CC BY
21
УДК 621.3
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОДСИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ СТАЛЬНЫХ КАНАТОВ ПОЛЯРНОГО КРАНА АТОМНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
© 2011 г. А.В. Павленко, В.С. Пузин, А.А. Гуммель, Д.В. Батищее, ДА. Щучкин, В.В. Медведев, А.Ю. Вороное
Южно-Российский государственный South-Russian State
технический университет Technical University
(Новочеркасский политехнический институт) (Novocherkassk Polytechnic Institute)
Рассматриваются вопросы разработки программного обеспечения подсистемы контроля состояния стальных канатов полярного крана атомной электростанции. Предложенные алгоритмы позволяют анализировать и отображать данные с измерительных каналов системы в режиме реального вр е-мени. Дается описание функциональных возможностей разработанного программного обеспечения в составе подсистемы технической диагностики состояния канатов.
Ключевые слова: дефектоскопия; стальные канаты; подсистема контроля; разложение в ряд Фурье; алгоритм.
The issues of software development subsystem status monitoring of steel ropes polar crane nuclear power plant. The proposed algorithms allow you to analyze and display data from the measuring channels of the system in real time. A description of the functionality of the developed software as part of a subsystem technical diagnosis of the condition of the ropes.
Keywords: inspection; steel ropes; monitoring subsystem; the Fourier series expansion; the algorithm.
Для обеспечения надежности, безопасности и эффективности эксплуатации полярного крана АЭС в составе системы управления краном применяется подсистема контроля состояния стальных канатов [1].
В соответствии с функциями программное обеспечение (ПО) подсистемы должно обеспечивать одновременные прием, обработку и хранение данных от датчиков системы, взаимодействие с внешними устройствами, визуализацию данных контроля и браковку каната. Процесс автоматической регистрации и идентификации дефектов стальных канатов усложняется вследствие того, что наружная поверхность каната состоит из множества переплетенных проволок, которые при продольном намагничивании соответствующего участка, необходимом для выявления дефекта, создают поля рассеяния, маскирующие поля дефектов. Аналогично сказываются механические воздействия и другие дестабилизирующие факторы [2],
которые должны учитываться алгоритмами обработки данных.
Для выполнения установленных требований разрабатываемое ПО должно обладать высокой производительностью, возможностью непрерывной обработки и отображения данных. Эти требования были достигнуты за счет реализации функционала в параллельно выполняемых потоках (рис. 1): в сетевом потоке, потоке интерфейса пользователя и в специальном потоковом таймере.
В сетевом потоке работа с сетью организуется параллельно с интерфейсом программы, запускаются два дополнительных потока для параллельного считывания и передачи данных. При этом выполняется ряд операций по считыванию данных измерительных каналов (потеря металлического сечения (ПС), локальный дефект (ЛД) и перемещение (П)) и цифровой обработке данных ПС и ЛД для повышения достоверности идентификации повреждений.
Рис. 1. Схема организации потоков программного обеспечения
Канал «Перемещение» обеспечивает привязку положения обнаруженных дефектов к текущей длине каната с помощью внешних энкодеров, подключаемых по шине CAN. Синхронизация их показаний с фактическим перемещением каната осуществляется с использованием соотношения L = kx + b, где x - показания энкодера, k - коэффициент перевода единиц измерения энкодера в метры, b - смещение относительно начала отсчета длины. Коэффициенты k и b определяются автоматически при выполнении процедуры калибровки энкодера.
Данные канала «Потеря металлического сечения» обрабатываются по формуле
ПС = a--
x - lossO
-1
losslOO - lossO
где x - текущие показания канала ПС, lossO, losslOO -калибровочные показания канала ПС, полученные от калибровочного каната (при значении ПС больше нормы фиксируется превышение допустимой потери металлического сечения). Для обеспечения заданной точности функционирования канала ПС производится его калибровка в два этапа.
1. Магнитный датчик [3, 4] устанавливается на калибровочный канат, и осуществляется автоматический подбор коэффициента усиления канала. При этом фиксируются показания lossO, принимаемые за 0 % потери металлического сечения. В случае невозможности установки требуемого коэффициента усиления выдается сообщение о неисправности канала ПС и процесс калибровки завершается.
2. Устанавливается калибровочный канат с заданной величиной потери металлического сечения, и фиксируются показания канала ПС losslOO.
Результаты измерения канала «Локальный дефект» обрабатываются посредством оконного преобразования Фурье [1] для конечного числа точек согласно представленному ниже алгоритму:
1. Разложение сигнала в ряд Фурье с получением одностороннего амплитудного спектра F(ro);
2. Сглаживание функции амплитудного спектра
F(ffl);
3. Определение локальных максимумов функции амплитудного спектра сигнала F(ю) (для двух участков спектра сигнала);
4. Определение соотношения локальных максимумов (коэффициент К) функции амплитудного спектра сигнала F(ю);
5. Если соотношение больше заданной величины, то в данном сигнале имеется сигнал от дефекта, иначе сигнала от дефекта нет.
При проведении настройки канала ЛД автоматически подбирается такой коэффициент усиления, чтобы уровень сигнала от калибровочного каната соответствовал середине диапазона входных сигналов, что позволяет максимально повысить достоверность контроля.
Потоковый таймер обеспечивает периодическое сохранение результатов дефектоскопического контроля в файлах данных. При этом полученные данные проверяются на соответствие «Нормам браковки канатов грузоподъемных кранов» (п. 1а, б, е, приложения 13 к ПБ 10-382-00 «Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов») с учетом требования п. 5.1.3 НП-043-03 «Требования к устройству и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов для объектов использования атомной энергии» для формирования рекомендации запрета работы подъемного механизма в соответствующий поток, при наличии дефектов.
Программа имеет многооконный интерфейс. Структура взаимодействия между оками представлена на рис. 2.
Архив дефектограмм
Главная
форма
Общие настройки
Просмотр дефектограмм
Настройки энкодеров
Рис. 2. Структура программы
На главной форме (рис. 3) расположены все органы управления магнитным датчиком и отображаются текущие данные контроля.
Рис. 3. Главная форма интерфейса пользователя
С главной формы можно получить доступ к общим настройкам, настройкам энкодеров и архиву дефектограмм. Основными элементами являются: панель состояния датчиков 1, окно отображения дефектограмм 2 и панель обнаруженных дефектов 3.
Панель управления магнитными датчиками служит для получения доступа к настройкам датчиков и контроля их состояния. При этом состояние датчиков отображается с помощью иконок, представленных на рис. 4.
'ж5 га
1 2 3
Рис. 2. Индикация состояний магнитных датчиков:
1 - датчик не подключен; 2 - датчик подключен;
3 - канат подлежит выбраковке
Для визуализации данных на окне дефектограмм используется графическая библиотека ZedGraph [5]. В зависимости от ситуации оператор может выбрать режим отображения графиков дефектограмм: один магнитный датчик либо оба одновременно.
На панели обнаруженных дефектов для каждого из магнитных датчиков отдельно отображается количество обнаруженных дефектов и их месторасположение на канате.
В ходе дефектоскопии все данные сохраняются в архиве дефектограмм. При этом показания каждого магнитного датчика сохраняются в отдельные файлы. Файлы содержат данные контроля (показания каналов ЛД, ПС и их местоположение на канате) и служебную информацию (серийный номер магнитного датчика, калибровочные данные и т.д.), что позволяет однозначно идентифицировать условия проведения дефектоскопии в случае необходимости. Интерфейс про-
смотра сохраненной дефектограммы представлен на рис. 5. Помимо отображения дефектограммы и ее параметров, это окно позволяет распечатать данные об интересующих участках и сформировать протокол дефектоскопии. Формирование протокола дефектоскопии обеспечивается с помощью библиотеки AODL [6], которая предоставляет возможность программно создавать текстовые документы и таблицы в формате odt.
Разработанное программное обеспечение в составе подсистемы технической диагностики состояния канатов для специальных полярных кранов АЭС [7, 8] внедрено и эксплуатируется в ОАО «Атоммашэкспорт» и обеспечивает выполнение следующих функций:
- управление двумя магнитными датчиками контроля состояния стальных канатов ДСКМ, включая диагностику работоспособности модулей определения локального дефекта и потери металлического сечения;
- определение месторасположения магнитного датчика относительно каната путем обработки сигналов энкодера высоты подъема;
- регистрацию локальных дефектов стальных канатов и определение их месторасположения;
- определение потери металлического сечения канатов;
- визуальное отображение дефектограмм локальных дефектов и потери металлического сечения двух канатов;
- обработку информации от датчиков с целью формирования рекомендации запрета работы механизма подъема при выходе параметров дефектов каната за пределы, указанные в «Нормах браковки канатов грузоподъемных кранов» (Приложение 13 к ПБ 10-382-00) с учетом требования п. 5.1.2 НП-043-03;
- сохранение/чтение и печать дефектограмм локальных дефектов и потери металлического сечения двух канатов;
- формирование протоколов результатов контроля канатов и заключений об их дальнейшей эксплуатации.
Рис. 3. Отображение сохраненной дефектограммы
Статья подготовлена по результатам, полученным в ходе выполнения научно-исследовательской работы по государственному контракту №14.740.11.0303 от «17» сентября 2010 г. по теме «Разработка устройств для контроля состояния стальных канатов подъемно-транспортных установок» в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.
Литература
1. Система контроля состояния стальных канатов полярного крана АЭС / А.В. Павленко [и др.] // Изв. вузов. Электромеханика. Спец. вып. Диагностика энергооборудования. 2010. С. 57 - 60.
2. Пузин В.С., Слепченко А.Н., Симонов Д.Н. Математическая модель механических процессов в системе магнитный дефектоскоп - канат // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2007. Спецвып. Проблемы мехатроники. 2006. С. 80 - 83.
Поступила в редакцию
3. Устройства для неразрушающего контроля состояния стальных канатов / А.В. Павленко [и др.] // Горное оборудование и электромеханика. 2007. № 10. С. 42 - 47.
4. Павленко А.В. Комплекс устройств для неразрушающего контроля стальных канатов // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2007. Спец. вып. Проблемы мехатро-ники. 2006. С. 12 - 18.
5. Официальный сайт ZedGraph [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://zedgraph.org/wiki/index.php?title= Main_Page, свободный.
6. Официальный сайт OpenOffice Wiki AODL [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://wiki.services.openoffice. org/wiki/ AODL, свободный.
7. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2010615004. ДСКМ-СА№СМ / А.А. Гум-мель, А.Ю. Воронов, В.В. Медведев. Дата регистрации 1.12.2009. Дата выдачи 28.01.2010.
8. Паспорт «Подсистема технической диагностики состояния канатов диаметром 42 мм специальных полярных кранов АЭС с реакторными установками типа ВВЭР-1000». МАДВ.425850.001 ПМ1. Новочеркасск, ООО НПП «МагнетикДон», 2009.
6 апреля 2011 г.
Павленко Александр Валентинович - д-р тех. наук, профессор, заведующий кафедрой «Электрические и электронные аппараты», Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. (863)25-51-13. E-mail: rn61de@mail.ru
Пузин Владимир Сергеевич - канд. тех. наук, доцент, кафедра «Электрические и электронные аппараты», Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. (863)25-51-13. E-mail: vspuzin@gmail.com
Гуммель Андрей Артурович - инженер-программист, кафедра «Электрические и электронные аппараты», Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. (863)25-51-13. E-mail: gummel@rambler.ru
Батищев Денис Владимирович - инженер-программист кафедра «Электрические и электронные аппараты», Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. (863)25-51-13. E-mail: skifden@mail.ru
Щучкин Денис Александрович - аспирант, ассистент, кафедра «Электрические и электронные аппараты», Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. (863)25-51-13. E-mail: den-a85@rambler.ru
Медведев Виктор Владимирович - старший преподаватель, кафедра «Электрические и электронные аппараты», Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. 25-51-13. E-mail: victor_medvedev@mail.ru
Воронов Артем Юрьевич - магистрант кафедры «Электрические и электронные аппараты», ЮжноРоссийский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. (863)25-51-13 E-mail: auvoronov@gmail.com
Pavlenko Alexander Valentinovich - Doctor of Technical Sciences, professor, head of department «Electric and Electronic Devices», South-Russian State Technical University (Novocherkassk Politechnic Institute).Ph. (863)25-51-13 Email: rn61de@mail.ru
Puzin Vladimir Sergeevich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, department «Electric and Electronic Devices», South-Russian State Technical University (Novocherkassk Politechnic Institute).Ph. (863)25-51-13 E-mail: vspuzin@gmail.com
Hummel Andrew Arturovich - software engineer, department «Electric and Electronic Devices», South-Russian State Technical University (Novocherkassk Politechnic Institute).Ph. (863)25-51-13 E-mail: gummel@rambler.ru Batishchev Denis Vladimirovich - software engineer, department «Electric and Electronic Devices», South-Russian State Technical University (Novocherkassk Politechnic Institute).Ph. (863)25-51-13 E-mail: skifden@mail.ru Shchuckin Denis Aleksandrovich - post-graduate student, assistant, department «Electric and Electronic Devices», South-Russian State Technical University (Novocherkassk Politechnic Institute).Ph. (863)25-51-13 E-mail: den-a85@rambler.ru Medvedev Viktor Vladimirovich - senior lecturer, department «Electric and Electronic Devices», South-Russian State
Technical University (Novocherkassk Politechnic Institute).Ph. 25-51-13 E-mail: victor_medvedev@mail.ru
Voronov Artem Yurievich - graduate student, department «Electric and Electronic Devices», South-Russian State Technical University (Novocherkassk Politechnic Institute).Ph. 25-51-13 E-mail: auvoronov@gmail.com
