CC BY
18
ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ
УДК 62-45; 004
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ИСПЫТАНИЙ СИЛЬФОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ТРУБОПРОВОДОВ
С.А. Глебович
Работа посвящена проблеме исследования и испытания сильфонных элементов на базе средств и методов, которые применяются на ремонтных предприятиях. Проанализированы методы решения данной проблемы и показано, что одним из возможных вариантов решения задачи является внедрение телевизионной измерительной системы, которая даст возможность улучшить точность и качество измерений при испытании. Установлено, что повышение разрешающей способности дает возможность исследовать возможности деформации сильфонных элементов, которые были незаметны при визуальном наблюдении. На данном этапе исследования, по результатам проведенной работы разработана обобщенная структурная схема автоматизированной системы для исследования сильфонных элементов.
Ключевые слова: сильфонный элемент, структурная схема автоматизированной системы, телевизионные измерительные системы, автоматизированная система.
Современное состояние автоматизации характеризуется различным степенью оснащенности производства автоматическими системами. Однако преобладающей тенденцией, особенно при сооружении современных крупных объектов, является внедрение комплексной автоматизации, что предусматривает автоматизацию всего технологического процесса. Это особенно важно для непрерывных разветвленных технологий, к которым относятся обогатительные процессы. Резервы повышения эффективности производства за счет автоматизации могут быть практически реализованы при условии активного объединения усилий инженеров-технологов и специалистов по автоматизации.
На данный момент в трубной промышленности значительное внимание уделяется разработке новых узлов и агрегатов, целью которого является улучшение их технических и экономических характеристик. В то же
290
время недостаточно внимания уделяется разработке нового диагностического оборудования для проверки работоспособности и производительности эксплуатируемых узлов и агрегатов. Заводы, которые занимаются диагностикой труб, их узлов и агрегатов, насчитывают до десятка сложных испытательных стендов и установок, которые нуждаются в автоматизации и компьютеризации. Особое внимание в этом направлении привлекают стенды для диагностики и испытаний сильфонных элементов, которые в отличие от балансировочных стендов и панелей диагностики электроники не имеют автоматизированных аналогов и для улучшения производительности их работы нужна модернизация.
Использование действующего стенда испытания и диагностики сильфонных элементов предусматривает много человеческих факторов: измерение осуществляется методом визуального наблюдения, работа проходит в вредном и электронная база данных, трудно рассчитывать статистические показатели, часто происходит повторное проведение опытов. Также этот стенд не дает возможности выполнять исследования новых свойств сильфонных элементов трубопроводов, что могло бы ускорить и улучшить работы трубопроводов.
На сегодня существуют сотни разработок по исследованию параметров работы трубопроводов, но не встречаются разработки и отчеты исследований сильфонных элементов.
Таким образом, перспективной является разработка автоматизированного комплекса для исследования сильфонных элементов, который позволит без вмешательства субъективных факторов получать результаты измерений главных технических параметров, формировать базу данных результатов и проводить ее автоматизированную обработку.
Целью работы на данном этапе является исследование методов диагностики и доработки сильфонных элементов. Для этого нужно подобрать и протестировать основные технологические средства и разработать структурную схему автоматизированного комплекса для определения технических параметров сильфонных элементов.
Необходимо выделить следующие основные задачи на данном этапе исследования:
- систематизация основных проблем, возникающих при испытании, и постановка задачи автоматизации;
- анализ и выбор возможных методов и средств решения поставленной задачи;
- составление технологии проведения исследований с помощью выбранных методов;
- разработка структурной схемы автоматизированного комплекса.
Объектом исследования является сильфонный элемент, который монтируется на испытательный стенд для диагностики и в случае несоответствия заданным параметрам в дальнейшем дорабатывается. Объектом автоматизации является диагностически-испытательный стенд, на котором проводятся работы.
Испытательный стенд, предназначен для диагностики и исследования сильфонных элементов на равномерность, качество и производительность топлива, является стационарным устройством и содержит пульт управления и контроля, силовой шкаф, расходный бак, блок радиаторов и насосный агрегат.
При непосредственных измерениях пропускной способности силь-фонного элемента допускается погрешность измерения на всех режимах не более 1% [1].
Телевизионные системы визуального наблюдения (ТСВН) предназначены для преобразования оптического изображения в цифровой видеосигнал, передачи его по каналам связи и формирование в месте приема телевизионного (ТВ) или цифрового изображения. Телевизионные измерительные системы (ТВС) предназначены для дистанционного автоматического контроля за состоянием пространства, измерения параметров совокупности объектов, находящихся в контролируемом пространстве, и при необходимости для управления состоянием и взаимодействием этих объектов. Важной отличительной чертой ТВС является наличие измерительного блока, предназначенного для обработки видеопотока (ОВ) с целью извлечения из него информации о наблюдаемом объекте и измерения контролируемых параметров этого объекта.
С помощью камер (таблица) была проведена съемка работы исправного сильфонного элемента, параметры которого соответствовали всем нормативным показателям. После анализа полученных изображений установлено, что нужное для дальнейшей обработки качество и четкость имеет изображение, полученное камерой Germikom S-5. Суть анализа изображений заключалась в сравнении четких контуров деформации. Изображение с камер были загружены в среду Matlab, где определена деформация линии четкого контура относительно центральной оси, и построена гистограмма. Таким образом, для получения качественного изображения может быть использовано цифровое или аналоговое телевизионного устройство видеонаблюдения с высоким разрешением и высокой светочувствительностью [5].
После определения необходимой структуры ТВС нужно разработать технологию и подобрать комплекс средств для ее реализации. Для создания экспериментального комплекса поставим следующие требования: оптическое средство с высоким разрешением и возможностью инфракрасной подсветки для возможности получения спектра и последующего его анализа при слабом освещении. Важной является возможность работать в
сочетании с промышленными микроконтроллерными средствами для захвата изображения и передачи данных через удобный цифровой интерфейс для дальнейшей обработки при помощи нужного программного среды [2]. Средством построения моделей исследования будет специализированный программный комплекс Fluent, предназначенный для 2d - и 3d-моделирования механических процессов, протекающих в жидкостях и газах. Он имеет широкий диапазон возможностей решения задач гидродинамики в различных средах, показывает хорошую сходимость результатов с многоблоковими расчетными сетками. Кроме этого, данный комплекс позволяет эффективно и точно моделировать потоки в широком диапазоне скоростей. Большая база моделирования физических моделей позволяет точно описывать ламинарные, переходные, турбулентные, тепловые и многофазные явления. Особенность моделирования новых сложных объектов дает возможность гибкой настройки и построения расчетных сеток, решения задач, основанных на адаптации сеточной области.
Параметры цифровых камер
Камера Разрешение Светочувствительность
Genius GE111 640x480 0,1 Лк
D-Link DCS-3411 640x480 0,05 Лк
Germikom S-5 600ТВЛ (1280x960) 0,003 Лк
Гибкость данного комплекса позволяет сочетать его с мощным математическим пакетом МаНаЬ, который широко используется для инженерных расчетов, моделирования и обработки цифровых изображений. Среда МаНаЬ дает возможность создать программу с большим диапазоном алгоритмов для обработки полученных изображений. Данный математический пакет имеет возможность взаимодействия с микроконтроллерами и внешними устройствами.
Для соединение внешних устройств и программного обеспечения выберем мощный микроконтроллер с преобразователем интерфейсов и сигналов фирмы dSpace, который имеет необходимые модули взаимодействия с математическим пакетом в среде Simulink.
Рассмотрим разработанную технологию проведения измерений и рассмотрим синтезированную структурную схему комплекса (рисунок). Технология измерения предусматривает снятие показаний с датчиков испытательного стенда с возможностью адаптивного регулирования соответствующих параметров и занесение их в базы данных входных параметров. Видеопоток от камеры передает изображение конуса распыла топлива от сопла форсунки, который условно разделяют на три сегмента. С помощью контроллера цифровое видеоизображение передается на ПК, где выполня-
293
ется его разбиение на отдельные ключевые кадры, в которых заметны изменения потока. Ключевые кадры сохраняются в виде отдельных цифровых изображений в базе данных текущего измерения [3]. Далее для каждого из изображений формируется гистограмма спектра интенсивности потока и выделяются контуры деформации. Далее данные спектральной плотности, интенсивности потока и размеры деформации записываются в базу данных и сравниваются с эталонными значениями. Таким образом осуществляется оценивание производительности сильфонового элемента. Если значение меньше эталонного, по данным измерений строится математическая модель форсунки с возможными вариантами ее доработки для улучшения производительности. На основе оптимального значения производительности рассчитывается необходимое изменение величины сильфонового элемента. После полученных данных выполняется доработка сильфонового элемента и его повторный монтаж на стенд с целью подтверждения правильности выполненных работ. Все данные относительно проведенных работ, в том числе цифровые изображения, хранящиеся в базе данных под маркировочным номером тестируемого изделия [4].
Рассмотрим структурно-функциональную схему комплекса, на которой показаны взаимосвязи между измерительными и исследуемыми операциями. Структурная схема автоматизированного комплекса состоит из испытательного стенда, системы автоматической регистрации и анализа полученных данных, системы анализа цифровых изображений и программного комплекса построения математических и имитационных моделей согласно полученных данных. Система автоматической регистрации состоит из системы анализа данных датчиков и телевизионной системы измерения.
В структуру испытательного стенда входят: измерительная система (ИС), датчики для фиксации необходимых параметров (ФП), система снятия показаний с датчиков, сравнение их с эталонными (ПД) и записи в базу данных (БД), система контроля входными параметрами (СК). Телевизионная измерительная система содержит камеру наблюдения с инфракрасной подсветкой, которая выступает измерительным устройством (ИУ), микроконтроллер (МК) для преобразования и передачи сигнала и преобразования его в цифровое видеоизображение (ВИ).
Блок анализа и обработки полученных изображений содержит программный комплекс и охватывает полученный цифровой видеопоток (ЦВП), модуль декомпозиции видеопотока на ключевые кадры (МДВ) и процесс разбиения их на отдельные цифровые изображения И1...ИК (где N - количество ключевых кадров).
На основе полученных цифровых изображений строится гистограмма (ГИП), по которой оценивается равномерность деформации и выполняется выделение изображения (ВЗ) и оценивается качество и угол распыления. При сопоставлении данных (СД) выполняется оценка сильфоно-
вого элемента и определяется размер его деформации. В случае несоответствия производительности оптимальному значению строится математическая модель (М), которая сравнивается с эталонной моделью (ЭМ). После получения разности выходных параметров моделей выполняется анализ возможных вариантов доработки сильфонового элемента (ДСЭ), и строится доработанная модель. При отсутствии разности выходных параметров доработанной и эталонной модели выполняется расчет доработки (ВРД) центрального диаметра сопла форсунки. Последним этапом идет выполнение необходимых действий согласно расчетных данных.
Структурная схема автоматизированного комплекса
Спроектировано структура автоматизированной телевизионной измерительной системы для испытательного стенда с исследованиями и испытаниями сильфонных элементов трубопроводов. Разработанная измерительная система позволяет устранить субъективный фактор и снизить количество монтажных работ при измерении. За счет использования современных цифровых средств автоматизированного измерения, автоматического учета всех параметров предлагаемая технология проведения измерений обеспечит повышение качества и скорости измерительных работ по испытанию сильфонных элементов трубопроводов. Кроме этого, за счет построения математических и имитационных моделей данная технология дает возможность исследовать новые возможности доработки сильфонных элементов трубопроводов.
Список литературы
1. Баклушина И.В. Сильфонный компенсатор как энергоэффективный конструктивный элемент тепловой сети // Моделирование и механика конструкций. 2015. № 2 (2). С. 16.
2. Быков В.В. Помехоустойчивый блочный циклический код для цифровых телевизионных систем // В сборнике: Технологии информационного общества X Международная отраслевая научно-техническая конференция: сборник трудов. 2016. С. 88.
3. Калиберда И.В., Макаров А.М. Автоматизированное проектирование технических систем охраны объектов информатизации методом имитационного моделирования на примере модуля «система телевизионного наблюдения» // Международное научное издание Современные фундаментальные и прикладные исследования. 2014. № 2 (13). С. 43-48.
4. Мамчев Г.В. Концепция построения систем цифрового телевизионного вещания // В сборнике: Современные проблемы телекоммуникаций материалы Российской научно-технической конференции. 2015. С. 80-84.
5. Третьяк С.А., Гласман К.Ф., Федотов И.В., Янин А.А. Инновационные технологии автоматизированного контроля качества телевизионного сигнала в цифровых телевизионных системах // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2015. № 3 (21). С. 124-135.
Глебович Станислав Александрович, асп., stivgl@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
AUTOMATED SYSTEM TESTING OF BELLOWS PIPING ELEMENTS
S.A. Glebovich
The work is devoted to the research and testing of bellows elements on the basis of the means and methods used at repair enterprises. The methods of solving this problem and shown that one of the possible variants of solving the problem is the introduction of the television measurement system, which will provide an opportunity to improve the accuracy and quality of measurements during the test. It is found that increasing resolution gives you the opportunity to explore the possibilities of deformation of bellows elements, which were undetectable by visual observation. At this stage of the study, the results of this work developed a generalized block diagram of an automated system for the study of bellows elements.
Key words: bellows element, the block diagram of the automated system of measuring television system automated system.
Glebovich Stanislav Aleksandrovich, postgraduate, stivgl@,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
