CC BY
11
При создании проекта разработчики должны уделять внимание возможности проявления гидроудара. В частности, они не должны допускать укладки в один отрезок труб сантехнику разного диаметра. По мере необходимости использовать предохранительные устройства.
Список литературы
1. Френкель Н.З. Гидравлика: учебник предназначен для механических специальностей вузов. Госэнергиздат. М.- Л., 1956. 456с.
2. Лапшев Н. Н. Гидравлика: учебник для вузов по специальности Строительство. М.: Академия, 2007. 268 с.
3. Бутиков Е.И., Кондратьев А.С. Физика. Книга 1. Механика. М.: Наука, 1994. 367 с.
4. Способы защиты трубопроводной системы от гидроударов // ПромоГрупп Медиа [Электронный ресурс] URL: https://dprom.online/oilngas/sposoby-zashhity-truboprovodnoj-sistemy-ot-gidroudarov/ (дата обращения: 10.09.2019).
Газаров Артур Робертович, студент, den-arti 777@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Колосов Руслан Андреевич, студент, den-arti777@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ховрина Екатерина Игоревна, магистрант, den-arti777@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет.
HYDRA ULIC SHOCK IN PIPELINES: CALCULATION AND PREVENTION A.R. Gazarov, R.A. Kolosov, E.I. Hovrina
The paper considers the causes of water hammer, its calculation, as well as ways to prevent water hammer. Pressure plots for an unprotected pump station and a valve protected are shown.
Key words: water hammer, pipeline, calculation, pressure, pumping station.
Gazarov Artur Robertovich, student, den-arti 777@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Kolosov Ruslan Andreevich, student, den-arti777@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Hovrina Ekaterina Igorevna, undergraduate, den-arti 777@mail. ru, Russia, Tula, Tula State
University
УДК 004.3'142.2; 004.414.3.031.43; 519.242.244; 681.5.015
ИНФОРМАЦИОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОСНОВНЫХ ЧАСТЕЙ КОМПЛЕКСА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ Б-ОПТИМАЛЬНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ
В. А. Фатуев, А. А. Мишин
В данной статье представлен комплекс для решения задач D-оптимальной идентификации широкого класса динамических регрессионных моделей в реальном масштабе времени. Описывается взаимодействие процессов программного обеспечения центрального вычислителя, под управлением операционных систем реального времени. Представлено описание обмена данными типа «ПЛК - датчик выходного параметра исследуемой системы» и «Центральный вычислитель - ПЛК».
Ключевые слова: D-оптимальная идентификация, реальный масштаб времени, оценивание неизвестных параметров, технический комплекс.
При моделировании реальных процессов и систем, если это возможно по технологическим соображениям, может быть сформулирована и решена задача оптимальной идентификации, целью которой является получение удовлетворяющей выбранному критерию оптимальной динамической регрессионной модели. Синтез подобной модели осуществляется на основе теории оптимального эксперимента, если динамическая регрессионная модель должна удовлетворять одному из традиционных критериев оптимальности, используемых в этой теории. Наиболее универсальным является критерий D-оптимальности.
Большинство реальных объектов исследования адекватно описываются нелинейно-параметризованными динамическими регрессионными моделями, при синтезе которых фактически возникают задачи управления идентифицирующими исследованиями действующих динамических систем в реальном масштабе времени. В качестве алгоритма решения подобных задач целесообразно использовать универсальную процедуру последовательной Б-оптимальной идентификации (БППИ), которая позволяет исследовать широкий класс линейных и нелинейных, одномерных и многомерных динамических систем, описываемых моделями типа «вход-выход» и пространства состояний.
Для реализации подобных задач необходимы системы, построенные на базе электронно-вычислительных машин, информационно-измерительных и управляющих комплексов, способных в реальном масштабе времени получать с объекта необходимые данные и изменять входные переменные в соответствии с синтезируемыми тестирующими сигналами.
В общем случае, при решении задачи Б-оптимальной последовательной идентификации подобная система должна состоять из следующих элементов:
вычислитель;
программируемый логический контроллер (ПЛК);
датчики для измерения выходных параметров идентифицируемого объекта;
исполнительные устройства для реализации тестирующих сигналов.
Схема вычислительного комплекса для решения задач Б-оптимальной последовательной идентификации в реальном масштабе времени приведена на рис. 1.
В статьях [2,3,4] были описаны общие принципы работы элементов комплекса. В данной статье будут более детально описано как организована работа процессов программного обеспечения центрального вычислителя под управлением операционных систем реального времени, а также информационное взаимодействие между центральным вычислителем и ПЛК.
Датчик измерения выходного параметра исследуемого объекта
Вычислитель
Управляющее устройство
Входной параметр исследуемого объекта
Исследуемый объект
Рис. 1. Вычислительный комплекс для решения задач Б-оптимальной последовательной идентификации в реальном масштабе времени
Программное обеспечение центрального вычислителя запускается под управлением операционной системой реального времени. Причина выбора таких операционных систем заключается в требовании работы системы с более точным временем, т.к. центральный вычислитель должен выдавать запрос данных от ПЛК, а также сигнал управляющего воздействия на микроконтроллер с высокой точностью.
Программное обеспечение центрального вычислителя делится на 3 процесса:
- процесс реализации процедуры последовательной Б-оптимальной идентификации;
- процесс запроса данных от ПЛК;
- процесс выдачи сигнала управляющего воздействия;
Первый процесс подробно описан в [1,2]. Стоит отметить лишь то, что на каждом этапе процедуры Б-оптимальной идентификации происходит планирование, которое включает в себя определение моментов времени изменения уровней сигнала управляющего воздействия (тестирующего сигнала) и запроса данных с выхода объекта, что приводит к выполнению 2 и 3 процессов.
Процесс запроса данных от ПЛК происходит по следующему сценарию. В моменты времени, когда нужно, снять данные с ПЛК, программное обеспечение передает приоритет выполнения данному процессу. Происходит запрос данных. После отправки запроса, программа будет ждать ответ 100 мс. Если ответ не получен, будет произведен еще один запрос. После 3 неудачных обменов подряд, программа будет завершена с ошибкой. В случае, если данные были получены, они будут записаны в разделяемую память для процесса последовательной Б-оптимальной идентификации. После выполнения данного процесса программное обеспечение заблокирует его, пока не наступит следующий момент времени запроса данных от ПЛК.
Обмен с ПЛК будет происходить по протоколу Modbus TCP. Это модификация протокола MODBUS для работы в сетях tcp/ip. Modbus основан на архитектуре «Ведущий-Ведомый», где в данном случае ведущим устройством будет являться центральный вычислитель, а ПЛК будет ведомым устройством, отвечающим на запросы.
Процесс подачи сигнала управляющего воздействия работает следующим образом. В моменты времени, когда нужно сменить управляющее воздействие приоритет выполнения будет отдан данному процессу. Произойдет отправка сигнала на управляющее устройство. После выполнения данного процесса программное обеспечение заблокирует его, пока не наступит следующий момент времени.
В процессе работы программного обеспечения может оказаться, что времена выполнения процессов 2 и 3 могут совпасть, что может привести к тому что один из данных процессов не будет выполнен вовремя. Для исключения этого выполнение процессов разнесено на разных ядрах процессора.
На рис.2 показано как распределяются приоритеты и соответственно, когда начинается работа соответствующего процесса.
Управляющее воздвйстие
Обмен с ПЛ Ii
DnnH
Врвмя
Рис. 2. Распределение приоритетов процессам центрального вычислителя по времени.
Из рис. 2 видно, что с момента времени t0, которое является условным началом работы программного обеспечения, приоритетной задачей всегда является процесс реализации процедуры последовательной D-оптимальной идентификации. Моменты времени t1 и t2 соответствуют моментам времени, рассчитанным во время планирования этапа DHrt^
Основные функции ПЛК были описаны в [3] и это:
- опрос входов;
- выполнение пользовательской программы, которая осуществляет запись данных, пришедших на входы, и дальнейшую передачу этих данных по каналу Ethernet на вычислитель в запланированные моменты времени.
В данный момент времени все ПЛК в части приема и получении информации способны работать с протоколом MODBUS, основанным на архитектуре «Ведущий-Ведомый», где ведущим устройством является сам ПЛК, а ведомыми опрашиваемые датчики. Ведущее устройство инициирует обмены путем отправки запросов. Такие обмены могут быть как индивидуальными, так и широковещательными для всех подчиненных устройств. Подчиненное устройство отвечает на запрос, адресованный ему. При получении широковещательного запроса ответ подчиненными устройствами не формируется.
Данный протокол работает через последовательные линии связи RS-485, RS-422 и RS-232, которые присутствуют в ПЛК [5,6,7]. По данным линиям связи будет подключен датчик для измерения выходного параметра исследуемого объекта. В качестве примера рассмотрим подключение расходомера Krohne Optimass 1300 к ПЛК.
Размерность датчика Krohne Optimass 1300 составляет до 2300 тонн в час. Для подключения ПЛК к данному датчику используется 4-проводный (1 пара для данных и 1 пара для питания) интерфейс по протоколу Modbus RTU в линии связи RS485. Подключение происходит к аналоговому входу. Для получения данный с датчика, ПЛК шлет запрос с командой 0x03 - чтение аналоговых регистров[8]. Размер запрашиваемых данных 4 байта (float). Данные с расходомера, пришедшие на ПЛК по запросу записываются в общие регистры чтения/записи с адресами 40001 - 40002.
Информация, получаемая таким образом будет в дальнейшем отправлена по tcp/ip по протоколу Modbus TCP на центральный вычислитель. Обмен в данном случае будет происходить по аналогии с обменом «ПЛК - датчик измерения выходного параметра исследуемого объекта». Центральный вычислитель будет запрашивать данные от ПЛК с помощью той же команды 0х03 - чтение аналоговых регистров с запросом данных из регистров 40001 - 40002.
Список литературы
1. Фатуев В.А., Храпова А.Г., Морозова А.Н. Алгоритмическое обеспечение реализации процедуры последовательной D-оптимальной идентификации в реальном масштабе времени // Известия ТулГУ. Технические науки, 2014. Вып. 11. Ч. 2. С. 612 - 620.
2. Fatuev V.A., Mishin A.A. Control of the experiment with optimum identification of dynamic systems in real time // 2018 7th Mediterranean Conference on Embedded Computing (MECO). - 10-14 June 2018, Budva, Montenegro - IEEE, 2018. P. 275-278. DOI: 10.1109/MECO.2018.8406057.
3. Fatuev V.A., Mishin A.A. Realization of Optimal Identification Tasks for Dynamic Systems in Real Time Scale // 2019 8th Mediterranean Conference on Embedded Computing (MECO). - 10-14 June 2019, Budva, Montenegro - IEEE, 2019. P. 537-540. DOI: 10.1109/MECO.2019.8760138.
4. Фатуев В.А., Мишин А.А. Алгоритмическое и техническое обеспечение реализации процедуры оптимальной идентификации динамических систем в реальном масштабе времени // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2018. Вып. 12. Ч. 2. С. 315 - 323.
5. Минаев И.Г., Шарапов В.М., Самойленко В.В., Ушкур Д.Г. Программируемые логические контроллеры в автоматизированных системах управления. Ставрополь: АГРУС, 2010. 128 с.
6. Парр Э. Программируемые контроллеры: руководство для инженера. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. 516 с.
7. Ослэндер Д.М., Риджли Дж. Р., Рингенберг Дж.Д. Управляющие программы для механических систем: Объектно-ориентированное проектирование систем реального времени. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2004. 416 с.
8. Modicon modbus protocol reference guide. North Andover, 1996 [Электронный ресурс] URL: http://modbus.org/docs/PI MBUS 300.pdf (дата обращения: 10.08.2019).
Фатуев Виктор Александрович, д-р техн. наук, профессор, vfatuev@inbox. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Мишин Антон Андреевич, аспирант, nocpedhnk1994@gmail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет
COMMUNICA TION OF COMPLEX FOR SOLVING PROBLEMS OF SEQUENTIAL D-OPTIMAL
IDENTIFICATION BASIC PARTS
V.A. Fatuev A.A. Mishin
This article presents a complex for solving tasks of D-optimal identification for a wide class of dynamic regression models in real time. The interaction of the central computer software processes, under the control of real-time operating systems, is described. The description of data exchange of the type "PLC - sensor of the output parameter of the system under study " and "Central computer - PLC " is presented.
Key words: D-optimal identification, real time scale, estimation of unknown parameters, technical
complex.
Fatuev Viktor Aleksandrovich, doctor of technical sciences, professor, v fatuev@inbox. ru, Russia, Tula, Tula State University
Mishin Anton Andreevich, postgraduate, nocpedhnk1994@gmail.com, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.892.2
ОПТИЧЕСКИЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНОЙ СТАБИЛЬНОСТИ
МОТОРНЫХ МАСЕЛ
Б.И. Ковальский, О.Н. Петров, В.И. Верещагин, В.Г. Шрам, А.Н. Сокольников, Е.Г. Кравцова
Представлены результаты исследования термоокислительной стойкости минерального и синтетического моторных масел в температурном интервале от 170 до 200 °С. Предложены показатели термоокислительной стойкости, учитывающие оптическую плотность, испаряемость и кинематическую вязкость. Исследовано влияние температуры на процессы окисления, а также получена аналитическая зависимость между оптической плотностью, испаряемостью и кинематической вязкостью. Установлено, что при окислении минерального масла образуется два вида продуктов независимо от температуры окисления, что подтверждается наличием ветви зависимости с большой скоростью изменения оптической плотности. Установлено, что изменение кинематической вязкости при окислении минерального и синтетического масел происходит по общей U-образной зависимости независимо от температуры.
Ключевые слова: термостатирование, оптическая плотность, испаряемость, кинематическая вязкость, термоокислительная стойкость.
Для оценки термоокислительной стойкости смазочных масел в лабораторных условиях в работах [1 - 4] применен метод прямого фотометрирования. В качестве основных показателей приняты оптическая плотность и испаряемость, характеризующие количество тепловой энергии поглощенной смазочным маслом при термостатировании.
