В статье описана система диагностического контроля состояния гидротехнических сооружений Чебоксарского и Городецкого гидроузлов. Система работает в автоматическом режиме и производит контроль раскрытия щелей бетонных конструкций, запись показаний пьезометров и датчиков температуры воздуха. Обработка результатов измерений производится в информационно-диагностической системе БИНГ-3.
В середине прошлого века было закончено строительство большинства судоходных шлюзов в европейской части России, в том числе и на Волге. Шлюз представляет собой сложное гидротехническое сооружение, обеспечивающее перемещение судов из одного бьефа в другой. Грамотные технические решения, заложенные при проектировании и строительстве, позволили эксплуатировать оборудование шлюзов более пятидесяти лет.
Важной составляющей безопасной эксплуатации шлюза является постоянный контроль его технического состояния. Контроль на большинстве шлюзов производится путём ручного измерения показаний двух- и трёхкоординатных щелемеров (рис. 1), напорных и безнапорных пьезометров, обратных отвесов.
Также на бетонных конструкциях шлюза установлено множество марок, положение которых контролируется относительно реперных точек с помощью геодезического оборудования.
Как правило, измерения производятся раз в квартал, что не соответствует современным требованиям по обеспечению безопасности при эксплуатации гидротехнических сооружений. Зачастую установленное измерительное оборудование находится в неудовлетворительном состоянии (рис. 2) и нуждается в ремонте или замене.
В рамках работ по выполнению программы «Разработка и реализация комплексного проекта реконструкции гидротехнических сооружений водных путей Волжского бассейна» ООО «Техтрансстрой» по заданию и при непосредственном контроле государственного заказчика – ФБУ «Волжское ГБУ» наряду с другими работами выполнило проектирование автоматизированных систем диагностического контроля (АСДК) состояния гидротехнических сооружений Чебоксарского и Городецкого гидроузлов. Так как схемотехнические решения для обеих систем идентичны, в дальнейшем будет описываться только система контрольно-измерительной аппаратуры (КИА) Чебоксарского гидроузла.
Камеры шлюзов докового типа выполнены из монолитного железобетона. Габариты камер в среднем составляют 280,0×30,0 м, секции камер имеют длину до 50 м, верхние и нижние головы шлюза представляют собой неразрезную железобетонную конструкцию докового типа с переменной толщиной днища. Общая длина гидротехнического сооружения превышает 900 метров. Контрольно-измерительная аппаратура расположена по всей площади шлюза, как на бетонных конструкциях, так и на земляных плотинах и прилегающей к шлюзу территории (рис. 3).
Помимо большого расстояния между точками измерения мешающими факторами являются:
Проанализировав существующее оборудование для контроля раскрытия щелей бетонных конструкций, мы остановили свой выбор на магнитострикционных датчиках фирмы Balluff, имеющих разрешение 2 мкм при повторяемости 6 мкм, класс защиты IP67 по IEC 60529 и работающих в требуемом диапазоне температур. Эти датчики могут оснащаться токовым или цифровым интерфейсом. Для упрощения монтажа датчики были выбраны с двукратным запасом по диапазону измерения. Чтобы не снизить точность измерения, были взяты датчики с интерфейсом PROFIBUS DP – данное решение определило последующий выбор аппаратуры системы КИА.
Автоматизация пьезометров осуществляется интеллектуальными погружными микропроцессорными зондами фирмы BD Sensor, имеющими унифицированный токовый выход; измерение температуры производится платиновыми датчиками с токовым выходом фирмы «Метран». Датчики пьезометров, устанавливаемые на затапливаемой территории или в отдалённых местах, имеют антивандальное исполнение и передают информацию по радиоканалу.
Автоматизированная система опроса КИА обслуживает измерительные каналы в количестве 275 штук, в том числе:
3 обратных отвеса, оснащённых 6 датчиками линейных перемещений с диапазоном измерений 50 мм;
67 датчиков для пьезометров;
100 двухкоординатных (двухмарочных) щелемеров, оснащённых 200 дат-чиками BTL5 с диапазоном измерений 100 мм (данный диапазон измерения перемещений выбран по результатам многолетних наблюдений за состоянием гидросооружений – максимальное раскрытие щелей не превышает 50 мм);
2 датчика температуры наружного воздуха.
Для построения сети сбора данных с датчиков была выбрана двухуровневая структура, приведённая на рис. 4.
Измерительные датчики подключаются к узловым шкафам, которые объединяются в лучи по кольцевой топологии PROFIBUS DP. Лучи объединяются по топологии звезда, далее осуществляется переход на сеть Ethernet. Узлы сети Ethernet также собираются в оптическое кольцо. Данная топология повышает живучесть сети сбора данных и упрощает её обслуживание и ремонт.
Сеть PROFIBUS и сеть Ethernet построены с использованием одинаковых материалов. В роли узловых шкафов выступают конструктивы фирмы Rittal с термостатированием, предотвращающим образование конденсата. В шкафах установлены контроллеры FASTWEL I/O, которые формируют универсальный интерфейс между различными полевыми шинами с одной стороны и датчиками и исполнительными механизмами промышленного оборудования с другой. Важным достоинством контроллеров FASTWEL I/O является широкий температурный диапазон до –40°С, наличие сертификата об утверждении типа измерения № 27285/1, действующего до 1 января 2014 года, и простота программирования на свободно распространяемом программном обеспечении CoDeSys. Для снятия токового сигнала с датчиков уровней используется двухканальный модуль AIM72201 системы FASTWEL I/O. Модуль имеет два канала для измерения постоянного тока в диапазоне от 0 до 20 мА. Режим измерения – дифференциальный. Каналы гальванически изолированы между собой и от шины FBUS. Основная приведённая погрешность модуля – не более 0,02%. Также в узловом шкафу установлены источник питания и грозоразрядники фирмы Phoenix Contact.
Для обеспечения надёжной передачи данных на большие расстояния (длина некоторых отрезков сети превышает триста метров) используется оптическая среда. Переход с медной среды PROFIBUS на оптическую осуществляется повторителем-преобразователем Hirschmann OZD Profi 12M G12. Важными достоинствами данного преобразователя являются возможность организации оптического кольца для сети PROFIBUS, промышленное исполнение и низкая цена по сравнению с другими производителями. Переход с PROFIBUS на Real-Time Ethernet осуществляется посредством шлюза Hilscher NT 100-RE-DP. С помощью концентраторов фирмы EtherWAN выполнено построение сети Ethernet верхнего уровня. Концентраторы объединены кольцевой топологией.
Результаты измерения передаются для хранения на центральный SQL-сервер.
Данные из сервера сбора данных системы КИА передаются в информационно-диагностическую систему (ИДС) БИНГ-3 (рис. 5), разработанную ОАО «НИИЭС». ИДС БИНГ-3 представляет собой заключительное звено автоматизированной системы диагностического контроля состояния гидротехнических сооружений (АСДК ГТС).
Система АСДК ГТС (КИА и ИДС БИНГ-3) согласно техническому проекту отвечает следующим требованиям:
обеспечивает автоматизированный опрос датчиков (цикл опроса всех датчиков составляет порядка 12 минут), сбор информации, её хранение, передачу, обработку и анализ в информационно-диагностической системе контроля безопасности сооружений БИНГ-3;
использует существующую сеть пьезометров и щелемеров на территории шлюза;
использует датчики давления и перемещения промышленного типа, современные отечественные контроллеры серийного производства, базовое (Microsoft SQL Server, Microsoft Office и т.п.) и апробированное на других объектах программное обеспечение;
формирует информационный пакет данных натурных наблюдений с помощью программного комплекса БИНГ-3 с сохранением всей информации в базе данных ИДС, в памяти сервера сбора данных и в архивах на независимых носителях;
обеспечивает автоматический опрос датчиков по заданному временному режиму (интервал опроса задаётся заказчиком) с возможностью ручного запуска опроса для наладки и проверки системы КИА;
производит обработку измерительной информации;
преобразует отсчёты в физические единицы, контролирует работоспособность датчиков и линий связи, выполняет сравнение показателей состояния гидротехнических сооружений с их критериальными значениями (критериями безопасности);
по всем своим техническим средствам, включая контрольно-измерительную аппаратуру, соответствует условиям промышленной эксплуатации, имеющим место на сооружениях шлюза.
В настоящее время проекты реконструкции системы КИА шлюзов № 13–16 Городецкого гидроузла и шлюзов № 17–18 Чебоксарского гидроузла прошли государственную экспертизу и приняты заказчиком к реализации в рамках комплексной программы реконструкции гидротехнических сооружений водных путей Волжского бассейна.
При проведении проектных работ большую помощь проектировщикам оказал Самарский филиал фирмы ПРОСОФТ в подборе оборудования и проведении технических консультаций. ●
E-mail: Mev163@yandex.ru
Экономика профилактики: использование Интернета вещей для планирования профилактического обслуживания оборудования
Машины, а точнее, сложные высокотехнологичные установки – станки или другое технологическое оборудование для любой промышленной отрасли представляют собой ценные активы, которые необходимо защищать от повреждений, неисправностей и отказов с помощью надлежащих мер по техническому обслуживанию. В этой статье будет рассмотрен один из примеров создания системы, автоматически контролирующей состояние и время работы машин с последующей отправкой уведомлений о графике профилактического технического обслуживания (ПТО). 23.04.2024 СТА №2/2024 422 0 0Блок управления для исполнительных устройств в оптическом тракте лазерной системы
В статье представлен блок управления для исполнительных устройств в оптическом тракте лазерной системы. Приведены решения на аппаратном и программном уровнях, обоснован выбор средств автоматизации. 23.04.2024 СТА №2/2024 331 0 0Построение цифрового двойника склада металлопроката с использованием искусственной нейронной сети
Изложены методика и результаты эксперимента по применению искусственной нейронной сети для отслеживания перемещений продукции металлопроката на территории цеха. Приведены преимущества такого способа организации цифрового двойника склада. 23.04.2024 СТА №2/2024 300 0 0Горячее резервирование с MasterSCADA 4D и ПЛК Regul R500 на примере АСУ ТП для авиатопливных комплексов
В статье представлено решение для автоматизированного контроля и управления технологическими объектами склада одного из технологических лидеров российской авиатопливной отрасли. Система построена на базе ПЛК REGUL500 с поддержкой горячего резервирования центральных процессоров и программной платформе MasterSCADA 4D с поддержкой резервирования серверов, работы рантайм на операционной системе Astra Linux и синхронизацией данных на программном уровне. Эти составляющие, а также опыт сертифицированного интегратора ООО «ЛИТЭК», позволили создать отказоустойчивую систему управления повышенной надёжности в полном соответствии с современными требованиями стратегии цифровой трансформации. 23.04.2024 СТА №2/2024 439 0 0