создание технологий, кусковой сортировки щебня, для производства высококачественного материала в нашем регионе

Введение
      В настоящее время, во всем мире – огромным спросом пользуется такая важная технологическая отрасль, как -горно-добывающая промышленность. За тот огромный промежуток времени, который она существует – было открыто огромное количество месторождений: в России, Европе, Китае, США и многих других уголках планеты, в последствии, освоенных под различные нужды многих сфер производства. Множество из открытых мест,  было подготовлено под карьеры для добычи полезныхруд и других их производных, таких как песок, валуны, гравий, отсев и подобные материалы. Со времен, когда данная отрасль была еще только на первых шагах развития, и по сегодняшний день - было создано, опробовано и улучшено множество различных технологий по добыче и сортировке различных пород, целью которых всегда оставалось - быть наиболее эффективными и наименее затратными для добывающих предприятий. 
      Анализируя ситуацию в отдельно-взятом, нашемрегионе – мы приходимы к выводу, что здесь она развита пока-что недостаточно хорошо, нежели в остальной части России, и это, при том, что Кабардино-Балкарская республика, занимает территорию в 12,5 тыс.кв км, и обладает значительными запасами полезных ископаемых.Если мы взглянем на сегодняшнюю карту открытых месторождений и полезных ископаемых в КБР, то обнаружим:два больших месторождения гипса, 5 месторождений нефти, Малкинские граниты, рассредоточенные–в различных регионах, и многие другие полезные породы.Все это – прямо свидетельствует о том, что данная отрасль может здесь развиваться без особых проблем с поиском необходимых и подходящих мест для реализации и добычи необходимых пород. Также, наш регион обладает богатыми запасами полезных ископаемых, таких как вольфрам, молибден, нефть. В настоящее время в пределах республики известно около 70 месторождений полезных ископаемых. Это рудные (металлические), нерудные (неметаллические), горючие полезные ископаемые, подземные пресные минеральные воды.В отдельно-взятой, нашей Республике -наличиствует огромное количество месторождений различных материалов. Но, при этом - практически полностью отсутствуют месторождения, которые бы производили высококачественный материал на своей территории, в особенности - щебень, который мог бы быть пригоден для таких отраслей промышленности, как: строительства автомобильных дорог, автомобильных и ж\д мостов, железнодорожной инфраструктуры, жилых домов, производства качественного бетона, в частности для создания мостовых сооружений и бетонных элементов. 
      Все вышеописанные изделия и работы связанные с ними, требуют щебень марки не менее «1000», получение которого, не представляется возможным в условиях имеющихся технологий сортировки. В пределах Кабардино-Балкарской Республики – имеются множества перспективных месторождений и карьеров с залежами полезных материалов, которые до сих пор не используютсядля получения только качественных образцов, а расходуются лишь на 35%-40% от теоретической мощности. Например, щебень, добываемый в поймах рек – на данный момент не превышает марки «600», хотя, в составе данного щебня, часто присутствуют около 15% гранитных фракций, марка которых может быть – более «1200», что является более, чем достаточным условием для его дальнейшего использования на вышеописанных объектах. Поэтому, создание технологий, кусковой сортировки щебня,  для производства высококачественного материала в нашем регионе – является крайне актуальной проблемой, решение которой привнесет значительный вклад во многие сферы жизни и экономики Республики.


Глава 1. Общийраздел
1.1 Краткая история развития отечественных и зарубежных технологий сортировки кускового сырья
      Горное дело является родоначальником многих отраслей народного хозяйства, поскольку оно представляет собой первичную основу и является одним из самых значимых для успешного развития строительства. На Сегодня, практически нет ни одной отрасли, которая бы не зависела от горного дела. Зародилось горное дело примерно 40 тыс. лет до н.э., и, на протяжении всего этого длительного периода оно претерпело те или иные стадии развития.Обогащение пород развивалось от ручной выборки рудных минералов из массы горной породы – до, полностью автоматизированных процессов по селекции только полезных составов. 
      Еще две с половиной тысячи лет тому назад в древней Греции на свинцово-серебряных рудниках сортировали руду вручную, после чего ее истирали и промывали водой.Ручная сортировка на первом этапе преследовала цель – выбрать крупные кристаллы драгоценных камней (алмазы, изумруды, гранаты, топазы и пр.), в последующем – исландский шпат, горный хрусталь, слюда, представляющие техническую ценность в те времена.При ручной сортировкеиспользовались различия в цвете, блеске, форме, структуре разделяемых минералов.В процессе ручной сортировки оценка сорта и выборка частиц осуществлялась человеком. Выборка частиц является трудоёмкой операцией, поэтому максимальная производительность сортировки невысокая.Со временем ручная выборка сменилась механизированной сортировкой. Развитие горнодобывающей промы-шленности в России – беретсвое начала от Петровских времен.Активизация поисковых работ этого периода во многом зависели от Петра I, понимавшего о чрезвычайной важности создания для Российского государства сырьевой базы. 
      К концу XVIII столетия в России назрела необходимость сплошного геологического изучения больших районов - их описание, картографи-рование с уточнением всех сведений, которые уже ранее были известны как территории с залежами полезных ископаемых и с нанесением на карту вновь обнаруженных или предполагаемых месторождений. Такое изучение велось государственными геологическими экспедициями и добровольными научными обществами, а также заводовладельцами. К этому времени - уже велись разведывательные работы с использованием ударно-штангового бурения, до глубины 30 м.В 1700 году, при Петре I, в связи с изданием им Приказа рудокопных дел, в функции которого входили добыча руд, выплавка металлов, строительство рудников, поиски руд - "рудосыскное дело", составление инструкций по розыску минералов и подготовка "сведущих людей", в России было заложено государственное управление горном делом. От тех времен до нашего времени был пройден большой путь и много сделано для развития горного дела в России. В 1773 г. в Петербурге создается Горное училище, которое позднее преобразовали в Горный институт. Изменения в экономике России, произошедшие в Петровскую эпоху, заложили основу будущих качественных и количественных сдвигов в общем эволюционном процессе формирования ее производственного потенциала. Совершенствование методов и средств механизации, подземных и открытых работ на приисках, шахтах и рудниках, в основном обеспечивалось усилиями отечественных специалистов.Город Барнаул, где работал Ползунов, был в XVIII в. крупным центром горнозаводской промышленности Сибири. Заводы Барнаула были к тому времени высокомеханизированными предприятиями. Наиболее трудоемкая работа производилась не вручную, а при помощи вододействующих колес, представляющих собой передовую технику.Это были большие обычные колеса, снабженные по ободу лопастями. Вращались они, как и мельничные колеса, энергией падающей на них воды. При помощи системы передач движение воздействующих колес передавалось мехам, раздувающим плавильные печи. Колеса были огромного размера, а КПД маленьким. В 1763 г. Ползунов, человек разносторонний - изобретатель, конструктор, технолог и машиностроитель, специалист по металлургии и горному делу, проектировщик, знаток руд, механик, математик и учитель, сконструировал «огненную машину». Это была, по словам Ползунова, машина, действующая через посредство воздуха и паров, образующихся в котле с водой. Впоследствии, честь изобретения паровой машины приписали англичанину Уатту, опубликовавшему свое изобретение на 20 лет позже. Возросшая потребность в ископаемом угле заставила добывать его не только на выходах пластов на поверхность земли, но и из подземных недр. А ведение подземных работ для добычи угля при чрезвычайно низком уровне тогдашней техники было сопряжено с большими трудностями. Крепление подземных выработок на случай обвала, удаление подземных вод, заливающих шахты, транспорт и подъем добытого угля, подача свежего воздуха в шахту, борьба с взрывами метана и угольной пыли ставили перед добытчиками непреодолимые препятствия.Но изобретение Ползунова произвело подлинный переворот в угольной промышленности, быстро сказался на развитии угольной промышленности в России. В бассейнах, где уже велась добыча угля, возникали новые шахты и металлургические заводы, открывались новые месторождения.
XIX век открывает новую страницу в развитии средств ведения производственных процессов. В 1832 году А.А. Саблуков изобретает центробежный вентилятор, в 1835 - винтовой, а позднее «водогон», предназначенный для подъема воды, явившегося прототипом современного центробежного насоса.
Появление электрической энергии, а позднее энергии сжатого воздуха существенно изменило ситуацию. Этому способствовало создание новых материалов и сплавов, обладающих большой прочностью и износостойкостью.
В начале XX в. горная промышленность России имела низкий уровень технической оснащенности, а на ее предприятиях повсеместно наблюдалось засилье иностранных фирм - французских, немецких, бельгийских, не заинтересованных в изменении сложившейся ситуации.На шахтах и в рудниках в основном использовались паровые приводы и лишь на двух рудниках - наиболее эффективные по тем временам подъемные машины со шкивами трения и электродвигателями системы Ильгнера - Леонарда.
Энергетическое хозяйство России этих лет при колоссальных ресурсах не обладало достаточными мощностями для широкого внедрения электрической энергии в различные области промышленности, в том числе и в горную. Особенно низким был уровень механизации процессов добычи и транспортировки по наклонным и горизонтальным выработкам. Отбойку угля подземные рабочие вели лежа или стоя на коленях, вручную, с помощью обушка, в очень стесненных условиях
      Одним из ключевых элементов системы управления качеством руд является порционная сортировка (экспресс-анализ) руд в транспортных емкостях, которую осуществляют на основе определения интенсивности излучения рудной массы. Собственно операция сортировки обеспечивает на основе информации, полученной радиометрическими (ядерно-физическими) методами, выделение из потока пустой породы и разделение оставшейся части по технологическим сортам на отдельные потоки. Обобщение опыта опробования руд в транспортных емкостях позволило отметить, что наиболее широко применяют в зарубежной и отечественной практике крупнопорционную радиометрическую сортировку.
      Радиометрическая крупнопорционная сортировка рудной массы как технологический процесс первоначально появилась в уранодобывающей промышленности. В основу радиометрической сортировки урановых и ураноториевых руд заложено измерение интенсивности гамма-излучения содержащихся в них естественно-радиоактивных элементов. Интенсивность гамма-излучения руды измеряют при помощи специальной аппаратуры как в неподвижных, так и в движущихся емкостях (в ковшах погрузочно-доста-вочных машин, вагонетках и автосамосвалах).
      Радиометрическую сортировку нерадиоактивных руд в транспортных емкостях стали применять несколько последних десятилетий. Известен опыт крупнопорционной сортировки руд в транспортных емкостях (вагонах, автосамосвалах, думпкарах) на горных предприятиях, добывающих урансодержащие, ураноториевые, танталовые, вольфрамомолибденовые, оловянные, калийные, бериллиевые, свинец содержащие, полиметаллические, серебросодержащие, платиновые и другие промышленные типы руд. При этом применяют гамма-гамма метод (ГГМ), гамма-абсорбционный метод (ГАМ), а также фотонейтронные, рентгенорадиометрические и флюоресцентные методы.Пионером в разработке рентгенорадиометрического метода по праву считают советского ученого М.Е. Богословского, разработавшего не только сам метод, но и создавшего аппаратуру, необходимую для его реализации. Этот метод впервые в мире был использован на обогатительных фабриках по переработке алмаз содержащих руд. Более универсальный гамма-абсорбционный метод также предложен М.Е. Богословским применительно к алмаз содержащему сырью. Анализ исследований приведен в работе. В настоящее время этот метод успешно применяют для переработки различных видов минерального сырья. Приоритет в разработке авторадиометрического метода принадлежит отечественным и канадским ученым. Но в нашей стране промышленное внедрение аппаратуры на месторождениях естественно-радиоактивных руд началось раньше, чем за рубежом.Все вышеописанные методы, являются либо затратными, либо громоздкими при установке на предприятии, либо имеющими негативные влияния в процессе работы (например рентгеновское излучение). Таким образом, применение метода сортировки «по цветовому спектру» - является наиболее перспективным ответвлением кусковой сортировки пород, так как предоставляет отличную масштабируемость и небольшую стоимость затрат для обеспечения необходимых результатов сортировки сырья. 

 	Зарубежный опыт однозначно свидетельствует о том, что передовые горнодобывающие фирмы отдают предпочтение кусковой сепарации главным образом на основе косвенных признаков распознавания. Так, по данным фирмы "Гансонссортекс лимитед" (Великобритания), занимающей ведущее положение в мире как разработчик и создатель многочисленных модификаций оптических и ВЧ-сепараторов, использование этих машин на горнорудных предприятиях Гренландии, Канады, Индии, Австралии и других стран позволило вывести в процессе рудоподготовки в отвальный продукт от 20 до 30 % добытой горной массы. При этом в товарныйрудопоток извлекается 90 % свинца, 90 % цинка, 96 % меди, 95 % вольфрама. Такие сведения характеризуют принципиальную возможность достижения очень высоких показателей эффективности кусковой сепарации. Применяя стандартные методы сепарации, такие как фотометрический датчик на основе ПЗС-матрицы – мы хоть и получаем высокую производительность, но, вместе с ней – и высокие затраты на оборудование, которое в современных условиях приобрести сложно, либо невозможно. Условия для высокоэффективного применения такой технологии хоть и имеются на многих горных предприятиях черной и цветной металлургии. Однако для успешного ееприменения важно решить ряд сложныхпроблем, а для этого требуется совместнаяработа специалистов в области горного дела, обогащения руд, горной механики, геологии, экономики и многих других.Специалисты горного дела должны решить вопросы технологии разработки, обеспечивающей эффективную работу цеха предконцентрации (при подземной добыче), атакже начать использование малогабаритных, но высокопроизводительных аппаратов и приборов, для повышения качества выходной продукции.
1.2 Анализ существующих технических решений и подсистем по разрабатываемой проблеме
Сортировка различных кусковых образцов – можетосуществляться по огромному количеству имеющихся признаков, которые являются индивидуальными для каждого из вида пород, в том числе - по их цвету и блеску. 
Одним из решений задачи выведениячасти руды из дальнейшей переработки является применение метода оптоэлектронной сепарации, для предварительного обогащения минерального сырья. Оптоэлектронный метод сепарации основан на регистрации оптических характеристик минералов (блеск, цвет, отражательная способность). За рубежом данный метод получилширокое распространение и с успехомприменяется в различных областях промышленности. Универсальность  метода  оптоэлектронной сортировки заключается в возможности сепараторов, производимых поданной методике, работать с различнымитипами ламп и подсветок, т.е. иметь в одной машине радиометрический, рентгенолюминесцентный и фотометрический сепа-
раторы. Аппаратным исполнением метода оптоэлектронной сепарации может служить оптоэлектронный сепаратор Minnex производства компании «Binder + Co» (Австрия).Двухэтапная система Minnex заполняетсягорной породой с размером зерна 4-130 мм.Поток материала движется по вибрационному питателю. Подача кусков осуществляется монослоем, коэффициент загрузки
транспортирующего устройства 0,7-0,85 [2].Производительность сепаратора на классе-30 + 12 мм составляет 92 т/ч, а на классе-6 + 3 мм достигает 24 т/ч.Установка Minnex снабжена специально подобранной под материал просвечивающей системой и сверхчеткими сенсорами, распознающими элементы по их цвету ибелизне, форме и специфическому составу. 
Измерение оптических игеометрических параметров объекта в данном сепараторе осуществляется цифровойстрочной широкополосной камерой (ПЗС-матрицей). Критерием распознавания материала служат характеристики на основецветностной модели RGB, которая позволяет различать до 16,77 млн цветов. 

Рис 1. Сепаратор Minnex
Можно также если порода различна по виду блеска, то она легчо будет обнаружена технически среди массы пустой породы. Следовательно, их выборку можно осуществить, применяя фотометрическийметод, на основе простого приемника и излучателя:

Рис. 2 Схема устройства фотометрической сепарации.
Он основан на различии спектра в видимой части излучения, отражённого от минерала и применяется для сортировки минералов крупностью от 1 до 300 мм. Как правило, фотометрическая сортировка включается в схему обогащения узких классов крупности после операций грохочения.
Радиометрический метод сортировки.

Рис 3. РВК-сепаратор
1 — устройство формирования покусковой подачи; 2 — конвейер; 3 - детектор; 4 — блок-анализатор; 5 — блок управления исполнительными механизмами; 6 — ЭД-сбрасыватель; 7— короба
Для согласования приемника излучений с устройством, которое осуществляет вывод куска или порции материала из потока сепарируемого отхода, в установку включают узел переработка информации (блок-анализатор). Между всеми основными блоками сепарационной установки для сортировки лома и отходов цветных металлов могут устанавливаться фильтрующие элементы, уменьшающие погрешности измерения свойства куска или порции исходного материала.
При автоматической сортировке электронная схема осуществляет прием информации, обработку ее по заранее заданному алгоритму и выработку управляющего сигнала на удаление куском или порции сортируемого материала с заданными свойствами (элементарным составом). 
Для обогащения и сортировки лома и отходов цветных металлов наиболее перспективными являются рентгенорадиометрический, радиорезонансный, фотометрический и нейтронно активационный методы.
Недостатки данной технологии – зачастую, такой метод больше подходит для металлических образований.
Методрадио-волнового контроля - основан на регистрации изменения параметров СВЧ электромагнитных волн радиодиапазона, взаимодействующих с контролируемым объектом. Обычно диапазон волн 1-100 мм. Метод используется для материалов, в которых радиоволны затухают не очень сильно - диэлектрики (пластмассы, керамика, стекловолокно), по  характеру взаимодействия различают методы прошедшего, отраженного , рассеянного излучения и резонансный . Размеры элементов устройств неразрушающего контроля и размеры объектов соизмеримы с длиной волны излучения. Физические величины, которые измеряют и которые несут информацию: амплитуда, фаза, сдвиг колебаний во времени, спектральный состав, распределение энергии в пространстве.
Контроль производится по прошедшему излучения (излучатель и приемник располагаются по разные стороны от объекта). По отраженному излучению (излучатель и приемник располагаются по одну сторону от объекта). И по рассеянному излучению, когда приемник располагается в области, где интенсивность излучения должна быть близка к нулю (при номинальных параметрах контролируемого изделия). 

Рис 4.Схематичное изображение конструкций.
Недостатки: Методом РВК можно проводить всесторонний контроль объектов из диэлектриков, магнитодиэлектрических материалов, изучать полупроводниковые структуры, некоторые металлические объекты.
 Люминесценция любого вещества, возникающая при каком-либо внешнем воздействии, - это спонтанное излучение, представляющее собой избыток над температурным излучением и характеризующееся длительностью, существенно превышающей период световых колебаний. Люминесценция многих твердых тел, к которым относятся и минералы, сильно зависит от наличия в них незначительных примесей определяющих как цвет свечения Разграничение между люминесцирующими и нелюминесцирующими минералами зависит от их кристаллохимических свойств. 
      Рентгенолюминесценция - свечение, возникающее под воздействием рентгеновского излучения при помощи обычных рентгеновских трубок. Интенсивность рентгенолюминесценции квадратично зависит от напряжения питания рентгеновских трубок и линейно от силы тока. Рентгенолюминесценция в силу своих особенностей возникает у большего числа минералов, чем при фотовозбуждении. Данный метод – называется РентгеноРадиометрическаяСепарация или РРС. Первичное излучение рентгеновских излучателей подбирается для каждого анализируемого элемента (или группы элементов) материалом анода трубки. Вторичное излучение от куска регистрируется блоками детектирования ДЭУ (детектор электронный управляемый) на основе пропорциональных газовых счетчиков СИ-12Р, СИ-11Р, СИ-13Р, СИ-1 и СИ-2 (устанавливаются в зависимости от решаемых задач). Для правильного детектирования разных типов породы – требуется  в каждом случае -отдельная проработка подключения в исследовательских лабораториях предприятия, что является весомым недостатком данного метода при внедрении на небольших объектах.  

Рис 5. Блок РРС.

Рис. 6. Зависимости изменения интенсивности люминесценции циркона (1) и кальцита (2) и величины разницы их интенсивностей (3) от времени облучения
Преимущества:
Благодаря способности к люминесценции под воздействием рентгеновского излучения широкого круга рудных и породообразующих минералов, высокой чувствительности метода, а также отсутствия фона, связанного с отраженным светом источника ультрафиолета, рентгенолюминесцентная сепарация в последние годы стала одним из ведущих методов радиометрического обогащения полезных ископаемых. Высокий порог обнаружения пород.
Недостатки:
Невозможность его применения в случаях выхода сигнала люминесценции за границы линейного диапазона (ограничения) устройства регистрации интенсивности, поскольку в этом случае соотношение перестает отражать свойства минерала. Этот недостаток является существенным, поскольку интенсивность люминесценции минералов в устройствах для обогащения может различаться на несколько порядковКроме того, использование способа ограничено амплитудным диапазоном устройства регистрации К этим свойствам относятся: электропроводность; диэлектрическая проницаемость; контактный потенциал; трибоэлектрический эффект и др.
      На рисунке ниже – показан прототип Бортовой Рентгеновской Измерительной Системы (электроннопрограммного комплекса устройств) БРИС-24SA, входящей в состав рент-генорадиометрических сепараторов типа СРФ.

Рис 7. БРИС-24SA
Данное оборудование вполне эффективно на мелком классе, с умеренной динамикой профиля рудопотока. Стоимость установки и эксплуатации данного вида устройств – колеблется в достаточно высоких пределах.
Анализируя все вышеописанное, вполне явно видно, что все вышеописанные приборы – не рентабельно использовать там, где планируется добывать щебень, они оказываются - слишком сложны для решения такой простой задачи. Гораздо проще было бы разработать новый, компактный и недорогой способ по фотометрической регистрации, который будет прост в реализации, и одновременно незатратен как для заказчика, так и для исполнителя.


1.3 Предметная область подсистемы

      Как было представлено во вводной главе, в настоящее время имеется проблема с получением качественных материалов на месторождениях, не только в пределах республики, но и далеко за её пределами, где нет возможности закупить дорогостоящее оборудование и также заниматься его постоянным и не менее дорогостоящим обслуживанием. Следствием данной ситуации, является ситуация, когда для строительства местных объектов инфраструктуры – на выделенные средства закупается качественный щебень необходимой марки из других регионов, или, других стран, т.е. имеет место отток капитала, который возможно было потратить на оплату рабочих мест и в целом, труда для местного населения.  Но вместо этого, на многих месторождениях – часто используются  методы, при которых КПД и качество полученных материалов – не соответствуют требованиям заказчиков,  и которые вынуждены отказываться от предлагаемых низкосортных материалов. Развитие и успешный экспорт щебня высоких марок – просто невозможен при таких условиях его добычи. Для решения проблемы – возможно применение различных методик по определению образцов, будь-то – рентгеновская, радиометрическая, фотографическая, люминисцентная и другие. Но, данные методы хоть и являются перспективными, но имеют либо свойство быть дорогостоящими для внедрения, либо иметь слабую защищенность от поломок (невозможность резервирования), либо не улучшать видимый результат за короткий промежуток рабочего времени. Предлагаемый вариант использования фотометрического датчика – имеет все преимущества, которые не могут быть объединены в одном из рассмотренных способов сортировки и обогащения:
 Компактный корпус
 Низкое энергопотребление системы
 Гибкая настройка
 Низкая стоимость оборудования
 Достаточный уровень надежности
 Масштабируемость системы
 Возможность дистанционного мониторинга
 Быстрая установка и демонтаж исполнительных устройств
      Кроме этого, отдельно, датчик цвета типа TCS3200 – имеет возможность использования встроенных на плату светодиодов (полезно в условиях недостатка света, либо его полного отсутствия), для платы существует также защитный кожух (бленда), которая убирает паразитную засветку сенсора и позволяет повысить точность получаемого результата во много раз, программное обеспечение для настройки и работы – является открытым (Open-Source) и бесплатным, следовательно - можно сократить расходы на производство и внедрение данных устройств, в частности при массовом использовании.

1.4 Разработка логики решения задачи
      В качестве решения задачи – был выбран метод разработки блока фотометрического устройства, находящегося над проходящей рудной массой, состоящего из двух основных частей:датчика цвета «Texassolutions» TCS3200 и платыarduinounov3.Их положение относительно основной установки – выбрано не случайно, а после ряда технических испытаний, которые выявили наиболее удобное положение, с максимальной корректностью данных, получаемых от блока, т.е. - над потоком проходящей по каналу породы. Тем самым - позволяя определять за короткий промежуток времени – какой тип породы проходит через зону определенияи, впоследствии помочь принять дальнейшее решение по действию с определенной породой для остальных узлов сепарирующего устройства.

рис 8. Блок фотометрии на стенде
      Как видно из рисунка – датчики располагаются на специальном фиксирующем устройстве, которое позволяет регулировать их положение относительно каналов в определенных пределах. Количество датчиков может вариьироваться, от 1 до 10 (для одной соединительной платы), либо от 10 и более, при условии установки нескольких плат и их последующего обьединения в LAN-сеть с помощью хабов.
Проанализировав имеющийся образец старого фотометрического устройства – было выявлено определенное количество недоставков в его конструкции и функционивании. Например - текущее расположение фото-регистрирующих устройств для определения падающей породы – не являлось продуманным, при падении двух (или более) образцов с лотка в место определения, при условии одновременного падения – могло вызываться наложение одного образца поверх другого, и, как итог – неправильное выведение в результат данных, для отсекающего устройства. Использование нескоростных датчиков и приемников – почти на 35% снижало производительность при сортировке.

Рис 9. Старое фотометрическое устройство
Что касается аппаратной части – здесь используется устаревшее оборудование с недостаточно высокой скоростью работы, и замена его на более продвинутое и современное оборудование – обязательно принесет с собой повышенную производительность,  определенную долю экономии средств для предприятия, и надежность линии, на которой будет внедрена новая система. Использование блока питания с пониженным напряжением (12v, вместо 24v) – позволит уменьшить риск для образования нештатных ситуацийна производстве. 


1.5 Обоснование среды реализации

     В качестве используемой среды – было рассмотрено несколько кандидатов, Qt, BorlandTurboC++,JavaDevelopmentKit, но к сожалению, данные среды реализации не удовлетворяют требованию для легкой и быстрой настройки конечных устройств, поэтому была выбрана среда реализации – ArduinoIDEи BorlandDelphi 7.0 IDE.
Arduino IDE – это бесплатная программная среда разработки, предназначение которой в программированииплат Arduino. Платы Arduino на данный момент – являются наиболее востребованными, на их основе возможноконструирование всевозможных интерактивных, развлекающих, обучающих, и даже экспериментальных  моделей и устройства. Программный интерфейс -достаточно простой и интуитивно понятен. Основой языка программирования - является  C++, соответственно, освоение навыками работы со средой и инструментарий возможно и начинающими программистами и студентами высших учебных заведений.
Среда ArduinoIDE – позволяет очень быстро подключать платы и производить манипуляции с программным обеспечением внутри них, это является ключевым преимущество при выборе. 
     Плата может быть легко подключена к любому компьютеру, у которого имеется в наличиипорт USB 2.0 и выше. Программирование плат  - не требует дополнительного аппаратного обеспечения, платаArduinoUno самодостаточна, компактна и имеет малый вес. К самой плате – возможно подключение огромного числа устройств, как цифровых, так и аналоговых (на плате имеется несколько ЦАП-АЦП преобразователей).
     IDE (IntegratedDevelopmentEnvironment, интегрированная среда разра-ботки) - это приложение или группа приложений (среда), предназначенных для создания, настройки, тестирования и обслуживания программного обеспечения, созданного в её пределах. 
     Интерфейс ArduinoIDEпредставляет собой однооконное приложение, нетребовательное к ресурсам компьютера, но предоставляющее достаточные возможности для создания программных кодов для своих плат.

Рис 10. Внешний вид платы ArduinoUno.
Плата Arduinoимеет на себе модуль для подключения дополнительного питания, кнопку сброса, индикаторы состояния платы, вход для подключения USB-шнура (программирования), а также, содержит в себе микроконтроллер ATMega 328, флеш-память объемом 2мб и EEPROM(постоянная, перезаписываемая память для хранения программ). Широкие пределы поддерживаемых напряжений для питания платы – 7-12В, и это при предельно-допустимых значениях 6-20В, которые делают данную плату защищенной от перепадов напряжения. На плате доступно 14 вход\выходов (возможно переназначение в зависимости от задач), и 6 аналоговых входов.

Рис 11. Плата TCS3200
Плата TAOSTCS3200 выбрана в качестве фотометрии, т.к. сигнал, получа-емый с платы – является аналоговым, возможны как длительные, так и быстрые измерения сигнала, а также, имеются светодиоды для освещения образцов. Диапазон питания платы – 2,7-5,5в, размер - 28.4x28.4мм.
Для реализации виртуального моделирования рабочего процесса и слежения за ним – была выбрана простая в освоении – программа SimpleScada (demo). 
Рис 12. Интерфейс программы
Имея простой, но достаточно продвинутый интерфейс – программа позволяет простому пользователю быстро создать виртуальный макет какого-либо рабочего места, будь-то подвальная система отопления, или полноценный но небольшой цех с требованием для наглядной визуализации рабочего процесса. Программа поддерживает работу с платами ArduinoUno, что является несомненным плюсом при её использовании в проекте, т.к. множество показателей возможно вывести напрямую без лишних проблем с конвертацией входной\выходной информации. Программа также поддерживает возможность записи «логов», с разницей от 1 минуты до 1 года, и позволяет наглядно смотреть на изменения какого-либо параметра.

2.1 Информационная обеспечение.
2.1.1 Структура аппаратно-программного комплекса.

Аппаратно-программный комплекс проекта состоит из двух главных частей:
      Аппаратная часть – это совокупность устройств, которые создают, передают, конвертируют и выводят необходимую информацию посредством взаимодействия между собой. Аппратной частью выступают – плата ArduinoUnoV3, датчик TCS3200, модуль WiFiESP8266, репитеры WiFi-сигналалибо точка доступа WiFi, компьютер для сбора и обработки информации.

Рис. 13. Структура аппаратного комплекса
		Отдельным блоком, не показанным на рисунке – представлены питающее обеспечение, необходимоедля функционирования всех узлов,	ЭВМ состоит из: 
системного блока, подготовленного для работ внутри запыленных, плохо-вентилируемых мест;
	отображающего устройства для визаульного контроля;
	устройств ввода информации (клавиатура, мышь);
	Ethernet-разьема для подключения к сети WiFi;
	На компьютер устанавливаются программы:
ArduinoIDE, программа для модификации кода программ или исправления ошибок путем репрограммирования ПЗУ на платах Arduino. 
SimpleSCADA, позволяющая в упрощенном виде анализировать работоспобоность устройства в реальном времени.
Arduino-OPC, OPC-сервер, позволяющий получать информацию от плат Arduinoи передавать её в SimpleScada.
Программа-архиватор, хранящая log-файлы о работе всех устройств и добавляющая новые записи в базу.
OpenOffice – бесплатный пакет офисных программ, ориентированный на то, чтобы открывать.dbфайлы, которые создает программа-архиватор баз.

	В качестве программной части – выступает несколько отдельных блоков, которые взаимодействия между собой создают и поддерживают успешную работу всей установки, а в случае выхода из строя одного из блоков устройства – немедленно смогут сообщить о неисправности и помочь локализировать проблему с минимальными временными и денежными затратами для предприятия. Самые важных из них – представлены на рисунке ниже:

Рис 14. Программная часть
      SimpleScada, в данном случае – программно имеет соединение со всеми блоками сепарирующего устройства, а именно с ИК-датчиками, которые помогают анализировать количество упавших образцов (с указанием зарегистрированного местоположения), пневмоклапанами, которые будучи управляемыми платой ArduinoUno – работают определенный момент времени, и отражают это в своих log-файлах. И последними, и главными – являются фотометрические датчики TCS3200, которые определяя «цвет» образца, направляют информацию от платы, к SimpleScada, для выведения графика найденных образцов и других операций. Схематически, это можно изобразить так:


Рис 15. Структурная схема техпроцесса.
Физическое расположение датчиков определения цвета – выбрано неслучайно, множественные динамические исследования показали, что располагая фотометрический датчик над каналом с идущей породой на расстояниях от 3см до 6см – мы пол.......................