CC BY
11
7. Бардин В.А., Васильев В.А., Чернов П.С. Принципы построения и перспективы исследований пье-зоактюаторов для нано- и микропозиционирования // Нано- и микросистемная техника. - 2015. - №1. -М.: "Новые технологии".- С. 90 -93.
8. Бардин В.А., Васильев В.А. Актюаторы нано- и мироперемещений для систем управления, контроля и безопасности микроперемещений // Современная техника и технологии. - Февраль 2014. - № 2 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2014/02/ 3057 (дата обращения: 30.04.2016).
9. Амельченко А.Г., Бардин В.А., Васильев В.А. Системы управления и элементы усиливающего пьезоэлектрического актюатора для прецизионного позиционирования // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2015. - № 3 (35). - С. 106-119.
10. Бардин В.А., Васильев В.А., Царев П.С., Чернов П.С. Пьезоэлектрические актюаторы и пьезо-двигатели // Инновационные, информационные и коммуникационные технологии. 2 017. № 1. С. 696-700.
11. Бардин В.А., Васильев В.А., Чернов П.С. Проблемы создания исполнительных механизмов и устройств для нано- и микроперемещений на основе пьезоэффекта // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - М.: Научтехлитиздат, 2015. - № 7. - С. 34-40.
12. Бардин В.А., Вавакин А.А., Васильев В.А., Капезин С.В. Исследование усиливающих пьезоэлектрических актюаторов // Сборник статей международной науч.- техн. конф., посвящ. 70-летию Победы в Великой Отечественной войне «Проблемы автоматизации и управления в технических системах» (г. Пенза, 19-21 мая 2015 г.) / под ред. М. А. Щербакова. - Пенза: Изд-во ПГУ. 2015. - С. 4217 - 430.
13. Бардин В.А., Васильев В.А. Информационно-измерительная и управляющая система прецизионного позиционирования на основе усиливающих пьезоэлектрических актюаторов. актюаторов // Сб. докл. IX Всероссийской науч.-техн. конф. «Метрологическое обеспечение измерительных систем» (г. Пенза, 6-8 октября 2015 г.). - Пенза: Изд-во ПГУ. 2015. - С. 60 - 66.
14. Царев П.С. Пьезоэлектрические актюаторы и их совершенствование с использованием информационных технологий// В сборнике: Информационные технологии в науке и образовании. Проблемы и перспективы сборник научных статей IV ежегодной межвузовской научно-практической конференции. 2017. С. 310-312.
15. Амельченко А.Г., Бардин В.А., Васильев В.А., Царев П.С. Усиливающие пьезоэлектрические актюаторы для систем управления // В сборнике: Проблемы автоматизации и управления в технических системах сборник статей XXXII Международной научно-технической конференции. 2017. С. 246-248.
16. Патент РФ № 2603353 МПК H02N 2/04, H01L 41/113 Усиливающий пьезоэлектрический актюатор /Амельченко А.Г., Бардин В.А., Васильев В.А. // Опубл. Бюл. № 33 от 27.11.2016 г. ПГУ.
17. Патент РФ № 2624773 МПК H02N 2/02 Усиливающий пьезоэлектрический актюатор повышенной точности позиционирования / Амельченко А.Г., Бардин В.А., Васильев В.А., Царев П.С. // Опубл. Бюл. № 19 от 06.07.2017 г.
УДК 62-536.66 Виноградов А.Н.
ФГБУН «Институт Автоматики и Процессов управления ДВО РАН», Владивосток, Россия
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ПРИБОРОВ УЧЕТА РАСХОДА ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ
Доклад посвящен подходу к диагностированию технического состояния приборов для измерения расхода применяемых на одном из наиболее представительных классов объектов теплоэнергетики — открытых системах теплопотребления, то есть таких систем, из которых осуществляется водозабор для нужд горячего водоснабжения. В качестве дефектов рассматриваются наиболее часто встречающиеся на практике — утечки (или подпитки, то есть утечки со знаком минус) и инструментальные погрешности измерений, превышающие допустимые значения. Предложен метод решения задачи, который позволяет не только выявить причину дефекта, но и получить конкретные значения диагностируемых величин утечки и погрешностей.
Ключевые слова:
ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА, ДИАГНОСТИКА ПРИБОРОВ, УЧЕТ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ, РАСХОДОМЕР
При диагностировании измерительных приборов установленных на теплоэнергетических объектах (ОТЭ) для учета и контроля параметров теплоносителя могут использоваться как функциональные, так и тестовые методы диагностирования [1,2]. В теплоэнергетике, безусловно, предпочтительнее использовать функциональные методы. Но реализация данных методов проходит в процессе функционирования объекта, т.е. в эксплуатационном режиме, прерывать который, особенно в течение отопительного сезона, весьма нежелательно. Однако во многих случаях добиться удовлетворительных результатов, т.е. достаточно точно локализовать дефект, не удается с использованием методов функциональной диагностики. При этом практически неизбежной становится организация специальных тестовых режимов работы объекта, т.е. осуществляется переход к тестовым методам диагностирования.
Поэтапная технология диагностирования измерительных приборов.
Измерительные приборы, применяемые на объектах теплоэнергетики, позволяют охарактеризовать работу объекта в каждый момент времени определенной совокупностью измеренных значений параметров теплоносителя в трубопроводах тепловой сети. Понятно, что эти параметры взаимозависимы и не могут изменяться во времени произвольно. Все основные, базовые зависимости между параметрами отражены в проектной документации. Однако использовать эти зависимости при решении задач анализа режимов функционирования и управления зачастую нельзя в силу их неадекватности реальным объектам по различным причинам (отклонение
от проекта при строительстве, устаревание объекта без надлежащих мероприятий по поддержке его технического состояния). При этом, по сути, единственным источником информации об объекте (его моделью) являются результаты измерений параметров, анализируя которые можно выявить реальные зависимости между параметрами и вовлекать их в дальнейшем в процесс решения конкретных задач [3,4]. Другой существенной причиной несоответствия закономерностей изменения параметров закономерностям правильной работы объекта могут быть физические дефекты. Примерами физических дефектов являются утечки в трубопроводах, дефекты вентилей (например, вентиль не позволяет осуществлять перекрытие канала транспортируемой среды), метрологический отказ (погрешность измерительного прибора превышает указанную в его паспорте величину), катастрофические дефекты измерительного оборудования, ассоциируемые с кодами ошибок, индицируемых встроенными средствами контроля.
На первом этапе диагностирования по сути выявляются те или иные нештатные или критические ситуации, приводящие к нарушениям (отклонениям от нормы) в поведении тепловых систем [5]. Причины возникновения некоторых из них могут быть очевидны, так же как и пути их устранения. Однако в общем случае возникновение нештатной или критической ситуации может вызываться несколькими причинами, действующими одновременно. Очевидно, что при этом задача усложняется (по аналогии с задачей диагностирования кратных неисправностей). В данной статье ограничимся рассмотрением систем теплопотребления (тепловых узлов потребителей тепловой энергии, ИТП [6]).
Диагностирование измерительных приборов в закрытых системах теплопотребления
Для объяснения метода диагностирования, рассмотрим закрытую систему теплопотребления, которая является частным случаем открытых систем. Под закрытой понимается система, из которой не осуществляется (в исправном ее техническом состоянии) водоразбор для нужд горячего водоснабжения. На Рисунок 1а) схематично представлена закрытая система теплопотребления.
Заметим, что нам не известны истинные значения расходов в подающем и обратном трубопроводах Мпод и Мобр, а известны лишь их измеренные значения расходомерами 1 и 2 (М1под и М2обр). Очевидно, что в системе должен соблюдаться баланс потоков теплоносителя. Условие соблюдения баланса согласно требованиям нормативной базы (как при коммерческих, так и технологических измерениях) выглядит следующим образом:
| М1под - М2обр| < 0,01г(М1под + М2обр),
где г - допустимая относительная погрешность измерения расхода, в частности требования правил учета [2] не более ±2%.
Нарушение баланса (превышение разности расходов допустимой величины) может объясняться различными причинами. Наиболее вероятные из них две. (Возможны и другие, но они встречаются на практике чрезвычайно редко). Первая - утечка (подпитка) в системе теплопотребления. Вторая -погрешность измерений расхода. Очевидно, что обе эти причины - утечка и погрешность измерений, могут присутствовать одновременно. В этом случае важно знать долю каждого из этих факторов в величине рассогласования расходов.
Далее будем полагать, что причиной рассогласования расходов является либо утечка, либо метрологический отказ измерителей расхода, либо оба эти дефекта одновременно.
Метрологический отказ - превышение относительной погрешности прибора максимально допустимого значения. В дальнейшем будем пользоваться термином погрешность, имея в виду при этом относительную инструментальную погрешность расходомера.
Вначале примем, предположение о том, что величина утечки не меняется и расход теплоносителя поддерживается постоянным в периоды измерений, результаты которых используются при диагностировании измерительных приборов.
Погрешность измерений обусловливается многими факторами. Наиболее существенным из них, во многом определяющим точность результата измерений, является инструментальная погрешность - погрешность средств измерений. Сформулируем задачу диагностирования технического состояния измерительного прибора на примере, когда выявлено превышение величины дисбаланса потоков закрытой системы. В паспорте на средства измерений, а также в нормативных документах указывается относительная погрешность измерительного прибора. Под относительной погрешностью понимается величина:
Л=(хи-хд)/хд , где хи - показание прибора, хд - действительное значение измеряемой величины. Относительная погрешность выражается либо в долях (Л), либо в процентах (5 =100Л%). В дальнейшем будем пользоваться термином погрешность, имея в виду при этом относительную инструментальную погрешность расходомера.
Из 0 имеем:
хи=хд(1+Д) или хи=хд(1+0,015).
Вернемся к рассмотрению схемы
Рисунок 1а) . Положим, что величина рассогласования результатов измерений расхода в прямом и обратном трубопроводах превышает допустимое значение. Для определения причин этого рассогласования проводиться следующий тест. Меняются расходомеры 1 и 2 местами ( Рисунок 1б) ) , обеспечивая при этом неизменность всех прочих условий измерений, главное из которых - сохранение значений расходов в прямом и обратном трубопроводах. Если после такой замены
картина не изменится, т.е. М1под - Мобр = М2под -М1обр, то, очевидно, что причина не в погрешностях расходомеров, а в утечке (подпитке).
Расходомер
№1
- Мп„ Подающии по
трубопровод
Прибор отображающий
трубопровод
/ Система
М' / х отопления
М2 Мпод " Мобр
Утечка
Расходомер №2
Подпитка
п - Мпг
Подающий пс
трубопровод
а)
Расходомер ' №2
Прибор отображающий измеренные расходы
М2
М'обр
трубопровод
а
Система отопления
Утечка
Расходомер №1
Подпитка
б)
Рисунок 1
Если же в результате измерений согласно схеме Рис 1б) получим обратный (по знаку величины рассогласования) результат, то есть М1под - М2обр = -(М2под - М1обр), то рассогласование объясняется погрешностями приборов. Однако наиболее вероятны не эти крайние случаи, а другие, определяемые соотношениями:
М1под-М2обр^М2под-М1обр, М2под-М1обр^- (М2под-М1обр) Соответствующие 0 рассогласования результатов измерений вызываются совместным влиянием (наличием) утечки и погрешностей расходомеров. На практике, как было отмечено ранее, важно знать количественные характеристики этих величин.
Введем для упрощения формульного представления результатов измерений следующие обозначения:
М1под=а, М2обр=Ь, М2под=с, M1под=d; Д1 (Д2)
по-
грешности расходомеров 1 (2) в долях; 81 (82) -погрешности расходомеров 1 (2) в процентах; к1=1+Д1, к2=1+Д2.. Величины к1 и к2 назовем коэффициентами погрешностей расходомеров 1 и 2. Далее, абстрагируясь от содержательной стороны дела, сформулируем формальную постановку задачи диагностирования.
Дана система четырех уравнений с четырьмя неизвестными.
к№„п„ = а
1 под
к2М обр = Ь
к2м под = с
кМ обр =а
Необходимо определить количественные характеристики неизвестных системы.
Получение решения для абсолютных показателей работы тепловых систем
Система уравнений 0, имеет бесконечное множество решений, если в качестве искомых величин рассматривать переменные Мпод, Мобр, к1 и к2. С учетом этого определение конкретных значений переменных не представляется возможным, но возможно определение интервалов, в которых они находятся, в предположении, что погрешность каждого из измерительных приборов не превышает определенной величины, выбираемой из практических соображений. Однако получаемые при этом «интервальные» решения нельзя признать удобными для дальнейшего использования. Более того, на практике первоочередной интерес представляют не
значения погрешностей приборов измерения расходов (которые принципиально могут быть получены лишь при поверке расходомеров с использованием эталонного расходомера), а то, насколько они рассогласованы, то есть насколько расходятся их показания при измерении одинаковых величин. То же можно сказать и о расходах Мпод, Мобр. Интерес представляют в основном не конкретные значения расходов в подающем и обратном трубопроводах системы и даже не конкретное значение их разности (утечки), а относительная разность расходов, то есть относительная утечка, показывающая, насколько велики относительные потери теплоносителя в системе.
Получение решения для относительных показателей работы тепловых систем
С учетом вышесказанного, модифицируем постановку задачи и в качестве искомых величин при решении системы уравнений 0 примем относительную утечку 8М и относительную разность коэффициентов погрешностей 8к расходомеров 1 и 2:
8М (%) = 100( Мпод - Мобр) / 0,5 (Мпод + Мобр), 8к (%) = 100(к1 - к2) / 0,5(к1 + к2) Получим в общем виде выражение для определения значения относительной утечки 8М, исходя из результатов измерения расходов до и после перестановки расходомеров. Для этого разделим числитель и знаменатель правой части выражения 0 на
Мпод:
8М (%) =100(1- Мобр / Мпод) / 0,5(1 + Мобр / Мпод), Далее, обратившись к паре уравнений 4 и 1 (и разделив левую часть уравнения 4 на левую часть уравнения 1 и правую часть уравнения 4 на правую часть уравнения 1), а так же 2 и 3 системы уравнений 0, получим: Мобр/Мпод=^а=Ь/с
Подставив в 0 вместо Мобр / Мпод значения d / а или Ь / с из 0, имеем:
8М(%)=100(1-^а)/0,5(1+^а)=100(а-^/0,5(а+^ или
8М(%)=100(1-с/Ь)/0,5(1 + с/Ь)=100(с-Ь)/0,5(с+Ь)
Выражения 0 и 0 позволяют определить конкретное значение относительной погрешности системы. Аналогичным образом могут быть получены выражения для вычисления относительной разности коэффициентов погрешностей:
8к (%) = 100(а - с) / 0,5(а + с) 8к (%) = 100^ - Ь) / 0,5^ + Ь) Применение метода для открытых систем
Рассмотрим применение описанного метода диагностирования приборов учета на конкретном объекте - открытой системе теплопотребления жилого дома, расположенного в г. Владивостоке по ул. Давыдова 28. На рис.2 представлен график изменения относительной разности расходов 8М (%) во времени. Значительный разброс 8М от -9% до +92% обусловлен водопотреблением горячей воды из системы теплоснабжения.
Рисунок 2
Использование метода в открытых системах жилых домов становится возможным при условии, что в ночные часы водопотребление горячей воды и утечка теплоносителя отсутствуют или их значения не оказывают значительного влияния на измерения. Статистические данные по теплопотреблению жилых домов с открытыми системами это условие в большинстве случаев подтверждают. На рис.2 диапазон допустимого изменения 8М выделен белым цветом и составляет ±4%. С 28.10.17г. по 6.11.17г. ночные значения 8М находились в допустимом диапазоне (8М~+1,5%). Возникновение нештатной ситуации возникло с 6.11.17г. - ночные значения 8М стали превышать допустимый диапазон (8М~+9%). После перестановки расходомеров в соответствии с методикой диагностирования с 22.11.17г. по 28.11.17г. ночные значения 8М (%) поменяли знак на противоположный (8М~-9%), соответственно рассогласование объясняется погрешностями приборов. В результате обследования и замены расходомеров, было выявлено инородное тело (металлическая окалина, рис.3), удаление которого
28.11.17г. нормализовало 28.11.17г.).
ситуацию
(8М~0%
Рисунок 3
с
ЛИТЕРАТУРА
1. Кузнецов Р.С., Мониторинг и верификация телеизмерений с тепловых пунктов // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2017. Т. 2. С. 53-57.
2. Чипулис В.П., Повышение точности измерений потребления горячей воды в жилом секторе // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2017. Т. 2. С. 109-111.
3. Кузнецов Р.С., Чипулис В.П., Информационно-аналитическое обеспечение систем мониторинга, анализа и управления объектами теплоэнергетики // Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук. 2016. № 4 (188). С. 116-124.
4. Чипулис В.П. Выбор и оценка эффективности регулирования режимов теплопотребления // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2016. № 2. С. 193-197.
5. Виноградов А.Н., Опыт применения «интернета вещей» и датчиков температуры wi-fi для энергосбережения тепловой энергии на объектах жкх // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2017. Т. 1. С. 267-272.
6. Виноградов А.Н., Опыт разработки автоматизированной системы управления технологическими процессами центральных тепловых пунктов (на примере ЦТП г.Фокино) // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2016. № 2. С. 198-200.
УДК 623.2 (083.75)
Антиликаторов А.Б., Бобылкин И.С., Зубцова И.С., Остроумов И.В.
ФГБОУ ВО «Воронежский Государственный технический университет», Воронеж, Россия
МОДУЛЬНАЯ ВСТРАИВАЕМАЯ ВЫСОКОИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ
В данной работе рассматривается встраиваемая электронно-оптическая система. Данная система позволяет анализировать видеоданные, расширяя и добавляя функциональные возможности. Её применение ускорит решение различных задач автоматизированного мониторинга, а также позволит упростить наблюдение за определенными территориальными пространствами. Ключевые слова:
ВЫСОКОИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ И РАСПОЗНАВАНИЯ, МОДУЛЬНАЯ СХЕМА, ВИДЕОКАМЕРА
вила. Это позволяет быстро реконфигурировать систему для реализации функции быстрой замены или дополнения требующейся аппаратной или программной части. Данная система отличается от остальных возможностью интеллектуального анализа записываемой видеоинформации, под которым подразумевается адаптивная коррекция помех и погрешностей изображений, при всевозможных нюансах функционирования системы, что повышает вероятность обнаружения и распознавания определенных объектов и получение их детально чётких изображений.
Структурная схема предлагаемой системы видеонаблюдения.
Структурная схема предлагаемой системы видеонаблюдения реализуется из следующих конструктивных элементов: четырехканальная плата ввода аналогового видеосигнала SP-4 4 4a-cPCI, спецвычислитель СР3 0 8 базирующийся на процессоре IntelPentiumCore 2 Duо, модуль предварительной обработки изображения базирующийся на программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС), интеллектуальный модуль обработки изображения на основе цифрового сигнального процессора (ЦСП) и ПЛИС, две портативные видеокамеры (аналоговые или цифровые) — обзорная и длиннофокусная, система ориентации длиннофокусной видеокамеры, и представлена на рис. 1.
Введение. Главная функция интеллектуальных систем видеонаблюдения - регистрация всей поступающей видеоинформации без компьютерной обработки, либо фиксация исключительно кадров, перемещения объектов, соответствующих определенным физическим параметрам. Это позволяет исключить основные минусы систем видеонаблюдения, а именно: затрудненность поиска определенного объекта в суммарном количестве поступивших видеоданных, необходимость применения хранилищ информации большого объема, потребность непрерывного мониторинга обстановки на экране (дисплее камеры), трудности (порой неосуществимости) реорганизации системы для выполнения другой задачи.
Применение интеллектуальных систем видеонаблюдения и формирование привязанной к ней элементной базы, средств и способов обработки видеоданных дает возможность существенно увеличить производительность систем видеонаблюдения благодаря распознаванию в соответствии с заранее подготовленными параметрами элементов и явлений. Кроме того, существенно улучшается качество записываемого сигнала изображения, регистрируя детально чёткие изображения определенных объектов (к примеру, идентификация человека или номера машины).
Очевидно, что построение подобных систем будет оптимальным при применении модульного пра-
Рисунок 1 - Структура системы
Предлагаемая структура позволяет выполнение следующих функций: ввод изображения и упрощенная правка искажений; выявление на изображении объекта определенного разряда; прием детально четкого изображения обнаруженного объекта способом наведения длиннофокусной видеокамеры на объект; фиксация определенного события (например, пере-
сечение человеком определенной территории); запись информационных данных; последовательный поиск объектов или событий.
Также система имеет возможность оснащения модулями распознавания объектов по конкретным изображениям, фиксирование геометрических критериев обнаруженных объектов, увеличение четкости видеоизображения перемещающихся объектов.
