Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время производство и использование строительных материалов является одной из ведущих отраслей экономики России. Производство этих материалов, как правило, связано с переработкой и синтезом полимерных веществ. Обеспечение пожарной безопасности в этой области является важной и актуальной задачей.
Переход к управлению промышленной безопасностью по критериям приемлемого риска и законодательное требование «постоянно осуществлять прогнозирование вероятности возникновения аварий и катастроф» в отношении каждого опасного производственного комплекса приводят эксплуатирующиеся строительные хозяйства к необходимости оценки пожарной опасности и снижения угрозы возникновения аварийных ситуаций.
Научно обоснованное определение комплекса основных характеристик пожарной опасности строительных материалов на полимерной основе, нормирование их пожаробезопасного применения, прогнозирование поведения в реальных пожарных ситуациях - важные научные и прикладные аспекты общей актуальной проблемы обеспечения пожарной безопасности объектов в промышленном строительстве. Исследованию пожарной опасности полимерных материалов и совершенствованию методов идентификации с целью контроля пожароопасных свойств посвящены работы д.т.н., профессора Б.Б. Серкова, д.т.н., профессора А.Н. Членова, д.т.н., Н.В. Смирнова, к.т.н. Ю.К. Нагановского, к.т.н. С.В. Стебунова.
В настоящее время для обнаружения возгорания применяется целый ряд из- вещателей, действие которых основано на фиксировании опасных факторов пожара, таких как наличие дыма, повышение температуры, открытое пламя и т.д.
Для этих датчиков характерен существенный недостаток: необходимо, чтобы опасные факторы пожара достигли самого извещателя. С момента начала возгорания в помещении до срабатывания системы противопожарной сигнализации существует инерционный промежуток времени при низкой скорости конвективных и диффузионных процессов.
Поэтому важной задачей становится экспрессная оценка и предупреждение пожароопасной ситуации и обеспечение экологической безопасности путем контролирования химического состава воздуха рабочей зоны и своевременное предупреждение персонала об опасности. Кроме того, существующие алгоритмы расчета установки газоанализаторов на местах в не полной мере учитывают совокупное воздействие воздушных потоков и таких факторов, как молекулярная масса газообразных вредных веществ, геометрические размеры помещения, способы организации воздухообмена, возможности взаимодействия выделяющихся летучих веществ в результате переработки или эксплуатации строительных материалов на полимерной основе.
Таким образом, актуальной задачей обеспечения пожарной безопасности является разработка экспрессных методов анализа, позволяющих в режиме реального времени оценить качество воздуха помещений с целью своевременного обнаружения токсических веществ, продуктов деструкции, горения и принятия решения о его пригодности для безопасной эксплуатации строительных материалов и конструкций. В связи с этим в диссертационной работе предложена методология повышения качества контроля продуктов разложения и миграции токсичных веществ в закрытом помещении при производстве и эксплуатации строительных материалов посредством мониторинга газовоздушной среды в режиме реального времени с помощью интеллектуальной системы сенсоров.
Объект исследования - мультисенсорный газоанализатор летучих компонентов, выделяющихся при производстве и эксплуатации строительных материалов.
Предмет исследования - физико-химические процессы, происходящие в строительных материалах на полимерной основе в процессе их производства и эксплуатации в помещениях при их деструкции под воздействием высокой температуры.
Целью диссертационной работы является разработка мультисенсорной системы контроля и оценки уровня токсичности воздушной среды при производстве и эксплуатации строительных полимерных композитов различной структуры, способных привести к изменению пожароопасной обстановки на объекте.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
разработать математическую модель обработки информации искусственными нейронными сетями с целью повышения пожарной безопасности зданий и помещений;
разработать систему интеллектуального контроля летучих токсичных веществ с использованием мультисенсорного газоанализатора;
разработать алгоритм оптимизации параметров нейронной модели для анализа воздушной среды при производстве и эксплуатации строительных отделочных материалов;
разработать методологию экспресс-анализа летучих веществ, выделяющихся в процессе производства и эксплуатации строительных полимерных композитов, с применением химических сенсоров из полимерных материалов.
Научная новизна работы:
предложена модульная система для комплексной оценки текущего состояния газовоздушной среды зданий и помещений, по показателям (быстродействию, количеству определяемых компонентов, малогабаритности) отличающаяся от существующих аналогов;
предложен методический подход к контролю и диагностике материалов, основанный на комплексном анализе летучих токсичных компонентов, выделяющихся при производстве и эксплуатации строительных материалов;
разработаны алгоритмы и пакет программ для комплексного анализа летучих смесей токсичных компонентов с помощью мультисенсорного газоанализатора, позволяющие принимать решения в условиях неполноты и противоречивости данных и в реальном времени, что повышает пожаровзрыво- безопасность контролируемых помещений;
— создан оригинальный комплекс программ для обеспечения функционирования газоанализатора, обработки информации, отличающийся от известных систем использованием аппарата нечеткой логики и возможностью принятия решений в режиме онлайн.
Практическая значимость работы. Разработана схема функционирования интеллектуального газоанализатора, позволяющая обеспечить пожаровзры- вобезопасность промышленных предприятий по производству строительных материалов на полимерной основе. Создан действующий макет (прототип) мультисенсорного газоанализатора для контроля и оценки безопасности производства и эксплуатации строительных материалов.
Достоверность полученных результатов и выводов обеспечена методически обоснованным комплексом исследований с использованием современных средств измерений, применением математических методов планирования экспериментов и статистической обработкой их результатов, а также опытными испытаниями и их положительным практическим эффектом.
Внедрение результатов работы. Разработанные программные средства и структурно-параметрическая модель внедрены в учебный процесс Воронежского института Государственной противопожарной службы МЧС России на кафедре химии и процессов горения, а также в учебный процесс Воронежского ГАСУ на кафедре физики и химии.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях: VII Всероссийской конференции по анализу объектов окружающей среды «Экоаналитика» (Йошкар-Ола, 21-27 июня 2009 г.); Всероссийской конференции «Проведение научных исследований в области индустрии наносистем и материалов» (Белгород, 16-20 ноября 2009 г.); II Международной научно-практической конференции «Сервис безопасности в России: опыт, проблемы, перспективы» (Санкт-Петербург, 29-31 октября 2009 г.); VI Международном семинаре «Физико-математическое моделирование систем» (Воронеж, 2010 г.); IV Международной научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, образовании и производстве ИТНОП- 2010» (Орёл, 22-23 апреля 2010 г.); Международной научно-практической конференции «Пожарная безопасность: проблемы и перспективы» (Воронеж, 22 сентября 2010 г.); VI Международной научно-практической конференции «Обеспечение безопасности в чрезвычайных ситуациях» (Воронеж, 10 декабря 2010 г.); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы инновационных систем информатизации и безопасности» (Воронеж, 25 марта 2011); Х Международной научно-технической конференции «Пожарная безопасность-2011» (Харьков, 2011 г.). По результатам работы получен патент на полезную модель «Мультисенсорная система для определения летучих компонентов в воздухе при производстве строительных материалов из полимерных композитов» № 120227. Патент зарегистрирован в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 10 сентября 2012 г.
На защиту выносятся:
-
-
Система автоматического контроля и управления на основе мультисен- сорного газоанализатора, регистрирующего пары летучих токсичных веществ в зданиях, помещениях, сооружениях, которая обеспечивает снижение пожарной и промышленной опасности, предупреждение пожаров и аварий.
-
Математическая модель обработки информации искусственными нейронными сетями, поступающей с мультисенсорной системы контроля безопасности, позволяющая создать устройства автоматического контроля и управления системами обеспечения пожарной и промышленной безопасности и жизнеобеспечения.
-
Лабораторный макет технического средства защиты людей от производственного травматизма при производстве и эксплуатации строительных отделочных материалов.
-
Принципы и способ экспресс-анализа для обеспечения промышленной и пожарной безопасности в строительстве за счет использования схемы организации и проведения контроля и оценки воздушной среды при производстве и эксплуатации строительных материалов с применением системы сенсоров.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 13 научных работ общим объемом 51 страница. Личный вклад автора составляет 29 страниц. Шесть статей опубликовано в изданиях, включенных в перечень ведущих рецензируемых журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации: «Пожаровзрывобезопасность», «Технологии техносферной безопасности», «Вестник Воронежского государственного технического университета», «Датчики и системы», «Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура».
В статьях, опубликованных в рекомендованных ВАК изданиях, изложены основные результаты диссертации: в работе [1] обобщены и проанализированы предпосылки создания мультисенсорных газоанализаторов; в работе [2] рассмотрена возможность использования мультисенсорной системы для оценки уровня токсичности газов и паров; в работе [3] получены экспериментальные данные мониторинга газовоздушной среды на предмет наличия и превышения концентрационных пределов распространения легковоспламеняемых жидкостей (толуол, гексан, ацетон); в работе [4] представлена информационно- экспертная система для анализа пожароопасности жидкостей; в работе [5] описана система сенсоров, предназначенная для мониторинга содержания легковоспламеняющихся жидкостей в воздухе; в работе [6] описана предложенная авторами система для распознавания экотоксикантов в закрытых помещениях.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, изложенных на 120 страницах машинописного текста, заключения, списка литературы, содержащего 151 наименование, и приложения. Диссертация содержит 42 рисунка, 3 таблицы.
Похожие диссертации на Мультисенсорная система контроля пожарной безопасности летучих компонентов строительных материалов
-
