CC BY
38
УДК 621.6
Бушмелев1 П.Е., Увайсов2 С.У., Бушмелева2 К.И,
^Управление связи ООО «Газпром трансгаз Сургут», Сургут, Россия 2 БУ ВО ХМАО-Югры «Сургутский государственный университет», Сургут, Россия
РЕАЛИЗАЦИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИМИ СРЕДСТВАМИ БЕСПРОВОДНОЙ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ГАЗОПРОВОДОВ
Приведена характеристика основных компонентов беспроводной системы мониторинга газопроводов и то, как осуществляется контроль и управления ее техническими средствами посредством автоматизированной информационной системы на предприятиях газовой отрасли.
Ключевые слова:
автоматизированная информационная система, беспроводная сенсорная сеть, мониторинг, магистральные газопроводы, беспроводные модули.
Длительная эксплуатация магистральных газопроводов (МГ) предъявляет повышенные требования безопасности к их состоянию, а также к техническим средствам (ТС) используемым при их эксплуатации. Одной из основных проблем, возникающих при эксплуатации МГ, является проблема воздействия на окружающую среду выбросов (утечек) загрязняющих веществ, в большей степени углеводородов, получаемых в результате производственных процессов, осуществляемых при добыче и транспортировки газа [1] . Своевременное обнаружение утечек газа приводит к уменьшению риска аварийных ситуаций и повышает вероятность бесперебойной работы всех производственных объектов газотранспортной системы. При этом мониторинг и диагностика [2] является одним из основных инструментов обеспечения длительной и безаварийной эксплуатации газопроводов.
Одним из способов обнаружения мест утечки газа по всей трассе в целом, является использование беспроводной системы мониторинга газопроводов (БСМГ) [3,4]. Данная система осуществляет сбор и передачу показаний с распределенных датчиков по обнаружению утечек газа, позволяя дистанционно осуществлять непрерывный мониторинг в режиме реального времени. Но для полного контроля над техническими объектами недостаточно одной БСМГ, так как нет прямого доступа к данным всех элементов системы и представление полной картины происходящего.
Основным оборудованием, используемым в БСМГ, являются беспроводные модули (БМ). С их помощью осуществляется контроль над происходящими на газопроводах процессами. БМ состоит из: микропроцессора; датчика обнаружения газа-метана (газоанализатор); радиопередающего (с функцией ретрансляции) устройства; блока (на базе солнечной батареи) автономного питания [2-5].
В связи с этим, целью данной работы будет создание такой автоматизированной информационной системы (АИС) контроля и управления техническими средствами БСМГ, которая будет отображать все рабочие процессы, происходящие в системе в режиме реального времени за счет мнемосхем, и вовремя информировать персонал об отказах оборудования, наличия внештатных ситуаций или обнаружения утечек газа.
В данном случае мнемосхема представляет собой условное графическое изображение технологической схемы БСМГ выполненная как комплекс символов, изображающих элементы системы с их взаимными связями. Главная задача мнемосхемы: отображать логику контролируемых и управляемых процессов, способствовать упрощению поиска и опознания нужной информации и способствовать оперативному принятию правильных управленческих решений.
Актуальность темы связана с тем, что в настоящее время идентификация технологического состояния объектов газотранспортной сети (ГТС) на мнемосхемах осуществляется, как правило, локально под каждый участок МГ на газораспределительных пунктах текущего участка, но нет такой системы, которая объединит все эти мнемосхемы в одну. Результатом работы разрабатываемой АИС будет отображение текущего состояния всей ГТС с оборудованием БСМГ, что позволит выявлять: опасные участки МГ с частым превышением предельной концентрации метана; участки с наиболее частым
выходом из строя оборудования; самые безопасные участки МГ.
В ходе исследования была разработана архитектура будущей АИС контроля ТС БСМГ. За основу создания АИС была взята реализованная ранее архитектура БСМГ [3-5]. Данная архитектура была усовершенствована добавлением резервного БМ, который устанавливается вблизи компрессорной станции, на уровне беспроводных модулей и отображением результатов работы на мнемосхемах на клиентском уровне. Таким образом, в результате работы автоматизированной системы, вся необходимая информация будет отображаться на главной мнемосхеме.
Добавление резервного модуля является необходимостью, так как ранее в БСМГ не было учтено возникновение отказа 1-го БМ, по причине которого данные не были бы переданы на сервер. В работах [2-8] было описано, что беспроводная сенсорная сеть (БСС) состоит из 2 ветвей с N количеством БМ, каждая ветвь охватывает половину расстояния до следующей и предыдущей компрессорной станции. Основным достоинством разрабатываемой АИС является отображение результатов работы БСС на мнемосхемах. Все мнемосхемы отдельных элементов системы обобщаются в главную мнемосхему всего МГ, на которой и будет выводиться информация о состоянии системы и данные об элементах системы, включая метаданные.
Для разработки АИС будут использоваться программные продукты: SCADA-система MasterSCADA, OPC-сервер Modbus Universal MasterOPC Server и MS SQL Server 2008. Функциональная модель АИС (рис. 1) разрабатывалась с помощью CASE - средства AllFusion Process Modeler [4-9], которая является инструментальной средой для визуализации моделирования, анализа, документирования и оптимизации бизнес-процессов, позволяющей графически, используя диаграммы IDEF0.
В границы охвата модели АИС входят все подсистемы информационной системы, представленные функциональными блоками. Входными данными для АИС являются: информация с БМ; данные о БМ; запрос оператора. Управляющие данные: должностные инструкции; правила обнаружения отказов; справочник возможных состояний; математический аппарат обработки данных; эксплуатационные документы. Механизм: оперативный персонал; администратор; оборудование; ЭВМ. Выходные данные: рабочее состояние БМ; индикатор/утечка газа; отчетность; паспорт БМ; индикатор/отказ; статистика.
На диаграмме выделены 4 функциональных блока: модуль импорта данных; модуль ведения базы данных (БД); модуль обработки данных; модуль формирования отчетности. Связи между блоками: значения; данные из БД; данные о БМ; данные для отчетности; данные для записи в БД.
На вход модуля импорта поступает информация с БМ, а на выходе эти данные преобразуются в приемлемую для обработки форму, то есть в значения. Значения из модуля импорта данных подаются на вход модуля обработки данных, которые взаимодействует с модулем ведения БД.
Основная функция модуля ведения БД информационная - хранение показаний всех БМ и паспортов БМ. Также модуль хранит все отчеты и статистику по работе системы. Данные после обработки в модуле обработки данных отправляются на выход в
виде отображения на мнемосхеме рабочего состояния БМ, утечек газа или отказов на сигнализационном дисплее мнемосхемы.
Помимо отправки на выход системы, данные поступают
Внедрение данной автоматизированной информационной системы на предприятиях газовой отрасли, приведет: к уменьшению отрицательного воздействия на окружающую среду выбросов вредных веществ за счет своевременного обнаружения утечек газов; к уменьшению потерь при транспортировке
они преобразуются в форму, удобную для записи, и подаются на выход системы в виде статистики и отчетов. Также они отправляются в БД для архивирования.
газа и, следовательно, увеличение прибыли предприятий; к сокращению расходов на периодические проверки состояния газотранспортной системы и покупку дорогостоящего оборудования для этих проверок.
в модуль формирования отчетности, где
Рисунок 1 - Функциональная модель АИС
ЛИТЕРАТУРА
1. Методы мониторинга качества нефтегазовых коммуникаций: Монография /К.И. Бушмелева, П.Е. Буш-мелев, И.И. Плюснин, С.У. Увайсов; Сургут.гос. ун-т ХМАО-Югры. - Сургут: ИЦ СурГУ, 2014. - 252 с.
2. Бушмелева К.И., Плюснин И.И., Увайсов С.У., Бушмелев П.Е. Аналитическая оценка качества технических средств лазерно-информационной системы мониторинга объектов газотранспортной сети //Надежность и качество: Труды межд. симпозиума. - Пенза, май 2011. - Т.1.- С. 69 - 74.
3. Bushmeleva K.I., Plyusnin I.I., Bushmelev P.E., Uvaisov S.U. Distributed wireless system for monitoring the technical state of objects in gas-transport network //Measurement Techniques. -2013. - V.56, № 3. - P. 226-231.
4. Бушмелев П.Е., Увайсов С.У., Плюснин И.И., Бушмелева К.И. Беспроводная сенсорная сеть обнаружения утечек газа на магистральных газопроводах //Инновационные информационные технологии: Материалы межд. науч.-практ. конф. «I2T-2012». - Прага, апрель 2012. - С. 377 - 380.
5. Бушмелев П.Е., Увайсов С.У., Плюснин И.И., Бушмелева К.И. Информационно-телекоммуникационная система мониторинга газотранспортных объектов //Надежность и качество: Труды межд. симпозиума. -Пенза, май 2012. - Т.2.- С. 91 - 92.
6. Bushmeleva K.I., Plusnin I.I., Bushmelev P.E., Uvaysov S.U. Modeling the optimal parameters for a remote sensing device //Measurement Techniques. - 2011. - V.54, №3. - P. 294 - 299.
7. Плюснин И.И., Бушмелев П.Е., Бушмелева К.И., Дергунов Н.В. Модель системы мониторинга объектов газотранспортной сети на основе топологии Mesh //Инновационные информационные технологии: Материалы межд. науч.-прак. конф. «IT2-2013».- Прага, апрель 2013. - М.: МИЭМ НИУ ВШЭ, 2013. Т. 3. - С. 88 -94.
8. Северцев Н.А. Системный анализ определения параметров состояния и параметры наблюдения объекта для обеспечения безопасности //Надежность и качество сложных систем. 2013. № 1. С. 4-10.
9. Бушмелев П.Е., Расальскис С.А., Увайсов С.У., Бушмелева К.И., Плюснин И.И. Модель сенсорной сети телекоммуникационной системы контроля утечек метана //Качество. Инновации. Образование. -2015. - №3. - С. 28 - 34.
УДК 621.391.677: 519.711.3 Якимов А.Н.
Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения, С.-Петербург, Россия
ТЕХНОЛОГИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ОРИЕНТАЦИИ ЛОКАЛЬНЫХ УЧАСТКОВ ДЕФОРМИРОВАННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Микроволновые антенны, работающие в условиях внешних тепловых и механических воздействий, испытывают существенные деформации, влияющие на их характеристики излучения. В результате деформаций излучающие поверхности этих антенн приобретают сложную пространственную конфигурацию, аналитическое описание которой оказывается затруднительным. Перспективным направлением в оценке возникающих деформаций является математическое моделирование антенны: построение дискретной математической модели ее конструкции и исследование влияния внешних воздействий на форму излучающей поверхности. Предлагаемая технология использует матричный анализ и аналитическую геометрию, что позволяет определить пространственную ориентации локальных участков деформированной излучающей поверхности и оценить их вклад в поле излучения антенны с учетом векторного характера электромагнитного поля. Рассмотрены процедуры матричного представления информации об узловых точках модели, полученной в результате триангуляции антенны, и использования этой информации для определения пространственного положения треугольных локальных участков излучающей поверхности. Показана перспективность использования предложенного подхода в конечно-элементном моделировании излучения зеркальных антенн и антенных решеток.
Ключевые слова:
антенна, деформация, поверхность, локальные участки, пространственная ориентация.
