CC BY
1УДК 621.31 Статья поступила 12.01.2024 г
4.3.2. Электротехнологии, электрооборудование и энергоснабжение РО! 10.35524/2227-0280_2024_01_38
ПРИНЦИПЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ И СИТУАЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ АНТРОПОГЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК АПК
у О.К. Никольский,
доктор технических наук, профессор АГТУ им. И.И. Ползунова
В.В. Фараносов,
соискатель кафедры энергообеспечения сельского хозяйства,
ФГБОУ ВО "Государственный аграрный университет Северного Зауралья"
ЕА Басуматорова,
преподаватель кафедры энергообеспечения сельского хозяйства, ФГБОУ ВО "Государственный аграрный университет Северного Зауралья"
Ключевые слова: принципы, диагностирование, управление, антропогенная безопасность, электроустановка, человеко-машинная система, электрооборудование, мощность, пожарный риск, опасность, автоматизирование, интегрирование
Key words: principles, diagnosis, management, anthropogenic safety, electrical installation, human-machine system, electrical equipment, power, fire risk, danger, automation, integration
В современном мире безопасность электроустановок на производственных объектах в агропромышленном комплексе достигла предельного уровня и в общем показывает отрицательную ситуацию, сложившуюся в России. Обстановка с пожарами несет угрожающий характер, электротехнические причины которых составляют более 30%.
Сельскохозяйственные операции в значительной степени зависят от электричества для решения различных задач. Электричество играет решающую роль в современном сельском хозяйстве - от питания оборудования и освещения до поддержания экологического контроля и запуска ирригационных систем. Однако сочетание электрической мощности и уникальных характеристик сельскохозяйственной среды может привести к потенциальным опасностям, если пренебречь электробезопасностью электроустановок в сельском хозяйстве.
Решению проблем по антропогенной безопасности электроустановок агропромышленного комплекса посвящено немало работ, содержание которых состоит в доскональном анализе несчастных случаев, причин аварий, расчетов показателей электротравматизма на производстве, надежности производственно-
го оборудования и электрических сетей и т.д. Проанализировав все материалы, авторы понимают, что нет единой точки зрения на методологическую оценку концепции оценки и диагностирования рисков, направленную на безопасность электроустановок на объектах АПК.
В статье рассматриваются проведение последовательности ряда операций человеко-машинной системы, основа концепции диагностирования рисков электроустановок, а также функциональная схема системы прогнозирования пожарного риска опасности на объектах сельского хозяйства.
Рассмотрим человеко-машинную систему с компонентами «Человек», «Электроустановка», «Среда», которая является динамической слабоструктурированной [1]. Такая система в принципе может описываться с помощью темпоральной логики или ситуационного анализа. Последний требует использования семиотического языка верхнего порядка в сравнении с формальным языком уравнений (дифференциальных, алгебраических и др.), на которых базируются новейшие методы управления.
Целью исследований данной статьи является диагностирование ситуационного управления антропогенной безопасностью электро-
установок и прогнозирование техногенных рисков.
Материалы и методы ииследования. Рассмотрим проведение последовательности ряда операций человеко-машинной системы, где компоненты процесса управления "Ч-Э-С" (рис. 1.)
В процессе исследования известна математическая модель управляемого объекта и задан критерий оценки эффективности его функционирования [2, 3].
Получим процесс оптимизации как задачу поиска решения при заданных ограничениях набора переменных:
< х^ Х2,....,ХП >, (1)
на котором оптимизируется заданная функция оценки эффективности управления
F = / (х1, х2,....,хп). (2)
Различные методы программирования (линейные, нелинейные, динамические и др.) выбираются в зависимости от вида ограничений.
Всю постановку задачи динамического программирования можно представить следующим образом: из множества допустимых решений (законов управления) R найти такое решение Rj е R, которое переводит систему из начального состояния S0 в конечное S^ чтобы некоторый критерий K(R) обращался в максимум, т.е. K* = max {K(R)} [4].
В условном фазовом пространстве состояние будем характеризовать некоторым набором параметров - фазовыми координатами. Одни из трудностей, возникающие при использовании динамического программирования для решения задачи управления антропогенными рисками, связаны с большой размерностью фазового пространства, в котором необходимо найти оптимальное управление. Область поиска решений для сложных систем может превышать не измеряемо большие значения, что исключает использование традиционных методов программирования.
Основной задачей ситуационного управления антропогенной безопасностью электроустановок АПК является создание имитационной модели и разработка языка имитации. Для эффективного решения задачи управления техногенной безопасности электроустановок в агропромышленном комплексе требуется участие человека-оператора, который использует простой язык, представляющий более высокий порядок, чем язык программирования, базой которого и являются современные методы. Роль математической модели управляемого объекта для человека играет развернутое описание на простом языке структуры и законов функционирования объекта управления [5].
Результат исследования. В настоящее время в связи с развитием методов искусственного интеллекта появилась возможность интегрировать их в производственные про-
процесс экстраполяции ситуации на модели объекта (приближенное определение значений) функции f в точках, лежащих вне интервалов) продолжается до тех пор, пока не исчерпается заданное число интервалов или будет получена ситуация, удовлетворяющая заданным условиям
_V_
последовательность полученных решений играет роль закона функционирования рассматриваемого объекта (системы)
Проведение последовательности ряда операций
w
для текущей ситуации S(t) в момент времени t фиксируется строка таблицы, которой принадлежит S(t)
_Y_
модель переводится из состояния S(t) в состояние S(t+1)
Рис. 1. Проведение последовательности ряда операций человеко-машинной системы
цессы путем автоматизации рутинных трудоемких операций, например, описывающих старение и функциональные отказы электроустановок в условиях их эксплуатации.
Результативность управления в значительной степени зависит от диагностирования, определяемого качеством информационного обеспечения. Этот подход позволяет количественно увидеть уровень безопасности и разрабатывать соответствующие меры электрической защиты на предприятиях агропромышленного комплекса.
На рисунке 2 можно увидеть составляющие, которые легли в основу концепции диагностирования рисков.
В качестве меры уровня риска электроустановок объекта нами введен интегральный показатель антропогенной безопасности ЧМС «Ч-Э-С» отражающий количественную характеристику, включающую социальный техногенный и экономический факторы.
В настоящее время одним из наиболее опасных видов техногенных угроз в сельском хозяйстве являются пожары в электроустановках производственных и общественных зданий. Основными причинами высокого уровня пожарной опасности являются неудовлетворительное техническое состояние электроснабжения внутренних сетей (электропроводки) и технологического электрооборудования, а также низкий уровень эксплуатации электроустановок. Сюда следует также отнести деградацию, физический и моральный износ токоведущих, изоляционных и конструкционных элементов, пробой изоляции, возникающие перенапряжения в сетях, а также влияние климатических условий внешней среды и микроклимата производственных помещений.
В соответствии с Ф3-123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» для защиты зданий и сооружений используются автоматизированные системы предупреждения пожаров в электроустановках на основе использования высокоэффективной меры электрической защиты -устройств защитного отключения (дифферен-
циальных автоматических выключателей FI-Sehutzschalter) [6]. Нами предусмотрено встраивание дифференциальных выключателей в автоматизированную систему предотвращения пожаров в электроустановках (АСППЭ), позволяющее обнаруживать и контролировать токи утечки, превышающие критический уровень (выше 100 мА).
Главной задачей здесь является введение функциональных и структурных связей между блоками и элементами АСППЭ, предусматривающее:
- получение и выдачу информации о режи -ме электроустановки;
- управление алгоритмом функционирования УЗО с помощью команд, задаваемых АСППЭ;
- диагностирование УЗО в процессе функционирования системы.
Понятие рискообразующего пожарного фактора (РОПФ) - это механизм формирования опасной техногенной ситуации (ОТС). В данном случае риск представлен в виде имитационной модели взаимодействия трех компонентов человеко-машинной системы: персонала, электроустановки и производственной среды, между которыми установлены информационные и энергетические связи, учитывающиеся математической моделью вида:
R£= < Expert, H, Mgk, Ner, X > , (3)
где Expert - множество экспертов, участвующих в оценке, H - шкала оценки интегральных показателей, Mgk - метод главных компонент, Ner - применяемый метод оценивания - нейронная сеть, X - множество входных показателей [7].
Таким образом, разработан экспертно-про-граммный комплекс для оценки и прогнозирования пожарного риска опасности электроустановок, состоящий из подсистем ввода данных и имитационного моделирования для вычисления параметров, оказывающих наибольшее влияние на значение интегрального пожарного риска (рис. 3).
Составляющие концепции диагностирования рисков
идентификация источников опасности и виды производимых
ими воздействий на человека и окружающую среду
формирование системы критериев и показателей
для количественной оценки уровня техногенной безопасности объекта или региона
создание экспертно-программного комплекса (ЭПК) на основе современных информационных технологий, обеспечивающего поддержку принятия решений при управлении безопасностью с учетом особенностей сельскохозяйственной отрасли
Рис. 2. Основа концепции диагностирования рисков электроустановок
■о
О □
■о
О й О ш О
О"
п н ш т х
х
>
а =1 о
■о
О О
о
- резу льтат оценки
- рекомендации по корректировке исходных показателей для уменьшения значения интегрального риска
Рис. 3. Компонентная структура программного комплекса
о гп ь сг
о
О X О со а
0
ч го гп
1 I сг
I
>
Также создано программное обеспечение, автоматизирующее процесс оценки и прогнозирования пожарных рисков электроустановок (рис. 3), и проведен опыт разработанной системы на предприятии агропромышленного комплекса Алтайского края. Как показывают расчеты, внедрение на предприятии программного комплекса позволяет улучшить уровень пожарной безопасности не менее, чем в 10 раз.
На основании исследования можно увидеть, как актуальна тема противопожарной профилактики электрических сетей в агропромышленном комплексе. При известной математической модели функционирования управляемого объекта можно получить процесс оптимизации поиска решений.
Эффективность человеко-машинной системы с компонентами «Человек», «Электроустановка», «Среда» в условиях рисков позволяет применить разработанный экспертно-про-граммный комплекс и программное обеспечение для оценки и прогнозирования опасности электроустановок на объектах агропромышленного комплекса в реальных производственных условиях.
Выводы. В результате проведенного исследования можно сделать вывод о том, что разработанная функциональная схема системы поддержки принятия решений (рис. 4) позволяет автоматизировать проведение анализа и прогнозирования пожарных рисков опасности электроустановок в агропромышленном комплексе.
Рис. 4. Функциональная схема системы прогнозирования пожарного риска
опасности электроустановок
Библиографический список
1. Дробязко, О. Н. Системно-вероятностное моделирование систем обеспечения электробезопасности на объектах АПК / О. Н. Дробязко, Л. В. Куликова, О. К. Никольский. - Текст : непосредственный // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. -2022. - № 2 (208). - С. 94-101.
2. Куликова, Л. В. Энергетический анализ производства продукции растениеводства / Л. В. Куликова, Д. О. Суринский. - Текст : непосредственный // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. - 2022. -№ 4 (96). - С. 176-179.
3. Суринский, Д. О. Методика расчета энергосберегающих мероприятий при защите объектов АПК от вредителей / Д. О. Суринский,
К. А. Карнаухов. - Текст : непосредственный // АгроЭкоИнфо. - 2022. - № 3 (51).
4. Никольский, О. К. Контроль и предотвращение пожаров от токов утечки в электроустановках производственного объекта / О. К. Никольский, В. В. Фараносов, Д. О. Суринский.
- Текст : непосредственный // АгроЭкоИнфо.
- 2022. - № 5.
5. Габова, М. А. Оценка пожарных рисков электроустановок АПК на основе нейронных сетей / М. А. Габова. - Текст : непосредственный // Высокопроизводительные вычислительные системы и технологии. - 2021. - Том 5.
- № 1. - С. 217-221.
6. Никольский, О. К. Модель функционирования системы техногенной безопасности электроустановок / О. К. Никольский. - Текст
: непосредственный // Вестник АПК Ставрополья. - 2021. - № 1 (41). - С. 19-23.
7. Никольский, О. К. Распознавание порядка антропогенных рисков электроустановок в аграрной отрасли / О. К. Никольский, Д. О. Су-ринский, В. В. Фараносов. - Текст : непосредственный // Агропродовольственная политика России. - 2023. - № 4 (107). - С. 27-32.
References
1. Drobyazko, O. N. Sistemno-veroyatnostnoe modelirovanie sistem obespecheniya elektro-bezopasnosti na ob"ektah APK / O. N. Drobyazko, L. V. Kulikova, O. K. Nikol'skij. - Tekst : nepo-sredstvennyj // Vestnik Altajskogo gosudarst-vennogo agrarnogo universiteta. - 2022. - № 2 (208). - S. 94-101.
2. Kulikova, L. V. Energeticheskij analiz proiz-vodstva produkcii rastenievodstva / L. V. Kulikova, D. O. Surinskij. - Tekst : neposredstvennyj // Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2022. - № 4 (96). - S. 176-179.
3. Surinskij, D. O. Metodika rascheta energo-sberegayushchih meropriyatij pri zashchite
Контактная информация: Никольский Олег Константинович
профессор АГТУ им. И.И. Ползунова 625003 г. Тюмень, ул. Республики, 7 E-mail: basumatorovaea.21@mti.gausz.ru
Фараносов Вадим Викторович
соискатель кафедры энергообеспечения сельского хозяйства, ФГБОУ ВО "Государственный аграрный университет Северного Зауралья", 625003 г. Тюмень, ул. Республики, 7 E-mail: 688144@mail.ru
Басуматорова Екатерина Анатольевна
преподаватель кафедры энергообеспечения сельского хозяйства, ФГБОУ ВО "Государственный аграрный университет Северного Зауралья", 625003 г. Тюмень, ул. Республики, 7 E-mail: basumatorovaea.21@mti.gausz.ru
ob"ektov APK ot vreditelej / D. O. Surinskij, K. A. Karnauhov. - Tekst : neposredstvennyj // Agro-EkoInfo. - 2022. - № 3 (51).
4. Nikol'skij, O. K. Kontrol' i predotvrashchenie pozharov ot tokov utechki v elektroustanovkah proizvodstvennogo ob"ekta / O. K. Nikol'skij, V. V. Faranosov, D. O. Surinskij. - Tekst : neposredstvennyj // AgroEkolnfo. - 2022. - № 5.
5. Gabova, M. A. Ocenka pozharnyh riskov elektroustanovok APK na osnove nejronnyh setej / M. A. Gabova. - Tekst : neposredstvennyj // Vysokoproizvoditel'nye vychislitel'nye sistemy i tekhnologii. - 2021. - Tom 5. - № 1. - C. 217221.
6. Nikol'skij, O. K. Model' funkcionirovaniya sistemy tekhnogennoj bezopasnosti elektro-ustanovok / O. K. Nikol'skij. - Tekst : neposredstvennyj // Vestnik APK Stavropol'ya. - 2021. - № 1(41). - S. 19-23.
7. Nikol'skij, O. K. Raspoznavanie poryadka antropogennyh riskov elektroustanovok v agrarnoj otrasli / O. K. Nikol'skij, D. O. Surinskij, V. V. Faranosov. - Tekst : neposredstvennyj // Agropro-dovol'stvennaya politika Rossii. - 2023. - № 4 (107). - S. 27-32.
Contact Information: Nikolsky Oleg Konstantinovich
Professor of I.I. Polzunov ASTU,
Republic Street, 7, Tyumen, 625003, Russian Federation
E-mail: basumatorovaea.21@mti.gausz.ru
Faranosov Vadim Viktorovich
Candidate of the Department of Energy Supply of Agriculture, Northern Trans-Ural State Agricultural University,
Republic Street, 7, Tyumen, 625003, Russian Federation
E-mail: 688144@mail.ru
Basumatorova Ekaterina Anatolyevna
Lecturer of the Department of Energy Supply of Agriculture, Northern Trans-Ural State Agricultural University,
Republic Street, 7, Tyumen, 625003, Russian Federation
E-mail: basumatorovaea.21@mti.gausz.ru
