Введение к работе
Актуальность проблемы. Предприятия текстильной промышленности Республики Вьетнам являются одними из главных источников пожаровзрывоопасно-сти и напряженной техногенной обстановки. Развитие текстильных комплексов, обладающих высокой пожарной нагрузкой, сопровождается ростом количества и масштабов пожаров и объемных взрывов пылевоздушных смесей, наносимого ущерба как самим предприятиям, так и окружающим сооружениям, населению, природной среде. Поэтому повышение пожаровзрывобезопасности объектов текстильной промышленности СРВ продолжает оставаться одной из важнейших составных частей обеспечения защиты населения от угроз техногенного характера.
Вопросам контроля и защиты технологических помещений, коммуникаций и оборудования текстильных производств от образования взрывоопасных концентраций (ВОК) пылевоздушных смесей стали уделять внимание сравнительно недавно. Согласно установленным нормам, оборудование и производственные помещения технологических процессов текстильных производств оснащаются автоматическими сигнализаторами опасных концентраций (пылемерами), спектр производства которых достаточно широк. Общими недостатками систем противоава-рийной защиты, содержащих в своей основе такие приборы, в большинстве случаев являются: малоканальность отдельного пылемера и вследствие этого неоправданно большое количество вторичных приборов; малая информативность; невозможность прогнозирования опасности аварийной запыленности; отсутствие самодиагностики; неудобство в техническом обслуживании; отсутствие контроля исправности и срабатывания систем защиты; отсутствие фиксации аварийных режимов (дата, время, место, причина и т.д.).
Для размещения предложенных приборов контроля необходима разработка алгоритма защиты потенциально опасных технологических зон текстильных предприятий приборами контроля взрывоопасных концентраций пылевоздушных смесей с заданным радиусом обслуживания, вычислительной программы и проведение расчетов количества и координат положения датчиков пылемеров, газоанализаторов и газовых пожарных извещателей для рационального их размещения на объектах текстильного производства.
Существующие на текстильных предприятиях Республики Вьетнам установки пожарной сигнализации, элементы электроуправления установок пожаротушения относятся к обычному (релейному) типу систем и включают: безадресные пожарные извещатели; приемно-контрольные приборы; релейные шкафы управления пуском модулей газового и порошкового пожаротушения; шкафы сигнализации установок пожаротушения; силовые шкафы управления исполнительными механизмами установок водяного и пенного пожаротушения. Каждая установка выполнена автономно, связи между установками и их с микропроцессорной и вы-
числительной техникой, в основном, отсутствуют. Это не позволяет создавать системы противопожарной защиты, объединяющие технические средства пожарной и противоаварийной автоматики как единое целое. Отмеченные недостатки ликвидируются при проектировании и внедрении на объектах текстильной промышленности автоматизированной системы управления противопожарной защитой (АСУПЗ).
Значительный вклад в разработку теоретических основ создания АСУПЗ потенциально опасных объектов внесли российские ученые Топольский Н.Г., Федоров А.В., Блудчий Н.П., Абросимов А.А. и др. Вместе с тем, доля научных публикаций в области формализованного описания и алгоритмизации структур АСУПЗ объектов текстильного производства пока незначительна. До настоящего времени не рассмотрены в полном объеме важные вопросы создания подсистем АСУПЗ, реализующих функции раннего обнаружения и ликвидации аварийных ситуаций.
Открытым остается также вопрос о повышении надежности и эффективности структурно-сложных АСУПЗ текстильных предприятий. Постоянно возрастающие структурная сложность и размерность современных АСУПЗ сделали практически невозможным выполнение этапа построения расчетных математических методов (логических, аналитических или статистических) для количественной оценки надежности этих систем средствами традиционных ("ручных") технологий. Решить эту проблему предлагается на основе технологии автоматизированного структурно-логического моделирования (АСМ).
Данная работа посвящена комплексному решению указанных проблем путем разработки научно-методических основ создания автоматизированной системы управления противопожарной защитой объектов текстильной промышленности на примере текстильных предприятий Социалистической Республики Вьетнам с учетом их технологических особенностей и природно-климатических факторов и является актуальной.
Целью диссертационной работы является повышение уровня пожаровзры-вобезопасности технологического процесса на объектах текстильной промышленности на основе формализованного описания и алгоритмизации АСУ противопожарной защитой.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие основные задачи:
- комплексный анализ пожаровзрывоопасности технологического процесса текстильного производства Республики Вьетнам как объекта автоматизации, включающий статистическую оценку опасности пожаров, взрывов и аварий; установление их причинно-следственных связей; анализ технологических особенностей процесса текстильного производства; моделирование аварийных ситуаций и расчетно-графическая оценка параметров взрыва пылей текстильных материалов,
в соответствии с принятыми сценариями аварий и, учитывая результаты анализа экспериментальных исследований нижнего концентрационного предела распространения пламени (НКПР) пылей текстильных материалов; расчетно-аналитическая оценка изменения скоростей нарастания давления при взрыве пылей текстильных материалов в зависимости от влажности частиц аэрозолей;
аналитическая оценка особенностей газовыделения на ранней стадии возникновения возможного пожара в производственных и складских помещениях объектов текстильной промышленности с определением основных характерных газовых компонентов и предложением способов их автоматизированного контроля и формализованного описания в составе обобщенной структуры АСУПЗ;
формализованное описание и разработка алгоритма защиты потенциально опасных технологических зон текстильных предприятий приборами контроля взрывоопасных концентраций пылевоздушных смесей с заданным радиусом обслуживания; разработка вычислительной программы и проведение расчетов количества и координат положения датчиков пылемеров, газоанализаторов и газовых пожарных извещателей АСУ противопожарной защиты с получением схемы рационального их размещения на объектах текстильного производства Республики Вьетнам;
разработка обобщенной структуры АСУПЗ технологического процесса текстильного производства и входящих в нее функциональной, организационной структур и структуры комплекса технических средств;
автоматизированное структурно-логического моделирование и расчет показателей надежности, вероятностей аварийных ситуаций и отказоустойчивости программно-логического контроллера создаваемой АСУПЗ предприятий текстильной промышленности Республики Вьетнам;
разработка на основе результатов выполненного автоматизированного моделирования и расчетов - технических решений, позволяющих достичь наибольшего повышения надежности создаваемой АСУПЗ при минимальных затратах на дополнительное оборудование;
разработка формализованного описания и алгоритмизация информационного и программного обеспечений, включающих информационную и алгоритмическую структуру АСУПЗ, порядок классификации и кодирования информации, организацию сбора и передачи информации, организацию внутримашинной и вне-машинной баз, а также разработку алгоритмов задач верхнего, нижнего уровней управления и поддержки межуровневого обмена АСУПЗ предприятий текстильного производства, входящих в состав интегрированной информационно-управляющей системы (ИИУС) современных текстильных комплексов;
реализация результатов диссертационного исследования и оценка уровня автоматизации предлагаемого варианта защиты.
Методы исследования. В работе использованы: методы системного анализа, моделирования и оптимизации АСУ противопожарной защитой; расчетные методы прогнозирования динамики распространения полей концентраций газов и пылевоздушных смесей; методы комбинаторной топологии и аналитической геометрии; общий логико-вероятностный метод анализа структурно-сложных систем и методы расчета показателей надежности структурно-сложных и высокоразмерных АСУПЗ.
Научная новизна. В диссертации получены следующие основные результаты, которые выносятся на защиту и характеризуются научной новизной:
результаты комплексного анализа пожаровзрывоопасности технологического процесса текстильного производства Республики Вьетнам как объекта противопожарной защиты и автоматизации;
результаты аналитической оценки особенностей газовыделения на ранней стадии возникновения возможного пожара в производственных и складских помещениях объектов текстильной промышленности с определением основных характерных газовых компонентов и предложением способов их автоматизированного контроля;
алгоритм защиты потенциально опасных технологических зон текстильных предприятий приборами контроля взрывоопасных концентраций пылевоздушных смесей с заданным радиусом обслуживания;
обобщенная структура АСУПЗ текстильного производства, включающая: общесистемные решения, формализованное описание организационной, функциональной, информационной, алгоритмической и технической структур АСУПЗ;
структура программного обеспечения АСУПЗ текстильного предприятия с представлением блок-схем алгоритмов задач верхнего и нижних уровней управления;
результаты автоматизированного структурно-логического моделирования и расчета показателей надежности, вероятностей аварийных ситуаций и отказоустойчивости программно-логического контроллера АСУПЗ текстильного производства.
Практическая ценность работы заключается в повышении уровня пожа-ровзрывобезопасности объектов текстильного производства на основе разработки обобщенной структуры, формализованного описания и алгоритмизации АСУ противопожарной защитой, а также в технических решениях позволяющих достичь наибольшего повышения надежности АСУПЗ при минимальных затратах на дополнительное оборудование.
Результаты диссертационного исследования составляют научно-методические основы для проектирования АСУПЗ объектов текстильной промышленности.
Достоверность полученных результатов подтверждается применением адекватных математических моделей и численным моделированием проектных вариантов с использованием инструментальных средств современных персональных компьютеров.
Реализация результатов работы. Представленные в диссертации результаты исследований нашли практическое применение на промышленных объектах и в учебном процессе, в т.ч.:
на предприятии «Фабрика имени 8 марта» (г. Ханой) Республики Вьетнам с целью повышения уровня взрывопожарной безопасности предприятия реализованы: методология комплексного подхода к обеспечению пожаровзрывобезопасно-сти текстильного производства; результаты анализа пожарной опасности и оценки риска; функциональные, организационные и информационные структуры АСУПЗ текстильного производства; принципы организации технического обеспечения, структуры и процесса функционирования КТС; технические предложения по созданию алгоритмов, математического и программного обеспечений АСУПЗ; общая концепция создания АСУПЗ технологического процесса текстильного производства в составе с интегрированной информационно-управляющей системой;
в Академии Государственной противопожарной службы МЧС России использованы в учебном процессе на кафедре пожарной автоматики.
в Институте противопожарной безопасности МОБ Вьетнама использованы в учебном процессе на кафедре пожарной автоматики и техники.
в Главном управлении пожарной охраны СРВ и управлении пожарной охраны г. Ханой использованы при подготовке учений пожарных подразделений.
Реализация результатов исследований в промышленности, пожарных подразделениях и учебном процессе подтверждена соответствующими актами.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы отражены в выступлениях, обсуждены и получили одобрение в 2007-2010 гг. на международных, российских и региональных научно-технических конференциях, симпозиумах и семинарах, в том числе: международных конференциях «Системы безопасности» (Москва, Академия ГПС МЧС России, 2007-2010); на совместных заседаниях кафедр пожарной автоматики, физики, учебно-научного комплекса автоматизированных систем и информационных технологий Академии ГПС МЧС России.
Публикации. По результатам исследований автором опубликовано 11 работ, из них 1 в издании, содержащемся в перечне ВАК, 1 патент на полезную модель.
Личный вклад автора. В совместных публикациях автору принадлежит: постановка и формализация задач исследования, разработка методов и конструктивных решений, теоретические обобщения и прикладные расчеты, участие в технической реализации и внедрении разработок.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 229 наименований и 16 приложений на 23 страницах. Основное содержание работы изложено на 255 страницах машинописного текста, содержит 40 рисунков и 35 таблиц.
