7. Старостин А.А. Технические средства автоматизации и управления: учебное пособие для СПО / А.А. Старостин, А.В. Лаптева; под редакцией Ю.Н. Чеснокова. Саратов, Екатеринбург: Профобразование, Уральский федеральный университет, 2019. 168 c.
8. Андреев Е.Б., Ключников А.И., Кротов А.В., Попадько В.Е., Шарова И.Я. Автоматизация технологических процессов добычи и подготовки нефти и газа: Учебное пособие для вузов. М.: ООО «Недра Бизнесцентр», 2008. 399 с.
9. А2ИН.407351.004 ТУ Расходомер - счётчик жидкости ультразвуковой НОТА-Вд. Технические условия. М., 2018.
10. А2ИН.407279.001 ТУ «Расходомер - счётчик жидкости НОТА - К. Технические условия. М., 2018.
Самойлов Денис Юрьевич, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Республика Татарстан, Альметьевск, Альметьевский государственный технологический университет «Высшая школа нефти»,
Свильпов Дмитрий Юрьевич, главный конструктор - заместитель директора по научно-техническому развитию, [email protected], Россия, Республика Татарстан, Альметьевск, ООО НТЦ «Автоматизация, измерения, инжиниринг»,
Сиитдикова Ирина Петровна, канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой, sitdikova_ip@mail. ru, Россия, Республика Татарстан, Альметьевск, Альметьевский государственный технологический университет «Высшая школа нефти»,
Абдулкина Наталья Владимировна, старший преподаватель, [email protected], Россия, Республика Татарстан, Альметьевск, Альметьевский государственный технологический университет «Высшая школа нефти»
SOLVING THE PROBLEM OF IMPORT SUBSTITUTION AT THE UNITS OF OPERATIONAL ACCOUNTING OF OIL FIELDS PRODUCTS
D.Yu. Samoilov, D.Yu. Svilpov, I.P. Sitdikova, N. V. Abdulkina
The article discusses a new approach to the selection of instruments for operational accounting of oil well production. The results of the application of the developed unit for the operational accounting of extracted products from oil fields are presented, as well as the experience of reducing costs when choosing instruments for measuring the amount of produced fluid in a field.
Key words: crude oil metering, correlation flow meter, ultrasonic flow meter, integration algorithm.
Samoilov Denis Yurievich, candidate of technical sciences, docent, samoilov-1@yandex. ru, Russia, Republic of Tatarstan, Almetyevsk, Almetyevsk State Technological University «Higher School of Oil»,
Svilpov Dmitry Yuryevich, chief designer - deputy director for scientific and technical development, [email protected], Россия, Republic of Tatarstan, Almetyevsk, OOO STC «Automation, Measurements, Engineering»,
Sitdikova Irina Petrovna, candidate of technical sciences, docent, head of department, sitdikova_ip@mail. ru, Russia, Republic of Tatarstan, Almetyevsk, Almetyevsk State Technological University «Higher School of Oil»,
Abdulkina Natalia Vladimirovna, lecturer, [email protected], Russia, Republic of Tatarstan, Almetyevsk, Almetyevsk State Technological University «Higher School of Oil»
УДК 681.518.5
Б01: 10.24412/2071-6168-2024-5-462-463
МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ СТРАТЕГИЙ КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ СТАРТОВЫХ КОМПЛЕКСОВ
Е.П. Боровской, А.Б. Кузнецов, А.Г. Кохановский, А.Ю. Николаев, В.П. Шилкин
В статье предлагается методика формирования стратегий дополнительного контроля технического состояния объектов технологического оборудования стартовых комплексов с использованием робототехнических систем. Методика основана на использовании трехмерных масштабируемых воксельных моделей и фрейм-продукционного подхода. Применение методики позволит существенно повысить полноту контроля технического состояния технологического оборудования стартовых комплексов при возникновении и развитии нештатных ситуаций в процессе подготовки к пуску ракеты космического назначения.
Ключевые слова: наземное технологическое оборудование, фрейм, воксель, контроль технического состояния.
В настоящее время вопросам совершенствования контроля технического состояния систем и агрегатов, входящих в состав технологического оборудования (ТО) стартовых комплексов (СК) уделяется большое внимание. Актуальность данной задачи подтверждается данными о возникновении различного вида отказов и неисправностей в процессе подготовки и пуска ракет космического назначения (РКН) [1, 2]. В настоящее время контроль технического состояния (ТС) ТО СК осуществляется автоматическими системами, которые при обнаружении неисправности
462
передают информацию о ней оператору и дают команду на останов технологического процесса. Однако, ряд неисправностей, например капельная течь компонентов ракетного топлива, травление газов в системах газообеспечения, выход из строя датчиков контроля температуры в ряде случаев не обнаруживаются и не локализуются, что приводит к необходимости переноса пуска [3]. В мирное время последствия такого переноса минимальны и приводят лишь к финансовым издержкам, однако в период, предшествующий началу вооруженного конфликта, существует необходимость обеспечения гарантированного выведения космических аппаратов военного назначения в заданное время.
Эффективность контроля технического состояния ТО СК в данной методике рассматривается как комплексное свойство системы, характеризующее его приспособленность к достижению цели за счет повышения полноты контроля ТС ТО СК при заданной достоверности и оперативности контроля. Полнота контроля рассчитывается как отношение контролируемых элементов систем к общему числу элементов, требующих контроля, т.е. характеристика, определяющая возможность выявления отказов (неисправностей) в объекте при выбранном методе его диагностирования и контроля [3].
Полнота контроля технического состояния оборудования различается в зависимости от ситуации. Так при штатных неисправностях, предусмотренных эксплуатационной документацией, соотношение параметров, контролируемых имеющимися средствами N. , и неконтролируемых параметров N., дает возможность говорить о достаточной полноте контроля. Однако, в случае возникновения непредвиденных ситуаций, количество контролируемых параметров остается либо тем же, либо падает, ведь число используемых приборов и датчиков на объекте контроля не возрастает. Например, при аварии, повлекшей за собой выход из строя оборудования АСУ, количество исправных датчиков контроля снижается из-за разрыва линии связи.
N. = (1)
< V (2)
N. Мк1 (3)
^ N.1 + М.1) '
П > П1. (4)
В условиях воздействия неблагоприятных факторов одновременно с возможным уменьшением количества получаемых данных N.1 о ТС оборудования значительно возрастает число сведений М^ , которые необходимо получить руководителю работ для достоверной оценки возникшей ситуации. Т.е. при верном равенстве (1), где N. - количество контролируемых параметров в штатной, а N.1 - количество контролируемых параметров в нештатной ситуациях, количество неконтролируемых параметров Nт~ в нештатной ситуации значительно превышает соответствующее число аналогичных параметров N. в штатной ситуации (2). Осуществляя подстановку в формулу
полноты контроля получаем, что полнота контроля при нештатной ситуации снижается тем интенсивнее, чем больше различие между количеством контролируемых и неконтролируемых параметров (3, 4).
Под стратегией контроля технического состояния понимается последовательность, периоды и способы получения информации о техническом состоянии объектов ТО СК. Предлагаемая методика базируется на выявлении ключевых параметров рассматриваемых стратегий контроля с применением как стационарных, так и мобильных средств дополнительного контроля путем построения и обработки воксельных моделей [4 - 6].
Общее описание методики. Исходными данными для формирования стратегии являются:
1. Множество объектов контроля ТС ТО СК О = {о[ 11 = 1,..., п}, где п - количество объектов контроля.
2. Множество параметров объектов контроля ТС ТО СК Рг = {рг. | . = 1,.,N}, где N = N. + N.1 , N. -количество контролируемых объектов ТО СК, N. - количество неконтролируемых объектов ТО СК.
3. Множество технических средств контроля С. = {С^, С}.
4. Множество вариантов средств контроля технического состояния ТО СК С^ = {..2 1.2 = 1,. • П }.
5. Множество вариантов датчиков (приборов), установленных на средстве контроля технического состояния ТО СК Сы = ^з |.3 = 1,.пз}.
Предлагаемая методика содержит следующие этапы (рис. 1):
1. Выбор объектов, требующих дополнительного контроля технического состояния.
2. Выбор средств контроля технического состояния НТО СК.
3. Определение кратчайших путей перемещения РТС между объектами контроля на плоскости и в пространстве.
4. Определение полноты контроля технического состояния НТО СК на основе воксельных моделей.
Рассмотрим содержание этих этапов.
Этап 1. Выбор объектов наземного технологического оборудования стартового комплекса, требующих дополнительного контроля технического состояния осуществляется по методике, описанной в [8].
Этап 2. Выбор средств контроля технического состояния НТО СК, включая стационарные средства контроля и средства контроля на основе робототехнических систем РТС. При формировании множества средств дополнительного контроля (СДК), включающие как стационарные, так и мобильные робототехнические системы (РТС), широко применяемые для решения различных специальных задач [8], предлагаемых для решения задачи повышения полноты контроля ТС НТО СК на шаге 2.1 определяются основные параметры каждого такого средства: массогаба-ритные, движения (скорость, локомоция, радиус поворота). Также обозначаются параметры выполняемых средством задач (тип задачи, рабочий радиус, время выполнения), автономности (время автономной работы, время восстанов-
ления автономности), параметры связи и управления (тип и дальность), качественные (материал корпуса и деталей, расходные материалы) и др. Затем определяются критерии выбора РТС для формирования робототехнического комплекса (РТК). Данный подход позволяет использовать предварительно выявленные объекты контроля для определения соответствия параметров СДК допустимым параметрам, соответствие конструктивных особенностей датчиков СДК поставленным задачам, соответствие комплектности приборов и датчиков, установленных на базовой платформе СДК условиям эксплуатации и требуемым для анализа данным.
Рис. 1. Основные этапы методики формирования стратегии контроля ТС объектов ТО СК
На шаге 2.2 определяется способ движения РТС [9] в пространстве в соответствии с особенностями размещения объектов контроля, а также конструктивными особенностями рассматриваемых СДК. В качестве альтернатив рассматриваются следующие варианты: движение в одной плоскости, последовательное перемещение в двух плоскостях, свободное перемещение РТС в трех плоскостях. Определение приоритетного способа перемещения РТС на начальном этапе позволяет уменьшить количество рассматриваемых стратегий контроля и связывает конструктивные требования к РТС со структурными особенностями помещений и сооружений, в которых размещены объекты контроля.
Этап 3 необходим при проектировании системы дополнительного контроля для предварительного определения возможности и способов применения РТС. Порядок определения кратчайшего пути перемещения РТС между объектами контроля могут варьироваться в зависимости от способа перемещения РТС. Так в настоящее время наиболее распространены мобильные РТС с колесным и гусеничным движителем, которые перемещаются в одной горизонтальной плоскости [10, 11]. В этом случае алгоритм поиска кратчайшего пути принципиального значения не имеет, однако рационально выбрать классический алгоритм Дейкстры [12, 13]. Данный алгоритм использует теорию графов и совмещает в себе достаточную простоту и быстроту расчета альтернатив, определяет маршруты и их длину между начальной вершиной (источником) и всеми остальными вершинами графа, схема которого представлена на рис. 2.
Важно учитывать задачи, когда невозможно осуществить контроль ТС объекта в силу наличия препятствий для приближения чувствительного элемента РТС на расстояние, достаточное для достоверного получения информации о контролируемом объекте, например при перемещении РТС в одной плоскости с последующим приближением датчиков очувствления к объекту контроля телескопическим манипулятором в случае, когда объект контроля находится на значительной высоте от плоскости движения. В этом случае для определения кратчайшей траектории данного перемещения в пространстве, либо движения по направляющему монорельсу с последующим переходом на соседний уровень, предлагается доработать классический алгоритм Дейкстры.
Двухшаговый алгоритм Дейкстры на первом этапе производит расчет кратчайшего пути перемещения от начальной точки до проекции объекта контроля на плоскость размещения РТС. На втором этапе проверяется возможности «смещения» чувствительных элементов РТС в плоскость размещения объекта контроля, например с использованием телескопического манипулятора. При невозможности провести процесс «смещения» из-за наличия препятствия, аналогичным способом проверяются соседние с точкой проекции объекта контроля места. При этом удаленность от точки проекции зависит от характеристик чувствительных элементов, допустимой дистанции получения достоверных сведений об объекте контроля, а также наличия способа продолжить перемещение после перехода на другой слой, например при использовании многоуровневой системы направляющих для движения РТС по схеме, представленной на рис. 3.
Рис. 2. Схема поиска кратчайшего пути на плоскости по алгоритму Дейкстры
Рис. 3. Схема поиска кратчайшего пути на плоскости двухшаговым алгоритмом Дейкстры
Этап 4. Этап включает в себя формирование воксельной модели [7] для рассматриваемых помещений и объектов контроля, которая представляет собой трехмерную карту, состоящую из элементарных объемов - вокселей, получаемых при разделении исследуемого пространства и имеющих помимо координат, набор характеризующих свойств, таких как прозрачность, заполненность, принадлежность к определенному классу (воксель - объект, вок-сель - агент и пр.). Таким образом данные воксели выступают в роли фреймов [14] и реализация фрейм-продукционного подхода при составлении воксельной карты [7] позволяет сформировать компьютерную модель для расчета возможных путей перемещения РТС между объектами контроля, затрачиваемое время для перемещения РТС, возможность контроля нескольких объектов одним РТС, возможность задействования множества СДК для осуществления контроля.
Сформированные стратегии контроля, различающиеся комбинациями подвижных и стационарных СДК, примененные к построенной воксельной модели, позволят оценить качество данных стратегий, в первую очередь через оценивание полноты контроля, затрачиваемые средства, время, требуемое для обеспечения требуемой полноты контроля. При необходимости модернизации имеющейся системы, построенная ранее модель позволит оперативно внести изменения и оценить качество новых стратегий контроля, в том числе провести масштабирование вокселей для определения требуемых характеристик СДК. (рис. 4).
При возникновении аварийной ситуации, изменение параметров ряда вокселей в примененной модели дает возможность изменить стратегию контроля для оценивания сложившейся аварийной ситуации.
Заключение. Предложенная методика формирования стратегий контроля технического состояния объектов наземного технологического оборудования стартовых комплексов на основе применения трехмерных масштабируемых воксельных моделей и фрейм-продукционного подхода позволяет обоснованно оценить и выбрать опти-
мальную при заданных ограничениях стратегию контроля, оперативно изменить стратегию контроля ТС при модернизации оборудования, изменения условий функционирования, количества и качества объектов контроля, изменения структуры помещения, а в случае возникновения аварийной ситуации оперативно определить возможность и способы дистанционного опосредованного получения достоверной информации для обоснованного принятия управленческих решений руководителем работ.
Список литературы
1. Минаков Е.П., Тарасов А.Г., Боровской Е.П. Развитие структуры автоматизированной системы управления подготовкой и пуском ракет космического назначения с целью автоматизации процессов устранения нештатных ситуаций // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2015. Т. 7. № 6. С. 16 - 21.
2. Макаров М.И., Павлов С.В., Куреев В.Д. Автоматизация процессов управления на космодромах в целях обеспечения надежной и безопасной эксплуатации ракетно-космической техники и наземной космической инфраструктуры // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2016. №1. С. 28 - 37.
3. Лесин Н.И., Лесин Д.Н., Степанов И.М. Ошибки при оценке технического состояния сложных систем // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. 2012. №6 (89). С. 56-62.
4. Боровской Е.П. Использование воксельных моделей для выявления и формализации способов и возможностей диагностирования объектов наземного технологического оборудования стартовых комплексов/ Е.П. Боровской// Материалы XI отраслевой научно-технической конференции приборостроительных организаций ГК «РОСКОСМОС». М.: Издательство «Спутник +», 2019. С. 87 - 91.
5. Витиска Н.И., Гуляев Н.А. Метод визуализации трёхмерных сцен и объектов воксельной графики для систем имитационного моделирования // Известия ЮФУ. Технические науки. 2015. №4 (165). С. 76 - 86.
6. Вяткин С.И. Рейкастинг трехмерных текстур и функционально заданных поверхностей с применением графических ускорителей // Программные системы и вычислительные методы. 2019. №2. С 34 - 51.
7. Боровской Е.П., Кохановский А.Г., Кузнецов А.Б. Трехмерная модель помещений и размещаемых в них элементов наземного технологического оборудования стартового комплекса на основе использования воксельных примитивов // Труды Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского. 2021. Вып. 677. С. 7 - 13.
8. Боровской Е.П., Кохановский А.Г., Кузнецов А.Б. Обоснование выбора объектов наземного технологического оборудования стартовых комплексов требующих дополнительного контроля технического состояния на основе аддитивной свертки частных показателей // Труды Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского. 2021. Вып. 676. С. 171 - 178.
9. Боровской Е.П. Модель движения робототехнических систем диагностирования технического состояния наземного технологического оборудования стартовых комплексов // Сборник трудов IV Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы создания и эксплуатации вооружения, военной и специальной техники». СПб.: ВКА имени А.Ф. Можайского, 2018.
10. Корчак В.Ю., Лапшов В.С., Рубцов И.В. Перспективы развития наземных робототехнических комплексов военного и специального назначения // Известия ЮФУ. Технические науки. 2015. №10 (171). С 24 - 36.
11. Чиров Д.С., Новак К.В. Перспективные направления развития робототехнических комплексов специального назначения // Вопросы безопасности. 2018. №2. С 76 - 87.
12. Лукинский В.С. Модели и методы теории логистики. СПб: Питер, 2008. 448 с.
13. Афоничев Н.Ю., Шахов В.Г. Метод поиска оптимального и наиболее близких к нему маршрутов перевозки грузов // Известия Транссиба. 2016. №1 (25). С 87 - 99.
14. Гончаров А.А., Семенов Н.А. Повышение скорости логического вывода продукционных экспертных систем путем использования аспектно-ориентированного подхода // Программные продукты и системы. 2018. №3. С 27 - 41.
Боровской Евгений Павлович, канд. техн. наук, научный сотрудник научно-испытательного центра, evgeniv_borovskov@rambler. ru, Россия, Мирный, Научно-испытательный центр (информационно-аналитического обеспечения испытаний и применения ракетно-космических средств) управления 1 Государственного испытательного космодрома Министерства обороны Российской Федерации,
Кузнецов Александр Борисович, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А.Ф.Можайского,
Кохановский Андрей Геннадьевич, канд. техн. наук, доцент, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского,
Николаев Алексей Юрьевич, канд. техн. наук, заместитель начальника научно-испытательного центра -начальник научно-исследовательского отдела, aleksei_nikolaev@internet. ru, Россия, Мирный, Научно-испытательный центр (информационно-аналитического обеспечения испытаний и применения ракетно-космических средств) управления 1 Государственного испытательного космодрома Министерства обороны Российской Федерации,
Шилкин Вячеслав Петрович, начальник лаборатории - заместитель начальника научно-исследовательского отдела, [email protected], Россия, Мирный, Научно-испытательный центр (информационно-аналитического обеспечения испытаний и применения ракетно-космических средств) управления 1 Государственного испытательного космодрома Министерства обороны Российской Федерации
METHODOLOGY OF STRATEGIES FORMATION FOR MONITORING THE TECHNICAL CONDITION OF TECHNOLOGICAL EQUIPMENT OF LAUNCH COMPLEXES
E.P. Borovskoy, A.B. Kuznetsov, A.G. Kokhanovskiy, A.Y. Nikolaev, V.P. Shilkin
466
The article proposes a methodology for the formation of strategies for additional control of the technical condition of objects of technological equipment of start-up complexes using robotic systems. The methodology is based on the use of three-dimensional scalable voxel models and a frame-production approach. The application of the methodology will significantly increase the completeness of the control of the technical condition of the technological equipment of the launch complexes in the event of the occurrence and development of emergency situations in the process ofpreparing for the launch of a space rocket.
Key words: ground processing equipment, frame, voxel, technical condition monitoring.
Borovskoy Evgeniy Pavlovich, candidate of technical sciences, research assistant, evgeniy_borovskoy@rambler. ru, Russia, Mirniy, Centre (information and analytical support for testing and use of rocket and space tools) management of the 1 State test cosmodrome of the Ministry of Defense of the Russian Federation,
Kuznetsov Alexander Borisovich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, St. Petersburg, Military Space Academy named after A.F. Mozhaisky,
Kokhanovskiy Andrey Gennadievich, candidate of technical sciences, docent, Russia, St. Petersburg, Military Space Academy named after A.F. Mozhaisky,
Nikolaev Aleksei Yurievich, candidate of technical sciences, deputy head of the research and testing centre for research and testing work, head of the research department, aleksei_nikolaev@internet. ru, Russia, Mirniy, Centre (information and analytical support for testing and use of rocket and space tools) management of the 1 State test cosmodrome of the Ministry of Defense of the Russian Federation,
Shilkin Vyacheslav Petrovich, deputy head of the research department, head of the laboratory, [email protected], Russia, Mirniy, Centre (information and analytical support for testing and use of rocket and space tools) management of the 1 State test cosmodrome of the Ministry of Defense of the Russian Federation
УДК 004
Б01: 10.24412/2071-6168-2024-5-467-468
РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОДАЧИ
ГАЗОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ
К.В. Лицин, Д.А. Гнедков, А.Д. Морев, Д.В. Некипелов
В настоящее время во многих энергосистемах применяются газотурбинные установки. Они предназначаются для преобразования химической энергии сжигания газовоздушной смеси в механическую энергию вала. Такая установка играет важную роль в современных энергосистемах, обеспечивая надежность и гибкость электроснабжения, при генерации электроэнергии, особенно во время пиковых нагрузок, а также в качестве резервных источников энергии. Поэтому актуальность разработки автоматизированной системы регулирования подачи газовоздушной смеси заключается в повышении эффективности работы оборудования, обеспечении безопасности, снижении выбросов вредных веществ, энергосбережении и гибкости системы. Разработана система автоматизации исследуемой газотурбинной установки. Предложена структурная схема автоматизации с выбранным оборудованием. Проведено исследование разработанной модели автоматизированной системы регулирования подачи газовоздушной смеси. На базе типового моделирования технологического процесса были проанализированы основные зависимости, которые получены в автоматизированной системе с различными регуляторами. Использованы прогностические модели регуляторов. Разработанная система модернизации окупится за 2 года и имеет индекс окупаемости 1,46.
Ключевые слова: газотурбинная установка, регулятор температуры, регулятор частоты вращения, регулятор ускорения, программируемый контроллер, архитектура системы автоматизации.
Введение и постановка задач. Газотурбинная установка — это машина, предназначенная для преобразования тепловой энергии и(или) электрической энергии в механическую, посредством сжигания природного газа и состоящая из одного или нескольких компрессоров, теплового устройства, для нагрева рабочего тела, одной или нескольких турбин, системы регулирования и необходимого дополнительного оборудования [2,3,9].
Сегодня область использования газотурбинных установок расширились на малую энергетику. За счёт особенности использования их в различных климатических условиях появилась возможность расширить и географию их использования [1-8].
У газотурбинных установок имеется множество преимуществ, среди которых:
- высокая степень автоматизации всех процессов;
- невысокая стоимость;
- маневренность (способность к быстрому запуску и остановке)
- малая удельная масса и габариты;
- большой ресурс работы;
- меньшее содержание вредных веществ в выхлопных газах. [4,7,9,10].
Но также у газотурбинных установок есть недостатки, связанные с автоматизацией процессов, такие как:
- слишком большая величина времени, затраченного на ремонты существующих вариантов автоматизации;
- отсутствие объединенной системы удобного и своевременного контроля за характеристиками технологического процесса, так как установка систем регулирования сторонних брендов влечёт за собой рассогласование систем управления;