Система автоматизации станка ударно-вращательного бурения. 1 страница

Федеральное агентство по образованию

Федеральное государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Сибирский федеральный университет»

АВТОМАТИЗАЦИЯ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Конспект лекций

Красноярск – 2008

Заварыкин Б.С., Кузьмин Р.С., Кручек О.А.,

Меньшиков В.А., Щербань Л.В., Майнагашев Р.А.,

Зыков И.С ., Гаврилова Е.В.

Автоматизация горного производства: учебное пособие (электронный вариант лекций) /, Заварыкин Б.С., Кузьмин Р.С., Кручек О.А., Меньшиков В.А., Щербань Л.В., Майнагашев Р.А., Зыков И.С ., Гаврилова Е.В.; «институт горного дела, геологии и геотехнологий» ФГОУ ВПО «Сибирский Федеральный Университет». – Красноярск, 2008. – 210 с.

В электронной версии учебного пособия изложен минимально необходимый объем курса по Автоматизации горного производства, включающего в себя такие разделы как автоматизация процесса подготовки горных пород к выемки, автоматизация процесса выемки и погрузки горных пород и отвалообразования, АСУ ТП транспортными процессами, автоматизация водоотлива, вентиляции, калориферных и компрессорных установок.

Для студентов – инженеров, изучающих « Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов» с уклоном горного производства.

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ. 5

1. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПОДГОТОВКИ ГОРНЫХ ПОРОД К ВЫЕМКЕ. 7

1.1.ЗАДАЧИ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПОДГОТОВКИ ГОРНЫХ ПОРОД К ВЫЕМКЕ. 7

1.2. АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ ШАРОШЕЧНОГО БУРЕНИЯ. 10

1.2.1. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ШАРОШЕЧНОГО БУРЕНИЯ.. 14

1.3 АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ УДАРНО-ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ. 27

1.4. АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ ТЕРМИЧЕСКОГО БУРЕНИЯ. 31

1.5. АВТОМАТИЗАЦИЯ ЗАРЯДКИ СКВАЖИН ЗАРЯДНЫМИ МАШИНАМИ ДЛЯ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ. 34

2. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ВЫЕМКИ И ПОГРУЗКИ ГОРНЫХ ПОРОД. 39

2.1 ЗАДАЧИ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ВЫЕМКИ И ПОГРУЗКИ ГОРНЫХ ПОРОД. 39

2.2. АВТОМАТИЗАЦИЯ РАБОТЫ ЭКСКАВАТОРОВ - ДРАГЛАЙНОВ. 41

2.3. АВТОМАТИЗАЦИЯ ЭКСКАВАТОРОВ МЕХАНИЧЕСКИХ ЛОПАТ. 53

2.4. АВТОМАТИЗАЦИЯ РАБОТЫ РОТОРНЫХ И МНОГОЧЕРПАКОВЫХ ЭКСКАВАТОРОВ. 62

2.5. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ОТВАЛООБРАЗОВАНИЯ. 68

3. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ГОРНОТРАНСПОРТНЫМИ ПРОЦЕССАМИ. 76

3.1. НАЗНАЧЕНИЕ И СТРУКТУРА АСУ ТП КАРЬЕРОВ. 76

3.2. АСУТП НА КАРЬЕРАХ С АВТОМОБИЛЬНЫМ ТРАСПОРТОМ.. 78

3.3. АСУ ТП НА КАРЬЕРАХ С ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫМ ТРАНСПОРТОМ.. 84

3.4. АСУ ТП НА КАРЬЕРАХ С КОМПЛЕКСАМИ ГОРНОТРАНСПОРТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ. 88

3.5. АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНВЕЙЕРНЫХ УСТАНОВОК. 90

3.5.1. ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ПРИ АВТОМАТИЗАЦИИ КОНВЕЙЕРНЫХ УСТАНОВОК 90

3.5.2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.. 97

3.5.3. СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ КОНВЕЙЕРНОЙ ЛИНИИ.. 99

3.5.3.КОМПЛЕКТНАЯ АППАРАТУРА АВТОМАТИЗАЦИИ ЛЕНТОЧНОГО КОНВЕЙЕРА 109

4.АВТОМАТИЗАЦИЯ ВЕНТИЛЯТОРНЫХ УСТАНОВОК 129

4.1. ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ПРОВЕТРИВАНИЯ. 129

4.2. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЯТОРНЫМИ УСТАНОВКАМИ. 130

4.3. АППАРАТУРА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЯЦИОННЫМИ ДВЕРЯМИ. 131

4.4. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ САУ ПРОВЕТРИВАНИЕМ.. 132

4.5. САУП ВЕНТИЛЯТОРАМИ ГЛАВНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ. 138

4.6. АВТОМАТИЗАЦИЯ КАЛОРИФЕРНЫХ УСТАНОВОК. 140

5.АВТОМАТИЗАЦИЯ ВОДОТЛИВНЫХ УСТАНОВОК 151

5.1. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ ВОДООТЛИВНЫХ УСТАНОВОК 151

5.2. СРЕДСТВА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ВОДООТЛИВНЫХ УСТАНОВОК. 155

5.3. КОМПЛЕКСНАЯ АППАРАТУРА АВТОМАТИЗАЦИИ ГЛАВНЫХ ВОДООТЛИВНЫХ УСТАНОВОК. 164

6 АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ СЖАТОГО ВОЗДУХА. 190

6.1. ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ СЖАТОГО ВОЗДУХА 190

6.2. АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ И ЗАЩИТА КОМПРЕССОРНЫХ АГРЕГАТОВ 193

6.3. АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ РАБОТОЙ ПОРШНЕВЫХ И ТУРБИННЫХ КОМПРЕССОРОВ. 196

6.4. КОМПЛЕКСНАЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИИ. 201

Литература. 209

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время на карьерах страны используется большой парк различных буровых станков. Однако наибольшее распространение получили станки шарошечного бурения, с помощью которых производится около 80% всего объема буровых работ. В связи с этим в последние годы значительное внимание уделяется исследованиям режимов, разработке и созданию систем автоматического регулирования и управления именно станками шарошечного бурения.

Развитие автоматизации станков шарошечного бурения предусматривается в направлении автоматического правления как основными процессами бурения, которые обеспечивают при заданной производительности минимум себестоимости проходки 1 м. скважины, так и вспомогательными операциями. Первое направление включает автоматическую оптимизацию основных режимных параметров процесса бурения (осевой нагрузки, частоты вращения, количества сжатого воздуха, закачиваемого в скважину), а второе – автоматическое управление операциями перехвата, наращивания бурового става, выравнивание относительно горизонтали станка, перемещения бурового станка по уступу.

Для автоматизации процесса бурения необходимо создание регулируемого электропривода основных производственных механизмов и датчиков контролируемых параметров.

Основным видом выемочно-погрузочного оборудования на открытых горных работах являются одноковшовые и роторные экскаваторы, от рационального использования которых зависит эффективность работы горных предприятий.

Главное направление экскаваторостроения в настоящее время – стандартизация типоразмерных рядов базовых моделей, на основе которых выпускаются различные модификации экскаваторов со сменным механическим оборудованием. При этом развитие типоразмерных рядов происходит в направлении увеличения мощности базовых моделей и вместимости ковша. На современных экскаваторах применяется электропривод Г – Д с тиристорным возбуждением, созданы электропривода системы ТП – Д. Зарубежные фирмы применяют также асинхронный привод с электромагнитной муфтой скольжения. В последнее время все большее распространение получает гидропривод. В системах управления главными электроприводами экскаваторов преимущественно используется принцип подчиненного регулирования параметров. В горнодобывающей промышленности основным способом добычи полезных ископаемых является быстро развивающийся эффективный открытый способ. При этом наибольшее количество горной массы будет перевозиться электрифицированным железнодорожным транспортом и автомобильным большой единичной мощности.

Автоматизация карьерного транспорта является основой ритмичной работы горных предприятий и увеличения использования горнотранспортного и обогатительного оборудования, а следовательно, и повышения технико-экономических показателей горных предприятий в целом.

В связи с этим в настоящее время все большее внимание уделяется автоматизации горных машин в целях оптимального управления электро-приводом.

Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в области горного электропривода развиваются в следующих основных направлениях.

1. Дальнейшее развитие теории горного электропривода в области синтеза систем управления с учетом упругости и зазоров в передачах, упруго-пластичных связей, а также в области создания многодвигательных приводов и электроприводов многосвязных электромеханических систем.

2. Расширение использования управляющих вычислительных машин для оптимального управления электромеханическими системами, в том числе микропроцессоров для решения отдельных локальных задач электропривода.

3. Максимальная схемная и конструкторско-техническая унификация управляемых преобразователей постоянного тока и устройств управления электроприводами.

4. Развитие теории и практики применения регулируемого электропривода переменного тока с унифицированными системами оптимального управления.

5. Широкое внедрение двухзонного регулирования скорости приводов основных механизмов одноковшовых экскаваторов, что позволяет значительно повысить стойкость основных узлов экскаваторов за счет снижения динамических нагрузок и увеличить их производительность на 10 – 15%.

6. Совершенствование систем автоматического управления железнодорожным и автомобильным транспортом с применением УВМ (АСУ ТП ЖТ и АТ).

7. Создание средств автоматизации для циклично-поточной технологии.

1. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПОДГОТОВКИ ГОРНЫХ ПОРОД К ВЫЕМКЕ

1.1.ЗАДАЧИ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПОДГОТОВКИ ГОРНЫХ ПОРОД К ВЫЕМКЕ

При разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом одним из основных производственных процессов являются буровзрывные работы, стоимость которых составляет 16 – 36% от общей стоимости добытой горной массы. Развитие и совершенствование буровых работ происходит в направлении внедрения более эффективных способов бурения: шарошечного и ударно-вращательного.

Дальнейшее увеличение эффективности подготовительных работ возможно при использовании систем автоматического управления буровзрывными работами. Автоматизация процессов бурения развивается в направлениях: автоматического управления режимом бурения, обеспечивающего оптимизацию некоторого критерия; автоматического управления вспомогательными операциями (перехват и наращивание штанги, выравнивание относительно горизонтали станка и др.); автоматического контроля работы бурового станка с передачей информации на диспетчерский пункт по проводным линиям связи или радиоканалу; дистанционного управленияперемещением бурового станка. В связи с большим объемом работ по зарядке скважин на карьерах механизация и автоматизация взрывных работ становится необходимой.

Автоматизация буровзрывных работ должна способствовать увеличению производительности карьера по добыче горной массы, снижению стоимости тонны добычи полезного ископаемого, увеличению срока службы горного оборудования, облегчению условий труда и снижению энергозатрат на тонну полезного ископаемого.

При создании системы автоматического управления, буровым процессом важен выбор критерия оптимальности, реализация которого должна обеспечить повышение эффективности использования бурового станка.

Такими критериями оптимизации процесса шарошечного бурения предлагались максимум механической скорости бурения, максимум рейсовой скорости, максимум проходки на долото, минимум удельных энергозатрат и минимум стоимости проходки одного метра скважины.

В общем случае критерий оптимизации следует выбирать с учетом глубины бурения, типа применяемого породоразрушающего инструмента и конструктивных особенностей бурового станка, так как без учета этих факторов рекомендации по использованию того или иного критерия нередко бывают ошибочными. Так, критерий максимума рейсовой скорости проходки неприемлем при бурении взрывных (мелких) скважин.

Критерий максимума механической скорости можно принимать для оптимизации процесса бурения только с учетом некоторых ограничений, например, при постоянной мощности двигателя вращателя (ограничение по мощности) или при определенном, не опасном для обслуживания станка, уровне вибрации (ограничение по вибрации).

Применение критерия минимума удельных энергозатрат не даст существенного повышения эффективности шарошечного бурения, так как мощность, затрачиваемая на разрушение породы, почти в десять раз меньше мощности, необходимой для выноса бурового шлама из скважины. При постоянной мощности двигателя вращателя этот критерий может использоваться как косвенный, обеспечивающий максимум механической скорости бурения.

Наиболее часто за критерий оптимизации принимают минимум стоимости проходки одного метра скважины, что объясняется двумя причинами: во-первых, как экономический показатель она обладает универсальностью, а во-вторых, включает в себя такие показатели как механическая скорость и время бурения, стоимость и стойкость долота, стоимость одного часа работы станка. Следовательно, косвенно этот критерий способствует оптимизации большого числа показателей процесса шарошечного бурения.

Существующие системы автоматического управления процессом шарошечного бурения обеспечивают оптимальное значение стоимости проходки косвенным образом, так как непосредственное управление буровым станком по минимуму стоимости невозможно.

Рассмотрим процесс бурения как объект автоматического управления (АУ) (рис.1.1).

рис. 1.1 Процесс бурения как объект АУ: Р_ос – осевая нагрузка на забой; ω- частота
 вращения долота; Q – расход воздухо - водной смеси для удаления породы; V_б- скорость бурения; S – себестоимость 1 м скважины; Е – удельные энергозатраты (энергоёмкость на бурение); f – крепость пород по шкале Протодьякова.

То есть управляющее воздействие это Р_ос и ω, а выходные (регулируемые) величины: V_б, П, S, Е.

Т.о. задача АУ процессом шарошечного бурения заключается в регулировании Р_ос и ω в зависимости от возмущающего воздействия f с целью оптимизации процесса по выбранному критерию П→max, S→min, E→min,
V_б →max.

В настоящее время основным критерием является – обеспечение min удельных энергозатрат на бурение (E) или min себестоимости проходки 1м. скважины (S).

Обобщённая структурная схема системы управления процессом бурения приведена на рис. 1.2

рис. 1.2 Обобщенная схема управления процессом бурения: 1 – группа датчиков V бурения, ω, I; М, вибрации; 2 – вычислительные устройства (к ним подключаются датчики и перед началом бурения оператор вносит данные о типе бурового инструмента, его
состоянии, типе породы и ТЭП); 3 – задатчик для ввода исходных данных; 4 – блок выбора критерия эффективности; 5 – регулятор частоты вращения долота; 6 – регулятор осевого усилия на забой; 7 – узел ограничения параметров процесса бурения; 8 – узел защиты
бурового станка от вибрации и перегрузок; 9 – блок корректировки параметров режима бурения; 10 – КИП; 11 – буровой станок.

1.2. АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ ШАРОШЕЧНОГО БУРЕНИЯ

Статические характеристики объекта.Бурение взрывных скважин шарошечным долотом является сложным процессом, зависящим от многих факторов, важнейший из которых – режим разрушения породы. В реальных условиях разрушение породы может быть поверхностным, усталостным и объемным илиэффективным.

Режим шарошечного бурения определяется совокупностью следующих основных контролируемых параметров: осевой нагрузки на забой скважины Р, угловой скорости вращения долота ω и количества сжатого воздуха (или воздушно водяной смеси) Q, подаваемого в скважину для очистки забоя от продуктов разрушения и для охлаждения опор долота. Количество сжатого воздуха на станках шарошечного бурения не регулируется, но оно должно быть достаточным для выноса буровой мелочи и охлаждения долота при проходке скважин по любым породам, поэтому этот параметр не входит в число регулируемых параметров при исследовании процесса шарошечного бурения взрывных скважин.

Процесс бурения взрывных скважин на открытых горных разработках характеризуется механической скоростью бурения V, сменной производительностью Пи стоимостью проходи одного метра скважины q.

Механическая скорость бурения однородных пород как функция режимных параметров Ри ω представляется степенной зависимостью

                                                                                (1.1)

где а, α, β – коэффициенты, зависящие от типоразмера долота и свойств буримой породы.

При бурении взрывных скважин зубчатыми шарошечными долотами механическая скорость уменьшается даже при постоянных параметрах режима и неизменной породе, так как происходит износ оснащения шарошки. Изменение механической скорости, бурения, связанное с износом оснащения шарошечного долота, описывается уравнением

                                                                        (1.2)

где V₀ – механическая скорость бурения незатупленным долотом; k – постоянный коэффициент, зависящий от абразивных свойств породы, типоразмера долота и режимных параметров, t – время бурения.

Для выражения механической скорости бурения скважин затупляющимся шарошечным долотом как функции времени и параметров режима в выражение (1.2) вместо V₀следует подставить выражение (1.1).

Следующим показателем, характеризующим процесс шарошечного бурения, является стоимость проходки 1м скважины:

                                                      (1.3)

где с – стоимость 1 ч работы станка, t – время чистого бурения от начала до полной отработки долота; t_BC – время вспомогательных операций, d – стоимость долота, h – проходка на долото.

В относительных единицах выражение имеет вид

            (1.4)

где h_б – базовое значение проходки на долото (при базовых значениях параметров процесса бурения); q_б – базовое значение стоимости проходки 1 м скважины, t₁ – время вспомогательных операций, приходящееся на 1 м проходки скважины.

Выражения применимы для определения показателей процесса отработки конкретного типа долота при неизменной породе, в реальных же условиях физико-механические свойства буримых пород непостоянны и, следовательно, коэффициенты уравнений изменяются в широких пределах непредвиденным образом, а статические характеристики объекта «дрейфуют».

Динамические характеристики объекта.Динамические свойства станка шарошечного бурения определяются прежде всего динамикой подающей части. Вывод уравнений динамики подающей части производится с учетом жесткости бурового става, буримой породы, опорных гидродомкратов и поступательно движущихся масс. Кинематическая схема подающей части станка показана на рис 1.3

рис. 1.3 Кинематическая схемы механизма подачи бурового станка

Уравнения движения:

опорной рамы станка 

                                              (1.5)

колонны бурильных труб

                                       (1.6)

Между механической скоростью подачи V_п, скоростью продвижения забоя V_з, и координатами х₁и х₂ существует зависимость

                                                                  (1.7)

При неизменной частоте вращения скорость продвижения забоя V_з, определяется из выражения:

                                                                                                (1.8)

Сопротивление движению бурового става зависит от скорости подачи и площади сливного сечения гидродросселя:

                                                                          (1.9)

Реакции опорных домкратов и забоя определяются по величинам их жесткости и отклонениям координат х₁их₂:

                              ;                       (1.10)

Коэффициенты уравнений в данных уравнениях непостоянны и поэтому эти уравнения справедливы лишь при небольших изменениях параметров. Переписав уравнения в приращениях, получим систему уравнений в операторной форме:

                                                                                           (1.11)

В формулах приняты следующие обозначения: G_ст – приведенный вес станка; F_зи F_д – реакции забоя и опорных домкратов соответственно; m_п, т – приведенные массы станка и бурового става, х₁, х₂ – координаты массы станка и бурового става, c_к, c_д – жесткость бурового става и опорных домкратов, k₁, k₂, k_др, k_F, k_ρ,– эмпирические коэффициенты, F₁и F₂ – усилие соответственно в напорной и сливной полости цилиндров подачи; V_п, V_з – механическая скорость подачи и продвижение забоя скважины, S – сечение сливного отверстия гидродросселя; Ω - угол поворота рукоятки гидродросселя; ρ=V_зi/V_з – буримость породы, определяется отношением механических скоростей бурения i-ой и базовой породы.

Отрицательное влияние вибрации на процесс шарошечного бурения проявляется различным образом: ограничивается частотой вращения долота, особенно при бурении твердых пород, что не позволяет в полной мере использовать ресурсы бурового станка и шарошечного долота, снижается стойкость опор долота, неблагоприятному воздействию подвергается организм обслуживающего персонала.

1.2.1. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ШАРОШЕЧНОГО БУРЕНИЯ

Целью автоматизации процесса бурения является существенное изменение технико-экономических показателей: увеличение производительности, уменьшение стоимости проходки одного метра скважины, улучшение условий труда обслуживающего персонала и увеличение безаварийного срока службы станка.

Первая такая система автоматизации была разработана институтом ГУА для станка БСШ-1. Система (рис. 1.4)воздействует на привод вращателя и сервопривод гидроподачи, устанавливая требуемые для данных условий значения осевой нагрузки и частоты вращения бурового инструмента; в зависимости от крепости буримых пород частота вращения долота изменялась от 30 до 300 об/мин, а нагрузка на забой – от 0 до 16 кН/см²

рис. 1.4. Первая САУ для станков БСШ-1: ЭМУ– электромашинный усилитель;
Г – генератор; Д - двигатель; СД – серводвигатель; ГТ (ГД) – гидротурбина;
РЦ – рабочий цилиндр;ТГ – тахогенератор.

Изменение свойств пород воспринимается системой в виде изменения тока нагрузки. Разность фактического тока с заданным значением нарушает равенство ампервитков обмоток управления электромашинного усилителя и вызывает появление на нем напряжения и вращающего момента на валу серводвигателя, который поворачивает рукоятку гидродросселя и изменяет осевое давление. Устойчивое состояние наступает при равенстве моментов двигателя и номинального.

Новому положению гидродросселя, системы подачи соответствует новое значение усилия подачи на забой. Это, значит, изменяется и механическая скорость бурения, определяемая с помощью гидротурбинки и тахо-генератора. Сигнал с тахогенератора поступает в систему возбуждения генератора. Напряжение генератора и частота вращения двигателя меняются однозначно с изменением механической скорости бурения, т.е. большей величине давления на забой соответствует меньшая частота вращения долота и наоборот.

Система поддерживает такой режим работы, при котором оптимально используется момент двигателя и создаются благоприятные условия резания, что соответствует наилучшим технико-экономическим условиям всего процесса. Поэтому система может быть отнесена к системам стабилизации с ограничением. Закон управления системы М = М_с, при Рω = соnst.

Система допускает ручное и автоматическое управление.

Помимо системы автоматизации процесса бурения, на станке имеется система автоматического перехвата буровой штанги патроном.

В 1970 г И.П. Петровым была предложена статическая само-настраивающаясясистема регулирования процесса шарошечного бурения (рис. 1.5), обеспечивающая оптимальный режим работы станка.

рис. 1.5 Функциональная схема статической самонастраивающейся системы:
ОР – объект регулирования; ДПП – датчик приращения проходки; ДЭМ – датчик
 электромагнитной мощности; ЭРШ – экстремальный регулятор шагового действия; ИД1, ИД2 – исполнительные двигатели; РО1, РО2 – регулирующие двигатели; ЭУ –
электромагнитный усилитель; ЭС – элемент сравнения; V – механическая скорость
 бурения; N – электромагнитная мощность двигателя вращателя; ω – частота вращения
долота; Q – расход сжатого воздуха; Р – давление на забой скважины.

Система состоит из двух подсистем: стабилизации мощности вращателя и экстремальной (по механической скорости бурения) шагового типа. Первая подсистема поддерживает мощность электродвигателя вращателя на заданном уровне, а вторая на основе реакции объекта управления на пробные изменения частоты вращения долота обеспечивает (совместно с первой) поиск и поддержание таких значений осевой нагрузки на долото и частоты его вращения, при которых механическая скорость бурения максимальна.

Система работает следующим образом. Датчик приращения проходки интегрирует показатель качества процесса за время усреднения t_и. Выходной сигнал ДПП в экстремальном регуляторе преобразуется в пропорциональное число импульсов, которые накапливаются в двух счетчиках. За один цикл работы регулятора измерение и запоминание проходки производится дважды. После первого измерения и запоминания подается пробный сигнал на изменение частоты вращения долота и, следовательно, механической скорости бурения. Новое значение показателя качества сравнивается с зафиксированным на предыдущем шаге поиска и на основании этого сравнения подается сигнал на повторное изменение частоты вращения долота. Знак приращения  Δω в этом случае зависит от знака разности показателя качества на первом и втором шагах поиска.

Если на втором шаге поиска механическая скорость бурения уменьшилась, то экстремальный регулятор подает сигнал на изменение знака приращения частоты вращения долота, в противном случае приращение скорости вращения долота имеет тот же знак, что и на предыдущем шаге поиска.

Таким образом, статическая самонастраивающаяся система производит непрерывный поиск оптимальной частоты вращения долота, которой отвечает максимум механической скорости бурения для заданного значения электромагнитной мощности двигателя вращателя. Закон функционирования системы: V = V_max при N = соnst.