Введение к работе
Актуальность работы. Проблема промышленного учета метана состоит в обеспечении для промышленных объектов требуемой точности измерения объемного расхода газа с учетом его рабочих параметров.
Проблема промышленного учета газа решается построением автоматизированной системы измерения и контроля рабочих параметров метана.
В последнее время появилась возможность проводить более точный учет метана с использованием счетчиков газа, рассчитанных на расходы от 10 до 10000 м3/ч. Проектирование узлов учета газа выполняется в комплексе с газорегуляторной установкой и может проводиться для типовых узлов, типовых решений и массовых применений на объектах добычи, транспортировки и потребления газа-метана.
Повышение надежности работы аппаратной части автоматизированной системы измерения и контроля рабочих параметров газа связано с корректной разработкой внутреннего программного обеспечения системы с учетом особенностей работы процессоров, совершенствованием их внутренней логики и ТТЛ-логики их окружения, с повышением уровня документированности используемых протоколов и аппаратных средств. Повышение надежности работы внешнего программного обеспечения связано с их эксплуатацией на удаленных объектах, где наладка или перезапуск осложнены или связаны с большими временными затратами.
Следовательно, разработка методов модернизации, создания и адаптации аппаратных средств, внутреннего и внешнего программного обеспечения автоматизированной системы учета метана является актуальной.
Цель работы. Разработать программно-аппаратный комплекс автоматизированной системы учета природного газа-метана объектов промышленного газопотребления.
Идея работы состоит в том, чтобы для построения программно-аппаратного комплекса системы автоматизированного учета природного газа использовать методы кодового повышения достоверности, запросных схем, энтропийного исследования недокументированных протоколов и активной фильтрации.
Задачи диссертационной работы.
1. Разработать метод модернизации внутреннего и внешнего
программного обеспечения существующих промышленных измерительных
комплексов, разработать методы адаптации программного обеспечения для
приборов коммерческого и технического учета газа.
2. Разработать программно-аппаратный комплекс системы
автоматизированного учета расхода газа-метана с учетом технических,
эргономических и конструкторских критериев.
3. Разработать методы повышения надежности программного и
аппаратного обеспечения новых электронных приборов учета газа-метана.
-
Адаптировать разработанные методы для создания приборов и систем учета газа-метана, выделяемого в процессе дегазации угольных пластов.
-
Провести экспериментальные исследования разработанных аппаратно-программных средств промышленного учета газа.
-
Предложить аппаратно-программное решение нового прибора учета газа, пригодного для коммерческого и промышленного учета.
Методы, используемые и разрабатываемые в диссертации:
метод модернизации приборов и систем промышленного учета состоит в исследовании данных, передаваемых по последовательным каналам связи с целью выявления протокола информационного обмена и последующего декодирования.
метод запросных схем систематизации баз данных учета газа позволяет вместо реляционных связей там, где их введение невозможно, ввести направления движения потоков данных и векторы применения фильтров, запросов и процедур и представить алгоритм формирования целевых
таблиц и запросов в наглядном виде;
энтропийный метод исследования недокументированных протоколов и определения знакомест кодов циклического избыточного кодирования позволяет построить диаграммы байтов информационных пакетов и сравнивать их хаотичное или закономерное появление;
программные методы борьбы с пропуском инструкций процессором контроллера, обусловленные насыщением ТТЛ-логики центрального процессора, позволяют применять алгоритмы, нечувствительные к таким пропускам, применять дуплексные линии связи с возможностью перезагрузки основного алгоритма и перезапуска контроллера по запросу, если ошибка выявлена;
методы повышения качества передачи данных по каналам связи и длинным кабельным линиям заключаются в применении емкостных фильтров, устройств конвертирования с возможностью передачи данных на более высокой скорости и/или применением промышленных интерфейсов передачи данных, введения кодов циклического избыточного кодирования;
метод косвенного определения плотности газа с учетом коэффициента сжимаемости;
метод диаграммного анализа данных промышленного учета метала для экономического анализа, выявления нештатных ситуаций, детектирования выбросов расхода газа, определения годичного и сезонного тренда рабочих параметров газопотребления;
методы программно-аппаратной разработки электронных приборов учета метана позволяют изменять структуру измерительного комплекса, в котором первичный преобразователь с датчиками оказывается автономным корректором; перезапускать программу с полной инициализацией рабочего цикла в целях защиты прибора от частичного зависания, связанного с некорректным заземлением или отсутствием необходимой катодной защиты, индицировать неисправности.
Основные научные положения, выносимые на защиту, и их новизна
1. Предложенные новые методы программной и аппаратной разработки и
модернизации приборов и комплексов промышленного учета газа-метана
позволяют повысить качество передачи данных по длинным линиям связи,
увеличить срок службы программно-аппаратных комплексов, повысить
надежность программного обеспечения этих систем, улучшить эргономику
приборов.
2. Разработанные новые методы алгоритмизации и формализации
нереляционных баз данных на основе метода запросных схем и энтропийного
метода детектирования знакомест кодов циклического избыточного
кодирования для программно-аппаратных комплексов промышленного учета
газа-метана позволили сделать протоколы передачи данных модернизируемых
приборов документированными, а описания протоколов новых приборов в
виде базы данных — пополняемыми и корректируемыми.
3. Использование разработанных методов и средств учета газа позволяет
на основе статистических данных рабочих параметров газопотребления
реальными объектами проводить технологический анализ режимов
газопотребления, выявлять нештатные ситуации, оценивать экономическую
эффективность оборудования.
4. Разработанная новая структура двухпроцессорного корректора
объемного расхода газа-метана обеспечивает возможность коммерческого и
технического учета с большим количеством датчиков и первичных
преобразователей для программно-аппаратной системы промышленного учета
метана.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:
корректностью постановки теоретических и практических задач;
сходимостью экспериментальных и теоретических результатов;
актами внедрения полученных результатов исследований и разработок;
- авторскими свидетельствами на программные и аппаратные решения
промышленного учета газа-метана.
Практическая ценность работы заключается в том, что полученные научные результаты позволяют:
создавать современные микропроцессорные системы промышленного учета газа-метана с внутренним и внешним программным обеспечением и совершенствовать существующие измерительные комплексы учета газа;
проводить систематизацию нереляционных баз данных с большим количеством таблиц и запросов, обеспечить преемственность разработки программного обеспечения и повысить уровень документированности автоматизированной системы учета газа-метана;
повысить надежность разрабатываемых приборов учета, устранить недостатки известных программно-аппаратных комплексов учета газа и увеличить ресурс работы приборов.
разработанные измерительные комплексы учета позволяют оценить промышленную значимость процессов дегазации угольных пластов и каптации метана на угольных шахтах, оценить объем добычи метана, приведенный к стандартным условиям.
Реализация результатов работы:
В основу работы лег десятилетний опыт работы в сфере проектирования, внедрения, монтажа и наладки систем учета природного газа-метана и сопут-. ствующего оборудования, разработки программного обеспечения для измерительных комплексов. Разработанные программы для ЭВМ ПРИЗ-WIN серийно выпускаемого электронного корректора микропроцессорного вычислителя ПРИЗ, с адаптацией и модернизацией программного обеспечения для других известных приборов учета метана внедрены на промышленных и коммунальных объектах Москвы и Московской области.
По теме диссертации получены четыре авторских свидетельства на аппаратные средства и программные продукты.
Получены акты внедрения программ, подтвержденных авторскими свидетельствами, в газовом хозяйстве более десяти промышленных предприятий, в том числе:
- Солнечногорский стекольный завод ОАО «СОЛСТЕК»; Завод вторичных металлов и сплавов ЗАО «Завод ВМС»; ОАО «Загорское монтажное управление»; Домодедовский завод «Кондиционер» ОАО «Докон»; ОАО «Импульс», МУП «Тепло Коломны»; объекты ООО «Стройперспектива» и других.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены на научных симпозиумах «Неделя горняка», 2009-2011гг, семинарах кафедры «Автоматики и управления в технических системах» Московского государственного горного университета. Результаты работы использованы при проектировании измерительных комплексов и узлов учета, реализованных на предприятиях Московской области, на которых внедрены полученные авторские свидетельства. Научные результаты работы использованы в учебном процессе Московского государственного горного университета в дисциплине «Элементы и устройства автоматики», а также в тематическом курсе «Счетчики-расходомеры газа» Люберецкого учебного комбината ОАО «Мособлгаз».
Публикации: По результатам выполненных исследований опубликована 21 работа, в том числе 16 статей в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, 4 авторских свидетельства на программы для ЭВМ.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, пяти разделов и заключения, библиографического списка из 120 наименований и шести приложений, содержит 5 таблиц, 77 рисунков.
