автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Исследование и разработка методов и средств контроля погасания пламени промышленных печей на основе оптоэлектронных систем с кварцевыми монолитными световодами

□03058004

Шехурдин Антон Александрович

На правах рукописи

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ ПОГАСАНИЯ ПЛАМЕНИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПЕЧЕЙ НА ОСНОВЕ ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ С КВАРЦЕВЫМИ МОНОЛИТНЫМИ СВЕТОВОДАМИ

Специальность 05 13 05 Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2007

003058004

Работа выполнена на кафедре «Электронно-вычислительная аппаратура» Московского государственного института электроники и математики (технический университет)

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Зак Е А

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор Котюк А Ф

кандидат технических наук, доцент Казанский Н А

Ведущая организация ЗАО «Нефтехимпроект»

Зашита состоится » уМ&Я 20(т£г в ^ час мин на заседании диссертационного совета Д 212 133 03 Московского государственного института электроники и математики по адресу 109028, г Москва, Б Трехсвятительский пер , д 1-3/12, стр 8

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГИЭМ Автореферат разослан « »_200 г

Ученый секретарь диссертационного совета к т н , доцент

ЮЛ Леохин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы- В настоящее время во всех отраслях промышленности большое внимание уделяется автоматизации производства, что существенно сказывается на повышении производительности, качества продукции и на снижении вероятности потери контроля над технологическими процессами Последнее особенно важно на взрывопожароопасных объектах, где утрата контроля над текущим состоянием процесса может привести к необратимым последствиям

В соответствии с п 5 3 2 Правил промышленной безопасности для нефтеперерабатывающих производств Ростехнадзора РФ (ПБ 09-563-03) «Рабочие и дежурные горелки необходимо оборудовать сигнализаторами погасания пламени (СПП), надежно регистрирующими наличие пламени форсунки», т е функции СПП подразумевают контроль за наличием пламени и сигнализацию в случае его погасания с последующей реализацией алгоритма управления топливной автоматикой

Анализируя возможность контроля наличия пламени можно сделать следующие выводы методы контроля могут быть основаны на измерении изменения интенсивности светового потока, либо изменения электропроводности или температуры контролируемой среды, причем использование любого из методов подразумевает для повышения точности измерений необходимость введения чувствительного элемента (ЧЭ) в область открытого пламени

Известные устройства регистрируют сигналы инфракрасного (ИК) или ультрафиолетового (УФ) диапазонов, причем необходимым условием их нормальной работы является расположение вне зоны непосредственного излучения пламени, что отрицательно сказывается на точности срабатывания из-за влияния паразитных излучений соседних горелок и раскаленной арматуры

Таким образом, представляется целесообразным дооборудование уже существующих или вновь разрабатываемых СПП специальным оптическим каналом передачи информации, характеристики которого допускают его использование в зоне высокотемпературного теплового излучения пламени, таким образом уменьшая длину подверженного воздействиям помех оптического тракта и тем самым увеличивая надежность функционирования СПП

Нелыо работы является исследование и разработка методов контроля погасания пламени и средств контроля погасания пламени в составе автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) промышленных печей на базе оптоэлектронных систем с использованием средств микропроцессорной техники, а именно -

исследование возможности использования кварцевого безоболочного стержня, торец которого расположен в зоне высокотемпературного теплового излучения пламени, в качестве специального высокотемпературного средства сбора и передачи информации о наличии/отсутствии пламени

Поставленная задача подразумевает

теоретическое изучение возможности использования торца кварцевого стержня, расположенного в зоне высокотемпературного теплового излучения пламени, в качестве ЧЭ,

построение математической модели информационного канала, учитывающей влияние на функцию передачи характеристик кварцевого стержня и оптоволоконного жгута длины, диаметра, геометрии стержня, свойств защитной оболочки,

анализ влияния неинформативных факторов при работе в промышленных условиях, в том числе исследование влияния фонового излучения на чувствительный элемент и изучение возможности его уменьшения путем изменения геометрических параметров кварцевого световода,

исследование степени влияния характеристик используемого топлива на функцию передачи,

практическое создание СПП на базе волоконно-оптических датчиков, анализ возможности реализации функции самодиагностики в рамках разрабатываемой системы,

реализация промышленных протоколов обмена информацией (HART, Fieldbus, Modbus, Profibus, Industrial Ethernet, RS-485) в рамках АСУТП

Методы исследования' При выполнении работы применялся аналитический метод, основанный на рассмотрении известных энергетических (температурных) характеристик пламен и их влиянии на ЧЭ и волоконно-оптический канал с учетом накладываемых на математическую модель допусков и ограничений, решение задачи исследования выполнено на основе законов геометрической оптики распространения оптического излучения, методов дифференциального и интегрального исчисления для определения светопропускания оптического канала

Научная новизна' Предложен, обоснован и исследован метод контроля наличия/отсутствия пламени посредством оптического канала на базе безоболочного кварцевого стержня, последовательно соединенного с волоконно-оптическим жгутом, определена возможность его функционирования в зоне высокотемпературного теплового излучения открытого пламени с использованием одного из торцов кварцевого стержня в

качестве ЧЭ, сформулированы дальнейшие перспективы использования безоболочных проводных оптических структур

Научные результаты диссертации используются в учебно-исследовательской работе, курсовом и дипломном проектировании на кафедре «Электронно-вычислительная аппаратура» Московского государственного института электроники и математики (МГИЭМ)

Практическая ценность Разработана методика, построена математическая модель с целью определения возможности использования высокотемпературного оптического канала для детектирования наличия/отсутствия пламени с использованием составной части этого канала - торца кварцевого стержня, в качестве ЧЭ и на основании полученных результатов доказана возможность реализации постатейной задачи Создан алгоритм обработки информации с учетом требований действующих норм и правил к устройствам данного типа

Результаты диссертационной работы нашли применение при создании опытного образца СПП и подготовке документации для сертификации СПП с целью организации серийного выпуска Опытный образец СПП демонстрировался на выставке «Регионы России - 2005» Автор защищает-

методику определения наличия/отсутствия пламени на основе оптоэлектронных систем с кварцевыми монолитными световодами,

возможность использования торца кварцевого безоболочного стержня в качестве ЧЭ для регистрации высокотемпературного теплового излучения пламени, математическую модель определения наличия/отсутствия пламени на основе оптоэлектронных систем с кварцевыми монолитными световодами, алгоритм функционирования «интеллектуальных» оптоэлектронных систем с кварцевыми монолитными световодами в составе промышленных АСУТП Апробация работы Материалы, входящие в диссертацию, докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях «Методы и средства измерения в системах контроля и управления-2002», «Приборинформ-2003», «Датчик-2004», конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов «МГИЭМ-2003», 1Х-й научной конференции МГТУ «Станкин» (2006), конференции «Автоматизация в промышленности» (2007)

Публикации. По результатам работы опубликовано 11 научных статей и докладов, получено 2 Свидетельства на полезную модель, 1 Патент на полезную модель

Структура н объем работы- Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана структура АСУТП в соответствии с Государственной системой промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП), определена позиция СПП в рамках этой системы, дан обзор пунктов Правил промышленной безопасности в части требований к АСУ ТП в целом и к входящим в состав АСУТП приборам контроля наличия/отсутствия пламени, для обоснования актуальности разработки новых методов и средств контроля, повышающих степень достоверности и надежности показаний о наличии/отсутствии пламени, приведены имеющиеся статистические данные о количестве аварийных ситуаций в печных хозяйствах

Сформулированы основные задачи, решаемые в работе, и положения, выносимые на

защиту

В первой главе проводится классификация и анализ существующих методов контроля наличия пламени ионизационного и оптического, - применяемых в горелочных блоках промышленных печей

Рис 1 Пример расположения блока горелок

Также рассматриваются конкретные приборы, реализующие эти методы, приводятся технические характеристики этих приборов, указываются как недостатки самих приборов, так и методов в целом, выделяются общие для всех СПП параметры

Таблица1

Сравнительная таблица параметров СПП_

Название модели Тип СПП Диапазон измерений Типы используемых топлнв Рабочая ICC) шах Время реакции Пых сигнал Само-диаг-нос-тика Монтаж ЧЭ

ДПЗ-01 ионизац нет данных нет данных нет данных 1сек реле - внутр

СПП1 001-003 оптнч ИК, УФ нет данных нет данных 2сек ШИМ + внешний

СПП 1 04-01 ИК нет данных нет данных 9сек реле + внешний

Парус-002УФ УФ нет данных 60 регулир реле - внешний

С7076 УФ имеются1' 107 4сек реле + внешний

СЛ-90 нет данных нет данных 200 1сек реле - внешний

данные приведены в диссертационной работе

Анализ наиболее близкого по классификации к разрабатываемому оптического метода контроля погасания пламени и реализующих его средств показывает, что ни одно из рассмотренных устройств не предоставляет возможности расположения ЧЭ в зоне теплового излучения пламени, следствием чего является отсутствие обеспечения надежной регистрации наличия/отсутствия пламени из-за наличия фоновых излучений от близко расположенных соседних горелок и раскаленной арматуры

Помимо этого, выявлены следующие недостатки отсутствие унифицированного выходного сигнала и, как следствие, невозможность прямого сопряжения с существующими системами управления противоречит п 5 3 19 Правил промышленной безопасности ПБ 09-563-03, в соответствии с которым «Все приборы, контролирующие работу печи, должны быть регистрирующими», отсутствие функции самодиагностики как обязательной опции прибора Применяемая в некоторых из перечисленных устройств самодиагностика является тестированием работоспособности только фотоприемника и не гарантирует обнаружение неработоспособности оптического тракта в целом,

отсутствие унифицированных требований, и, как следствие, несистематизированная работа в области исследования влияния различных типов топлив на показания ЧЭ, преимущественно внешний по отношению к горелкам монтаж ЧЭ, что снижает достоверность показаний, а также влечет за собой необходимость дополнительных конструкционных решений

Приводится обзор способов уменьшения влияния помех на информационный оптический сигнал

В заключении первой главы в соответствии с действующими нормами и правилами формируется состав технических требований на вновь разрабатываемое устройство, включающий в себя

- функциональные требования,

- технологические требования,

- требования к конструкции СПП,

- требования к электропитанию СПП

Во второй главе на основе концепции измерительных преобразований создана структурная схема СПП

Рис 2 Структурная схема СПП

Также проведены теоретические исследования параметров и свойств элементов структурной схемы, что будет являться основанием для определения входных, промежуточных и выходных характеристик элементов структурной схемы СПП, рассматриваемых в последующих главах диссертационной работы Основные этапы и результаты проведенного в данной Главе научного исследования следующие

1) определение СПП как амплитудного датчика по классификации Волоконно-оптических датчиков (ВОД) и как энергетического по классификации Оптико-электронных систем измерения температуры (ОЭСИТ),

2) физические и химические свойства пламени как первичного источника излучения позволяют говорить о широком диапазоне температур, присутствующих в свечи пламени (А1=1400-1863°С), при этом излучательный спектр пламени имеет 2 максимума к1-3мкм, Х2=4,5мкм,

3) на примере абсолютно черного тела (АЧТ) рассмотрены энергетические характеристики источников теплового излучения, установлены их связи с температурой объекта (закон Стефана-Больцмана, формула Планка) и спектром излучения (закон смещения Вина) В качестве величины, характеризующей энергетический потенциал источника излучения выбрана спектральная плотность энергетической светимости пт,

4) теоретические основы распространения излучения по оптическому каналу в виде прямого и изогнутого цилиндрических стержней постоянного сечения с прямым и скошенным торцами показывают, что на светопропускание кварцевого безоболочного стержня оказывают влияние следующие параметры

- отношение относительных показателей преломления среды распространения оптического излучения и внешней среды определяет апертуру излучения,

- апертура излучения, в свою очередь, определяет общую длину хода лучей и общее количество отражений, что в итоге и определяет светопропускание,

5) обзор существующих средств оптоэлектронного преобразования -фоторезисторов (ФР), фотодиодов (ФД), фототранзисторов (ФТ), - и сравнение их спектральных характеристик со спектром излучения пламени показывает, что наиболее приемлемыми по спектральным характеристикам элементами оптоэлектронного преобразования в рамках данной задачи являются ФР Однако из всех рассматриваемых данные элементы наиболее подвержены влиянию температуры, поэтому при практической реализации задачи их применение потребует использовать дополнительные методы термокомпенсации

Представленная информация позволяет сделать вывод о том, что функция распространения оптического сигнала представляет собой функцию вида

2 пи

\\к\*к2*Р^и ¿<р (1)

о о

где /-ел- - спектральная плотность энергетической светимости - величина, связанная как с температурой, так и с длиной волны/частотой детектируемого излучения, к1 - коэффициент

влияния оптического канала, определяющий энергетические потери сигнала из-за влияния следующих факторов поглощение и рассеивание в материале световодов, френелевское отражение от торцов, неполнота внутренних отражений, к2 - коэффициент оптоэлектронного преобразования, определяющий вид функции интегральной чувствительности фотоприемника, (р- азимутальный угол, V - меридиональный угол (Рис 3)

Рис 3 Прохождение меридиональных лучей через цилиндрический прямой безоболочный световод

С целью создания математической модели были введены и обоснованы следующие допуски и ограничения

a) в качестве излучателя рассматривается один из торцов световода, нагретый до температуры, близкой к температуре горения топлива,

b) торец световода является серым телом, то есть телом, спектр излучения которого подобен спектру абсолютно черного тела (АЧТ) во всем диапазоне длин волн, если они сравниваются при одинаковой температуре,

c) тип рассматриваемого излучения - некогерентное, среднего ИК-диапазона (Л.=1,50 -5,6мкм),

с1) оптический канал представляет собой последовательно соединенный с волоконно-оптическим коллектором кварцевый цилиндрический стержень фиксированной длины, постоянного диаметра, с прямыми торцами, без оболочки Допускается однократный изгиб кварцевого стержня,

е) так как площадь поперечного сечения оптического канала много больше длины волны света (5>>Д), распространение светового потока по оптическому каналу рассматривается с точки зрения законов геометрической оптики,

0 при распространении излучения по оптическому каналу рассматривается ход только меридиональных лучей, влияние косых лучей на передаточную функцию игнорируется,

в процессе распространения оптического излучения один из торцов световода выполняет функцию ЧЭ Следовательно, явление френелевского отражения происходит

только от выходного торца световода Поэтому в формуле общего светопропускания оптического канала учитывающий френелевское отражение коэффициент будет иметь вид (1 - рф)

Вся информация была собрана и обработана с учетом возможности ее использования при моделировании функции преобразования СПП

В третьей главе проведены построение и проверка математической модели функционирования системы контроля погасания пламени на основе оптоэлектронных средств с кварцевыми монолитными световодами

1) Указаны основные физические величины и их значения, используемые в процессе моделирования В частности, для кварцевого стержня указаны следующие параметры

- спектральная область пропускания кварцевого стекла Л = 0,25-7,5мкм, что удовлетворяет условиям регистрации теплового излучения пламени

2) Проведена апробация алгоритма вычисления спектральной плотности энергетической светимости гхт источника излучения по известным значениям его температуры в соответствии с ранее оговоренными допусками и ограничениями к процессу моделирования Сравнивая расчетные данные с графиком распределения спектральной плотности энергетической светимости АЧТ отметим, что полученные результаты находятся в диапазоне г,т= £лт= Ю-1СГВт/см2*л1км, что соответствует диапазону температур 1500-2000К в диапазоне длин волн 0,75^,0мкм и практически совпадает с диапазонами температур рассматриваемых пламен 1673,15-2136,15К для диапазона длин волн 1,36-1,73мкм, 1873,15-2053,15К для диапазона длин волн 1,41-1,55мкм, 1773,15-2093,15К для диапазона длин волн 1,38-1,63мкм для первого, второго и третьего распределений соответственно При этом максимальная относительная погрешность расчета в области высоких температур составляет у=6,4%

Таким образом, предложенный алгоритм расчета может быть использован для определения спектральной плотности энергетической светимости тела по его абсолютной температуре со следующей поправкой

- температура плавления кварца

1= 1710'С,

Г1Тгеа!

/0,064

(2)

3) Произведено вычисление апертурного угла оптического канала 11с п21 = 5ш77/5ш;2 = пс/пс = 1,0/1,5 = 0,6(6) М = агс$т 0,6(6) = 41,8 ис= яП- 41,8 = 48,2 °

где П21 - показатель преломления оболочки оптического канала (воздух, н„=1,0) относительно самого оптического канала (кварц, пс= 1,5) - угол полного внутреннего отражения

4) Рассмотрены общепринятые методики вычисления светопропускания (коэффициента светопропускания) т, при этом введен новый коэффициент ¡¡, позволяющий в рамках вычислений объединить такие параметры как длина и диаметр оптического канала

Р = ув (4)

В первом приближении методика расчета светопропускания оптического канала позволяет с небольшой погрешностью использовать выражение

(5)

которое является справедливым для апертурных углов в пределах 15°

Произведенные вычисления показали, что значение апертурного угла для безоболочного кварцевого стержня (пс=1,5, по-1,0) более чем в 3 раза превышает указанное выше, поэтому требуется использование методики вычисления светопропускания во втором приближении

т = {\-рфУы-~{т,+т2), (6)

/12

Г, =

За/+ 25 да,„у, г ЗМ + 25 да,,^ \р[\пррсу -2р{\пр)Ц'с +2 , За/+ 2

т*р) Се 1 2(ЖШ Р)УС (Р^РрсУ (ЖМГ

где ¿1 - длина оптического канала, рф/ - коэффициент Френелевского отражения, г -показатель ослабления света материалом оптического канала, р - коэффициент отражения от границы раздела сред

5) По имеющимся данным рассмотренных методик произведены вычисления светопропускания составного оптического канала для цилиндрического безоболочного световода постоянного сечения, с прямыми торцами, для случаев прямого и однократно изогнутого световодов, фиксированных геометрических размеров, предложен алгоритм выбора средств фотодетектирования При этом отметим, что волоконно-оптический коллектор является

изделием покупным, поэтому значение его светопропускание указывается в паспорте на изделие

Полученные в процессе моделирования результаты светопропускания составного оптического канала, состоящего из прямого или однократно изогнутого кварцевого стержня 05мм, 1<300мм и волоконно-оптического коллектора (Т/<45%) приведены ниже

Таблица2

Расчет светопропускания для прямого и однократно изогнутого световодов для апертурного угла 502 (распределение температур в пламени при горении слегка обедненной смеси (8,7% природного газа - воздух))

Т, °С т, °к Хмакс, мкм Г1Т, Вт/см2*мкм Г Г

1400 1673,15 1,73 17,34731066 15,48594 6,968675 9,379836 4,220926

1450 1723,15 1,68 20,09504432 17,93885 8,072481 10,86556 4,889502

1500 1773,15 1,63 23,17312373 20,68665 9,308991 12,5299 5,638456

1550 1823 15 1 59 26 64453032 23,78557 10,70351 14,40692 6,483114

1600 1873,15 1,55 30 49271183 27,22084 12,24938 16,48767 7,419449

1700 1973,15 1,47 39,58692784 35,33925 15,90266 21,40498 9,632243

1750 2023,15 1,43 44,81905718 40,00997 18,00449 24,23404 10,90532

1800 2073 15 1,4 50 62266238 45,19085 20,33588 27,3721 12,31744

1830 2103,15 1,38 54,4747817 48,62964 21,88334 29,45497 13,25474

1858 2131,15 1,36 58,16525746 51,92413 23,36586 31,45044 14,1527

1863 2136,15 1,36 58,86778671 52,55127 23,64807 31,83031 14,32364

ТаблицаЗ

Расчет светопропускания для прямого и однократно изогнутого световодов для апертурного угла 505 (распределение температур в пламени при горении богатой смеси (10,96% природного газа - воздух))

Т, °С т, °к Хмакс, мкм Гхт, Вт/см2*мкм т Г

1600 1873,15 1,55 30,49271183 27,22084 12,24938 16,48767 7,419449

1650 1923,15 1,51 34 80246285 31,06816 13 98067 18,81798 8,468093

1700 1973,15 1 47 39,58692784 35,33925 15,90266 21,40498 9,632243

1740 2013,15 1,44 43,73806577 39,04497 17,57024 23,64954 10,64229

1750 2023,15 1 43 44,81905718 40,00997 18,00449 24,23404 10,90532

1760 2033,15 1,43 45 95418369 41,0233 18,46048 24,84781 11,18152

1770 2043,15 1,42 47,10504192 42,05067 18,9228 25,47009 11,46154

1780 2053,15 1,41 48,26828211 43,0891 19,39009 26,09907 11,74458

Таблица4

Расчет светопропускания для прямого и однократно изогнутого световодов для апертурного угла 50® (распределение температур в пламени при горении бедной смеси природного газа с кислородом)

Т, °С т,°к Хмакс, мкм ■Чт. Вт/см2*мкм Г %>(пц Г

1500 1773,15 1,63 23,17312373 20,68665 9,308991 12,5299 5,638456

1600 1873,15 1,55 30 49271183 27,22084 12,24938 16,48767 7,419449

1650 1923,15 1,51 34,80246285 31,06816 13,98067 18,81798 8,468093

1700 1973,15 1,47 39,58692784 35,33925 15,90266 21,40498 9,632243

1750 2023,15 1,43 44,81905718 40,00997 18,00449 24,23404 10,90532

1800 2073,15 1 4 50 62266238 20,68665 9,308991 12,5299 5,638456

1820 2093,15 1,38 53,18246873 27,22084 12,24938 16,48767 7,419449

где ги соответственно светопропускание прямого кварцевого безоболочного стержня и общее светопропускание оптического канала, г" и г^ - соответственно светопропускание однократно изогнутого кварцевого безоболочного стержня (угол изгиба 90°, радиус изгиба И=25мм) и общее светопропускание оптического канала

По результатам моделирования можно сделать следующие выводы

- для задачи контроля наличия/отсутствия пламени использование прямого кварцевого стержня предпочтительнее из-за меньших светопотерь на единицу длины,

- как в случае прямого, так и однократно изогнутого световодов основные светопотери происходят при распространении излучения по оптоволоконному коллектору, причем общее светопропускание коллектора при правильной эксплуатации не может быть менее 45% (т>45%),

- при заданных условиях общие светопотери составного оптического канала с использованием прямого кварцевого стержня составляют -60%, однако для использования в пороговых устройствах, к классу которых относится СПП, данный показатель критическим не является,

- перспективы использования кварцевых безоболочных структур

В четвертой главе рассмотрены требования действующих норм и правил, применяемых к устройствам данного типа в условиях взрывопожароопасных промышленных объектов

Для проверки соответствия требованиям нормативной документации при использовании микроконтроллеров в серийных блоках управления СПП (БУ СПП) был проведен расчет ориентировочной временной задержки (инерционности) при выполнении 1 цикла преобразования и обработки текущего значения показаний ЧЭ

'Е - 'irрш1 + '(ILT + + '„¡Г, —

= 5*10"*+ 1*10*3 +1344*10^ + 50*10-" = (7)

з 2394 *10"® = 2Лмсек = 0,0024с* v «1сек

¡'де ¡¡¡¡¡„а! - время распространения сигнала но оптическому каналу; loeт - время оптоэлектрошщго преобразования; Udt- время цикла аналого-цифро&ого преобразования; t,0f, -время программной задержки.

Полученное значение (je свидетельствует о том, что при использовании микроконтроллера в качестве средства сбора, обработки и передачи информации о наличии/отсутствии пламени создается более чем достаточный запас времени для сигнализации об отсутствии пламени - и.3.3.4 ГОСТ I1 52219-2004 определяет время отклика в случае погасания пламени не более 1сек.

Осуществлена программна-аппаратная реализация задачи, заключающаяся в создании действующего образца устройства контроля погасания пламепи па базе средств ПОД и микропроцессорной техники.

Результатами ГлавыIV являются:

- разработка алгоритма функционирования БУ СПП;

- рекомендации по аппаратной реализации «интеллектуального» БУ С1111:

- проверка и подтверждение соответствия требованиям действующих норм и правил периода формирования единичного показаний о наличии/отсутствии пламени «интеллектуальным» БУ СП11;

- анализ необходимости использования специальных защитных мер при эксплуатации СПИ на взры во пожароопасных производственных объектах;

- создание опытного образца СПП па базе серийно выпускаемой пилотной горелки

(Рис.4):

1'ис.4. Опытный пбразен СПИ

В припо-Асииях приводятся сравнительная таблица общих параметров действующих СПП, графики распределения температур внутри свечи пламени, алгоритм работы системы контроля погасания пламени, листинг блока программы, реализующий алгоритм деления посредством стандартного набора операций микроконтроллера Р1С18Р452

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1) Показана необходимость контроля погасания пламени на взрывопожароопасных объектах и рассмотрены существующие методы и средства решения данной задачи Проанализированы характеристики применяемых сигнализаторов (систем) контроля погасания пламени, указаны их недостатки и предложены решения по их приведению к требованиям действующих норм и правил

2) Предложен новый метод контроля погасания пламени, основанный на использовании составного высокотемпературного оптического канала на базе кварцевого безоболочного световода для возможности размещения чувствительного элемента в зоне высокотемпературного теплового излучения пламени, что позволяет существенно снизить влияние неинформативных факторов

3) В соответствии с концепцией измерительных преобразований сформирована структурная схема СПП и определен тип СПП по классификациям ВОД и ОЭСИТ В процессе диссертационной работы проведен детальный анализ функциональных блоков, входящих в состав структурной схемы СПП

4) Проведено теоретическое исследование светоэнергетических характеристик торца кварцевого стержня как первичного преобразователя теплового излучения пламени в оптическое излучение и проанализированы оказывающие влияние на функцию светопропускания параметры составного оптического канала на основе кварцевого безоболочного цилиндрического стержня постоянного сечения, прямого или однократно изогнутого

5) Сформулированы о обоснованы допуски и ограничения на математическую модель функции распространения информационного сигнала

6) На основании принятых методик создан алгоритм расчета и математическая модель функции преобразования для определения степени светопропускания составного оптического канала на основе кварцевого безоболочного стержня Получены результаты светопропускания прямого и однократно изогнутого оптического канала в соответствии с

заданными параметрами, доказывающие возможность применения данного метода для устройств порогового типа

7) Разработано программное обеспечение для интеллектуального модуля и даны рекомендации по аппаратному обеспечению интеллектуального модуля с учетом действующих норм и правил, предложена методика определения концентрации взрывоопасных смесей на основе анализа временных параметров функционирования аппаратно-программного обеспечения интеллектуального модуля

8) Создан опытный образец СПП на базе серийно выпускаемой пилотной горелки ЭИВ-01, при содействии производственно-научной фирмы «ЛГ-автоматика» подготовлен комплект технической документации для сертификации СПП

9) Определены дальнейшие перспективы исследования кварцевых безоболочных световодов для их использования в области открытого пламени, а именно исследование вопросов временной стабильности оптического канала, его защита от дестабилизирующих воздействий окружающей среды, разработка модуля для калибровки блока управления, определение возможности использования предложенного метода для контроля температуры пламени и определения качества топлива, измерения прочих физических величин

10) В процессе работы над диссертацией по данной тематике опубликовано 11 научных работ, получено 2 Свидетельства на полезную модель, 1 Патент на полезную модель, опытный образец экспонировался на выставке «Регионы России - 2005»

11) Научные результаты диссертации используются в учебно-исследовательской работе, курсовом и дипломном проектировании на кафедре «Электронно-вычислительная аппаратура» Московского государственного института электроники и математики (МГИЭМ)

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1) Зак Е А , Куприянов Ю Н , Шехурдин А А Исследование некогерентных преобразователей наличия пламени горелок промышленных печей // Научно-техническая конференция «Методы и средства измерения в системах контроля и управления» М Автоматизация 2002 213с

2) Зак Е А , Катасонов И И , Шехурдин А А Методы контроля погасания пламени горелок промышленных печей//Сенсор 2002 №4 С 46-49 ISSN 1681-5017

3) Шехурдин А А Разработка модели оптической системы устройства контроля наличия пламени // Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ М МИЭМ 2003 137с

4) Зак Е А , Шехурдин А А Анализ использования монолитного кварцевого световода для контроля наличия пламени горелок промышленных печей // Сборник кафедры ЭВА М МИЭМ 2003 85с

5) Зак Е А , Гудков Ю И , Шехурдин А А Контроль погасания пламени на промышленных объектах Проблемы и способы решения // Международная научно-техническая конференция «Моделирование электронных приборов и техпроцессов, обеспечение качества, надежности и радиационной стойкости приборов и аппаратуры» Сборник трудов Том 3 Под редакцией академика АИН РФ, д т н , проф РыжиковаИВ 2004 123с

6) Зак Е А , Шехурдин А А Контроль погасания пламени промышленных печей Решение задачи на базе средств волоконно-оптической техники // Научно-техническая конференция «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления «Датчик-2004» М МИЭМ 2004 312с

7) Зак Е А , Облова Е А , Шехурдин А А Система контроля погасания пламени на основе безоболочных кварцевых световодов // IX-я научная конференция МГТУ «Станкин» М «ЯНУС-К», ИЦ ГОУ МГТУ «Станкин» 2006 282с

8) Гудков Ю И , Зак Е А , Тув А Л , Шехурдин А А Анализ преимуществ систем контроля погасания пламени взрывопожароопасных промышленных объектов на базе микропроцессорных средств // Аудитория 2007 №1 Стр 58-60

9) Шехурдин А А Использование оптоэлектронных систем с кварцевыми монолитными световодами в АСУ ТП промышленных печей // Автоматизация в промышленности 2007 №4 Стр 23-24

10) Зак Е А , Тув А Л , Шехурдин А А Возможности и перспективы использования безоболочных оптических структур // Научно-техническая конференция «Автоматизация в промышленности» 2007

11) Шехурдин А А Использование проводных оптических структур в системах контроля погасания пламени горелок промышленных печей // Электромагнитные волны и электронные системы 2007 №4 Т 12 Стр 45-48

Введение.

Глава 1: Методы и средства контроля погасания пламени и возможности их дальнейшего развития в системах АСУ ТП.

1.1 Принцип и особенности ионизационного метода контроля пламени.

1.2 Оптический метод контроля пламени, специфика его использования в промышленности.

1.3 Анализ требований современных норм и правил. Способы повышения достоверности информационного сигнала.

1.4 Выводы.

Глава 2: Теоретическое исследование системы контроля погасания пламени на базе высокотемпературных оптических средств.

2.1 Классификация информационных измерительных систем на базе оптических средств.

2.2 Анализ светоэнергетических характеристик оптических источников излучения.

2.3 Теоретические основы распространения оптического излучения.

2.4 Вывод функции передачи некогерентного излучения через оптическую систему.

2.5 Анализ возможности преобразования информационного сигнала на выходе оптического канала.

2.6 Обобщенная модель функции преобразования. Вводимые допуски и ограничения.

2.7 Выводы.

Глава 3: Моделирование функции преобразования оптического сигнала системы контроля погасания пламени.

3.1 Построение и проверка алгоритма расчета светоэнергетических характеристик источника излучения.

3.2 Методика расчета коэффициента пропускания оптического канала.

3.3 Расчет коэффициентов пропускания прямого и однократно изогнутого цилиндрических световодов постоянного сечения.

3.4 Исследование влияния функции оптоэлектронного преобразования на информационный сигнал.

3.5 Алгоритмизация основных этапов процесса моделирования и расчет светопропускания системы контроля погасания пламени.

3.6 Анализ систем погасания пламени по показателям информационности и надежности.

3.7 Разработка требований к схемно-конструктивным решениям СПП.

3.8 Выводы.

Глава 4: Разработка системы погасания пламени на базе высокотемпературных оптических структур как составной части АСУ ТП промышленных объектов.

4.1 Разработка и анализ алгоритма функционирования блока управления СПП.

4.2 Обоснование выбора элементной базы.

4.3 Разработка аппаратного и программного обеспечения блока обработки инфомации. Требования к конструкторскому оформлению.

4.4 Анализ необходимости использования конструкции сигнализатора погасания пламени со средствами взрывозащиты.

4.5 Разработка конструкции сигнализатора погасания пламени.

4.6 Экспериментальные исследования высокотемпературного оптического канала.

4.7 Оценка возможности сопряжения оптической системы с существующими аналогами.

4.8 Обзор перспектив использования кварцевых безоболочных световодов.

4.9 Выводы.

В настоящее время во всех отраслях промышленности большое внимание уделяется автоматизации производства, что существенно сказывается на повышении производительности, качества продукции и на снижении вероятности потери контроля над технологическими процессами. Последнее особенно важно на взрывопожароопасных объектах, где утрата контроля над текущим состоянием процесса может привести к необратимым последствиям.

Специализированные системы, выполняющие диспетчерские функции контроля и регулирования технологических процессов в соответствии со специальными алгоритмами управления, существуют под общим названием "Автоматизированные системы управления технологическими процессами" (АСУ ТП) и строятся в соответствии с иерархической структурой технических средств Государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП), включающей в себя 4 уровня: первый уровень составляют средства получения информации (датчики) и средства воздействия на процесс, второй - средства локального контроля и регулирования, к третьему уровню относятся средства централизованного контроля и регулирования, на четвёртом уровне находятся вычислительные средства автоматизации управления.[1] Далее, применительно к конкретной области промышленности, данная структура имеет различные варианты исполнения.

Например, в нефтеперерабатывающей отрасли АСУ ТП каждой отдельно рассматриваемой установки включает в себя первые три уровня ГСП и имеет следующую структуру: контур распределенной системы управления (РСУ), контур системы блокировок и противоаварийной защиты (СБ и ПАЗ); причем эти контуры должны быть независимы друг от друга, а в рамках контура СБ и ПАЗ - автономные блоки с резервированием и возможностью «горячей» замены. Контроль за состоянием средств автоматизации возлагается на метрологическую службу предприятия.

Основными параметрами для метрологического контроля на технологических линиях объектов нефтеперерабатывающей отрасли являются температура, давление, уровень, расход и состав среды. Соответственно, для контроля каждого из перечисленных параметров существует широкая гамма оборудования КИП (контрольно-измерительных приборов). Правила промышленной безопасности предусматривают общие требования ко всем типам приборов: соответствие категории взрывозащиты и температурной группы взрывопожароопасным классам зоны, в которой располагается оборудование. Технические характеристики приборов включают в себя данные об используемых принципах измерения, поддерживаемых диапазонах измерения, классе точности, требованиях к электропитанию, методах взрывозащиты, допустимых условиях эксплуатации, степени защиты от внешних воздействий, вариантах монтажа, допустимых условиях технологического процесса, а также о способах информационного обмена с другими устройствами. В зависимости от типа информационного сигнала можно обеспечить либо функциональную (т.е. в оптимальном случае - линейно изменяющуюся пропорционально измеряемому воздействию), либо пороговую реакцию на контролируемый параметр технологического процесса. Датчики с функциональным выходом используются для измерения, пороговые - главным образом в качестве аварийных и решающих устройств.

Параллельно с технологическими участками производства метрологическому контролю необходимо подвергать участки, непосредственно не задействованные в получении конечного продукта, но отвечающие за безопасность рабочего персонала и исправную работу исполнительных узлов. К таким участкам относятся линии подачи воздуха к пневмоприводам запорно-регулирующей арматуры, контрольные точки рабочих характеристик оборудования (например, точки контроля температуры нагрева подшипников или точки контроля уровня вибрации насосов и компрессоров), линии подачи топлива к горелочным блокам печей (контроль рабочего давления, температуры, расхода), контроль состояния атмосферы на предмет концентрации вредных и горючих веществ. К этим же участкам относятся основные и пилотные горелки нагревательных печей.

Отметим, что целью применения нагревательных печей в технологических процессах нефтеперегонки является необходимость предварительного нагрева сырья для его последующего деления на фракции. Используемый повсеместно в настоящее время метод нагрева основывается на конвекционном способе передачи тепловой энергии, при котором в качестве источника энергии используется открытое пламя.

Актуальность темы: В соответствии с п.5.3.2 Правил промышленной безопасности для нефтеперерабатывающих производств Ростехнадзора РФ (ПБ 09-563-03) «Рабочие и дежурные горелки необходимо оборудовать сигнализаторами погасания пламени (СПП), надежно регистрирующими наличие пламени форсунки». [2] Аналогичные требования существуют и за рубежом.

Следует отметить, что рабочие горелки (форсунки) используются для нагрева продукта, дежурные или пилотные горелки - для розжига и поддержания факела основных горелок.

Рассмотрим опубликованные статистические данные за 2000г.:

В США проанализированы причины 156 взрывов на печах и в топках котлов 44 котельных. Из этих взрывов 60% произошло при розжиге, 32% - при работе на малых нагрузках. Из обследованных объектов 39% работали на газе, 16% - на мазуте, 45% - на угле. Все взрывы при использовании жидкого топлива произошли при его подаче в горячую топку, что можно объяснить идентичностью свойств углеводородных паров топлива и природного газа.

В Германии проанализированы причины 85 взрывов (хлопков), из которых более половины произошли при включении горелок, в том числе 25% - из-за неправильного розжига, 15% - из-за неправильной предпусковой вентиляции, около 15% - из-за неполадок топливной аппаратуры. Причиной почти всех остальных хлопков (45%) являлось невоспламенение топлива после обрыва факела.

В Японии за 5 лет на котлах малой мощности произошло 200 взрывов, из них 60% - при розжиге. [3]

Аналогичны причины возникновения аварийных ситуаций на нефтеперерабатывающих и нефтехимических производствах России.

Статистика показывает что, несмотря на существование специальных требований к эксплуатации открытого пламени, задача по обеспечению надежного контроля наличия/отсутствия пламени полностью не реализована, к настоящему времени кардинального улучшения ситуации не наблюдается и поиск решения данной проблемы является темой своевременной и актуальной.

Анализируя возможность контроля наличия пламени можно сделать следующие выводы: методы контроля могут быть основаны на обнаружении изменения интенсивности светового потока (так называемый, оптический метод контроля, являющийся наиболее распространенным для промышленных СПП), либо изменения электропроводности или температуры контролируемой среды, причем использование любого из методов для повышения точности контроля подразумевает необходимость приближения чувствительного элемента (ЧЭ) к области открытого пламени.

В мировой практике наиболее широкое распространение получили оптические СПП, принцип действия которых основан на выделении из спектра излучения пламени сигнала определенного диапазона с его дальнейшим преобразованием в эквивалентный электрический сигнал для возможности передачи, обработки и хранения.

Сложность задачи заключается в необходимости получения стабильных показаний от первичных преобразователей в течение длительного времени в условиях агрессивной среды (рабочая температура не менее 1000°С) с использованием разных типов топлив с различными температурами горения и излучательными спектрами.

Известные устройства регистрируют сигналы инфракрасного (ИК) или ультрафиолетового (УФ) диапазонов, причем необходимым условием нормальной работы для них является дистанционный контроль, что отрицательно сказывается на точности показаний о наличии/отсутствии пламени, так как при этом помимо контролируемого излучения на показания СПП оказывают влияние фоновые излучения от раскаленной арматуры и соседних горелок (в случае с пилотными горелками - более мощные излучения от расположенных рядом основных горелок), поверхность ЧЭ загрязняется продуктами горения.

Поэтому представляется целесообразным исследовать возможность осуществления контроля наличия/отсутствия пламени непосредственно из зоны горения путем оборудования уже существующих или вновь разрабатываемых СПП специальными высокотемпературными средствами сбора и передачи информации.

Отметим, что развитие оптоэлектроники, а также совершенствование технологии получения оптических волокон позволило создать принципиально новые устройства для измерения широкой гаммы неэлектрических величин. С учетом главенствующей роли оптических элементов в формировании метрологических характеристик эти устройства получили название «волоконно-оптические датчики» (ВОД) и в настоящее время рассматриваются как самостоятельный класс измерительных преобразователей.[4]

Перспективность применения ВОД в новых средствах измерений определяется их помехоустойчивостью, абсолютной защищенностью от внешних электромагнитных полей и наводок в зоне измерений, большой широкополосностью, полной электрической изоляцией между входом и выходом, устойчивостью к высоким температурам, взрывобезопасностью. Чувствительность же и точность, реализованные в ВОД, в настоящее время не уступают, а иногда и превосходят чувствительность и точность датчиков других типов. Поэтому главной задачей данной работы является исследование возможности построения на базе специальных высокотемпературных оптических средств системы, осуществляющей контроль за наличием/отсутствием пламени промышленных печей непосредственно в зоне горения.

Поставленная задача подразумевает:

- теоретическое изучение возможности использования раскаленного до температуры пламени входного торца оптического информационного канала в качестве ЧЭ (вторичного источника излучения);

- построение математической модели, учитывающей изменение функции передачи информационного сигнала в зависимости от характеристик оптического канала;

- анализ влияния неинформативных факторов при работе в промышленных условиях, в том числе исследование влияния на ЧЭ фонового излучения и изучение возможности его уменьшения;

- исследование степени влияния характеристик используемого топлива на функцию передачи;

- практическое создание СПП на базе ВОД.

Помимо перечисленного, соответствие современным требованиями к средствам контроля и регулирования предполагает:

- анализ возможности реализации средств самодиагностики в рамках разрабатываемой волоконно-оптической системы;

- обеспечение коммутации СПП с входящими в состав АСУ ТП средствами контроля и управления.

П.6.2.2 Общих правил взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств (ПБ 09540-03) предъявляет к АСУ ТП следующие требования:

- постоянный контроль за параметрами процесса и управление режимом для поддержания их регламентированных значений;

- регистрацию срабатывания и контроль за работоспособным состоянием средств ПАЗ;

- постоянный контроль за состоянием воздушной среды в пределах объекта;

- постоянный анализ изменения параметров в сторону критических значений и прогнозирование возможной аварии;

- действие средств управления и ПАЗ, прекращающих развитие опасной ситуации;

- действие средств локализации аварийной ситуации, выбор и реализацию оптимальных управляющих воздействий;

- проведение операций безаварийного пуска, остановки и всех необходимых для этого переключений;

- выдачу информации о состоянии безопасности на объекте в вышестоящую систему управления.[5]

Для соблюдения указанных требований в рамках функциональной нагрузки СПП оптимальным представляется построение блока управления (БУ) СПП на базе средств микропроцессорной техники.

Развитие микроэлектроники и широкое применение ее изделий в промышленном производстве, в устройствах и системах управления самыми разнообразными объектами и процессами является в настоящее время одним из основных направлений научно-технического прогресса.

За последние годы в микроэлектронике бурное развитие получило направление, связанное с выпуском однокристальных микроконтроллеров, которые предназначены для «интеллектуализации» оборудования различного назначения. Использование микроконтроллеров позволяет расширить функциональные возможности оборудования. Например, интеллектуальный датчик может давать более точные показания благодаря применению числовых вычислений для компенсации нелинейности чувствительного элемента или температурной зависимости. Интеллектуальный датчик позволяет работать с разными типами ЧЭ, а также преобразовывать одно или несколько измерений в новое измерение (например, объемный расход и температуру - в массовый расход). Наконец, интеллектуальный датчик позволяет производить настройку на другой диапазон измерений или полуавтоматическую калибровку, а также осуществлять функции внутренней самодиагностики, что упрощает техническое обслуживание. Однокристальные (однокорпусные) микроконтроллеры представляют собой приборы, конструктивно выполненные в виде БИС и включающие в себя все составные части «голой» ЭВМ: микропроцессор, память программ и память данных, а также программируемые интерфейсные схемы для связи с внешней средой. [6] Использование микроконтроллеров в системах управления обеспечивает достижение исключительно высоких показателей эффективности при столь низкой стоимости (во многих применениях система может состоять только из одной БИС), что микроконтроллерам, видимо, в ближайшее время нет разумной альтернативной элементной базы для построения управляющих и/или регистрирующих систем.

Учитывая все вышесказанное, цель диссертационной работы состоит в построении научных основ контактного метода контроля наличия/отсутствия пламени систем АСУ ТП на базе средств ВОД и микропроцессорной техники.

Научным результатом работы является исследование параметров высокотемпературного оптического канала одновременно как источника и как средства передачи информации с созданием математической модели, позволяющей по заданным параметрам оптического канала определять его функциональные характеристики в рамках решаемой задачи.

Практическая ценность работы: итогом диссертационной работы является опытный образец высокотемпературного СПП, созданного на базе серийно выпускаемой промышленной горелки с использованием средств микропроцессорной техники последнего поколения. Также по результатам анализа алгоритма функционирования программного обеспечения БУ СПП составлены рекомендации для определения значения временного интервала, критичного для образования взрывоопасной смеси при погасании пламени горелок без прекращения подачи топлива.

Реализация результатов работы: результаты диссертационной работы нашли применение при создании опытного образца СПП и последующей подготовке документации для сертификации СПП с целью организации серийного выпуска.

Опытный образец СПП демонстрировался на выставке «Регионы России -2005».

Научные результаты диссертации используются в учебно-исследовательской работе, курсовом и дипломном проектировании на кафедре «Электронная и вычислительная аппаратура» Московского государственного института электроники и математики (МГИЭМ).

Публикации; в процессе работы над диссертацией получены 2 Свидетельства на полезную модель, 1 Патент на полезную модель, опубликовано 4 научных статьи и 7 докладов и тезисов на научно-технических конференциях.

Структура работы: Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы и приложений.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1) Показана необходимость контроля погасания пламени на взрывопожароопасных объектах и рассмотрены существующие методы и средства решения данной задачи. Проанализированы характеристики действующих систем контроля погасания пламени и предложены решения по их приведению к требованиям действующих норм и правил.

2) Предложен новый метод контроля погасания пламени, основанный на использовании составного высокотемпературного оптического канала на базе кварцевого безоболочного световода для возможности размещения чувствительного элемента непосредственно в зоне горения, что позволяет существенно снизить влияние неинформативных факторов.

3) В соответствии с концепцией измерительных преобразований сформирована структурная схема СПП и определен тип СПП по классификациям ВОД и ОЭСИТ. В процессе диссертационной работы проведено смысловое наполнение структурной схемы СПП.

4) Проведено теоретическое исследование светоэнергетических характеристик источников оптического излучения и проанализированы оказывающие влияние на функцию светопропускания параметры составного оптического канала на основе кварцевого безоболочного цилиндрического стержня постоянного сечения, прямого или однократно изогнутого.

5) Сформулированы о обоснованы допуски и ограничения на математическую модель функции распространения информационного сигнала.

6) На основании принятых методик создан алгоритм расчета и математическая модель функции преобразования для определения степени светопропускания составного оптического канала на основе кварцевого безоболочного стержня. Получены результаты светопропускания прямого и однократно изогнутого оптического канала в соответствии с заданными параметрами.

7) Разработано программное обеспечение для интеллектуального модуля, даны рекомендации по аппаратному обеспечению интеллектуального модуля, предложена методика определения концентрации взрывоопасных смесей на основе анализа временных параметров функционирования аппаратно-программного обеспечения интеллектуального модуля.

8) Создан опытный образец СПП на базе серийно выпускаемой пилотной горелки ЭИВ-01, при содействии производственно-научной фирмы «JIT-автоматика» подготовлен набор технической документации для сертификации.

9) Определены дальнейшие перспективы исследования кварцевых безоболочных световодов для их использования в области открытого пламени, а именно: исследование вопросов временной стабильности оптического канала, его защита от дестабилизирующих воздействий окружающей среды, разработка модуля для калибровки блока управления, определение возможности использования предложенного метода для контроля температуры пламени и определения качества топлива.

10) В процессе работы над диссертацией по данной тематике опубликовано 11 научных работ, получено 2 Свидетельства на полезную модель, 1 Патент на полезную модель, опытный образец экспонировался на выставке «Регионы России - 2005».

Список терминов, условных обозначений и сокращений

АВТ - атмосферно-вакуумная трубчатка

АСУ ТП - автоматизированная система управления технологическим процессом

АЦП - аналого-цифровое преобразование, аналого-цифровой преобразователь

АЧТ - абсолютно черное тело

БИС - большая интегральная схема

БУ - блок управления

ВАХ - вольт-амперная характеристика

ВОД - волоконно-оптический датчик

ВПГ - верхняя предельная граница измерения

ГОСТ - государственный стандарт

ГСИ - государственная система обеспечения единства измерений

ГСП - государственная система промышленных приборов и средств автоматизации

ИК - излучение инфракрасного диапазона

КИП - контрольно-измерительные приборы

ЛВЖ - легковоспламеняющиеся жидкости

ММ - математическая модель функции преобразования системы контроля погасания пламени

НПГ - нижняя предельная граница измерения

ОЭСИТ - оптико-электронная система измерения температуры

ПБ - правила промышленной безопасности

ПО - программное обеспечение

ПУЭ - правила устройства электроустановок

Ростехнадзор РФ - Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору РСУ - распределенная система управления ТУ - технические условия

СБ и ПАЗ - система блокировок и противоаварийной защиты

СПП - сигнализатор (система) погасания пламени

УФ - излучение ультрафиолетового диапазона

ФД - фотодиод

ФП - фотоприемник

ФР - фоторезистор

ФТ - фототранзистор

ЧЭ - чувствительный элемент

ШИМ - широтно-импульсная модуляция

ЭВМ - электронно-вычислительная машина

AI - analog input (аналоговый входной сигнал) DI - digital input (дискретный входной сигнал) DO - digital output (дискретный выходной сигнал) Lsb - low single bit (бит младшего разряда)

Список опубликованных работ

1) Зак Е.А., Куприянов Ю.Н., Шехурдин А.А. Исследование некогерентных преобразователей наличия пламени горелок промышленных печей // Научно-техническая конференция «Методы и средства измерения в системах контроля и управления».

М. Автоматизация. 2002.213с.

2) Зак Е.А., Катасонов И.И., Шехурдин А.А. Методы контроля погасания пламени горелок промышленных печей // Сенсор. 2002. №4. С.46-49. ISSN 1681-5017.

3) Шехурдин А.А. Разработка модели оптической системы устройства контроля наличия пламени // Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ. М.:МИЭМ. 2003.137с.

4) Зак Е.А., Шехурдин А.А. Анализ использования монолитного кварцевого световода для контроля наличия пламени горелок промышленных печей // Сборник кафедры ЭВА. М.МИЭМ. 2003. 85с.

5) Зак Е.А., Гудков Ю.И., Шехурдин А.А. Контроль погасания пламени на промышленных объектах. Проблемы и способы решения // Международная научно-техническая конференция «Моделирование электронных приборов и техпроцессов, обеспечение качества, надежности и радиационной стойкости приборов и аппаратуры». Сборник трудов. Том 3. Под редакцией академика АИН РФ, д.т.н., проф. Рыжикова И.В. 2004. 123с.

6) Зак Е.А., Шехурдин А.А. Контроль погасания пламени промышленных печей. Решение задачи на базе средств волоконно-оптической техники // Научно-техническая конференция «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления «Датчик-2004». М.:МИЭМ. 2004.312с.

7) Зак Е.А., Облова Е.А., Шехурдин А.А. Система контроля погасания пламени на основе безоболочных кварцевых световодов // IX-я научная конференция МГТУ «Станкин». М.: «ЯНУС-К», ИЦ ГОУ МГТУ «Станкин». 2006. 282с.

8) Гудков Ю.И., Зак Е.А., Тув А.Л., Шехурдин А.А. Анализ преимуществ систем контроля погасания пламени взрывопожароопасных промышленных объектов на базе микропроцессорных средств // Аудитория. 2007. №1. Стр.58-60.

9) Шехурдин А.А. Использование оптоэлектронных систем с кварцевыми монолитными световодами в АСУ ТП промышленных печей // Автоматизация в промышленности. 2007. №4. Стр.23-24.

10) Зак Е.А., Тув A.JL, Шехурдин А.А. Возможности и перспективы использования безоболочных оптических структур // Научно-техническая конференция «Автоматизация в промышленности». 2007.

11) Шехурдин А.А. Использование проводных оптических структур в системах контроля погасания пламени горелок промышленных печей // Электромагнитные волны и электронные системы. 2007. №4. Т. 12. Стр.45-48.

12) Свидетельство на полезную модель №16395

13) Свидетельство на полезную модель №22985

14) Патент на полезную модель №49183

1. Родионов В.Д., Терехов В.А., Яковлев В.Б. Технические средства АСУ ТП // М.: Высшая школа. 1989.250с.

2. Правила промышленной безопасности для нефтеперерабатывающих производств ПБ 09-563-03 // Госгортехнадзор РФ. 2003. 26с.

3. Луговской А.И., Логинов С.А., Паршин Г.Д., Черняк Е.Я. Контроль за работой печей и факельного хозяйства. Сигнализаторы погасания пламени. // Химия и технология топлив и масел. 2000. №5. 28с.

4. Бусурин В.И., Семенов А.С., Удалов Н.П. Оптические и волоконно-оптические датчики // Квантовая электроника. 1985. №5. 30с.

5. Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств ПБ 09-540-03 // Госгортехнадзор РФ. 2003. 48с.

6. Сташин В.В., Урусов А.В., Мологонцева О.Ф. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах // М.: Энергоатомиздат. 1990.224с.

7. Боровский А., Герасимов Л., Дружинин С., Мядзелец Д., Сидоренков А., Филиппов В. Пирометрический измерительный комплекс для стационарного контроля пылеугольной топки // Современные технологии в автоматизации. 2000. №4. 36с.

8. Катыс Г.П. Оптические датчики температуры // М.: Госэнергоиздат. 1959.202с.

9. Зак А.Ф. Физико-химические свойства стеклянного волокна // М.: Ростехиздат. 1962.109с.

10. Мармер Э.В., Гуревич О.С., Мальцева Л.Ф. Высокотемпературные материалы // М.: Металлургия. 1967.172с.

11. Физико-химические свойства промышленных видов кварцевого стекла: Обзор. М.: ВНИИЭСМ. 1975. С.65.

12. Зак Е.А., Касатонов И.И., Шехурдин А.А. Методы контроля погасания пламени горелок промышленных печей // Сенсор. 2002. №4. С.46-49. ISSN 1681-5017.

13. Новицкий П.В. Основы информационной теории измерительных устройств // Л.: Энергия. 1967.245с.

14. Цапенко М.П. Измерительные информационные системы. Структуры и алгоритмы, системотехническое проектирование// М.: Энергоатомиздат. 1985.450с.

15. Основы волоконно-оптической связи / Пер. с англ. Под ред. М. Барноски. М.: Сов. радио. 1980. 271с.

16. Бутусов М.М., Галкин С.Л., Оробинский С.П., Пал Б.П. Волоконная оптика и приборостроение // Л.: Машиностроение. 1987. 328с.

17. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов // Л.: Машиностроение. 1983.134.

18. Бусурин В.И., Носов Ю.Р. Волоконно-оптические датчики: физические основы, вопросы расчета и применения // М: Энергоатомиздат. 1990. 256с.

19. Зак Е.А. Волоконно-оптические преобразователи с внешней модуляцией // М.: Энергоатомиздат. 1989.109с.

20. Поскачей А.А., Чубаров Е.П. Оптико-электронные системы измерения температуры//М.: Энергоатомиздат. 1988. 248с.

21. Конюхов Н.Е., Плют А.А., Шаповалов В.М. Оптоэлектронные измерительные преобразователи // Л.: Энергия. 1977.210с.

22. Чуриновский В.Н. Теория оптических приборов // М.: Машиностроение. 1963.214с.

23. Гуторов М.М. Основы светотехники и источники света // М.: Энергоатомиздат. 1983.153с.

24. Мустель Э.Р., Парыгин В.Н., Методы модуляции и сканирования света // М.: Наука. 1970.267с.

25. Ярив А. Введение в оптическую электронику / Пер. с англ. М.: Высшая школа. 1983. 397с.

26. Fristrom R.M. Flame structure and processes // Oxford University Press, N.Y. Oxford. 1995.

27. Bilger R.W. The structure of diffusion flames // Comb. Sci. Technol. 1976. P.13:155

28. Гейдон А., Вольфгард X., Гордон А. Пламя, его структура, излучение и температура//М.: Металлургиздат. 1959.310с.

29. Гордон А. Спектроскопия и теория пламени // М.: Иностранная литература. 1950.416с.

30. Варнатц Ю., Маас У., Диббл Р. Горение: физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ // М.: Физматлит. 2003. 352с.

31. Хадсон Р. Инфракрасные системы // М.: Мир. 1972.140с.

32. Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г. Справочник по элементарной физике // М.: Наука. 1982.206с.

33. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах//М.: Мир. 1981.157с.

34. Зуев B.C. Распространение видимых и инфракрасных волн в атмосфере // М.: Советское радио. 1970.95с.

35. Лисица М.П., Бережинский JI.H., Валах М.Я. Волоконная оптика // Киев, «Техшка». 1968.375с.

36. Капани Н.С. Волоконная оптика // М.: Мир. 1969. 117с.

37. Кучикян J1.M. Световоды // М.: Энергия. 1973.142с.

38. Мидвинтер Д. Волоконные световоды для передачи информации // М.: Радио и связь. 1983. 336с.

39. Красюк Б.А., Корнеев Г.И. Оптические системы связи и световодные датчики // М.: Радио и связь. 1985.195с.

40. Вейнберг В.Б., Саттаров Д.К. Оптика световодов // Л.: Машиностроение. 1969.453с.

41. Окоси Т., Окамото К., Оцу М., Нисихара X., Кюма К., Хататэ К. Волоконно-оптические датчики //Л.: Энергоатомиздат. 1990.256с.

42. Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин. Измерительные преобразователи. //Л.: Энергоатомиздат. 1983. 212с.

43. Куликовский К.Л., Купер В.Я. Методы и средства измерений // М.: Энергоатомиздат. 1986.448с.

44. Аксененко М.Д., Бараночников М.Л. Приемники оптического изучения // М.: Радио и связь. 1987. 254с.

45. Пресс Ф.П. Фоточувствительные приборы с зарядовой связью // М.: Радио и связь. 1991. 264с.

46. Бусурин В.И., Семенов А.А., Удалов Н.П. Оптические и волоконно-оптические датчики // Квантовая электроника. 1985. Т. 12. №5. С.901-944.

47. Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов // М.: Сов. радио. 1980.112с.

48. Кайдалов С.А. Фоточувствительные приборы и их применение // М.: Радио и связь. 1995.120с.

49. Анисимова И.Д., Викулин И.М., Заитов Ф.А., Курмашев Ш.Д. Полупроводниковые фотоприемники: УФ, видимый и ближний ИК диапазоны // М.: Радио и связь. 1984. 170с.

50. Ишанин Г.Г. Приемники излучения оптических и оптико-электронных приборов // Л.: Машиностроение. 1986.121с.

51. Иванов В.И., Аксенов А.А., Юшин A.M. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы//М.: Энергоатомиздат. 1984. 215с.

52. Берг А., Дин П. Светодиоды // М.: Мир. 1979. 216с.

53. Богданов Э.О. Фоторезисторы и их применение // Л.: Энергия. 1978. 88с.

54. Козелкин В.В., Усольцев И.Ф. Основы инфракрасной техники // М.: Машиностроение. 1967.175с.

55. Сахин В.В., Шалимов В.П. Теплопередача // БГТУ, СПб. 2003. 215с.

56. Корн Г., Корн Т. Математика для научных работников и инженеров // М.: Наука. 1978.450с.

57. Сотсков Б.С. Основы теории и расчета надежности элементов и устройств автоматики и вычислительной техники //1972.272с.

58. Червонный А.А., Лукьяшенко В.И., Котин JT.B. Надежность сложных систем // М.: Машиностроение. 1976. 288с.

59. Богданов Г.П., Кузнецов В.А., Лотонов М.А., Пашков А.Н., Подольский О.А., Сычев Е.И. Метрологическое обеспечение и эксплуатация измерительной техники // М.: Радио и связь. 1990. 240с.

60. Кравцов Н.В., Чирков Л.Е., Поличенко В.Л. Элементы оптоэлектронных информационных систем // М.: Наука. 1970. 356с.

61. Шаталов А.С., Гринберг Л.С., Шаталов Ю.А. Функциональные формирователи электрических сигналов // М.: Энергия. 1974.117с.

62. Мирский Г.Я. Микропроцессоры в измерительных приборах // М.: Радио и связь. 1984. 160с.

63. Мясников В.А., Игнатьев М.Б., Кочкин А.А. и др. Микропроцессоры. Системы программирования и отладки // М.: Энергоатомиздат. 1985. 271с.

64. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление // М.: Энергоатомиздат. 1990. 334с.

65. Блох А.Г. Тепловое излучение в котельных установках // М.: Энергия. 1967.95с.

66. Зигель Р., Хауэлл Д. Теплообмен излучением // М.: Мир. 1975. 308с.

67. Олейник Б.Н., Лаздина С.И., Лаздин В.П., Жагулло О.М. Приборы и методы температурных измерений // М.: Издательство стандартов. 1987. 275с.

68. Потемкин И.С. Функциональные узлы цифровой автоматики // М.: Энергоатомиздат. 1988.320с.

69. Вострокнутов Н.Н. Цифровые измерительные устройства. Теория погрешностей, испытания, поверка//М.: Энергоатомиздат. 1990. 208с.

70. Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника//М.: Горячая линия-Телеком. 1999. 768с.

71. Токхейм Р. Основы цифровой электроники // М.: Мир. 1988. 392с.

72. Майко Г.В. Ассемблер для IBM PC // М.: Бизнес-Информ. 1997. 212с.

73. Шехурдин А.А. Использование оптоэлектронных систем с кварцевыми монолитными световодами в АСУ ТП промышленных печей // Автоматизация в промышленности. 2007. №4. Стр.23-24. ISSN 1819-5962.

74. Правила безопасной эксплуатации и охраны труда для нефтеперерабатывающих производств ПБЭ НП-2001 // Госгортехнадзор РФ. 2001.45с.

75. Зак Е.А., Облова Е.А., Шехурдин А.А. Система контроля погасания пламени на основе безоболочных кварцевых световодов // IX-я научная конференция МГТУ «Станкин». М.: ЯНУС-К, ИЦ ГОУ МГТУ «Станкин». 2006. 282с.

76. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники // М.: Мир. 1993. Т.1. 413с.

77. Островский JI.A. Основы общей теории электроизмерительных устройств // М.: Энергия. 1971. 382с.

78. Правила устройства электроустановок // М.: Энергоатомиздат. 1986. 648с.