Введение к работе
Актуальность темы. Г5 единой транспортной сети России важная роль принадлежит водному транспорту. На внутренних водных путях в настоящее время эксплуатируются 134 шлюза, 1 судоподъемник, 70 напорных плотин, 8 насосных станций, 13 гидростанций. От их технического состояния и информационного обеспечения во многом зависят объем и стоимость перевозки народнохозяйственных грузов и пассажиров.
Важнейшим направлением повышения эффективности эксплуатации водного транспорта является увеличение пропускной способности водных путей на шлюзованных участках и обеспечение безопасности движения судов с помощью автоматизированных систем управления (АСУ), на которые возлагается решение комплекса организационно-технических задач оптимизации режимов движения на водных коммуникациях, с учетом информации об изменяющихся условиях на линии и в пунктах грузовой обработки. АСУ являются многоуровневыми. [Та нижнем иерархическом уровне находится АСУ ТТЛ «Шлюз», которая предназначается для решения следующих эксплуатационных задач:
обеспечение надежного и безопасного технологического процесса шлюзования за счет использования высокоэффективных алгоритмов управления механизмами ворот шлюза и приводами затворов галерей, с учетом положения шлюзуемых объектов в камерах шлюза;
получение, отображение и использование информации о состоянии механизмов шлюзов, расположении судов в камерах шлюзов и на подходах к шлюзам, в ожидании шлюзования - для полного исключения аварийных ситуаций;
информационное обеспечение процесса движения судов по шлюзованным участкам пути, контроль режимов входа и выхода судов из шлюза, а также процесса швартовки;
- оптимизация процесса судопропуска во время навигации;
контроль технического состояния ворот и механизмов шлюза во время эксплуатации и др.
Создание современных АСУ «Шлюз», используемых на водных коммуникациях Российской Федерации, стало возможным, благодаря фундаментальным научным исследованиям и техническим проектам, выполненным в институтах водного транспорта с участием специалистов линейных организаций, осуществляющих непосредственно эксплуатацию разработанных систем.
При создании АСУ учитывался большой опыт развития шлюзованных водных путей России, накопленный в процессе их проектирования, строительства, исследований и эксплуатации.
В СПбТУВКе весь комплекс исследований, направленных на решение перечисленных выше задач, в течение продолжительного периода возглавлял профессор, д. т. н. Попов С.А. Научный коллектив под его руководством создал высоконадежные системы управления механизмами шлюзов, не имеющие аналогов в мировой практике. Внедрение систем на управляемых объектах и, прежде всего, на шлюзах Волго-Донского судоходного канала, стало возможным благодаря участию в разработках коллектива ВДСК во главе с Виноградовым В.А.
Неоценимый вклад на различных этапах создания АСУ ТП «Шлюз» внесли сотрудники кафедры автоматики СПбТУВКа Богдашкин В.В., Бондаренко В.Л., Ковалев Ю.Н. и другие.
Коллектив ученых Московской государственной академии водного транспорта добился значительных результатов в моделировании процессов функционирования судоходных шлюзов. В частности, эти результаты содержатся в научных публикациях Е.И. Адерихиной, И.В. Адерихина, Ю.В. Бочарова, С.С. Кирьякова, А.В. Красильникова и др.
В настоящее время исследования в направлении совершенствования автоматизированных систем, используемых на различных иерархических уровнях для управления режимами движения судов на водных коммуникациях, продолжаются. Они базируются на современных компьютерных технологиях и мошных вычислительных средах, позволяющих решение сложных технических задач довести до рабочего инструментария пользователя. В частности, могут подлежать решению задачи контроля технического состояния и динамики движения стенок шлюза во время наполнения и опорожнения камер; процессы динамики наполнения камер и оценка динамических усилий, испытываемых створками ворот нижней головы и корпусами шлюзуемых судов, по информации об изменении уровней водной поверхности (уклона зеркала поверхности воды) и др.
Однако, для решения этих вопросов требуется совершенствование инструментального обеспечения АСУ. Заметим, что дальнейшее расширение класса решаемых прикладных задач может базироваться, прежде всего, на высокоэффективных датчиках информации, обладающих высокой надежностью и малой погрешностью измерений. К сожалению, АСУ ТП «Шлюз» содержат, в основном, в качестве датчиков уровней воды в бьефах сельсинные пары, которые не могут использоваться в высокоточных системах.
Сегодня требуется новое инструментальное обеспечение систем АСУ и, прежде всего, создание датчиков информации, базирующихся на новых принципах. Настоящая диссертация посвящена решению этой актуальной технической задачи.
Целью диссертационных исследований является создание инструментального обеспечения АСУ ТП «Шлюз» и, прежде всего, новых датчиков информации и алгоритмов диагностирования (определение работоспособности, поиск дефектов) технических средств.
Задачами диссертационных исследований являются:
-
поиск нового способа измерения уровней воды в камерах шлюзов, а также в межшлюзовых бьефах;
-
создание новых уровнемеров, обеспечивающих высокую точность измерений;
3) разработка тестовых методик измерения уровней жидкости с ис
пользованием датчиков давления;
4) оптимизация параметров настройки датчиков уровней воды на
шлюзованных участках водных коммуникаций;
5) разработка методик тестового контроля технического состояния
технических средств и источников питания датчиков информации;
6) синтез корректирующих устройств динамических объектов по
обобщенным показателям.
Научная новизна результатов диссертационных исследований состоит в следующем:
предложен омический способ измерения уровня жидкости, признанный изобретением с приоритетом от 28.03.1996 г.;
разработана методика синтеза корректирующих устройств системы управления динамическими объектами;
создано инструментальное обеспечение для определения вида и места повреждения технических средств и появления дефектов в динами-мических системах на основе расчета сигнального отношения.
Методы исследования. При проведении исследований был принят многоуровневый системный подход, используемый в общей теории систем. Теоретической базой и методологической основой проводимого исследования служат методы теории технической диагностики, информационных систем, математического и имитационного моделирования.
Практическая значимость. Диссертационная работа выполнена в
соответствии с Федеральной целевой программой «Внутренние водные пу
ти России» па 1996-2000 г. г. __
Практическая ценность результатов диссертационных исследований состоит в создании инструментального обеспечения автоматизированных систем, используемых на шлюзах. При участии автора разработан омический способ измерения уровня жидкости и создан гидростатический уровнемер, зарегистрированные как изобретения с приоритетами, соответственно, от 28.03.1996 г. и 20.11.1996 г.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались, обсуждались и были одобрены на Международной научно-технической конференции «ТРАНСКОМ-97» (Санкт-Петербург, 1997 г.), техническом совещании Вытегорского района гидросооружений и судоходства ГБУ «Волго-Балт» в 1998 г., международной НТК «ТРАНСКОМ-99» (Санкт-Петербург, 1999 г.), кафедральных семинарах.
Публикации. Основные результаты работы отражены в 11 печатных работах и защищены двумя положительными решениями на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.
