автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Методы и средства систем управления экологической надежностью промышленных предприятий

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ЭКОЛОГИЧЕСКУЮ

НАДЕЖНОСТЬ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

1.1. Организация и управление сложными технологическими процессами.

1.2. Контроль за состоянием окружающей среды.

1.3. Выводы по главе. Постановка задачи исследований.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ НАДЕЖНОСТИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

2.1. Математическая модель технологических систем и установок при учете экологических требований.

2.2. Оценка методов повышение экологической надежности действующих промышленных предприятий.

2.3. Выводы по главе.

ГЛАВА 3. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ АТМОСФЕРЫ

НА ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ТРАССАХ.

3.1. Метод измерения профиля загрязнения на горизонтальной трассе

3.2. Разделение падающего и отраженного потоков за счет применения сканирующего устройства.

3.3. Оценка погрешностей при использовании метода сканирования.

3.4. Модуляционный метод разделения падающего и отраженного потоков.

3.5. Выводы по главе.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

АТМОСФЕРЫ НА ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ТРАССАХ.

4.1. Влияние параметров оптической системы на обнаружительные свойства системы.

4.2. Выбор оптической системы измерителей прозрачности на горизонтальных трассах.

4.3. Дальность действия системы измерения параметров атмосферы над протяженными объектами.

4.4. Влияние фоновой засветки на пороговые характеристики системы.

4.5. Выводы по главе.

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА АППАРАТУРЫ, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ

ПРОВЕРКА И ВНЕДРЕНИЕ

5.1. Разработка и внедрение интегрированной автоматизированной системы учета продукции.

5.2. Передвижная система экологического мониторинга над протяженными объектами.

5.3. Выводы по главе

Во введении рассматривается актуальность работы и формулируется цель диссертационной работы.

В первой главе проведен анализ различных систем управления и организации технологических систем и установок с учетом требований экологической надежности . Показано, что при организации и управлении производственными процессами вопросы экологической надежности учитываются не в полной мере.

Далее рассмотрено состояние разработок по контролю за загрязнением окружающей среды . Показано, что в настоящее время большое внимание уделяется дистанционным методам контроля, основанных на лидарных методах измерений состояния атмосферы. Отмечается, что несмотря на большое число работ по данному направлению и высокой разработанности методов и средств измерений недостаточно изучен вопрос об мониторинге окружающей среды над протяженными технологическими объектами (например, трубопроводами различного назначения).

На основании материалов этой главы сформулированы основные задачи исследований.

Вторая глава посвящена исследованию математических моделей производственных процессов с учетом требований экологической надежности производства. С этой целью используется метод штрафных функций. Показано, что учет требований по обеспечению требуемой экологической надежности приводит либо к сохранению оптимального режима работы технологической установки и ее структуры либо необходимости перехода к другому оптимальному режиму и изменению структуры технологического процесса. Предложены методы повышения экологической надежности и проведен их сопоставительный анализ.

Показано, что наиболее предпочтительным является применение подсистем экологического мониторинга в составе действующих интегрированных автоматизированных систем управления производством.

В третьей и четвертой главах рассматриваются вопросы организации контроля загрязнения атмосферы над протяженными технологическими объектами. Предложен метод измерения прозрачности и профиля загрязнения на горизонтальных трассах, расположенных над протяженными технологическими объектами. Рассмотрены способы разделения падающего и отраженного потоков излучения, предложены алгоритмы обработки этих сигналов с целью определения профиля загрязнения вдоль трассы. Рассмотрены особенности построения системы при пространственном и частотном методах разделения падающего и отраженного потоков и проведен сопоставительный их анализ для достижения наилучших результатов.

Показано, что при малых уровнях засветки более целесообразно применять системы с частотным разделением потоков излучения. При больших уровнях фоновой засветки более предпочтителен метод пространственного разделения потоков излучения. В 1работе определены основные погрешности метода измерения прозрачности атмосферы и оценены основные энергетические параметры указанных систем контроля.

Результаты этой главы использованы при разработке системы контроля загрязнения над протяженными объектами, созданной на базе прибора 1ГП-42.

- 10

Пятая глава диссертации посвящена экспериментальной проверке основных теоретических результатов. В ней приводится описание интегрированной автоматизированной системы управления производством с подсистемой экологического мониторинга окружающей среды и разработанной на базе прибора 1ГП-42 системы контроля состояния атмосферы над протяженными технологическими объектами. Экспериментальные исследования этой системы показали высокую ее эффективность при контроле состояния атмосферы над протяженными технологическими объектами. В конце главы указаны предприятия и организации, в которых внедрены результаты диссертационной работы.

В заключении представлены основные результаты и выводы по диссертационной работе.

4.5. Выводы по главе

1. Поперечные колебания оптической системы приемного устройства, связанные с движением транспортного устройства вдоль трассы, приводит к необходимости значительного расширению полосы пропускания при пространственном методе разделения потоков и увеличению помех, обусловленных фоновыми засветками, при модуляционном способе разделения потоков излучения.

2. Показано, что можно существенно уменьшить требуемую полосу пропускания при пространственном способе разделения потоков и уровень помех, обусловленных фоновыми засветками, при модуляционном способе разделения потоков можно счет систем использования стабилизации углового положения оптической оси приемной системы.

3. Показано,что мощность рассеянного сигнала, поступающего на вход приемного устройства, достигает своего максимального значения при определенном значении объемного коэффициента рассеяния. С увеличением длины основной трассы значение объемного коэффициента рассеяния, при котором достигается максимальный сигнал, уменьшается.

4. Получены выражения, позволяющие оценить допустимый уровень фоновой засветки, при котором обеспечивается номинальный режим работы оптико-электронной системы измерения параметров на горизонтальных трассах.

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА АППАРАТУРЫ, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА И ВНЕДРЕНИЕ

Проведенные исследования и полученные результаты позволяют оценить влияние режимов работы и характеристик отдельных элементов производственной цепочки на показатели системы в целом и дать обоснованные рекомендации по выбору режимов работы с целью достижения высокой экологической надежности системы к возникновению различного рода утечек и потерь в производственном цикле, чтобы избежать аварийной ситуации,могущей,привести к значительным экономическим издержкам. В настоящей главе рассматриваются основные направления применения полученных результатов.

5.1.Разработка и внедрение интегрированной автоматизированной системы учета продукции

Данная система была внедрена на Пермской печатной фабрике ГОЗНАК.Основанием для проведения разработки проекта интегрированной автоматизированной системы по оперативному учету продукции (ИАСУП) служат указания ЦСУ СССР (письмо исх.Ы 34-Р/27-79 от 10.10.80г.) и ВГПТИ ЦСУ СССР (письмо исх. N 34-Р/71 от 08.01.82г. Автор данной диссертационной работы являлся руководителем темы по созданию интегрированной автоматизированной системы по оперативному учету продукции и принимал непосредственное участие при ее выполнении [90,913.

Отметим основные особенности этой интегрированной автоматизированной системы по оперативному учету продукции.

Пермская печатная фабрика ГОЗНАК специализирована на выпуске печатных изделий, основная номеклатура которых достигает 150 позиций, из них 15 наименований - изделия строгого учета. Плановая номенклатура выпускаемых изделий в течении планового периода (года) часто подвергается изменениям. Указанные изменения составляют порядка 25 позиций. Срок действия многих заказов не превышает одного месяца.

В связи с этим резко возрастает трудоемкость учета производства изделий, их отгрузки и реализации, так как необходимо вести учет по каждому заказу.

Большие сложности испытывают учетные работники фабрики при учете материальных ценностей. Количество поставщиков сырья и материалов достигает 200, при этом количество учетных позиций материальных ценностей на фабрике достигает свыше 4800.

Значительные затруднения испытывают работники при учете готовой продукции, ее отгрузки и реализации. Это объясняется тем, что план выпуска готовых изделий за месяц включает в себя как плановую номенклатуру (до 88 позиций), так резервную номенклатуру (до 59 позиций). При этом план выпуска готовых изделий за год достигает 230 позиций, разовых - до 545 позиций. Отсюда видно, что номенклатура (учетные позиции) готовой продукции отличается крайней неустойчивостью.

Автоматизации подвергаются все позиции изделий строгого учета. Все процессы передачи материальных ценностей (бумага, полуфабрикаты, брак и готовые изделия) из одного структурного подразделения в другое , от одного материально-ответственного лица к другому, от материально-ответственного лица к исполнителю (рабочему , контролеру и т.д.) и наоборот - строго документируются с наличием подписей обоих сторон.

Ежедневно, в конце смены материально-ответственные лица старшие кладовщики цехов- составляют балансы движения материальных ценностей. Рабочие и служащие смены выпускаются из цеха только после составления баланса. При несовпадении данных балансов производится поиск недостающих экземпляров материальных ценностей.

Поэтому создание ИАСУП является насущной задачей. Создание ИАСУП повысит не только действенность и эффективность всей системы управления, но и качества принимаемых решений.

Целью автоматизированной системы является получение оперативной информации для контроля за ходом производства, точного учета движения изделий строгого учета в масштабе цеха и подготовки исходной информации для учет движения изделий в целом по фабрике.

При проектировании автоматизированной системы основными критериями при выборе решения являлись [80,813:

- возможность реализации решения комплекса задач по оперативному учету движения бумаги, полуфабрикатов, изделий строгого учета и брака по технологическому циклу;

- высокая надежность функционирования системы и достоверность выходной информации;

- возможность широкого использования периферийной техники;

- сравнительно низкая стоимость комплекса технических средств, включая средства вычислительной техники;

- возможность дальнейшего расширения состава задач, решаемых системой, и самой системы.

Для наиболее эффективной автоматизации технологического процесса решения задач, оптимизации суммарного времени решения, оперативного учета и управления в основе высокопроизводительной вычислительной системы лежит формальная модель, позволяющая в распределенной структуре аппаратно-программных средств отображать принятую логическую структуру задач ( в нашем случае структуру дерева). В качестве модели, лежащей в основе вычислительной системы, принята формальная модель коллектива вычислителей^параллельно-последовательной обработкой информации.

Модель коллектива вычислителей с параллельно-последовательной обработкой информации представляет собой многослойную систему с древообразной структурой, элементами которой являются программно-настраиваемые вычислительные модули, выполняющие распределенную обработку информации [82,85].

Число слоев системы определяется числом уровней обработки информации, а размерность каждого слоя - требуемым числом узлов обработки на данном уровне. Анализ решаемой комплексной задачи показал, что для ИАСУП наиболее оптимальной является структура трехуровнего дерева. При этом обработка распределяется по уровням системы следующим образом:

- первый уровень - ввод информации в местах ее возникновения;

- второй уровень - сортировка, корректировка и предварительная обработка подзадач;

- третий уровень - представляет собой узел обработки, с выхода которого снимается конечный результат решения комплексной задачи.

Число входов каждого вычислительного модуля определяется требуемым числом ввода информации. Обработка информации осуществляется параллельно сразу на всех слоях системы с последовательным продвижением результатов послойной обработки от слоя к слою в направлении к вершине дерева.

Процесс решения задачи с помощью предложенной модели осуществляется в двух фазах:

- фаза А, на которой производится параллельное решение подзадач на каждом иерархическом уровне структуры ЙАСУП. При этом каждый вычислительный модуль соответственно решает свою ветвь подзадач с накоплением информации и промежуточных результатов в буферной памяти [84];

- фаза В, на которой производится распределение и последовательная передача данных к последующему уровню структуры с последовательной предобработкой информации (сортировка, корректировка, накопление массивов и т.п.).,

Организация межуровневых связей при построении системы передачи данных определяется распределением решаемых задач по уровням вычислительной системы и их взаимодействием. Анализ вариантов организации связей и реализуемости вычислительной системы проведен с учетом принятой нами древообразной структурой модели коллектива вычислителей с параллельно-последовательной обработкой информации.

Комплекс решаемых задач можно разбить на ряд задач, решаемых самостоятельно (независимые) и ряд зависимых задач, при решении которых используются результаты решения независимых задач.

При этом структура организована следующим образом:

1) между первым и вторым уровнем образованы прямые последовательные связи с ориентацией на решение независимых задач конкретного подразделения (цех, центральная кладовая и т.д.). Между главной машиной и АРМ второго уровня организованы как последовательные прямые связи, так и обратные по линиям ВОЛС [821. При этом главная машина третьего уровня решает зависимые задачи, т.е. оперирует с результатами решения независимых задач второго уровня и формирует банк данных, который постоянно взаимодействует с информационными потоками от второго уровня.

2) комплекс независимых задач разбивается на подкомплексы с одинаковой мощностью входных информационных потоков, но каждый АРМ специализирован, т.е. решает конкретный набор задач. В этом случае каждое подразделение предприятия связано со всеми АРМ второго уровня, передавая каждому АРМ информацию для решения конкретного набора задач. Таким образом, общий информационный поток каждого подразделения разбивается на отдельные специализированные потоки,каждый из которых направлен к определенному АРМ.

3) при необходимости использования для решения независимых задач информации с мест ее возникновения в структуре системы вводятся последовательные перекрестные связи с уровня 1 на уровень 3.

Решение комплекса задач обеспечивает оперативный учет передвижения бумаги, полуфабрикатов, изделий строгого учета по всему технологическому циклу в реальном масштабе времени. Ввод входной информации в автоматизированную систему и вывод выходной информации осуществляется в течение всего рабочего времени функционирования технологического процесса [83].

В целях упорядочения вывода выходной информации установлен следующий регламент:

1) периодичность вывода выходной информации в кладовых технологического цикла два раза в смену;

2) периодичность вывода выходной информации на ВЦ один раз в сутки по окончании работы последующей смены.

Выходной массив , содержащий накапливаемую информацию и информацию об остатках формируется при первоначальном решении комплекса задач.

Решение комплекса задач прекращается в следующих случаях:

1) выход из строя сразу двух ЭВМ;

2) отключение электропитания автоматизированной системы;

3) превышение максимально-допустимой пропускной способности каналов передачи данных.

При внезапном отключении электроэнергии , персонал кладовой переходит на ручной способ учета. После восстановления энергопитания вся информация с ручных документов вводится в ЭВМ.

Интегрированная автоматизированная система по оперативному учету продукции решает задачи } входящие в подсистему управления основным производством и управления сбытом продукции. Взаимосвязь данной системы с другими подсистемами АСУ фабрики осуществляется на основе обмена входящей и исходящей информации, использованием единой информационной базы , единой системы кодирования.

Внутренние информационные связи задач данной системы осуществляются посредством использования единой входной и выходной информации при решении задач различных уровней. Связь задач, решаемых в различные периоды, осуществляется через выходной массив. Информация, полученная при решении задачи за текущий период, используется для решения задач, охватывающих последующие периоды.

Алгоритмы комплекса задач обработки в соответствии с требованиями режима строгого учета продукции на фабрике. В общем виде он представляет из себя алгоритм составления оборотных ведомостей по движению изделий между последовательными участками технологического цикла. Все расчеты ведутся в режиме реального времени.

Следует отметить, что основные задачи решаются в режиме реального времени с выдачей материально-ответственному лицу данных по балансу бумаги в течение последних 15 минут рабочего времени до обеда и до конца смены.

Контроль входной информации осуществляется визуально кладовщиком кладовой, а также производится программно в ЭВМ.

Датчики, установленные на технологическом оборудовании позволяют осуществить контроль прохождения тиражной бумаги через печатные машины. Контроль проводится путем сравнения количества листов , отпущенных из кладовой для выполнения операции печати с количеством тиражных листов, прошедших через технологическое оборудование. В случае несовпадения показателей сигнал передается в соответствующую службу для принятия решения.

Экономическая эффективность от внедрения первой очереди ИАСУП составляет 125,3 тыс.рублей ( в ценах 1982 года).

Основными источниками возникновения экономической эффективности являются:

- сокращение трудоемкости работ по обработке информации ;

- сокращение издержек производства и выявление внутренних ресурсов при использовании материальных, трудовых и финансовых ресурсов в результате упорядочения движения информации и получение результатной информации в полном объеме и более сжатые сроки.

Отличительной чертой данной интегрированной автоматизированной системы учета продукции является наличие в ее составе подсистемы экологического мониторинга. Вдоль производственной цепочки установлены расходометры контроля прохождения производственных материалов, утечка которых может привести к загрязнению окружающей среды. При создании указанной подсистемы особое внимание уделялось вопросам повышения точности расходометров различного назначения [833. В подсистеме экологического мониторинга использовалось имитационное моделирование для выявления места утечки.

При создании интегрированной автоматизированной системы по оперативному учету продукции использовались предложенные во второй главе диссертации рекомендации по организации производственного цикла при высоких требованиях к качеству контроля выходных параметров по выпуску изделий строгой отчетности. Поэтому применяется циклический вид производства с временем производственного цикла равного половине длительности рабочей смены. В этом случае в конце цикла поверяется баланс входного и выходного потоков. В случае отсутствия баланса определяются причины утечки материальных ценностей и принимаются действия по их устранению. Однако и на этом этапе применяются элемента второго способа организации контроля - применение промежуточных точек контроля вдоль технологической цепочки за счет установления различных датчиков и измерительных систем и сравнение этих результатов с результатами машинного моделирования производственных процессов при тех же исходных начальных данных.

Для контроля производственных процессов по всей фабрике в системе ИАСУП используется второй вариант организации технологического процесса с использованием имитационного моделирования процессов вдоль всей технологической цепи и сравнения результатов моделирования с реальными данными, получаемыми в результате производственной деятельности. Все это позволило повысит уровень надежности систем контроля при производстве изделий строгой отчетности. Проведенные экспериментальные исследования принятой системы контроля показали высокую ее эффективность. Специально введенные проверочные утечки материальных ценностей в процессе производства выявлялись автоматизированной системой учета продукции за время меньше 10 минут.

5.2. Передвижная система экологического мониторинга над протяженными объектами

Экологическому мониторингу окружающей среды уделяется большое внимание. Для обеспечения экологического мониторинга в настоящее время создаются комплексы аппаратуры, с помощью которой осуществляется контроль за окружающей средой. Создание таких систем связано, во-первых, с необходимостью выявления опасных, загрязняющих окружающую среду источников и, во-вторых, выявление и измерение концентрации загрязняющих окружающую среду выбросов, с целью принятия соответствующих мер по предотвращению вредных последствий и мер административного и уголовного воздействия на виновников этого происшествия. Вторая задача заслуживает особого внимания, так как при рассмотрении таких дел в суде, последний принимает лишь данные непосредственного контроля состояния окружающей среды в месте выброса. К сожалению, результаты лидарных исследований при этом являются второстепенными и дополнительными к результатам непосредственного анализа состояния окружающей среды. Это необходимо учитывать при создании систем экологического мониторинга.

В настоящее время уделяется большое внимание проблеме измерения состояния и степени загрязнения окружающей среды над протяженными объектами. К таким объектам прежде всего относятся трубопроводы различного назначения. Это могут быть как магистральные газовые и нефтяные трубопроводы, так и производственные трубопроводы действующих предприятий обеспечивающих транспортировку газов и жидкостей к месту их переработки. В связи с этим возникает проблема контроля за состоянием этих объектов и своевременное выявление утечек газов и жидкостей , которые могут представлять опасность загрязнения окружающей среды.

Одним из путей решения задач контроля за состоянием трубопроводов является установка различных датчиков контролирующих сте- -пень утечки продуктов вдоль трассы трубопровода. Однако это сложная и дорогостоящая решение. Поэтому в настоящее время уделяется внимание созданию подвижных систем контроля атмосферы над трубопроводами с целью выявления мест утечки транспортируемых по трубопроводу продуктов. Передвижные системы имеют значительные преимущества перед стационарными системами, обеспечивающими измерения параметров атмосферы только в определенных точках пространства. Передвижные системы обеспечивают измерения в любой точке контролируемого пространства. При этом следует отметить, что подвижные системы должны быть дополнением к сети стационарных систем экологического мониторинга , применяемых для этих целей измерительных систем .

Состав передвижных систем определяется задачами, решаемыми в рамках экологического мониторинга. Поэтому передвижные системы должны содержать аппаратуру для контактного анализа состояния окружающей среды. В состав передвижного комплекса должны входит устройства забора исследуемых проб, аппаратура для экспресс-анализа этих проб. Забор проб осуществляется на базе дистанционных измерений параметров атмосферы, осуществляемых с помощью лидар-ных систем, измерителей прозрачности атмосферы , анализаторов размеров частиц и т.д.[78,79].

Во третьей главе диссертации предложен метод измерения профиля загрязнения на протяженными объектами (трубопроводами). Показано, что реализация этого метода позволяет эффективно контролировать окружающую среду над трубопроводами и на базе этих исследований выявлять места утечек газов и жидкостей, транспортируемых с помощью трубопроводов. Предложенный метод был реализован в комплексной системе экологического мониторинга на протяженными объектами [88,89].

В состав системы входят лидарное устройство, лазерный дальномер и приемная часть измерителя профиля загрязнения над протяженными объектами, теоретические аспекты построения которого рассмотрены в предыдущих разделах диссертации. Система экологического мониторинга создана на базе прибора ГП-42, в состав которого входят лазерный дальномер , система визуального наведения на исследуемый объект и система стабилизации углового положения оптической оси оптической системы. Для осуществления лидарного режима работы этого комплекса было модернизировано приемное устройство лазерного дальномера с целью расширения его динамического диапазона до 104. На выходе приемного устройства установлен быстродействующий аналогоцифровой преобразовать и быстродействующее запоминающее устройство. Особенности этого блока были рассмотрены ранее в работе [55]. Поэтому о подробностях техни

Рис.5.1. Структурная схема измерителя профиля загрязнения над протяженными трассами 1- избирательные фильтры падающего и отраженного каналов, 2- фотоприемное устройство, 3- оптическая система приемника, 4- система стабилизации углового положения оптической оси приемника, 5-детектор канала падающего потока, 6- детектор канала отраженного потока, 7 -приемная система канала управления положением оптической оси системы, 8 - гиростабилизатор, 9-решающее устройство, 10 - блок управляющих воздействий гиростаби-лизатора, 11- регистрирующее устройство, 12- аналого-цифровой преобразователь , 13- запоминающее устройство, 14- измеритель отношения сигнал/шум, 15- регистрирующее устройство измерителя отношения сиг-нал/щум. ческого решения этого канала мы говорить не будем.

Основное внимание мы уделим описанию приемно-регистрирующего устройства, обеспечивающее измерение профиля загрязнения вдоль протяженных объектов. В предыдущих разделах было показано, что разделение падающего и отраженного от отражателя потоков можно обеспечить двумя способами - за счет углового сканирования и частотного разделения каналов. После проведенных теоретических и экспериментальных исследований было показано, что применительно к устройству ГП-42 с его эффективной системой стабилизации углового положения оси приемной системы, лучше использовать частотный метод разделения падающего и отраженного потоков. Этот метод разделения и используется в рассматриваемой системе экологического контроля над протяженными объектами.

Структурная схема этой части измерительного комплекса представлена на рис.5.1. Вдоль измеряемой трассы установлен прожекторы типа ТФ-12 , мощность осветителя которого равен 25 Вт. На противоположном конце трассы установлен уголковый отражатель диаметром 5 см. Перед отражателем установлен дисковый модулятор света, установленный на валу асинхронного двигателя. Длина трассы может изменяться от 400 до 1000 метров. Приемное устройство установлено на транспортном средстве, которое перемещается вдоль трассы на определенном расстоянии.

Приемное устройство включает систему стабилизации углового положения оси приемной системы 4, оптическую приемную системы 3 (узкополный объектив с углом поля зрения равное 2е), приемное устройство 2 на фотодиоде ЛФД-2, избирательные фильтры каналов падающего и отраженного потоков 1, детекторов каналов падающего 5 и отраженного 6 потоков, решающего устройства 9 , на выходе которого получаем информацию о прозрачности атмосферы вдоль трассы и профиль загрязнения вдоль трассы. Информация о прозрачности атмосферы вдоль трассы выводится на регистрирующее устройство 11 для оперативного контроля состояния загрязнения атмосферы вдоль измеряемой трассы и подается на аналого-цифровой преобразователь 12. Сигналы с преобразователя 12 запоминаются в запоминающем устройстве 13, результаты о состоянии атмосферы в дальнейшем подаются на основную ЭВМ при прибытии транспортного средства. В ЭВМ проводиться сравнение полученных данныхЖданными предыдущих замеров. Сравнение этих данных позволяет выявить наиболее опасные участки загрязнения вдоль трассы с целью принятия оперативных мер по устранению причин, вызвавших это загрязнение.

Кроме того в системе предусмотрен контроль действующего отношения сигнал/шум при измерениях на трассе. Если отношение сигал/шум меньше 10, то водителю выдается информация о необходимости снижения скорости движения транспортного средства до уровня, при котором отношение сигнал/ шум будет в пределах заданных величин, что обеспечить требуемую точность измерений вдоль трассы.

В измерителе профиля загрязнения вдоль трассы предусмотрена система стабилизации углового положения оптической оси приемного устройства. Для этого установлен дополнительный квадрантный приемник. Данный канал работает по излучению падающего потока. Сигналы рассогласования формируются по двум направлениям. Один канал обеспечивает ортогональное положение оптической оси приемной системы относительно направления излучения вдоль трассы. За счет этого устраняется погрешности, связанные с значением индикатрисы рассеяния для падающего и отраженного потоков. Как показали экспериментальные исследования погрешности отклонения углового положения луча в этой плоскости не превышает 10 угловых минут. Следовательно, можно пренебречь этим видом погрешности при обработке информации. Второй канал, ортогональный первому каналу, обеспечивает условия наилучшего приема излучения падающего и отраженного потоков.

Сигналы рассогласования по обоим каналам подаются на устройства управления трехстепенного гиростабилизатора. При движении транспортного средства вдоль измеряемой трассы со скоростью 40 км/час угловое положение оси приемной системы стабилизируется с погрешность ± 12,5 угловых минут.

Кроме того в состав измерительного комплекса введен бортовой компьютер. В память бортового компьютера перед началом патрулирования вводятся данных о маршруте его движения, данные о предыдущих замерах профиля загрязнения, карты допустимых отклонений от нормального состояния и т.д. Системы дистанционного контроля в автоматическом режиме проводят измерения по маршруту следования, сравнивают полученные данные с данными, введенными в бортовой компьютер, и при наличии отклонений от допустимых значений параметров выдают сигнал обслуживающему персоналу. По этой команде обслуживающий персонал проводит контактные измерения параметров окружающей среды путем забора проб и осуществления их экспресс-анализ. При подтверждении превышения уровня загрязнений над допустимым уровнем по радиоканалу сообщают об этом на центральный диспетчерский пункт.

Накопленные за время патрулирования данные о состоянии окружающей среды передаются в центральную ЭВМ по прибытию передвижной станции на диспетчерский пункт. После этого в бортовой компьютер могут быть введены данные о новом маршруте патрулирования.

Такое построение системы не требует систем передачи информации с большой пропускной способностью, а , следовательно, обеспечивает выполнение задач экологического мониторинга с минимальными затратами.

В измерительной системе предусмотрена подсистема путевой информации движения транспортного средства[78,79]. Эта система обеспечивает высокое разрешение по расстоянию вдоль измерительной трассы. С этой целью в состав подсистемы входит устройство проверки прохождения промежуточных реперных точек вдоль трассы. Привязка по реперным точкам позволяет устранить накопление систематической погрешности при измерении расстояния больших трасс.

Разработанная система контроля над протяженными объектами была использована в АО "Тасма-холдинг" для определения профиля загрязнения над технологическими трубопроводами в реальном масштабе времени. В ходе проверки состояния атмосферы вдоль измерительных трасс были обнаружены места утечки газов с интенсивностью 1 м3/мин. О чувствительности разработанной системы говорит тот факт, что системы уверено обнаруживала отработанные газы на холостом ходу автомобиля "Жигули", установленных под измерительной трассой. Измерительная трасса располагалась на высоте б метров от уровня земли.

- 126 -5.3.Выводы по главе

1. Для повышения экологической надежности промышленного предприятия в состав интегрированной автоматизированной системы управления производством введена подсистема экологического мониторинга окружающей среды.

2. Создана комплексная система экологического мониторинга для протяженных технологических объектов. Испытание системы в производственных условиях показало ее высокую эффективность по выявлению мест утечек технологических материалов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На базе исследований, проведенных в диссертации, можно сделать следующие выводы:

1. Из анализа предложенной математической модели технологической системы при учете требований по экологической надежности промышленных предприятий следует, что учет указанных требований может привести к необходимости изменения не только режима работы технологической установки, но и ее структуры.

2. Показано, что использования понятия ориентированного абстрактного объекта из теории динамических систем является важным фактором при исследования технологических процессов различного назначения, позволившим рассмотреть основные методы повышения экологической надежности промышленного предприятия.

3. Циклическое построение производственных процессов позволяет повысить экологическую надежность промышленных предприятий при значительном снижении эффективности производства.

4. На базе исследований различных методов повышения экологической надежности промышленных предприятий показано, что наиболее эффективным методом является создание подсистем экологического мониторинга в составе интегрированных автоматизированных систем предприятий на базе имитационного моделирования технологических процессов.

5. Предложен метод, позволяющий измерять прозрачность горизонтальной трассы над протяженными технологическими объектами (трубопроводами различного назначения). При перемещении приемника вдоль измеряемой трассы появляется возможность определения профиля загрязнения вдоль данной горизонтальной трассы и выявления наиболее опасных участков загрязнения.

6. Предложено два способа разделения падающего и отраженного потоков - пространственный и модуляционный, позволяющие реализовать предложенный метод измерения Прозрачности атмосферы и профиля загрязнения на горизонтальных трассах.

7. Оценено влияние различных факторов на точность измерения прозрачности атмосферы на горизонтальной трассе как при пространственном, так и модуляционном способах разделения потоков. Показано, что введение поправочного коэффициента при применении пространственного способа разделения потоков позволяет значительно уменьшить погрешности измерений .

8. Показано, что относительная погрешность измерений вдоль трассы обратно пропорциональна прозрачности трассы от источника излучения до исследуемого объема при использовании любого способа разделения потоков излучения.

9. Показано,что мощность рассеянного сигнала, поступающего на вход приемного устройства, достигает своего максимального значения при определенном значении объемного коэффициента рассеяния. С увеличением длины основной трассы значение объемного коэффициента рассеяния, при котором достигается максимальный сигнал, уменьшается.

10. Получены выражения, позволяющие оценить допустимый уровень фоновой засветки, при котором обеспечивается номинальный режим работы оптико-электронной, системы измерения параметров на горизонтальных трассах.

11. Для повышения экологической надежности промышленного предприятия в состав интегрированной автоматизированной системы

-129управления производством введена подсистема экологического мониторинга окружающей среды.

12. Создана комплексная система экологического мониторинга для протяженных технологических объектов. Испытание системы в производственных условиях показало ее высокую эффективность по выявлению мест утечек технологических материалов.

1. Лазерный контроль атмосферы, под редакцией Э.Д.Хинкли,Изд. Мир, М., 1979 г. 415 с.

2. Зуев В.Е.,Кауль Б.В., Самохвалов И.В. и др. Лазерное зондирование индустриальных аэрозолей:-Новосибирск, Наука, Сибирское отделение. 1986. 186 с.

3. Глушков В.М. Введение в АСУ. 2-е изд., перераб. и доп.-Киев: Техника, 1974. -320 с.

4. Malaty S.A. How the Arab world's first process computer was debugged. Petrol and Petrochem. Int., 1972, vol.12, N 8, p.49-59.

5. Научно-технический уровень автоматизации систем управления объединениями и предприятиями/ Г.С.Гунеев, С.М.Гущин, А.А.Азеев и др. М,: Статистика, 1977. - 214 с.

6. Уланов Г.М., Алиев P.A., Кривошеев В.П. Методы разработки интегрированных АСУ промышленными предприятиями.- М.: Энергоато-миздат,1983.-320с.

7. Владовский П.М. АСУ предприятия на базе ЕС ЭВМ.-М.: Энергия, 1977 (Библиотека по автоматике). 120с.

8. Копелевич А.П., МАсловский Е.К. Современное состояние проблемы создания интегрированных систем управления металлурги-чеким производством.- Измеренрие, контроль, автоматизация, 1977, N 4, с. 4-12.

9. Кузьмин С.Т. Автоматизированные системы управления в нефтеперерабатывающей промышленности за рубежом.-М.: ЦНИИТЭ. Нефтехим, 1976. 56 с.

10. Концепции интегрированного построения АСУ предприятиями химико-технологического типа/ И.Н.Минскер, С.Г.Пиггот, В.С.Ромм, И.А.Фрейдензон.- Измерение, контроль,автоматизация, 1977, N 4, с.57-66.

11. Кунцевич В.М. Интегрированные системы управления предприятиями какими они должны быть. - Управляющие системы и машины, 1974, N 1, с.16-21.

12. Абдулаев A.A., Алиев P.A., Уланов Г.М. Принципы построения автоматизированных систем управления.-М.: Энергия, 1975.-440 с.

13. Сухотин Ю.Н. Анализ и синтез функциональной структуры интегрированных систем управления.-'Измерения, контроль, автоматизация, 1977, N 4 (12), с. 44-49.

14. Березовский В.А., Тарасов В.А. Проектирование и эксплуатация автоматизированных систем управления нефтеперерабатывающими и нефтехимическими предприятиями.-М.: Химия, 1977. 256 с.

15. Ярославский Б.Л. Имитационная модель реализации производственных программ в календарных планах предприятия. Автоматизированные системы и вычислительная техника. -М.:: ЦНИИТЭНефте-хим, 1974, N 1, с. 12-15.

16. Данильченко И.А., Мясников В.А., Четвериков В.Н. Автоматизированные системы управления предприятиями.-М.: Машиностроение, 1984. 359 с.

17. Криницкий H.A., Миронов Г.А., Фролов Г.Д. Автоматизированные информационные системы.-М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1982. 381 с.

18. Автоматизированная система управления (теория и методология). Т.1/ Под ред. О.В.Козловой. М.: Мысль, 1972. 455 с.

19. Автоматизированные системы управления предприятиями/ под ред. В.Н.Четверикова. М.: Высшая школа, 1979. -303 с.

20. Жимерин Д.Г., Мясников В.А. Автоматизированные системы управления промышленными предприятиями.2-е изд. -М.: Энергия, 1979. 592 с.

21. Мелфи С.Х. Дистанционное зондирование для управления качеством воздуха / Лазерный контроль атмосферы, под ред. Э.Д.Хинкли.-М.: Мир. 1979. с.22-44.

22. Герасимов Б.И. Проектирование аналитических приборов для контроля состава и свойств веществ. Библиотека приборостроителя. -М.: Машиностроение, 1984.- 102 с.

23. Ваня Я. Анализаторы газов и жидкостей.-М. .-Энергия,552с.

24. Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств. 3-е изд., перераб. и доп. -М.- Машиностроение, 1983, 464 с.

25. Кулаков М.В., Казаков A.B., Шелястин М.В. Технологические измерения и аналитические приборы в химической промышленности. -М.: Машиностроение, 1964. 419 с.

26. Кучин Б.Л. Технологические измерения и приборы. Учебное пособие.-М.: МИНХГП, 1971. 94 с.

27. Тхоржевский В.П. Автоматический анализ газов и жидкостей на химических предприятиях.-М.: Химия, 1976. 272 с.

28. Тхоржевский В.П. Автоматический анализ химического состава газов. -М.: Химия, 1969. 324 с.

29. Тхоржевский В.П. Автоматический контроль в производстве серной кислоты, фосфорных и сложных удобрений. -М.: Химия, 1980. 184 с.

30. Заринский В.А., Ермаков В.Н. Высокочастотный химический анализ. -М.: Наука, 1970. 200 с.

31. Кантере В.М., Казаков A.B., Кулаков М.В. Потенциометри-ческие и титрометрические приборы. -М.: Машиностроение, 1969. 304 с.

32. Кивилис С.С. Плотномеры. -М.: Энергия, 1980. 280 с.

33. Лопатин Б.А. Кондукторометрия. Новосибирск, СО АН СССР,1964. 280 с.

34. Павленко В.А. Газоанализаторы.-М.: Машиностроение,1965. 296 с.

35. Зуев В.Е. Лазер-метеоролог. Л.: Гидрометиздат, 1974. -178 с.

36. Иванов А.П. Методы лазерного зондирования атмосферы.- В кн.: Квантовая электроника и спектроскопия. Минск: Наука и техника, 1974, с. 391-406.

37. Скрелин А.Л., Иванов А.П., Калинин И.И. Пространственно временая структура световой дымки от импульсного излучателя в атмосфере.- Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана, 1970, т.6, N 8, с. 889-899.

38. Зеге Э.П., Иванов А.П., Кацев И.И. и др. Световая дымка от ограниченного импульсного источника.-Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана, 1973, т.10, с. 1054-1062.

39. Слюсарев Г.Г. Методы расчета оптических систем.-Л.: Машиностроение, 1969.-610 с.

40. Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов. -М.: Сов. радио, 1980. -390 с.

41. Даничкин С.А., Самохвалов И.В. Уравнение оптической локации протяженных рассеивающих сред, учитывающие параметры лида-ра. В кн.: Лазерное зондирование атмосферы. М.: Наука, 1976,с. 104-110.

42. Даничкин С.А., Самохвалов И.В. Влияние параметров оптических систем на характеристики лидара. Опт.-мех. пром-сть, 1979, N 5, с. 5-8.

43. Ferdinandof E.S., Tsanev V.l. On the theoretical determination of the geometric function of a coaxial lidar.- Bulg J. Phys., 1979, v.6, N 2, p. 232-241.

44. Ferdinandof E.S., Tsanev V.l., Savov S.V. Variation of the angle-distance sensitivity of a receiving optical antenna with the dimensions of the inlet and photodetecting apertures. -Bulg. J. Phys., 1977, v.4, N 4, p. 435-447.

45. Зуев В.E., Креков Г.М., Крекова М.М. Лазерное зондирование атмосферного аэрозоля. В кн.: Дистанционное зондирование атмосферы. Новосибирск: Наука, 1978, с.3-40.

46. Коллис З.Т.Х., Рассел П.Б. Лидарные измерения аэрозольных частиц и газов посредством упругого рассеяния в направлении назад и дифференциального поглощения. В кн.: Лазерный контроль атмосферы.-М.: Мир, 1979, 415 с.

47. Оптическая модель атмосферы / Беленький М.С., Задде Г.О., Колмаров B.C. и др./ Томск, АН СССР, 1987. 224 с.

48. Белан Б.Д., Задде Г.О. Оптическая погода, ее контроль и прогноз.-Инф. сборник по материалам исследований СО АН СССР, 1982, вып.27.

49. Зуев В.Е. Прозрачность атмосферы для видимых и инфракрасных лучей М.: Сов. радио, 1986, -317 с.

50. Макаров A.C.,Филиппов В.Л. Некоторые материалы исследований коэффициентов ослабления излучения (А=8-12 мкм) в естественной атмосфере.- Известия ВУЗов, Радиотехника, 1978, t.21,N 3.

51. Филиппов В.Л. Аэрозольное ослабление излучения в оптических каналах по данным экмпериментальных исследований.-М.: ЦНИИ и ТЭИ, 1984, 379 с.

52. Филиппов В.Л., Иванов В.П., Колобов Н.В. Динамика оптической погоды.- Казань, Госуниверситет, 1986, 157 с.

53. Филиппов В.Л., Макаров A.C., Иванов В.П. Оптическая погода в нижней тропосфере.-Казань: Дом печати, 1998, 182 с.

54. Ильин Г.И., Польский Ю.Е. Повышение помехозащищености и расширение динамического диапазона оптических приемников на ФЭУ для систем лазерного зондирования. В кн.: 1У Всесоюзный симпозиум по лазерному зондированию атмосферы. Томск: И0АД976, с.314-316.

55. Ильин Г.И. О точности систем со ступенчатой регулировкой усиления. В кн.: У Всесоюзный симпозиум по лазерному и акустическому зондированию атмосферы. Тез.докл. - Томск: 1978, с.138-140.

56. Захаров В.М., Костко O.K. Метеорологическая лазерная локация. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1977.- 224 с.

57. Уланов Г.М., Алиев P.A., Кривошеев В.П. Методы разработки интегральных АСУ промышленными предприятиями. М.: Энер-гоатомиздат, 1983. - 319 с.

58. Карманов В.Г. Математическое программирование. -М.: Наука, 1975. 270 с.

59. Заде Л. Понятие состояния в теории систем. В книге "Общая теория систем. -М.: Издательство Мир, 1966. с.50-65.

60. Zadeh L.A., Desoer С.A., Linear System Theory The State Space Approach, McGraw-Hill, N.Y., 1963.

61. Гершун A.A. Избранные труды по фотометрии и светотехнике.- М: ГИТТЛ и ГИФМЛ. 1958, с.92-96.

62. Воронов В.И. Влияние абераций на поле М-мод в лазерах с активным объемом кольцевого сечения, Письма в ЖТФ 1996. т.22, N8, с.13-17.

63. Павлов Б.П., Галанский Р.В. Устройство регистрации работы транспортных средств. Авт. свидетельство N 894760, Бюллетень 48, 1981.

64. Ананьев Ю.А. Оптические резонаторы и лазерные пучки. -М.: Наука, 1990. с.264.

65. М.С.Малашин,Р.П.Каминский,Ю.Б.Борисов Основы проектир-вания лазерных локационных систем, Изд.Высшая школа, М.1983. с.203,

66. Шереметьев А.Г. Долпарев Р.Г. Лазерная связь.-М.: Связь,1974.

67. Якушенков Ю.Г. Основы оптико-электронного приборостроения.- М.: Советское радио, 1977.

68. Хадсон Р.Инфракрасные системы: Пер. с англ./Под ред. Н.В.Васильченко.-М.:Мир,1972.

69. Павлов A.B. Оптико-электронные приборы. -М.: Энергия,1974.

70. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов. -Л.: Машиностроение, 1977.

71. Хюлст Ван де Г. Рассеяние света малыми частицами.- М: Иностранная литература, 1961.-536 с.

72. Беляев С.П., Никифорова Н.К., Смирнов В.В., Щелчков Г.И. Оптико-электронные методы изучения аэрозолей.-М.:Энергоиз-дат,1981.-230 с.

73. Лазарев А.П. Оптико-электронные приборы наведения летательных аппаратов.-М.: Машиностроение,1984.-478 с.

74. Шапиро Д.Н. Расчет каскадов транзисторных радиоприемников. -Л: Энергия,1968. -351 с.

75. Соболева H.A.,Меламид А.Е. Фотоэлектронные приборы, Учебное пособие.-М.:Высшая школа,1974. -376 с.

76. Павлов Б.П., Бусыгин Л.Н. Устройство для регистрации информации о работе автотранспортных средств . Тез. докл. Конференции молодых ученых и специалистов, посвященной 40-летию НИ-ИАТ, Москва, 1979.г.

77. Павлов Б.П., Харакозов В.А., Пермитин В.И. Локальнаясветоводная сеть передачи данных для распределенных микропроцессорных систем. НПК "Повышение эффективности использования вычислительной техники" Тез. докл.-Казань, 1984.

78. Павлов Б.П., Бусыгин Л.Н., Булгаков Р.Ш., Шигапов P.C. Исследование динамических характеристик расходометров. Труды международного симпозиума по измерительной технике "ИМЕ-КО-УИГ.-М., 1979.

79. Павлов Б.П., Белоглазов А.Б.,Варламов Г.И. Устройство внешней памяти на базе накопителя СМ 5408. НПК "Повышение эффективности использования вычислительной техники". Казань, 1984.

80. Павлов Б.П., Ильин Г.И. Особенности построения технологических процессов с высокой экологической надежностю. Электронное приборостроение, вып.6 Казань, 1998, с.74-78.

81. Павлов Б.П., Воронов В.И., Ильин Г.И. Измерение профиля загрязнения на горизонтальных трассах. Электронное приборостроение, вып.9 Казань, 1999.с.40-45.

82. Павлов Б.П., Ильин Г.И. Передвижная система экологического монитринга. Международный симпозиум " Контроль и реабилитация окружающей среды", Тез.докл. Томск, 1998 г. с.61-62.

83. Павлов Б.П., Житлов В.В., Шкамарда А.П., Гревцев В.В., Пермитин В.И. Комплексирование интегрированной автоматизированной системы бухгалтерского учета на базе ЭВМ СМ 1810 с использованием ВОЛС. Отчет по НИР , ВГПТИ. Казань. 1984. 133 с.

84. Павлов Б.П., Житлов В.В., Логинов Д.К., Семенов H.A., Драчев A.C., Шурыгин В.Д., Шибалов Э.И., ВалееваЗ.Г., Нагибин A.A. Интегрированная автоматизированная система по оперативному учету продукции.Отчет по НИР,в двух книгах.ВГПТИ.Казань.1884.173