softverska realizacija a bić e prikazane i moguć nosti da se pojedine softverske celine zamene realnošć u. Ovakav koncept je izuzetno fleksibilan i omoguć uje mnogobrojne softversko-hardverske kombinacije, odnosno veoma jednostavno kombinovanje virtuelnog sa realnim. 2. TEORIJSKE OSNOVE I KONCEPT RAZVIJENOG 3D SIMULATORA ZA RAD U REALNOM VREMENU Teorijsku osnovu za razvoj i realizaciju 3D simulatora č ine do sada razvijeni izuzetno slož eni dinamič ki nelinearni modeli bagera i njegove interakcije sa okolinom u svim rež imima rada. U [1], [2] i [5] je, u cilju definisanja strukture novog sistema upravljanja, postupka podeš avanja parametara regulatora na baznom nivou i koncepta predikcije i adaptacije na viš em hijerarhijskom nivou, bilo neophodno razviti nelinearni model bagera u prostoru stanja, u kome su veoma tač no modelirani spoljni poremeć aji, tj. uticaj karakteristika terena - materijala koji se kopa u rezu, za različ ite kategorije rezova. Uopš teno reč eno, razvoj i realizacija efikasnog sistema upravljanja kompleksnim nelinearnim elektro-mehanič kim sistemima, kakvi su rotorni bageri, zasnovani su na ekspertskom znanju koje se stič e kroz obimne eksperimente i simulacije, š to zahteva posedovanje dobrog modela. Prvo, zbog bezbednosti i pogonske spremnosti bagera, nije moguć e podeš avanje novog sistema upravljanja korišć enjem eksperimentalne trial-and-errorprocedure. Drugo, još važ nije, razvoj novog sistema upravljanja [3] zasniva se upravo na nelinearnom modelu koji obuhvata sve važ nije dinamič ke karakteristike objekta. Iz pomenutih razloga, u dosadaš njem radu je veliki akcenat dat na reš avanje problema modeliranja rotornog bagera SRs 1200, uključ ujuć i i detaljnu analizu spoljnih

description

rudarske i gradjevinske masine

Transcript of Rudarske masine

Page 1: Rudarske masine

3D SIMULATOR RADA ROTORNOG BAGERA NA POVRŠ INSKOM KOPU

U REALNOM VREMENU 3D REAL-TIME SIMULATION OF BUCKET WHEEL EXCAVATOR

OPERATION IN SURFACE MINING

Branislav T. Jevtović 1, Miroslav R. Mataušek2

1Viša poslovna škola – Blace 2Elektrotehnički fakultet u Beogradu

Sadržaj – U radu je prikazan softverski 3D simulator rotornog bagera i terena koji verno odslikavaju sve operacije bagera i njegove interakcije sa terenom, kao i interakciju operatora sa bagerom u konkretnim uslovima kopanja. Razvijeni softver u realnom vremenu zasnovan je na izuzetno slož enim dinamičkim nelinearnim modelima bagera i njegove interakcije sa okolinom, koja je definisana vernim prikazom geometrije i sastava terena na kome se vrši kopanje. Sa računarskog stanovišta prikazani 3D simulator je skup mrežno distribuiranih aplikacija za 3D vizuelizaciju, modeliranje i upravljanje, kao i merenje i signalizaciju. Zahvaljujuć i mrežno distribuiranom konceptu realizacije simulatora, kao i mogu ć nostima wireless tehnologije, moguć e je pojedinačne softverske celine zameniti realnošć u. Ovaj novi koncept u razvoju simulatora značajno proširenje njihovu primenljivost. Abstract – This paper presents a 3D real-time software simulator of bucket wheel excavator (BWE) and terrain, describing almost exactly operating regimes of BWE and its interactions with terrain, as well as interactions of operator with BWE, in different excavating conditions. Presented real-time software is based on the complex dynamic nonlinear models of BWE and its interactions with surrounding, defined by very realistic description of terrain geometry and soil composition. From the software engineering viewpoint, presented 3D simulator is a set of network distributed applications for 3D visualization, modeling and control, as well as measurement and signalization. Due to the network distributed concept of simulator implementation and possibilities of the wireless technology it is possible to replace some of the software modules by the reality. This new concept in developing simulators considerably enlarges their applicability. 1. UVOD U mnogim zemljama, pa i u Srbiji, površinski kopovi predstavljaju osnov za napajanje električ nom i toplotnom energijom kako industrije tako i stanovništva. Otkopavanje jalovine i uglja vrši se mašinama koje se, zbog njihovih ogromnih dimenzija i masa, ubrajaju u klasu superstruktura. Zahvaljujuć i tome kapacitet kopanja je veliki ali su i moguć nosti za akcidentalne situacije takođ e velike. Svedoci smo jednog takvog nedavnog događ aja. Saglasno tome neophodni su odgovarajuć i informaciono-upravljač ki sistemi [1-4], kao i trenažeri koji treba da omoguć e adekvatnu obuku operatora. U [5] je razrađ en koncept veoma kvalitetnog simulatora rotornog bagera i kopa, sa svim njegovim elementima (bageri, trakasti

transporteri, pretovarni mostovi, odlagač i). U ovom radu prikazan je softverski 3D simulator rotornog bagera i terena koji verno odslikavaju sve operacije bagera i njegove interakcije sa terenom, kao i interakciju operatora sa bagerom u konkretnim uslovima kopanja. Ovaj simulator, koji radi u realnom vremenu, pokriva sve operacije koje obavlja bager u fazi pripreme terena za kopanje kao i samog kopanja, sve situacije u kojima se nalazi operator bagera i veoma verno definiše sve karakteristike terena u kome se vrši otkopavanje. Drugim reč ima, ovaj rad prikazuje jedan univerzalni visokokvalitetni trenažer koji bi mogao, a i trebalo bi, da omoguć i znatno efikasnije korišć enje kao i planiranje rada rotornih bagera. U narednim poglavljima bić e opisana softverska realizacija a bić e prikazane i moguć nosti da se pojedine softverske celine zamene realnošć u. Ovakav koncept je izuzetno fleksibilan i omoguć uje mnogobrojne softversko-hardverske kombinacije, odnosno veoma jednostavno kombinovanje virtuelnog sa realnim. 2. TEORIJSKE OSNOVE I KONCEPT RAZVIJENOG 3D SIMULATORA ZA RAD U REALNOM VREMENU Teorijsku osnovu za razvoj i realizaciju 3D simulatora č ine do sada razvijeni izuzetno složeni dinamič ki nelinearni modeli bagera i njegove interakcije sa okolinom u svim rež imima rada. U [1], [2] i [5] je, u cilju definisanja strukture novog sistema upravljanja, postupka podešavanja parametara regulatora na baznom nivou i koncepta predikcije i adaptacije na višem hijerarhijskom nivou, bilo neophodno razviti nelinearni model bagera u prostoru stanja, u kome su veoma tač no modelirani spoljni poremeć aji, tj. uticaj karakteristika terena - materijala koji se kopa u rezu, za različ ite kategorije rezova. Uopšteno reč eno, razvoj i realizacija efikasnog sistema upravljanja kompleksnim nelinearnim elektro-mehanič kim sistemima, kakvi su rotorni bageri, zasnovani su na ekspertskom znanju koje se stič e kroz obimne eksperimente i simulacije, što zahteva posedovanje dobrog modela. Prvo, zbog bezbednosti i pogonske spremnosti bagera, nije moguć e podešavanje novog sistema upravljanja korišć enjem eksperimentalne „trial-and-error“ procedure. Drugo, još važnije, razvoj novog sistema upravljanja [3] zasniva se upravo na nelinearnom modelu koji obuhvata sve važnije dinamič ke karakteristike objekta. Iz pomenutih razloga, u dosadašnjem radu je veliki akcenat dat na rešavanje problema modeliranja rotornog bagera SRs 1200, uključ ujuć i i detaljnu analizu spoljnih

Page 2: Rudarske masine

poremeć aja u različ itim rež imima rada. Prvo je definisan funkcionalni model, a na osnovu njega je razvijen i odgovarajuć i matematič ki model. Važno je istać i da je zbog praktič ne upotrebljivosti, tj. realizacije u realnom vremenu adaptivnog i prediktivnog upravljanja, pri razvoju modela moralo da se nađ e kompromisno rešenje izmeđ u tač nosti i jednostavnosti. O valjanosti rešenja najbolje govori izuzetan kvalitet rada bagera nakon implementacije novog sistema upravljanja realizovanog na osnovu razvijenog nelinearnog modela. Neraskidivu celinu sa modelom bagera, koja č ini suštinsku osnovu 3D simulatora, predstavlja 3D model terena. 3D model terena, koji se može dobiti na osnovu topoloških mapa regije na kojoj je površinski kop (slika 1) ujedno predstavlja osnovu za 3D model kopa kao celine, o č emu ć e biti više reč i kasnije.

a) b)

Slika 1. 3D model terena b) dobijen obradom topološke karte a)

Uporedo sa podacima o konfiguraciji terena, razvijeni 3D model terena koji se koristi u 3D simulatoru sadrž i i tež inske podatke o svakoj prostornoj tač ki koja se nalazi unutar terena. Ovi tež inski podaci se č uvaju u pripadajuć oj bazi podataka o terenu, a tež inske vrednosti prostornih tač aka govore o velič ini otpornih sila rezanja, tj. sila kojima se deo terena u procesu njegovog kopanja suprotstavlja reznim elementima bagera, č ime se u simulaciji postiže verodostojna i puna interakcija bagera sa terenom. Zbog maksimalne fleksibilnosti u primeni, kako kao trenažera sa virtuelnim objektima, tako i kao važne komponente informacionog sistema integralnog upravljanja realnim površinskim kopom, konceptno 3D simulator je definisan kao skup mrežno distribuiranih softverskih modula (aplikacija) prema slici 2.

Slika 2. Koncept realizovanog 3D simulatora

Kao što se sa slike 2 može videti 3D simulator č ine softverski moduli koji su kao klijenti vezani na jedan komunikacioni server (KS), koji u ovom konceptu predstavlja informaciono zvezdište. Modeli bagera i terena, koji su najvažniji za funkcionisanje simulatora,

povezani su preko odgovarajuć ih mrežnih interfejsa sa serverom. Takva realizacija veze uč injena je pre svega zbog maksimalne sigurnosti veze sa serverom, tj. neprestane kontrole veze i za real-time zadovoljavajuć e brze dojave i reakcije na eventualni gubitak veze. Softverski modul kojim je realizovan model bagera (BWE MODEL) je preko mrežnog interfejsa modela (NetInterf_M) spojen sa serverom KS, dok je model terena, koji se nalazi u modulu baza podataka (DataBase), tač nije u bazi podataka terena (DB_T), spojen sa serverom preko odgovarajuć eg mrežnog interfejsa NetInterf_DB. DataBase modul pored baze podataka terena sadrž i još dve baze podataka: bazu podataka bagerista (DB_B) u kojoj se č uvaju podaci o svakoj aktivnosti registrovanog bageriste na simulatoru i baza podataka sistema (DB_S) u kojoj se skladište podaci o radu svih tehnoloških sistema na kopu (tehnološki sistem č ine bager, trakasti transporteri i odlagač ili utovarno mesto, zavisno od toga da li se radi o sistemu kojim se kopa jalovina ili ugalj). U direktnoj vezi sa modelom bagera, a kao izdvojene softverske celine nalaze se tri modula za real-time prikaz hronografa najvažnijih stanja bagera u poslednjih 250 s (kao npr. struje radnog toč ka, utovarne trake, međ utrake, istovarne trake, njihove brzine, struje i napona motora osnovnih kretanja). Ovakva koncepcija pruža moguć nost trenutne analize rada, bez potrebe za ulaženjem u veliku bazu podataka. Za prikaz trenutnih merenja i signalizacije na bageru, koji u potpunosti odgovara istim na realnom objektu, služ i modul za merenje i signalizaciju (M&S). Softverski modul za 3D vizuelizaciju (3D_Viz) pruža moguć nost real-time vizuelizacije rada bagera u konkretnim uslovima na terenu sa opcijama da prikazuje na ekranu 3D sliku koja se ima iz kabine bageriste (potrebnu za rad operatora-bageriste) ili da prikazuje real-time 3D sliku koju bi iz proizvoljne tač ke van bagera imao posmatrač (potrebnu za instruktore). Modul za upravljanje (Control) sadrž i sve elemente potrebne za upravljanje bagerom i neophodan broj komponenti za simuliranje važnijih kvarova, kao i resetovanje svih alarmnih stanja bagera i manipulaciju bagerom u tim situacijama na nač in kako se to radi na realnom objektu. Pored nabrojanih modula koji č ine zaokruženu funkcionalnu celinu 3D simulatora, razvijen je i softversko-hardverski modul za daljinsko merenje, signalizaciju i upravljanje (LDM). Na hardverskoj platformi sa RISC mikrokontrolerom, razvijenoj namenski za mrežni rad pod real-time operativnim sistemom, razvijen je ovaj softverski modul. Njime se omoguć ava upravljanje bagerom, simuliranje kvarova, resetovanje alarma, merenje i signalizacija, isto kao kod modula M&S i Control, ali preko wireless mreže i wireless rutera (WR), koji je takođ e za ovaj simulator razvijen i u hardverskom i u softverskom pogledu. Ova dva hardversko-softverska modula razvijena su i uključ ena u 3D simulator kako bi se „simulirale“ i brojne prednosti i moguć nosti koje pruža nova informaciono - komunikaciona bež ič na Internet/ intranet (Wireless) tehnologija. Zahvaljujuć i, pre svega velikoj brzini i pouzdanosti digitalnog prenosa (prenosa

Page 3: Rudarske masine

bez gubitaka i deformacije informacija), ova informaciono-komunikaciona tehnologija omoguć ava da se realizuje informaciono-upravljač ki sistem kopom, kao celinom, u realnom vremenu, č ime u potpunosti marginalizuju sva dosadašnja rešenja za prenos podataka i, generalno, komunikaciju na kopu zasnovanu na analognoj bež ič noj radio-vezi i/ili na klasič noj telefonskoj ž ič anoj vezi. Zahvaljujuć i A/D i D/A konvertorima, kao i programabilnim digitalnim ulazima/izlazima u LDM modulu, realizovan je upravljač ki pult, koji sadrž i upravljač ke palice, prekidač e, tastere i signalizaciju. Na taj nač in se u najrealistič kijem obliku simulira i upravljač ko okruženje operatora. 3. DETALJNIJI PRIKAZ SOFTVERSKIH CELINA Komunikacioni server – KS, kao informaciono mrežno č vorište realizovan je u C#.Net kao konzolna aplikacija (slika 3). Server funkcioniše po principu chat servera sa potpunim nadzorom i kontrolom svih svojih klijenata, što omoguć ava TCP protokol.

Slika 3. Konzola komunikacionog servera

Mrežni interfejsi modela (NetInterf_M) i baza podataka (NetInterf_B) su realizovani u Visual Basic-u 6.0 iz razloga što pružaju konforan rad u grafič kom okruženju i rač unarskoj mrež i, a za razliku od .Net-a podržavaju i DDE (dynamic data exchange) tehniku razmene informacija izmeđ u različ itih aplikacija. Izgled grafič kog interfejsa modula NetInterf_M prikazan je na slici 4.

Slika 4. Grafič ki interfejs mrežnog interfejsa NetInterf_M

Model bagera je iz prvobitnog softverskog modela rađ enog u C jeziku, a potom u C++, konač no nakon uključ ivanja č itavog transportnog lanca - istovarne, međ u i utovarne trake u jedinstveni model bagera, realizovan u

Visual Designer-u koji u odnosu na C pruža neuporedivo jednostavnije eventualne izmene relacija i parametara neminovnih za sluč aj simulacije drugih tipova bagera. Razvojno okruženje Visual Designer-a sa manjim delom modela bagera prikazano je na slici 5.

Slika 5. Deo modela bagera u Visual Designer-u

Visual Designer podržava DDE tehniku, ima podršku za ceo spektar industrijskih protokola koji se primenjuju kod senzora i mernih instrumenata, a izvršna verzija omoguć ava real-time realizaciju. Iz istih razloga, pomenutim softverskim alatom realizovani su moduli HG kojim se vrši hronografski prikaz bitnih stanja bagera u poslednjih 250s, kao i modul za upravljanje – Control. Grafič ki interfejsi HG modula dati su na slici 6, a na slici 7 je prikazan grafič ki interfejs modula Control.

Slika 6. Hronografski prikaz bitnih stanja bagera

Slika 7. Grafič ki interfejs upravljač kog modula - Control

Softverski modul za merenje i signalizaciju (M&S) realizovan je iz istih razloga kao i mrežni interfejsi u Visual Basic-u 6.0, s tim što je zbog daleko kompleksnijeg grafič kog interfejsa modul M&S softverski daleko složeniji. Ovaj modul, pored rač unarske mrežne komunikacije i DDE komunikacije, simulira digitalne displeje za prikaz pozicije bagera i parametre reza,

Page 4: Rudarske masine

merenja na analognim instrumentima koja pokazuju stanje izvršnih organa na bageru i vrši prikaz signalizacionih informacija na „sinoptič koj“ tabli. Pri realizaciji grafič kog interfejsa M&S modula vodilo se rač una o srazmeri i razmeštaju svih instrumenata i pokazivač a, tako da konač an grafič ki izgled ovog modula sa skoro fotografskom tač nošć u doč arava realnost. Na slici 8 prikazan je izgled grafič kog interfejsa modula M&S: a) prilikom simulacije regularnog rada (rad kada nije došlo do reagovanja zaštite i kvarova) i b) rada kada su reagovale prekostrujne zaštite zbog preoptereć enja radnog toč ka i zatrpavanja prvih transportnih traka (u tom sluč aju je aktivirana i zvuč na signalizacija).

(a)

(b)

Slika 8. Grafič ki interfejs M&S modula pri simulaciji (a)- rada bez kvarova i (b)- kada je reagovao sistem zaštite

i blokade Iz programerskog ugla posmatrano najsloženiji i sa aspekta iskorić enja rač unarskih resursa najzahtevniji je modul za 3D vizuelizaciju bagera i površinskog kopa (3D_Viz). Neposredna softverska realizacija ovog modula urađ ena je u C#.Net-u uz korišć enje DirectX-a kao bogatog multimedijalnog API-a (Application Programming Interface). C# je izabran zato što se njegov izvršni kô d znač ajno brže izvršava od Visual Basic-ovog, što se u ovako vremenski kritič nim programima pokazuje suštinski važnim. Sa druge strane C++ je za nijansu brž i od C#, ali je zato C# programerski daleko konforniji u primeni upravljanog DirectX-a. Vizuelizacija terena na osnovu podataka iz baze podataka o terenu vrši se direktno iz programskog kô d-a ovog modula, dok se za vizuelizaciju bagera koriste mreže 3D modela pojedinač nih funkcionalnih mehanič kih delova bagera. S tim u vezi, pre realizacije modula 3D_Viz izvršeno je modeliranje sedam mehanič kih celina konstrukcije bagera (radnog toč ka, strele radnog toč ka, strele kabine bageriste, okretne platforme, gusenič nog transportnog sistema, pretovarnog mosta i užadi strele radnog toč ka i kabine) u 3D Max® Studiju-u. Svaki model (osim užadi) sastavljen je od po preko 10000 tač aka. Da bi bili upotrebljivi kao 3D mreže u DirectX-u modeli su morali da se konvrtuju u X format. Softverski modul 3D_Viz sastoji se od 12 klasa koje sadrže od 470 do 2700 linija kô da. Softverska obimnost i kompleksnost ovog modula je razumljiva ako se ima u vidu da se njime realizuje, pored već veoma složene same vizuelizacije bagera i terena, i interakcija bagera sa terenom. Pomenuta interakcija je rezultat obrade

primljenih informacija od real-time modela bagera (BWE MODEL - u kome je real-time obrađ ena interakcija operatora sa bagerom) i informacija o konfiguraciji terena i njegovim otpornim silama, koje su dobijene iz baze terena (DB_T). Rezultate simulirane interakcije bagera i terena modul 3D_Viz prosleđ uje (takođ e kroz mrežu) praktič no svim modulima – modulu modela bagera, modulu za merenje i signalizaciju i modulu baze podataka. Zahvaljujuć i ovakvom konceptu vizuelizacije simulacije rada bagera dobija se veoma realistič na 3D slika koja bi se imala iz kabine bageriste u stvarnom radu na realnom objektu. Na slici 9 prikazane su „zamrznute“ slike „ž ive“ (real-time) 3D scene koja se projektuje na grafič kom interfejsu modula za 3D vizuelizaciju u toku rada simulatora.

a)

b)

Slika 9. „Pogled“ iz kabine kada je ona (a) podignuta iznad ose i (b) kada je spuštena ispod ose radnog toč ka

Važno je istać i to da je u ovom modulu predviđ ena i realizovana opcija real-time slobodnog prostornog „kretanja“ posmatrač a van kabine bageriste što omoguć ava dodatno vizuelno sagledavanje i analiziranje međ usobnog položaja pokretnih delova bagera u toku rada i položaja bagera u odnosu na okruženje, što je od velike važnosti za operatora koji se vežba na simulatoru – trenažeru i naroč ito za instruktora. Na slici 10 je prikazan „pogled“ na bager sa kraja pretovarnog mosta tj. sa kraja istovarne trake. DataBase modul kao što je već reč eno sadrž i tri baze podataka: bazu terena (DB_T), bazu bagerista-operatera (DB_B) i bazu tehnoloških sistema (DB_S). Baze su realizovane u MySQL-u a za pristup njenim podacima

Page 5: Rudarske masine

koristi se Visual Basic aplikacija NetInterf_DB koja primenjuje ADO (ActiveX Data Objects) model.

Slika 10. Pogled sa kraja pretovarnog mosta

na bager u fazi kopanja Dodatni softversko - hardverski modul za daljinsko merenje, signalizaciju i upravljanje (LDM) realizovan je na hardverskoj platformi baziranoj na MicroChip-ovom RISC mikrokontroleru Atmega 128 sa 8 A/D konvertora i 22 programabilna digitalna ulaza / izlaza. Hardver omoguć ava tri vrste komunikacije sa spoljnim svetom: serijsku (RS 232), I2C i rač unarsku mrežnu vezu. U LDM modulu iskorišć ena je mrežna komunikacija sa TCP protokolom. Za potrebe slanja upravljač kih i drugih blokadnih i alarmnih signala, razvijena je u C jeziku aplikacija koja na pomenutom hardveru i pod real-time operativnim sistemom NutNet realizuje zahtevane funkcije. Slič no LDM modulu, na specijalizovanoj hardverskoj platformi (WRAP) pod real-time Linux operativnim sistemom realizovane su funkcije wireless rutera, kojim je omoguć ena full-duplex komunikacija LDM modula sa komunikacionim sereverom (KS) a time i real-time uključ ivanje LDM modula u 3D simulator. 4. PRIMERI PRIMENE Primeri primene prikazani su u prezentaciji, u realnom vremenu. Ova prezentacija se može nać i na www.vpskp.edu.yu/3DSimulator. U ovom poglavlju slikama 11 do 15 dat je par sekvenci iz prezentacije.

Slika 11. Pogled sa levog kraja reza na radni toč ak bagera

u fazi kopanja

Slika 12. Pogled iz sredine reza na kabinu bageriste i

radni toč ak bagera u fazi kopanja

Slika 13. Pogled sa neotkopanog dela terena na okretnu

platformu i gusenice bagera u fazi kopanja

Slika 14. Pogled sa vrha neotkopanog dela terena

na bager u fazi kopanja U ovom tekstualnom prikazu primene treba istać i par osnovnih funkcija i moguć nosti razvijenog 3D simulatora rada rotornog bagera na površinskom kopu. Osnovna namena simulatora je trenažer za obuku bagerista. Kao što je već reč eno razvijeni su izuzetno kvalitetni modeli terena, odnosno reza sa svim njegovim geometrijskim i mehanič kim karakteristikama. Saglasno tome trening se može obavljati u normalnim i ekstremno teškim uslovima, kao i u situacijama koje mogu dovesti do akcidenata. Takođ e, bagerista se može trenirati za rad u različ itim rež imima i tehnologijama kopanja. Drugim reč ima omoguć ena je kompletna obuka za sve situacije u kojima se bagerista može nać i u realnim uslovima.

Page 6: Rudarske masine

Međ utim, s obzirom na primenjeni mrežno distribuirani koncept realizacije i wireless tehnologiju moguć a je i sledeć a primena: Na primer, na instrument tablu trenažera dovode se signali sa realnog bagera, a na grafič ki interfejs 3D vizuelizatora dovodi se signal sa IP kamere postavljene na taj isti realni bager. Ukoliko je reč o normalnim uslovima kopanja, instruktor može dozvoliti bageristi koji se obuč ava na trenažeru da svojim komandama preuzme upravljanje posmatranim realnim bagerom. Druga moguć a situacija je da se dovođ enjem signala sa realnog bagera prikupe karakteristike reza u kome je iskusan bagerista uspešno upravljao u ekstremno teškim uslovima. Ovo znač i sledeć e: Na osnovu signala o struji radnog toč ka i brzini kružnog kretanja, saglasno do sada razvijenim modelima, moguć e je rekonstruisati otporne sile reza u jednom dužem vremenskom periodu. Ti podaci se unesu u bazu terena (DB_T). Zatim bagerista koji je na obuci obavi trening na trenažeru u istim ekstremno teškim uslovima kopanja. S obzirom na raspolož iv prostor ne mogu biti razmatrane sve mnogobrojne moguć nosti sprezanja realnog i virtuelnog.

Slika 15. Ekran rač unara na kome su aktivirani moduli

M&S, 3D_Viz, Control i HG_3 5. ZAKLJUČAK U ovom radu prikazano je izuzetno kvalitetno rešenje interakcije jedne mehanič ke superstrukture sa terenom, po kome se kreć e i obavlja kopanje, i sa č ovekom-operatorom. Izloženo rešenje je kompletno u smislu da omoguć uje rad u realnom vremenu, sprezanje virtuelnog i realnog i na kraju, mada ne po važnosti, jednostavnu nadogradnju i proširenje. Ovo proširenje odnosi se pre svega na moguć nost 3D simulacije događ aja na kopu kao celini, u realnom vremenu. Oč igledno, prema slici 16 reč je o izuzetno složenom problemu: veliki broj bagera i pomoć nih sistema kreć e se po jednom velikom prostoru i obavlja različ ite operacije. 3D simulacija površinskog

kopa u realnom vremenu omoguć ila bi simulaciju integralnog upravljanja i planiranja rada kopa kao celine. Takođ e, i u ovoj primeni simulatora, pored njegovog korišć enja kao trenažera, moguć e su i različ ite varijante sprezanja virtuelnog i realnog. Na samom kraju, mada ne po važnosti, autori se nadaju da ć e, s obzirom na ulogu i znač aj površinskih kopova u energetici Srbije, razvijeni simulator nać i svoju primenu u poveć anju energetske efikasnosti EPS-a.

Slika 16. 3D simulacija površinskog kopa

LITERATURA [1] Jevtović B. “ Modeliranje i realizacija senzora i izvršnih organa i lokalnih regulatora sistema upravljanja bagerom glodarom SRs-1200”, Magistarski rad, Elektrotehnič ki fakultet u Beogradu, 1992. [2] Jevtović B. and M. Mataušek, “ Modeling of Bucket Wheel Excavator: Theory and Experimental Results”, FACTA UNIVERSITATIS, Series: Working and Living Environmental Protection, Vol. 2,No 4, pp 335-343, 2004. [3] Jevtović B. and M. Mataušek, “ A Predictive-Adaptive Hierarchical Control System of Bucket-Wheel Excavator: Theory and Experimental Results”, FACTA UNIVERSITATIS, Series: Electronics and Energetics, Vol. 18, No 3, pp 493-503, December 2005. [4] Jevtović B. i M. Mataušek, “ Informacioni sistem integralnog upravljanja površinskim kopom”, Zbornik radova konferencije YU info 2005, Kopaonik, Mart 2005. [5] Jevtović B. “ Adaptivno - prediktivni sistem upravljanja bagerom glodarom SRs-1200”, Doktorska disertacija, Univerzitet u Prištini, Fakultet Tehnič kih Nauka-Kosovska Mitrovica, Odsek Elektrotehnike, 2006.