CC BY
31
dr inz. Andrzej ZBROWSKI dr inz. Stanislaw KOZIOL
Instytut Technologii Eksploatacji Panstwowy Instytut Badawczy
MONITOROWANIE I DIAGNOZOWANIE PROCESÖW
I OBIEKTÖW TECHNICZNYCH W SYSTEMACH ZAPEWNIENIA BEZPIECZENSTWA TECHNICZNEGO
Monitoring and diagnosis of technical processes and objects in systems for
technical safety
Streszczenie
W artykule przeprowadzono analizç czynnikow oddzialywuj^cych na rozwoj systemow monitorowania i diagnozowania procesow i obiektow technicznych. Przedstawiono powi^zania systemow technicznych z miçdzynarodowymi i krajowymi standardami i uregulowaniami prawnymi. Opisano rolç systemow w procesie rozwoju urz^dzen i technologii wspomagaj^cych bezpieczn^, racjonaln^ i ekonomiczn^ eksploatacjç infrastruktury technicznej, zwiçkszaj^ bezpieczenstwo techniczne i publiczne. Wskazano kierunki rozwoju urz^dzen i metod diagnostycznych pozwalaj^cych na monitorowanie, zapobieganie i likwidowanie zagrozen technicznych lub zmniejszenie czçstosci i skutkow awarii zarowno w procesach produkcyjnych jak tez w czasie eksploatacji maszyn i urz^dzen.
Summary
The paper discusses the analysis of factors influencing the development of systems for monitoring and diagnosis of procesess and technical objects. Presented solutions of technical systems are compatible with national and international standards and legal regulations. The role of the systems in the process of development of devices and technologies is described that supports safe, rational and economical maintenance of technical plant thus increasing technical and public safety. Also the directions of further development of devices and test methods are pointed out that allow monitoring, protection and elimination of technical hazards or decrease in frequency and results of failures both in production processes and in maintenance of machines and devices.
Slowa kluczowe: proces wytwarzania, monitoring, autodiagnostyka, bezpieczenstwo eksploatacji, ratownictwo techniczne, RFID.
Keywords: manufacturing process, monitoring, autodiagnostics, selfrepairing, safety of operation, industrial rescue, RFID.
Wstgp
Glownym zadaniem systemow monitorowania i diagnozowania procesow i obiektow technicznych jest zapewnienie im najwi?kszej mozliwej efektywnosci pracy oraz racjonalna minimalizacja negatywnego oddzialywania na otoczenie, na ktore skladaj^. si? ludzie, srodowisko naturalne i dobra cywilizacji. Obiektami tymi mog^. bye maszyny i urz^dzenia uzytkowane w zyciu codziennym np. pojazdy, jak i zlozone systemy technologiczne przeznaczone do wytwarzania innych obiektow i towarow np. silownie, kopalnie czy rozbudowane produkcyjne linie technologiczne oraz budynki szczegolnie przemyslowe i uzytecznosci publicznej. Bezposrednimi czynnikami emitowanymi przez obiekty wywoluj^cymi szkody w otoczeniu mog^. bye:
• niszcz^ce dzialanie sil mechanicznych,
• dzialanie strumieni cieplnych,
• oddzialywanie pr^dow elektrycznych,
• niszcz^ce dzialanie promieniowania jonizuj^cego,
• dzialanie substancji toksycznych powoduj^ce niszczenie organizmow zywych.
W strukturze obiektow technicznych oprocz ukladu funkcjonalnego niezb?dnego do realizacji procesow i zadan, do ktorych obiekt jest przeznaczony znajduje si? uklad bezpieczenstwa, ktorego zadaniem jest niedopuszczenie do przeksztalcenia si? zaklocen wyst?puj^cych w jego pracy w awarie i katastrofy, a takze ograniczenie negatywnych skutkow tych zdarzen (jezeli nast^pi^) do okreslonego poziomu dopuszczalnego.
Podstawow^. funkj ukladow bezpieczenstwa i najcz?sciej zintegrowanego z nim ukladu sterowania obiektem jest monitorowanie istotnych parametrow jego pracy oraz diagnostyka stanu technicznego. Poprawna realizacja tych funkcji pozwala na efektywne i sprawne dzialanie ukladu funkcjonalnego obiektu oraz zapobieganie zagrozeniom technicznym lub ich likwidowanie, zmniejszenie cz?stosci i skutkow awarii, ktore mog^.
wystçpowac zarówno w procesach produkcyjnych, jak tez w czasie eksploatacji urz^dzeñ technicznych i maszyn.
Zagadnienia bezpieczenstwa w procesach wytwarzania i eksploatacji obiektów technicznych na obszarze Unii Europejskiej reguluj^. Dyrektywy Europejskie wraz ze zharmonizowanymi z nimi normami. Wiçkszosc Dyrektyw Nowego Podejscia okresla wymagania zwi^zane z bezpieczenstwem uzytkowania wyrobów, czyli z eliminaj zagrozen dla zycia i zdrowia ludzi i zwierz^t, mienia i srodowiska. Niektóre z nich uwzglçdniaj^. inne aspekty, jak np. oszczçdnosc energii, dokladnosc metrologiczn^ wskazan instrumentów pomiarowych, bezpieczenstwo transportu niektórych urz^dzeñ. Zgodnie z przyjçt^. koncepj uwarunkowan^. powszechnosci^. zastosowania Dyrektyw, ujmowane w nich zagadnienia s^. formulowane w sposób ogólny, tak aby mogly obj^c mozliwie wszystkie przypadki dotycz^ce ich przedmiotu. Postanowienia Dyrektyw wskazuj^. przede wszystkim cele, jakie nalezy osi^gn^c oraz kierunki dzialan prowadz^cych do ich osi^gniçcia. Pozostawiaj^ uzytkownikowi swobodç w wyborze sposobów osi^gniçcia wskazanych celów zapewniaj^cych uzyskanie odpowiedniego poziomu bezpieczenstwa. Dyrektywy Nowego Podejscia s^. dyrektywami calkowitej harmonizacji, a postanowienia tych Dyrektyw zastçpuj^ wszystkie odpowiednie przepisy krajowe. Do dyrektyw najczçsciej stosowanych, które dotycz^. budowanych maszyn i urz^dzeñ oraz linii produkcyjnych i zakladów przemyslowych nalezy Dyrektywa Niskonapiçciowa, Dyrektywa Maszynowa, Dyrektywa ATEX oraz inne mówi^ce o bezpieczenstwie urz^dzeñ technicznych. Szczególowe postanowienia w zakresie bezpieczenstwa poszczególnych rodzajów maszyn i urz^dzeñ zawieraj^. normy zharmonizowane z Dyrektywami Europejskimi. Wykazy norm zharmonizowanych zawieraj^. glównie normy wprowadzaj^ce do polskiego prawodawstwa odpowiednie normy europejskie (w przypadku Dyrektywy Niskonapiçciowej ponad 800 pozycji, a Dyrektywy Maszynowej ponad 900 pozycji).
Obowi^zek monitorowania niektórych obiektów technicznych o szczególnym zagrozeniu naklada Rozporz^dzenie Ministra Srodowiska z dnia 13 czerwca 2003 roku „w sprawie wymagan w zakresie prowadzenia pomiarów wielkosci emisji", okreslaj^ce wymagania w zakresie ci^glych pomiarów zanieczyszczen powietrza, do których zobowi^zani s^. prowadz^cy urz^dzenia oraz uzytkownicy miçdzy innymi instalacji paliw, turbin gazowych, spalania lub wspólspalania odpadów komunalnych i niebezpiecznych oraz przedsiçbiorstwa emituj^ce lotne zanieczyszczenia organiczne. Dodatkowo dyrektywa 2000/76/WE nakazuje cingle monitorowanie zakladów spalaj^cych i wspólspalaj^cych odpady.
GJowne kierunki rozwoju
Rozwoj systemow monitorowania i diagnozowania obiektow technicznych ma na celu precyzyjne i wszechstronne nadzorowanie najwazniejszych parametrow pracy istotnych z punktu widzenia zarowno bezpieczenstwa jak i efektywnosci realizowanych procesow. Wspolczesne systemy nie ograniczaj^ siç do sygnalizowania zaistnialych zaklocen lub prostych reakcji na zmiany wartosci wybranych parametrow. Ze wzglçdu na nieporownywalnie wiçksz^. szybkosc i precyzjç reakcji elektronicznych i mechatronicznych elementow wykonawczych, w stosunku do mozliwosci czlowieka, systemy przejmuj^ funkcje inteligentnego sterowania obejmuj^cego rowniez autodiagnostykç i tolerancjç roznego rodzaju uszkodzen [1]. Pozwala to na kontynuacjç zaklocanych procesow z zachowaniem bezpieczenstwa i sprawnosci. Opracowywane na swiecie systemy [2] realizuj^ rowniez funkcje inteligentnego wykorzystania obserwowanych parametrow i trendow ich zmian do oceny stopnia degradacji eksploatacyjnej obiektow, ich zespolow lub materialow, z ktorych zostaly zbudowane. Pozwala to na odpowiedni^. automatyczn^ reakcjç wyprzedzaj^c^. lub dzialania zapobiegawcze nie dopuszczaj^ce do pojawienia siç powaznych zaklocen czy awarii. Systemy monitoruj^ce pracç duzych obiektow technicznych s^. zdolne do nadzorowania krytycznych z punktu widzenia bezpieczenstwa lub efektywnosci modulow funkcjonalnych i sterowania prac^ obiektu w sposob zapewniaj^cy im odpowiedni^. trwalosc przy maksymalnym dopuszczalnym obci^zeniu. Do diagnozowania stanu technicznego odpowiedzialnych zespolow i elementow zasadniczo wplywaj^cych na bezpieczenstwo, stosowane s^. najnowoczesniejsze, bezinwazyjne metody pozwalaj^ce na ci^gly nadzor ich funkcjonowania i ocenç stanu bezpieczenstwa oraz precyzyjne diagnostykç na podstawie wynikow pomiarow uzyskanych podczas ich pracy.
Szczegolnymi systemami monitoruj^cymi znajduj^cymi coraz wiçksze zastosowanie miçdzy innymi w dzialaniach sluzb ratowniczych s^. systemy wspomagania operacji ratownictwa technicznego prowadzonych w warunkach niebezpiecznych [3]. Ich rol^ jest maksymalne wykorzystanie technicznych srodkow monitorjcych srodowisko, w ktorym prowadzone s^. akcje w celu ochrony, wspomagania i ulatwienia pracy w warunkach niebezpiecznych. Znajduj^ tu zastosowanie najnowoczesniejsze, miniaturowe, precyzyjne rozwi^zania z zakresu monitorowania parametrow srodowiskowych, transmisji obrazu i l^cznosci [4].
W ramach omawianego obszaru technicznych systemow wspomagaj^cych bezpieczenstwo obiektow i procesow technicznych wyodrçbniono nastçpuj^ce wiod3.ce kierunki badawcze:
• Systemy techniczne wspomagaj^ce bezpieczenstwo procesow wytwarzania i eksploatacji;
• Inteligentne systemy sterowania z autodiagnostyk^. i toleranj uszkodzen;
• Systemy wspomagania operacji ratownictwa technicznego prowadzonych w warunkach niebezpiecznych;
• Systemy zabezpieczen stosowane w elektronicznej identyfikacji obiektow.
W technice monitorowania i diagnozowania wykorzystywane s^. najnowoczesniejsze, czçsto zdalne, metody identyfikacji obiektow i oceny ich stanu technicznego. Do identyfikacji obiektow pozostaj^cych w ruchu w trakcie procesow technologicznych, transportu czy organizacji magazynowania znajduj^ zastosowanie automatyczne systemy wykorzystuj3.ce zwi^zane z nimi elektroniczne uklady wyposazone w pamiçc, odczytywane zdalnie drog3 radiow^. Daje to mozliwosc zapisu, bezpiecznego przechowywania i sprawnego odczytywania odpowiednio duzej ilosci danych charakteryzuj^cych te obiekty.
Systemy techniczne wspomagaj^ce bezpieczenstwo procesow wytwarzania i eksploatacji
Systemy wspomagaj^ce bezpieczenstwo wytwarzania i eksploatacji maj^ najwiçksze znaczenie w przypadku duzych obiektow technicznych takich jak zlozone systemy technologiczne i energetyczne, transformatory czy ruroci^gi, ktorych negatywny wplyw na otoczenie moze byc znaczny i polega na oddzialywaniu na ludzi zatrudnionych bezposrednio przy ich obsludze, przedmioty podlegaj^ce realizowanemu procesowi technologicznemu oraz na srodowisko naturalne w ich otoczeniu. Ograniczenie tego wplywu osi^ga siç poprzez stale monitorowanie poziomu emisji szkodliwych czynnikow, sterowanie procesami zapewniaj^ce utrzymanie ich na bezpiecznym poziomie, szybk^. detekcjç stanow niebezpiecznych i skuteczn^ reakcjç na ich zaistnienie oraz zastçpowanie bezposredniej pracy ludzkiej przez roboty i automaty.
Poprawa bezpieczenstwa technicznego obiektow technologicznych jest osi^gana glownie poprzez cingle doskonalenie i rozwoj systemow zwiçkszaj^cych bezpieczenstwo pracy w szkodliwych i niebezpiecznych procesach technologicznych oraz zastçpowanie
technologii niebezpiecznych nowymi - pozbawionymi szkodliwych czynników. Zadaniem tych systemów jest miçdzy innymi ci^gly nadzór parametrów procesów takich jak:
• emisja toksycznych i niebezpiecznych substancji na stanowisku pracy i do srodowiska zewnçtrznego,
• temperatura krytycznych dla procesu i bezpieczenstwa obslugi elementów systemu,
• przebiegi i wartosci parametrów stanowi^cych symptomy zaklócen i stanów awaryjnych.
Rozwijanie systemów wspomagaj^cych bezpieczenstwo procesów wytwarzania jest jednym z waznych kierunków prac badawczych i rozwojowych realizowanych w ramach programów krajowych i miçdzynarodowych. Przykladami rozwi^zan technicznych gotowych do wykorzystania w przemysle, jakie powstaly w ramach tych programów s^.: analizator zawartosci toksycznych gazów w spalinach emitowanych przez kotly energetyczne, nowoczesna technologia wçgloazotowania nie emituj^ca toksycznych gazów, systemy monitoringu duzych transformatorów [5] i ruroci^gów [6] zabezpieczaj^ce je przed awariami i ograniczaj^ce ich skutki oraz system nadzoru obróbki szlifierskiej.
Intensywnie rozwijan^. metod^ poprawy bezpieczenstwa jest równiez zwiçkszanie wykorzystania robotów i innych rozwi^zan mechatronicznych zastçpuj^cych czlowieka na stanowiskach pracy o duzej uci^zliwosci. Szczególnie waznym zagadnieniem w tej dziedzinie jest miçdzy innymi wykorzystanie efektywnych technik programowania robotów przeznaczonych do wykonywania czçsto zmieniaj^cych siç i skomplikowanych czynnosci, co równiez bylo przedmiotem prac rozwojowych w ramach programu wieloletniego PW-004 „Doskonalenie systemów rozwoju innowacyjnosci w produkcji i eksploatacji w latach 20042008". W ITeE-PIB w Radomiu w trakcie realizacji s^. automatyczne urz^dzenia zastçpuj^ce uci^zliwe czynnosci rçczne zwi^zane z produkcji lozysk tocznych.
Zadania wspólczesnej inzynierii bezpieczenstwa technicznego w odniesieniu do eksploatowanych obiektów technicznych maji na celu przede wszystkim zapobieganie zaklóceniom i awariom, które mogi wyst^pié w ich pracy, a które s^. najczçsciej spowodowane degradacji eksploatacyjn^. W przypadku obiektów pozostaj^cych pod stalym nadzorem inteligentnych systemów sterjcych i diagnostycznych mozliwe jest odpowiednie przetwarzanie wyników pomiarów parametrów charakteryzuj^cych np. ich funkcje technologiczne i stawianie diagnoz dotycz^cych postçpuj^cej degradacji okreslonych elementów lub zespolów. Rozwijanie takich technik monitorowania stopnia degradacji daje podwójne korzysci wynikaj^ce z mozliwosci wykorzystania dostçpnych pomiarów np.
procesu technologicznego do prognozowania wystçpowania stanów niebezpiecznych i podejmowania dzialan zaradczych z odpowiednim wyprzedzeniem. Rozwi^zania tego typu obejmuj^ metody i urz^dzenia do monitorowania i diagnozowania stanu technicznego przekladni zçbatych [7], kotlów energetycznych [8] i instalacji procesowych w przemysle chemicznym, farmaceutycznym i papierniczym [9].
W przypadku obiektów rozproszonych, takich jak srodki transportu, poddawanych okresowym kontrolom stanu technicznego np. w trakcie okresowych przegl^dów, potrzebne s^. szybkie, pewne i skuteczne metody identyfikacji stopnia zaawansowania degradacji eksploatacyjnej, pozwalaj^ce na prognozowanie ich trwalosci i okresu bezpiecznego uzytkowania. Najnowoczesniejsze metody rozwijane na swiecie pozwalaj^. na ocenç zmçczenia materialu, wykrywanie rozwijaj^cych siç wewnçtrznych wad i mikropçkniçc, identyfikacjç zuzycia poprzez tarcie i korozjç czy ocenç parametrów elektrycznych obiektu w sposób szybki, pewny i nie naruszaj^cy jego konstrukcji - nieniszcz^cy. Rozwój takich metod jest bardzo utrudniony ze wzglçdu na koniecznosc wykorzystania w nich posrednich sposobów identyfikacji procesów fizycznych, których korelacja z wykorzystywanymi symptomami jest czçsto trudna do zidentyfikowania. Wykorzystuj^. one miçdzy innymi najnowsze techniki analizy struktury materialów, propagacji fal dzwiçkowych czy analizç z zastosowaniem sztucznych sieci neuronowych. Metody z tego obszaru, jakie zostaly opracowane sluz^ do diagnozowania wirnikowych maszyn przeplywowych [10], kolejowych ukladów jezdnych [11] i urz^dzen transportowych w przemysle wydobywczym [12].
Wazn^. grupç stanowi^. badania nad tzw. „zielonymi technologiami" informatycznymi zintegrowanymi z ukladami pomiarowo-kontrolnymi umozliwiaj^cymi inteligentne monitorowanie zuzycia mediów energetycznych i technologicznych. Zastosowanie zaawansowanych technologii monitorowania umozliwia rozwój systemów wczesnego wykrywania, informuj^cych o wyst^pieniu realnego zagrozenia, b^dz informuj^cych o prawdopodobienstwie zaistnienia zdarzenia. Bezpieczenstwo eksploatacji obiektu technicznego jest diagnozowane na podstawie ci^glej obserwacji i analizy zuzycia mediów energetycznych i technologicznych.
Nowoczesne budynki wyposazone s^. w instalacje alarmowe oraz techniczne systemy zapewniaj^ce bezpieczenstwo w funkcjonowaniu. Systemy zarz^dzania bezpieczenstwem budynków - Building Management Systems (BMS) integruj^:
• systemy bezpieczenstwa (system przeciwpozarowy, system napadowo-wlamaniowy,
system kontroli dostçpu, system telewizji dozorowej),
• teleinformatyczne systemy bezpieczenstwa (system bezpieczenstwa zasobów komputerów, system bezpieczenstwa transmisji danych, system ochrony fizycznej urzidzen teleinformatycznych),
• systemy sterjce automatyki budynku (klimatyzacja, praca wind, oswietlenie, zasilanie w media - woda, gaz, elektrycznose).
Systemy BMS zapewniaji techniczne narzçdzia zarzidzania bezpieczenstwem i komfortem pracy w budynku w warunkach codziennej eksploatacji i w sytuacjach awaryjnych.
Prace badawcze podejmowane w przyszlosci w dziedzinie rozwoju systemów technicznych wspomagajicych bezpieczenstwo procesów wytwarzania i eksploatacji powinny koncentrowae siç glównie na doskonaleniu inteligentnych metod, urzidzen i rozwiizan informatycznych pozwalajicych na kontrolç parametrów pracy maszyn, urzidzen i instalacji technologicznych i sterowanie ich praci zapewniajice spelnienie rosn^cych wymogów w zakresie bezpieczenstwa i efektywnosci dzialania.
Inteligentne systemy sterowania z autodiagnostyk^ i toleranj uszkodzeú
Glównym zadaniem inteligentnych systemów diagnostyki i sterowania eksploatacji obiektów technicznych, a w szczególnosci duzych obiektów technologicznych jest utrzymywanie ich w ruchu i zapewnienie realizowania podstawowych funkcji z najlepszi osiigalni efektywnoscii. Od takich systemów wymaga siç równiez zapewnienia bezpieczenstwa technicznego nadzorowanego obiektu i realizowanej przez niego technologii. Wobec coraz wiçkszej zlozonosci eksploatowanych obiektów np. instalacji procesowych w przemysle chemicznym czy petrochemicznym, sterowanie wieloma róznego rodzaju zespolami i elementami wykonawczymi oraz analiza ogromnej ilosci wyników pomiarów parametrów procesów wymaga stosowania najbardziej zaawansowanych systemów diagnostyczno-informatycznych. Funkcje nowoczesnych systemów nie ograniczaji siç do sterowania praci obiektu, diagnozowania jego stanu i sygnalizowania zaklócen i awarii wymagajicych interwencji obslugi czy serwisu. Nowoczesne systemy maji za zadanie inteligentni reakcjç na zaistniale nieprawidlowosci i uszkodzenia wlasnych elementów lub funkcji [13]. Wymagana ciiglose i wydajnose realizowanego procesu wymaga zastçpowania uszkodzonych modulów systemu modulami wirtualnymi pozwalajicymi na jego kontynuacjç i wymianç uszkodzonego elementu lub naprawç zaistnialej nieprawidlowosci. Najwazniejsze rozwiizania implementowane w inteligentnych systemach sterowania i diagnostyki zlozonych
obiektow technicznych to autodiagnostyka i tolerowanie roznego rodzaju uszkodzen nie stanowi^cych krytycznych sytuacji z punktu widzenia bezpieczenstwa urz^dzen czy procesow. Przykladami inteligentnych rozwi^zan sterowania do zastosowan przemyslowych, ktore powstaly w ramach realizowanych w Polsce programow badawczych i rozwojowych s3 zaawansowane systemy i algorytmy sterowania oraz inteligentne zespoly wykonawcze przeznaczone dla przemyslu chemicznego, spozywczego i energetyki z wbudowanymi funkcjami autodiagnostyki i tolerancji uszkodzen modulow funkcjonalnych i torow pomiarowych [14].
Szczegolnym przykladem inteligentnych systemow sterowania stosowanych glownie w energetyce s3 systemy monitorowania zuzycia mediow energetycznych i technologicznych [15]. Wydajnosc i sposob dostarczania mediow energetycznych np. paliwa stalego oraz technologicznych np. powietrza czy wody technologicznej maj3 zasadniczy wplyw na ci^glosc, wydajnosc, sprawnosc i bezpieczenstwo wielu procesow. Od szybkosci dostarczania paliwa czy innego medium zalezy przede wszystkim moc generowana w urz^dzeniach energetycznych lub zapotrzebowanie mocy w instalacjach przetworczych. Generowanie nadmiernych mocy zarowno wytwarzanych jak i konsumowanych przez urz^dzenia powoduje roznego rodzaju przeci^zenia cieplne, mechaniczne i elektryczne, przy czym nie zawsze ma tu znaczenie sama wartosc mocy, ale rowniez szybkosc jej narastania w czasie. Zbyt szybkie zmiany generj niebezpieczne gradienty temperatur i naprçzenia w wysoko obci^zonych elementach konstrukcyjnych obnizaj^ce trwalosc urz^dzen i zagrazaj^ce wyst^pieniem awarii. W takich sytuacjach s3 rozwijane i implementowane, szczegolnie w duzych obiektach technicznych o wielkiej wartosci, inteligentne systemy sterowania i diagnostyki steruj3.ce dostarczaniem odpowiednich mediow w powi^zaniu z nadzorem i sterowaniem newralgicznych z punktu widzenia bezpieczenstwa parametrow pracy. Przykladami takich rozwi^zan s3 systemy: bezpiecznej eksploatacji kotlow dedykowany do duzych urz^dzen energetycznych i regulacji dozowania mediow technologicznych w zakladach wapienniczych.
Przyszlosciowym kierunkiem rozwoju inteligentnych systemow sterowania z autodiagnostyka i tolerancji uszkodzen jest doskonalenie rozwi^zan adresowanych do przemyslu energetycznego, chemicznego, rafineryjnego i spozywczego, gdzie s3 eksploatowane duze skomplikowane instalacje technologiczne skladaj^ce siç z wielu elementow i zespolow wykonawczych, a wszelkie uszkodzenia wywoluj^ce przerwç w procesie wi^z^ siç z ogromnymi stratami nie tylko dla firmy ale takze calej krajowej lub globalnej gospodarki.
Systemy wspomagania operacji ratownictwa technicznego prowadzonych w warunkach niebezpiecznych
Wystipienie awarii czy katastrofy obiektu technicznego prowadzi do wyzwolenia czynników wywolujicych szkody w otoczeniu. W takich sytuacjach zadaniem inzynierii bezpieczenstwa jest ewakuacja ludzi, istotnych skladników srodowiska naturalnego i dóbr cywilizacji z obszaru oddzialywania obiektów oraz usuniçcie lub unieszkodliwienie nosników negatywnego oddzialywania. Do takich dzialan powolane sí sluzby ratownicze, które dziçki odpowiedniemu wyposazeniu i przygotowaniu sí w stanie w sposób skuteczny oraz bezpieczny dla osób ratowanych i ratowników przeprowadzie tego rodzaju akcje. Dzialania
0 podobnym charakterze sí prowadzone przez te sluzby równiez w celu minimalizacji szkód generowanych negatywnym oddzialywaniem zjawisk naturalnych (powodzie, pozary, burze) lub umyslnym destrukcyjnym dzialaniem ludzi (dzialania przestçpcze i terrorystyczne).
Bioric pod uwagi to, ze akcje ekip ratowniczych si prowadzone bezposrednio w obszarach dzialania nosników negatywnego oddzialywania, sprzçt i indywidualne wyposazenie ratowników muszi skutecznie ich zabezpieczae i umozliwiae pracç w niebezpiecznych warunkach. Zapewnieniu bezpieczenstwa i skutecznosci dzialania sluzb ratowniczych sluzi stale rozwijane i doskonalone systemy wspomagajice operacje ratownictwa technicznego prowadzone w warunkach niebezpiecznych. W systemach tych si wykorzystywane najnowsze osiigniçcia techniki pozwalajice na identyfikacjç parametrów najblizszego otoczenia srodowiskowego szczególnie istotne w przypadku dzialan podczas gaszenia pozarów czy likwidacji skutków katastrof chemicznych [16]. W sytuacjach szczególnie niebezpiecznych dla ratowników wykorzystywane si zautomatyzowane systemy zdolne do samodzielnego dzialania w trudnych warunkach przy wykorzystaniu zdalnego sterowania. Niezbçdnymi rozwiizaniami wykorzystywanymi w takim wyposazeniu si systemy rejestracji i przekazywania obrazu o wysokiej rozdzielczosci odporne na narazenia termiczne [17], mechaniczne i elektryczne, niezawodne systemy sterowania i licznosci bezprzewodowej dzialajice w specyficznych warunkach np. pozarowych [18]. Najlepiej dzialajice sluzby ratownicze na swiecie si wyposazone w odpowiednii ilose takich urzidzen wykorzystywanych w systemach operacyjnych zapewniajicych odpowiednii mobilnose
1 szybkose dzialania. W Polsce równiez si opracowywane tego rodzaju konstrukcje w bezzalogowych wersjach przeznaczonych do zadan transportowych, gasniczych, antyterrorystycznych i innych.
Oprocz wyzej opisanego sprzçtu zastçpuj^cego bezposrednie dzialanie czlowieka w niebezpiecznym srodowisku, coraz szerzej stosowane jest w sluzbach ratowniczych indywidualne wyposazenie ratownikow w osprzçt pomiarowy, wizyjny, identyfikacyjny i l^cznosciowy pozwalaj^cy na czynne wspomaganie i koordynowanie ich dzialania przez osoby dowodz^ce akcjami. Pelna kontrola ratownikow znajduj^cych siç w zagrozonym terenie z mozliwosci^ indywidualnego monitorowania otaczaj^cego ich srodowiska i czynnosci organizmu daje mozliwosc najlepszej koordynacji akcji i unikania sytuacji zagrazaj^cych ich zdrowiu i zyciu. Od kilku lat obserwowany jest intensywny rozwoj prac nad taki systemami lub elementami systemu [19]. Stosowane rozwi^zania bazuji glownie na dwoch technologiach: lokalizowaniu za pomoc^ fal radiowych i lokalizowaniu na bazie czujnikow inercyjnych.
We wspolczesnych systemach monitorowania bezpieczenstwa i srodowiska obserwujemy integracjç urz^dzen wieloczujnikowych i wielowidmowych (multispektralnych, hiperspektralnych), ktore obejmuji pasma radiokomunikacyjne, radarowe, optyczne, optyczne UV-VIS-IR oraz pasmo THz. Systemy te efektywnie realizuji funkcje obserwacji, wykrywania, rozpoznania i przeciwdzialania, na potrzeby platform l^dowych, powietrznych i morskich (zalogowych i bezzalogowych), krytycznej struktury oraz ochrony indywidualnej.
Prace badawcze w zakresie rozwoju systemow wspomagania operacji ratownictwa technicznego s3 prowadzone w kilku osrodkach w Polsce. Ze wzglçdu na koniecznosc przeprowadzania specjalistycznych badan w celu dopuszczenia do stosowania takich systemow do stosowania w strazy pozarnej, ich koordynacji i aplikaj zajmuje siç Centrum Ochrony Przeciwpozarowej w Jozefowie. ITeE-PIB we wspolpracy z CNBOP opracowal i wykonal wiele zaawansowanych urz^dzen technicznych przeznaczonych do badan certyfikacyjnych sprzçtu pozarniczego [20], a obecnie przygotowuje program, ktorego celem jest budowa systemu indywidualnego wyposazenia ratownikow w oprzyrz^dowanie pozwalaj^ce na monitorowanie ich pracy w warunkach niebezpiecznych i koordynacjç akcji ratowniczych.
Rozwoj systemow wspomagania operacji ratownictwa technicznego prowadzonych w warunkach niebezpiecznych jest niezwykle istotny z punktu widzenia zapewnienia odpowiedniego wyposazenia polskich sluzb ratowniczych w sprzçt osobisty najwyzszej generacji jak i srodki wspomagaj^ce zastçpuj^ce bezposredni udzial ratownikow w szczegolnie niebezpiecznych dzialaniach, co bçdzie sprzyjalo podniesieniu ich bezpieczenstwa i skutecznosci.
Przyszlosciowy kierunek rozwoju systemów wspomagania operacji ratownictwa technicznego bçdzie siç skupial wokól zagadnien zwiizanych z telewspomaganiem ratowników w akcjach szczególnie niebezpiecznych oraz zdalnej diagnostyki i rozpoznania warunków prowadzenia akcji w sytuacjach szczególnie niebezpiecznych ze wzglçdu na skazenie, zadymienie lub temperatura Rezultatami prac bçdzie zwiçkszenie bezpieczenstwa pracy ratowników, przyspieszenie dzialan ratowniczych, rozpoznawczych i poszukiwawczych dziçki lepszemu i szybszemu podejmowaniu decyzji.
Systemy zabezpieczeú stosowane w elektronicznej identyfikacji obiektów
Systemy zabezpieczen obiektów technicznych i dokumentów identyfikatorami elektronicznymi si coraz szerzej wykorzystywane zarówno w ochronie obiektowej, ochronie danych, bezpieczenstwie publicznym jak i w komercyjnych dziedzinach gospodarki zwiizanych w ochroni marki, ochroni autentycznosci produktu czy tez ochroni wizerunku producenta. Poszerzany jest zakres zastosowan przemyslowych, w których identyfikatory elektroniczne znajduji zastosowanie w kontroli procesów technicznych i technologicznych, automatycznej dystrybucji i w systemach magazynowych [21]. Metoda ta polega na przesylaniu drogi radiowi informacji zakodowanej w ukladzie elektronicznym i potocznie jest nazywana RFID (Radio Frequency Identification) [22].
Szybki postçp technologii wytwarzania ukladów RFID jest determinowany powiçkszaniem ilosci informacji przechowywanych w ich pamiçci oraz pojawiajicymi siç technikami falszowania danych zawartych w nosnikach elektronicznych jak równiez nowymi mozliwosciami podrabiania samych nosników. Niezbçdne jest zatem stale doskonalenie technik zabezpieczania dokumentów zawierajicych uklady RFID i zawartych w nich danych [23]. Poszerzajica siç gama ich zastosowan stawia coraz wyzsze wymagania w zakresie odpornosci na zuzycie mechaniczne lub zniszczenie.
Systemy elektronicznego zabezpieczenia i identyfikacji dokumentów i innych obiektów znajduji w Polsce pomimo braku rodzimych rozwiizan technicznych coraz szersze zastosowanie. Dotyczy to szczególnie róznego rodzaju identyfikatorów, kart platniczych, kart wstçpu, stosowanych w systemach bankowych, obiektach sportowych i wielu firmach. Stosowane systemy wykorzystuji glównie sprawdzone rozwiizania stosowane na swiecie od wielu lat, adaptowane do biezicych potrzeb glównie z powodu przystçpnych kosztów. Wiize siç to miçdzy innymi z permanentnym opóznieniem wprowadzania do rodzimych systemów zabezpieczen nowych rozwiizan bardziej odpornych na falszowanie, kopiowanie
i wykorzystanie w celach przestçpczych. Na koniecznosc dalszego rozwoju i wykorzystania elektronicznych zabezpieczen zarowno pod wzglçdem doskonalenia jakosci, jak i coraz szerszego zastosowania wskazuji tendencje swiatowe widoczne w postaci upowszechnienia tych rozwi^zan w wielu dziedzinach zycia i gospodarki oraz wprowadzanych nowych miçdzynarodowych uregulowan prawnych.
Jednym z nich jest zwiçkszenie bezpieczenstwa publicznego przez mozliwosc szybkiej i skutecznej identyfikacji osob. Sluz^ temu paszporty biometryczne oraz dowody osobiste (national ID) w postaci kart plastikowych, ktore od czerwca 2009 s3 wyposazane w dodatkow3 cechç biometryczne tj. obraz odciskow palcow. Karty plastikowe z elektronicznym ukladem scalonym sluz^ takze weryfikacji uprawnien dostçpu do kont bankowych, pomieszczen i urz^dzen.
Wobec zagrozen, miçdzy innymi, ze strony miçdzynarodowego terroryzmu duze znaczenie ma identyfikacja osob przekraczaj^cych granice panstwowe. Organizaj ktora jest szczegolnie zaangazowana w rozwi^zanie tego zagadnienia jest Miçdzynarodowa Organizacja Lotnictwa Cywilnego (ICAO). Wnioskuje ona wprowadzenie do paszportu ukladu elektronicznego, w ktorym zapisane s3 dane biometryczne wlasciciela, przez co sposob identyfikacji jest przyspieszony i bardziej wiarygodny.
Unia Europejska wprowadzila obowi^zek zapisu w paszportach danych biometrycznych Rozporz^dzeniem Rady Unii Europejskiej (WE) Nr 2252/2004 z dnia 13 grudnia 2004 r. w sprawie norm dotycz^cych zabezpieczen i danych biometrycznych w paszportach i dokumentach podrozy wydanych przez Panstwa Czlonkowskie.
Ze wzglçdu na bezpieczenstwo narodowe we wdrozeniach metod biometrycznych przoduji kraje zagrozone terroryzmem. Na amerykanskich lotniskach dzialaji systemy rozpoznawania twarzy, ktorych wzorce s3 zawarte w radiowym chipie RFID BlKBBiLl stanowi^cym czçsc paszportu (dokumenty zawieraji takze odciski palcow). Podobny system dziala na australijskich portach lotniczych i stanowi^ alternatywç dla tradycyjnej odprawy granicznej - skanowanie twarzy trwa kilka sekund, jest szybsze i wygodniejsze niz tradycyjne okazywanie paszportu. Laboratoria naukowe intensywnie rozwijaji prace nad technikami zapisu, odczytu i transmisji danych biometrycznych [24] zawartych w identyfikatorach elektronicznych, np.: zawieraj^cych uklady RFID.
Szczegolnie ostre wymagania s3 stawiane dokumentom podrozy, do ktorych zalicza siç takze dowody osobiste. Dokumenty i ich jakosc maj3 zasadnicze znaczenie przy weryfikacji podrozuj^cych i wykrywaniu przestçpcow, terrorystow i osob nielegalnie przekraczaj^cych granicç.
Na rynku swiatowym istnieji nieliczne rozwi^zania w postaci wysokonakladowych maszyn i specjalistycznych urz^dzen do wytwarzania ukladow RFID i ich implementacji w roznego rodzaju wyrobach. S^ one przeznaczone do masowego wytwarzania dwuwarstwowych oraz trojwarstwowych dokumentow, biletow, kart, etykiet itp. Przyklady wysokowydajnych maszyn oferowanych na rynku to: LambdaRFID firmy Edale Ltd, CL 1500 firmy Muhlbauer, TTL-100/165 firmy Bielomatik oraz P 500 firmy Tamarack. Prace, jakie powinny byc podejmowane w obszarze systemow zabezpieczen stosowanych w elektronicznej identyfikacji obiektow winny zmierzac do zapewnienia mozliwosci opracowywania, sprawdzania i wdrazania w polskim przemysle wlasnych, oryginalnych rozwi^zan technicznych zgodnych z najnowszymi osi^gniçciami techniki swiatowej w tej dziedzinie. Prace powinny byc ukierunkowane na rozwoj niskonakladowych i niskobudzetowych technologii i systemow przeznaczonych do szybkiej i krotkoseryjnej produkcji umozliwiaj^cej takze tanie prototypowanie nowych generacji produktow z udoskonalonymi technikami zabezpieczen.
Wnioski
Systemy monitorowania i diagnozowania procesow i obiektow technicznych stanowi^ jeden z glownych czynnikow zapewniaj^cych bezpieczenstwo ludzi, dobr materialnych i srodowiska w dzialalnosci przemyslowej, dzialaniach ratowniczych i zyciu publicznym. Monitoring i diagnostyka prowadzone on-line zapewniaji wysok^. efektywnosc dzialania oraz przyczyniaji siç do zapobiegania zagrozeniom, a w szczegolnosci zagrozeniom technicznym wywolywanym awariami powstaj^cymi w procesach technologicznych i eksploatacyjnych. Zidentyfikowane i przedstawione w artykule glowne kierunki rozwoju systemow technicznych wspomagaj^cych bezpieczenstwo maji na celu wprowadzenie do szeroko pojçtej techniki bezpieczenstwa najnowszych rozwi^zan z dziedziny mechatroniki, technik pomiarowych, informatyki i sztucznej inteligencji. S^ one zgodne ze swiatowymi i europejskimi tendencjami w prawie reguluj^cym kwestie bezpieczenstwa wyrazaj^cymi siç miçdzy innymi postanowieniami dyrektyw Unii Europejskiej.
Przytoczone przyklady rozwi^zan i systemow opracowanych przez polskie osrodki naukowe, wdrozonych w praktyce przemyslowej oraz tematy realizowanych i planowanych prac rozwojowych swiadcz^. o znacz^cym potencjale innowacyjnym naszej nauki i gospodarki w dziedzinie wdrazania i rozwoju nowoczesnych technik bezpieczenstwa.
Literatura
1. Blanke M., Kinnaert M., Lunze J. and Staroswiecki M., Diagnosis and Fault-Tolerant Control, SpringerVerlag, 2004;
2. Pashilkar A., Sundararajan N., Saratchandran P., A fault-tolerant neural aided controller for aircraft autolanding. Aerospace Science and Technology. 10/2006;
3. Peace D.M.S., Planning New Standards of Fire Service Emergency Cover for the United Kingdom, Fire Technology, vol. 37/2001;
4. Mierczyk Z., Zaawansowane technologie monitorowania zagrozen bezpieczenstwa, XII edycja konferencji z cyklu ZARZ^DZANIE KRYZYSOWE I RATOWNICTWO. Warszawa 12 lutego 2009 r.;
5. Jakubik W.P., Urbanczyk M., Maciak E., Pustelny T., Surface acoustic wave hydrogen gas sensor based on
layered structure of palladium/metal-free phthalocyanine, Bulletin of the Polish Academy of Sciences, Technical Sciences, Vol. 56, No. 2, 2008;
6. Turkowski M., Bratek A., Slowikowski M., Methods and Systems for leakage detection in long range pipelines, Journal of Automa-tion, Mobile Robotics and Intelligent Systems, 3, 2007, s. 39 - 46;
7. Tomaszewski J., Wibroakustyczna diagnostyka stanu technicznego lozysk tocznych, Maszyny Gornicze nr.2 (106), str. 5-8;
8. Taler J., Wojtowicz B., Measurement of unsteady fluid temperature with the use of inverse heat conduction solution, Archiwum Termodynamiki 2007;
9. Koscielny J. M., Syfert M., Wnuk P., AMandD - system zaawansowanego monitorowania i diagnostyki. Chemia 1/2006, 41-44;
10. Rz^dkowski R., Drewczynski M., Szczepanik R., Spychala J., The Forced Response of Discontinuous Shrouded BladedDisc, SYSTEMS Journal of Transdisciplinary Systems Sciences, Vol. 11, Special issue 1/1, 86-95, 2006;
11. Alexandrov I. V., Zhilina M. V., Bonarski J., Formation of texture inhomogeneity in severely plastically deformed copper, Academy of Sciences, Technical Sciences, Vol. 54, No. 2, 2006, 199-207;
12. Batko W., Mikulski A., New method of pit-shaft reinforcement evaluation with the application ofpulse test, Problemy Eksploatacji, 2006;
13. Koscielny J. M., Bartys M., Syfert M., Problemy praktyczne lokalizacji uszkodzen w zlozonych systemach przemyslowych, Pomorskie Wydawnictwo Naukowo-Techniczne PWNT, str. 167-186;
14. Koscielny J.M., Syfert M., Leszczynski M., G^secki A., Pilot tests of advanced diagnostic system AMandD in PKN ORLEN, Pomiary Automatyka Kontrola, 2009.
15. Taler J., G^dziel S. , Sobota T. , Taler D. , Kontrola cieplno-przeplywowych warunkow pracy kotla w trybie on-line, Archiwum Energetyki 2007;
16. Raimundo A.M., Figueiredo A.R., Personal protective clothing and safety of firefighters near a high intensity fire front, Fire Safety Journal Volume: 44, Issue: 4, May, 2009, pp. 514-521;
17. Amon F., Hamins A., Bryner N., Rowe J., Meaningful performance evaluation conditions for fire service thermal imaging cameras, Fire Safety Journal Volume: 43, Issue: 8, November, 2008, pp. 541-550;
18. Jaber A., Guarnieri F., Wybo J.L., Intelligent software agents for forest fire prevention and fighting, Safety Science Volume: 39, Issue: 1-2, October - November, 2001, pp. 3-17;
19. TRX SYSTEMS Firefighter Sentinel (www.trxsystems.com) (USA).
20. Samborski T., Matras E., Koziol S., Matecki K., Urzqdzenie i przebieg badan w procesie certyfikacji przeciwpozarowych hydrantow zewnqtrznych, Problemy Eksploatacji, 3/2008 (70), str. 219- 228;
21. Brewer A., Sloan N., Landers T.L., Intelligent tracking in manufacturing, Journal of Intelligent Manufacturing Volume: 10, Issue: 3-4, September 1999;
22. Witschnig H., Merlin E., About history, basics and applications of RFID technology, Elektrotechnik und Informationstechnik, Vol: 123, Issue: 3, March 2006, pp. 61 - 71;
23. Duc D. N., Park J., Lee H., Kim K., Enhancing security of EPCglobal Gen-2 RFID tag against traceability and cloning. In Proc., Symposium on Cryptography and Information Security (2006);
24. Danev B., Heydt-Benjamin T., Capkun S., Physical-layer Identification of RFID Devices, Proceedings of the USENIX Security Symposium, 2009. http://www.syssec.ethz.ch/research/usenixsec09_phyid_rfid.pdf
