В статье приводится описание нестандартного решения, реализованного в рамках проекта по созданию автоматизированной системы контроля инженерных систем здания для защиты электротехнического оборудования от последствий аварий на основе анализа параметров воздуха.

ООО «НОРВИКС-ТЕХНОЛОДЖИ», г. Москва

Известно, что в настоящее время за деятельностью любой крупной производственной инфраструктуры предприятия, обеспечивающей бесперебойное и эффективное функционирование производственного процесса, скрывается система, чаще всего автоматизированная, этой инфраструктурой управляющая. Сердцем такой системы является электроника. Выход из строя какого-либо ее компонента может полностью или частично парализовать подконтрольную инфраструктуру и тем самым обречь предприятие на значительные финансовые потери. Причиной выхода из строя системы управления могут послужить различные факторы, например нарушение штатной работы таких систем жизнеобеспечения здания, как система отопления или холодного водоснабжения (ХВС).

Описание проблемы

Представим себе административно-бытовое здание предприятия, в котором трудится персонал. Функционирование здания зависит от работы множества инженерных систем, позволяющих создать благоприятные условия для пребывания в нем людей, например от системы водяного отопления и холодного водоснабжения. Наличие воды и комфортная температура в помещениях – одно из первостепенных требований к эксплуатации здания.

Довольно часто случается, что эксплуатация систем отопления и водоснабжения осуществляется ненадлежащим образом, что приводит к такой проблеме, как нарушение целостности этих систем и утечка их содержимого. Подобное явление может протекать достаточно медленно и незаметно (например, прорыв трубопровода и разлив воды в технических помещениях), что приводит к разрушительным последствиям и материальному ущербу. Затопление помещения, порча имущества, выход из строя дорогостоящего электронного оборудования могут полностью парализовать деятельность предприятия, приостановить выполнение его функций.

Подобный инцидент, произошедший в одном из удаленных зданий крупной компании во время отопительного сезона, повлек за собой необходимость искать решение для его предотвращения в дальнейшем. А именно такое решение, которое позволит:

Создать противоаварийную систему защиты здания, обеспечивающую идентификацию потенциально опасных для электроники прорывов трубопровода и своевременное предотвращение разлива воды из поврежденной системы путем ее перекрытия или частичной изоляции;

Обеспечить контроль герметичности системы отопления в подконтрольном помещении и системы холодного водоснабжения во всем здании;

Обеспечить своевременное оповещение дежурного персонала объекта и центральной диспетчерской службы, ответственной за объект, об аварийной ситуации;

Развернуть систему в нескольких зданиях, расположенных в разных населенных пунктах.

Полученная система должна была удовлетворять критерию масштабируемости на случай ее расширения на другие объекты.

В статье описано решение, предложенное компанией ООО «НОРВИКС-ТЕХНОЛОДЖИ».

Контроль герметичности системы отопления

В зависимости от организации системы отопления здания можно выделить два способа определения нарушения ее герметичности:

Фиксация разлитого теплоносителя в помещении (используется в качестве основного);

По разности расходов на вводе и выводе трубопровода (используется в качестве дополнительного).

Фиксация разлитого теплоносителя в помещении

Подконтрольное помещение представляет собой комнату с размещенным в ней электротехническим оборудованием, через которую проходит магистраль системы отопления, являющаяся потенциальной угрозой для этого оборудования, которое в случае аварии может быть выведено из строя.

Ввиду того, что подконтрольное помещение имеет большую площадь и существует возможность затопления с верхнего этажа, применять решение, которое напрашивается в первый момент (использование датчиков протечки), экономически нецелесообразно и непрактично.

Поэтому решено представить измерительную часть системы маятниковыми датчиками влажности и температуры в количестве, достаточном для охвата всего объема подконтрольного помещения. Датчики размещаются под потолком. Опорные значения параметров фиксируются с наружного датчика влажности и температуры, который обычно устанавливают на северной или восточной стороне здания.

Такое решение используется преимущественно в отопительный период и опирается на следующие принципы:

1) абсолютная влажность воздуха в помещении с некоторым запаздыванием стремится сравняться с наружной при условии отсутствия постороннего источника влажности;

2) в зимний период относительная влажность воздуха в помещении ощутимо ниже наружной относительной влажности из-за разности температур;

3) разлив воды системы отопления сопровождается повышением температуры и влажности в месте ее разлива.

Можно анализировать показания датчиков (от 4 штук) по отдельности или их среднее значение. Оба варианта имеют как преимущества, так и недостатки: в первом случае снижается достоверность показаний, а значит, и надежность измерения, во втором уменьшается чувствительность системы.

Так как требование к надежности измерений в данном случае важнее, чем чувствительность системы, которую, кстати, можно подкорректировать с помощью величины зоны нечувствительности, то было решено использовать второй вариант. Для определения среднего значения влажности и температуры все датчики развешены с учетом равномерного охвата площади помещения. При выборе метода нахождения среднего значения учитываются следующие аспекты:

Сбой в работе или неисправность одного из датчиков не должны оказывать влияния на результат вычисления;

Скорость изменения показаний датчиков должна фиксироваться.

Полученные усредненные значения температуры и влажности в помещении, а также зафиксированные температура и влажность на улице используются при расчете скорости испарения влаги в помещении.

Методика расчета скорости испарения влаги в помещении

Методика представляет собой математическую модель определения утечки теплоносителя системы отопления, основанную на законах термодинамики и молекулярной физики.

Во‑первых, вычисляется масса водяного пара, содержащегося в 1 м³ воздуха, называемая абсолютной влажностью воздуха. Другими словами, это плотность водяного пара в воздухе.

При одной и той же температуре воздух может поглотить вполне определенное количество водяного пара и достичь состояния полного насыщения. Абсолютная влажность воздуха в состоянии его насыщения носит название влагоемкости. Величина влагоемкости воздуха экспоненциально возрастает с увеличением его температуры. Отношение величины абсолютной влажности воздуха при данной температуре к величине его влагоемкости при той же температуре называется относительной влажностью воздуха.

Абсолютная влажность воздуха в помещении и на улице вычисляется по относительной влажности, взятой с датчиков.

Во‑вторых, раз в минуту по разности фактической и расчетной (см. 1‑й принцип) абсолютной влажности в помещении определяется скорость испарения влаги. Увеличение влажности воздуха в момент разлива теплоносителя отразится на значении скорости испарения со знаком «+», а снижение влажности, то есть высыхание, – со знаком «–». Результат модели показан на рис. 1 в виде графика.

Рис. 1. График зависимости скорости испарения от температуры и влажности воздуха

На графике показан пример роста скорости испарения при температуре на улице –22 °C и влажности 97 %. В помещении объемом 215 кубических метров приняты начальные температура воздуха 23 °C и влажность 10 %. Видно, что скорость испарения имеет экспоненциальную зависимость от температуры и влажности и занимает широкий диапазон значений, что позволяет достоверно зафиксировать аварийную ситуацию с минимальным количеством ложных срабатываний.

Заметим, что ни одна система обнаружения протечки не обеспечивает мгновенной реакции на возникшую протечку вследствие инертности происходящих процессов.

Разность расходов теплоносителя

Как уже говорилось, это дополнительный способ определить нарушение герметичности системы отопления. Он применим, если здание имеет внешнее центральное отопление, тогда запорная арматура устанавливается на ввод и вывод системы. В случае если здание имеет собственную котельную, помимо запорной арматуры на вводе и выводе устанавливается байпас.

При двухтрубной схеме отопления здания с нижней раздачей изолируется конкретный поврежденный участок, но не вся система целиком. Это достигается с помощью установки ультразвуковых расходомеров и запорной арматуры на подающие и обратные магистральные участки, проходящие через подконтрольное помещение (рис. 2).

Рис. 2. Схема установки запорной арматуры в двухтрубную систему отопления здания

Если система отопления здания построена по иной схеме, не позволяющей обнаружить пробой и изоляцию конкретного участка, то запорная арматура устанавливается на вводе всей системы отопления или осуществляется переключение на байпас.

Управление запорной арматурой происходит автоматически при возникновении аварийного события. Также имеется возможность ручного управления или дистанционного по команде диспетчера.

Выбор и использование такого устройства, как ультразвуковой расходомер, для определения участка, на котором произошел пробой, осуществляется с помощью вычисления разности расходов между входом и выходом системы отопления. При выборе расходомера учитывается диаметр труб, для того чтобы допустимая погрешность измерения расхода воды при номинальном давлении в них не превышала критичного для фиксации протечки значения. Так, например, на трубе с диаметром условного прохода больше 20 мм использовать расходомеры не имеет смысла, иначе суммарная допустимая погрешность расходомеров, установленных на подающем и возвращающем участках, окажется значительно выше требуемой чувствительности.

Отработка аварийной ситуации

Кратко отработку аварийной ситуации можно описать следующим образом.

1. Фиксируется превышение скорости испарения влаги предаварийной уставки (задается из центральной диспетчерской) за интервал времени и выставляется предупредительный сигнал для дежурного персонала (в это время персонал может выяснить причины возникновения предупредительного сигнала).

2. Фиксируется превышение скорости испарения влаги уже аварийной уставки (задается из центральной диспетчерской) и выставляется аварийный сигнал для дежурного персонала.

3. В зависимости от конфигурации системы изолируется повреж­денный участок или отключается вся система отопления здания.

Вновь открыть запорную арматуру системы отопления возможно только после квитирования диспетчером аварии и подачи команды на открытие со шкафа автоматики либо из диспетчерского пункта.

Возможно, у читателя появился вопрос: зачем применяется двухступенчатый анализ содержания влаги в помещении? Для того чтобы предотвратить ложное срабатывание из-за кратковременного возмущающего воздействия, например мытья полов в подконтрольном помещении или длительного присутствия людей в совокупности с низкой уставкой зоны нечувствительности.

Контроль герметичности системы ХВС

Алгоритм обработки аварийной ситуации аналогичен описанному выше, только анализируется не скорость испарения влаги, а расход воды.

Контроль над герметичностью системы холодного водоснабжения ведется с помощью ультразвукового расходомера, который устанавливается на вводе системы ХВС в здание в паре с запорной арматурой.

Автоматика сравнивает показания расходомера с уставкой и при нештатной ситуации отключает водоснабжение. Уставка выбирается в зависимости от типа объекта, количества людей в здании, а также вида осуществляемой деятельности и производится на основании СНиП 2.04.01-85 Приложение № 3 «Нормы расхода воды потребителями».

Превышение уставки по причине выхода из строя сантехники и, как следствие, неконтролируемого расхода воды классифицируется как аварийное состояние со всеми вытекающими последствиями. На практике часто встречающиеся неисправности сливного бака унитаза или водопроводного крана ощутимо увеличивают расход, а равно и коммунальные платежи. Поэтому контроль расхода холодной воды имеет дополнительный плюс: он заставляет контролировать состояние сантехнического оборудования, что позволяет снизить финансовые затраты.

Что получилось?

Наблюдения за показаниями датчиков и работой алгоритма определения скорости испарения влаги показали, что система адекватно реагирует как на изменения погодных условий, так и на изменения микроклимата помещения, а в случае возникновения аварийной ситуации перекрывает нужную систему. Результат наблюдения развеял сомнения по поводу применимости подобной методики определения утечки воды, принятой на этапе проектного решения.

В заключение отметим, что описанное решение позволяет предотвратить негативное влияние аварийных ситуаций инженерных систем на работоспособность оборудования на удаленных объектах, увеличить время его бесперебойной работы и снизить издержки из-за простоя.

Н. Г. Павлов, инженер-программист,

Ф. В. Семиров, инженер-проектировщик,

ООО «НОРВИКС-ТЕХНОЛОДЖИ», г. Москва,

Cтраница 1

Автоматизированная система контроля и анализа сметной стоимости строительства ставит целью обеспечение снижения сметной стоимости строительства и более точное ее прогнозирование, повышение качества и эффективности планов капитальных вложений. Блок Смета предназначен для обеспечения органов управления капитальным строительством информацией о сметной стоимости строительства, тенденциях изменения стоимости строительства отдельных объектов и пусковых комплексов в прогнозируемом периоде и об отклонении сметной стоимости строек в процессе проектирования и строительства.  

Автоматизированные системы контроля тем самым выполняют важную профилактическую задачу, обеспечивая своевременность исполнения документов. Эффектив-ность-этих систем заключается и в возможности оперативно управлять, поскольку быстро и на каждый заданный момент можно получить информацию о состояние исполнения документов и устных указаний руководства.  

Автоматизированные системы контроля характеризуются емкостью, быстродействием и рядом других параметров.  

Автоматизированные системы контроля могут быть автоматическими и полуавтоматическими. Автоматические системы контроля почти, не требуют вмешательства - оператора. Менее 2 % общего времени контроля затрачивает оператор, а все основные операции (подключение приборов, сравнение с допуском, информация о результатах контроля) выполняются системой контроля. В полуавтоматических системах контроля оператор затрачивает до 50 % общего времени контроля.  

Автоматизированные системы контроля с управлением по программе представляют собой совокупность трех основных частей: устройства управления, релейно-коммутационного устройства и соединительного устройства. Устройство управления обеспечивает информацию (адреса, команды) с перфоленты, ее дешифрацию, выдачу адресных сигналов в релейно-коммутационное устройство, измерение электрических параметров, их анализ и индикацию результатов. Релейно-коммутационное устройство обеспечивает коммутацию проверяемых цепей платы со схемой устройства управления. Соединительное устройство осуществляет непосредственное контактирование приборов стенда с проверяемой платой.  

Автоматизированные системы контроля (АСК) и испытаний (АСИ) являются естественным развитием вышеописанных методов контроля и испытаний. Но в отличие от этих методов, традиционно реализовывавшихся вручную (с применением калибров, измерительных устройств и испытательной аппаратуры), автоматизированные системы контроля и испытаний функционируют автоматически и основываются на использовании последних достижений в области вычислительной техники и измерительных преобразователей. Предлагаемый нами подход заключается в реализации функций контроля качества в рамках системы автоматизированного проектирования и производства (САПР / АПП), что является необходимым условием успешного функционирования АСУК.  

Автоматизированная система контроля за выработкой пластов реализуется за счет контроля и регулирования следующих параметров: пластового давления, депрессий и репрессий на пласт, фронта вытесняющего агента, химического состава закачиваемой воды, дебитов и расходов скважин на линиях отбора и нагнетания. Система может реализовывать один из двух вариантов разработки: максимальный темп добычи или максимальный коэффициент извлечения нефти.  

Автоматизированная система контроля точности зубофрезерных станков. Система предназначена для определения спектрального состава кинематической погрешности зубофрезерных станков и может быть использована на всех машиностроительных предприятиях.  

Автоматизированная система контроля печатных плат предусматривает измерение следующих электрических параметров: а) проверку целостности печатных проводников, б) проверку на отсутствие коротких замыканий, в) измерение величины электрического сопротивления изоляции между электрическими разъединенными цепями, г) измерение электрической прочности.  

Автоматизированная система контроля чистоты воздуха и газов (АСКЧВГ) предназначена для контроля фракционного состава дисперсной фазы аэрозолей. Она состоит из вычислительного комплекса, пульта управления, датчиков счетной концентрации аэрозоля и обеспечивает полную автоматизацию процесса измерения.  

Автоматизированные системы контроля качества окружающей среды: Аналит.  

Первая типовая автоматизированная система контроля загрязнения воздуха разработана в СССР. Одна из этих систем, эксплуатируемая в Ленинграде, регистрирует концентрации наиболее распространенных примесей и необходимые метеорологические факторы одновременно в нескольких пунктах города. В этих пунктах в стандартных павильонах установлены контрольно-измерительные станции, содержащие автоматические газоанализаторы на диоксид серы и оксид углерода, анеморумбометр, термограф и другие приборы. Информация, полученная по каналам автоматической телефонной сети, в центре сбора выводится на индикационное табло, а затем обрабатывается специальной электронно-вычислительной машиной. Если в отдельных пунктах отмечается повышение концентрации примесей, то по данным о метеорологических параметрах, в частности о силе ветра, можно судить, чем это вызвано и от какого источника поступают примеси, а затем передать указания о необходимости сокращения выбросов данным источником.  

Такая автоматизированная система контроля позволяет получить по каналам связи (телефонным линиям) непрерывную информацию о концентрации примесей. Информация поступает от автоматических газоанализаторов, установленных в различных местах региона или вокруг крупных промышленных объектов, иногда на конкретных технологических установках. Информация, полученная по каналам автоматической телефонной сети, в центре сбора выводится на индикационное табло, а затем обрабатывается по специальной программе. Если в отдельных пунктах отмечается повышение концентраций примесей, то по данным о метеорологических параметрах (в частг ности о силе ветра) можно судить, чем это вызвано, и от какого источника поступают примеси, затем передать указания о необходимости сокращения выбросов данному источнику. Особое значение такие системы имеют для территориально-производственных комплексов, включающих многие предприятия различных типов, связанных единым технологическим циклом, сырьевыми, энергетическими и другими транспортными потоками. Глобальный мониторинг осуществляется в основном зондированием атмосферы.  

Построение автоматизированных систем контроля и управления существующих и новых технологических процессов сдерживается не только отсутствием автоматических измерительных устройств, позволяющих судить о качестве функционирования технологических процессов. В большой степени разработка подобных систем тормозится отсутствием теоретических решений, связывающих качество функционирования технологического процесса с техническими характеристиками средств, используемых в системах контроля и управления, а также с характером возможного обслуживания этих средств при эксплуатации.  

Структура автоматизированной системы контроля загрязненности воздуха определяется следующими соображениями.  

Как известно, первые автоматические системы слежения за параметрами внешней среды были созданы в военных и космических программах. В 50-е гг. в системе ПВО США уже использовали семь эшелонов плавающих в Тихом океане автоматических буев, но самая впечатляющая автоматическая система по контролю качества окружающей среды была, несомненно, реализована в «Луноходе».

В настоящее время процесс миниатюризации электронных схем дошел почти до молекулярного уровня, делая реальным полностью автоматизированные, с всеобъемлющим программным обеспечением, сложные многоцелевые и в то же время компактные, полностью автономные системы слежения за качеством окружающей среды. Их развитие в настоящее время сдерживается не техническими, а прежде всего финансовыми трудностями – они все еще стоят очень дорого – и, как ни странно, организационными проблемами многоуровневого управления такими системами, настолько информативными и потенциально мощными, что их создание и эксплуатация приобретают политическое значение. Можно даже сказать, что социально и психологически общество не готово к использованию таких систем, которые по существу опередили свое время, что в современном обществе скорее является правилом, чем исключением.

Основными структурными блоками современных автоматических систем мониторинга являются:

1. 
   Датчики параметров окружающей среды – температуры, концентрации соли в воде, солнечной радиации, ионной формы, металлов в водной среде, концентраций основных загрязнений атмосферы и вод, включая СПАВ, гербициды, инсектициды, фенолы, пестициды, бензапирены и др. Выделяют датчики активные и пассивные.
2. 
   Датчики биологических параметров – прироста древесины, проективного покрытия растительности, гумуса почв и др.
3. 
   Автономное электропитание на основе совершенных аккумуляторов или солнечных батарей, прогресс в разработке которых также был обеспечен в течение последних 20-30 лет щедрым финансированием космических программ.
4. 
   Миниатюризированные радиопередающие и радиоприемные системы, действующие на относительно короткое расстояние – 10-15 км.
5. 
   Компактные радиостанции, передающие на сотни и тысячи километров.
6. 
   Системы спутниковой связи, зачастую связанные с системами глобального позиционирования (например, GPS).
7. 
   Современная вычислительная техника, включая мобильные устройства.
8. 
   Специальное программное обеспечение.

Следует отметить, что почти повсеместно отсутствует эффективная обратная связь между последствиями загрязнения и причинами, его вызвавшими, а это в свою очередь приводит к дисгармонии в системе человек-промышленность-окружающая среда. Перечислим основные причины, снижающие эффективность обратной связи между последствиями загрязнения и причинами, которые его вызывают.

1. 
   Экономические выгоды или потери интересуют больше всего и сегодня, а экономический ущерб от загрязнения окружающей среды не прогнозируется, зачастую не осознается, отложен с момента загрязнения или от момента принятия решения, повлекшего его за собой, и восполняют его часто не те, кто в нем повинен.
2. 
   Результаты экологической экспертизы не доводятся или не доходят до сознания большинства граждан, т.к. влияние загрязнения окружающей среды на здоровье зависит от индивидуальных, возрастных, социальных и психофизиологических особенностей жителей и может быть значительно задержано во времени.
3. 
   Оценки и прогнозы состояния среды промышленного города, необходимые для обоснованного ведения планово-предупредительных природоохранных мероприятий, требуют специальных знаний из области точных и естественных наук, и зачастую далеко выходят за узкие рамки стандартных методик, используемых в практике природоохранных служб.

Таким образом, с точки зрения информационных задач управления качеством окружающей среды основные проблемы состоят в том, что:

• 
  отсутствует или затруднен прогноз состояния среды города в зависимости от действий субъектов и состояния объектов управления;
• 
  результаты оценки или прогноза не доходят до тех, кому они предназначены либо представлены в том виде, в котором адресат их не воспринимает.

Неэффективная работа традиционных систем получения, обработки и передачи информации приводит к нарушениям и в системах принятия решений и управляющих воздействий. Эту ситуацию нельзя исправить ни законодательными, ни административными мерами на этапе принятия решений без повышения эффективности работы городской информационной инфраструктуры управления качеством окружающей среды. Чтобы успешно управлять территорией и рационально распоряжаться ее ресурсами, нужно хорошо представлять себе обобщенные характеристики ее состояния и иметь возможность оперативно и в наглядной форме получать необходимые для принятия решений детальные сведения об объектах управления.

Сейчас эта проблема решается следующим образом. Создают распределенную информационную систему, в которой иерархическое построение отражает реальную административную подчиненность экологических организаций, регламентирует контроль и управляющие воздействия. Информационно-аналитическая система экологических служб города – это распределенная информационная система, предназначенная для обеспечения средствами телекоммуникации и математического моделирования задач организации контроля, анализа и прогноза состояния окружающей среды и на этой основе обеспечения задач управления качеством среды. Система многоуровневая и строится по иерархическому принципу в соответствии с реальной административной и ведомственной подчиненностью экологических организаций. Элементы системы – это автоматизированные рабочие места экологов (АРМ): на промышленных предприятиях, в экологических службах, в организации здравоохранения, в администрации города и края. Каждый АРМ, с одной стороны, должен обслуживать интересы своего владельца, с другой стороны, содержать в себе свойства и функции, отвечающие корпоративным потребностям тех ведомственных, административных и функциональных подсистем, к которым он относится.

Необходимость обмена информацией и передачи управляющих воздействий объединяет АРМы в целостную общегородскую систему. Распределенная информационная система, в которую входят как природоохранные, так и природопользовательские организации, позволяет создать функциональные (или предметные) информационно-аналитические, экспертные и прогностические подсистемы: экологического мониторинга воздушного и водного бассейнов; мониторинга здоровья жителей; прогностические, справочные и экспертные подсистемы. Они организуются за счет горизонтальных и перекрестных (межведомственных) связей и позволяют использовать экспертный и модельно-прогностический потенциал экологических служб и науки. Эти подсистемы обеспечивают решение задач оценки, анализа и прогноза и на этой основе поддержку принятия решений природоохранных служб и администраций.

В системе восходящие информационные потоки несут контрольную и сводную информацию, локальные оценки и прогнозы, а нисходящие – распоряжения, нормативно-методическое обеспечение управляющих решений, глобальные оценки и прогнозы. Таким образом, можно создать единое информационное пространство с единой нормативно-методической базой, необходимой для проведения эколого-экономических экспертиз, для оценки и прогноза состояния территории и здоровья населения.

12. Аэрокосмический мониторинг

Система наблюдения при помощи самолетных, аэростатных средств, спутников и спутниковых систем называется аэрокосмическим методом мониторинга.

Аэрокосмический мониторинг подразделяется на:

Ø Дистанционный мониторинг - совокупность авиационного и космического мониторингов. Иногда в это понятие включают слежение за средой с помощью приборов, установленных в труднодоступных местах Земли (в горах, на Крайнем Севере), показания которых передаются в центры наблюдения с помощью методов дальней передачи информации (по радио, проводам, через спутники и т. п.).

Ø Авиационный мониторинг осуществляют с самолетов, вертолетов и других летательных аппаратов (включая парящие воздушные шары и т. п.), не поднимающихся на космические высоты (в основном из пределов тропосферы).

Ø Космический мониторинг - мониторинг с помощью космических средств наблюдения.

Оперативное слежение и контроль за состоянием окружающей среды и отдельных ее компонентов по материалам дистанционного зондирования и картам называют аэрокосмическим (или картографо-аэрокосмическим) мониторингом.

Аэрокосмический мониторинг позволяет одновременно получать объективную информацию и оперативно выполнять картографирование территории практически на любом уровне территориального деления: страна - область - район - группа хозяйств (землепользование) - конкретное сельскохозяйственное угодье - культура.

Материалы дистанционного зондирования получают в результате неконтактной съемки с летательных воздушных и космических аппаратов, судов и подводных лодок, наземных станций. Получаемые документы очень разнообразны по масштабу, разрешению, геометрическим, спектральным и иным свойствам. Все зависит от вида и высоты съемки, применяемой аппаратуры, а также от природных особенностей местности, атмосферных условий и т.п. Главные качества дистанционных изображений, особенно полезные для составления карт, - это их высокая детальность, одновременный охват обширных пространств, возможность получения повторных снимков и изучения труднодоступных территорий. Снимки дают интегрированное и вместе с тем генерализованное изображение всех элементов земной поверхности, что позволяет видеть их структуру и связи. Благодаря этому данные дистанционного зондирования нашли в картографии разнообразное применение: их используют для составления и оперативного обновления топографических и тематических карт, картографирования малоизученных и труднодоступных районов (например, высокогорий). Наконец, аэро- и космические снимки служат источниками для создания общегеографических и тематических фотокарт.

Существует несколько основных направлений применения материалов дистанционного зондирования в целях картографирования:

Ø составление новых топографических и тематических карт;

Ø исправление и обновление существующих карт;

Ø создание фотокарт, фотоблок-диаграмм и других комбинированных фото картографических моделей;

Ø составление оперативных карт и мониторинг.

Составление оперативных карт - это один из важных видов использования космических материалов. Для этого проводят быструю автоматическую обработку поступающих дистанционных данных и преобразование их в картографический формат. Наиболее известны оперативные метеорологические карты. В оперативном режиме и даже в реальном масштабе времени можно составлять карты лесных пожаров, наводнений, развития неблагоприятных экологических ситуаций и других опасных природных явлений. Космофотокарты применяют для слежения за созреванием сельскохозяйственных посевов и прогноза урожая, наблюдения за становлением и сходом снежного покрова на обширных пространствах и тому подобными ситуациями, сезонной динамикой морских льдов.

Мониторинг предполагает не только наблюдение за процессом или явлением, но также его оценку, прогноз распространения и развития, а кроме того - разработку системы мер по предотвращению опасных последствий или поддержанию благоприятных тенденций. Таким образом, оперативное картографирование становится средством контроля за развитием явлений и процессов и обеспечивает принятие управленческих решений.

Система аэрокосмического мониторинга позволяет регулярно и оперативно проводить:

Ø инвентаризацию земельного фонда земель сельскохозяйственного назначения;

Ø ведение земельного кадастра;

Ø уточнение карты землепользования;

Ø инвентаризацию селитебных земель, их инфраструктуры (городов, поселков, деревень, в том числе больших "неперспективных" и заброшенных);

Ø инвентаризацию земель мелиоративного фонда;

Ø оценку мелиоративного состояния земель и ведение динамического мелиоративного кадастра;

Ø подготовку и систематическое обновление каталогов земель, находящихся в фонде перераспределения;

Ø контроль над темпами освоения новых земель;

Ø разработку экологического обоснования природопользования в районах традиционного и нового сельскохозяйственного освоения;

Ø планирование рационального землепользования, проведение своевременной инвентаризации очагов (зон) дефляции, водной и ветровой эрозии, деградации почв и растительного покрова;

Ø инвентаризацию земель, включенных в состав природоохранного, рекреационного и историко-культурного назначения, а также особо ценных земель;

Ø составление карт динамики природных и антропогенных процессов и явлений;

Ø составление прогнозных карт неблагоприятных процессов, активизирующихся в результате нерациональной хозяйственной деятельности;

Ø сопряжение картографической информации со статистическими данными.

Съемки ведут в видимой, ближней инфракрасной, тепловой инфракрасной, радиоволновой и ультрафиолетовой зонах спектра. При этом снимки могут быть черно-белыми зональными и панхроматическими, цветными, цветными спектрозональными и даже - для лучшей различимости некоторых объектов - ложноцветными, т.е. выполненными в условных цветах. Следует отметить особые достоинства съемки в радиодиапазоне. Радиоволны, почти не поглощаясь, свободно проходят через облачность и туман. Ночная темнота тоже не помеха для съемки, она ведется при любой погоде и в любое время суток.

13.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ (сокр. ЭГИС ) син. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ – автоматизированные аппаратно-программные системы, осуществляющие сбор, хранение, обработку, преобразование, отображение и распространение пространственно-координированных экологических данных. Э.и.с. предназначены для решения научных и прикладных задач инвентаризации, анализа, оценки, прогноза и управления экологическими ситуациями. Основная функция Э.и.с. - информационно-картографическое обеспечение принятия управленческих решений. Основу Э.и.с. составляют базы цифровых экологических данных и автоматические картографические системы с подсистемами ввода, логико-математической обработки и вывода данных. Информация в Э.и.с. организована в систему "слоев", содержащих цифровые данные о компонентах среды и организмах (например, рельеф местности, гидрография, административное деление, источники воздействия на среду, показатели загрязнения, размещение населения и т.д.), образующих информационную модель объекта. На этой основе выполняются процедуры анализа, сопоставления слоев, их преобразования с целью получения новой информации, необходимой для принятия тех или иных управленческих решений (например, выбор трасс для прокладки нефтепроводов, проведение лесозащитных мероприятий, рекреационного освоения территории и др.). Главные источники информационного обеспечения Э.и.с. - карты и атласы экологические, аэро- и космические снимки, статистические и гидрометеорологические данные, результаты непосредственных наблюдений и замеров на местности.

По пространственному охвату различают глобальные, общегосударственные (национальные), региональные, муниципальные и локальные Э.и.с. Они могут быть проблемно-ориентированными, т.е. предназначенными для решения задач определенного типа (например, оценка территорий под строительство), или комплексными многоцелевыми. В развитых странах формируются информационные сети, в которые включены Э.и.с. разного пространственного охвата, назначения и проблемной ориентации.

Перед руководителем промышленного предприятия стоит большое количество задач, одна из основных – увеличение прибыли , а, следовательно, повышение производительности труда , сокращение времени выхода продукта на рынок. Достичь данных целей позволяет автоматизация на разных этапах жизненного цикла изделия.

О чем статья

В данной статье мы с Вами рассмотрим как можно относительно быстро автоматизировать один из этапов производства изделия, а именно проверку изделия , что даст Вам возможность существенно сократить издержки на данном этапе и ускорить выход продукта на рынок. Также в этой статье мы рассмотрим вопросы, касающиеся современного состояния дел в области проектирования АСК (автоматизированных систем контроля), КПА (контрольно-проверочной аппаратуры), контрольно-измерительных систем и испытательных стендов .

Особенно актуальна данная статья будет для руководителей предприятий электронной промышленности.

Автоматизация контроля и испытаний позволяет значительно снизить издержки на этапе производства

Отправная точка. Как обычно обстоят дела?

Для автоматизации этапа проверки само собой требуется АСК или КПА или испытательный стенд, как его не назови, который бы мог выполнять ряд проверочных операций. Но, где его взять , если каждое тестируемое изделие - уникально?

Компании по-разному выходят из ситуации. Если предприятие решает данный вопрос своими силами, то в зависимости от внутренней структуры, задача создания АСК (автоматизированных систем контроля) возложена либо на отельное подразделение, либо на непосредственных разработчиков изделия.

В свою очередь есть разные подходы к созданию средств автоматизации: создание с нуля, либо с использованием готовых контрольно-измерительных приборов.

1. Создание автоматизированных систем контроля с нуля

Часто АСК создаются с нуля. Процесс выглядит следующим образом:

1. разрабатываются электрические схемы
2. конструируются печатные платы
3. покупаются компоненты
4. разрабатывается конструкция АСК
5. изготавливается корпус
6. происходит сборка изделия

Создание автоматизированных систем контроля с нуля - долгий, крайне неэффективный и затратный процесс

На это все уходит очень много времени. А если этим к тому же занимается разработчик изделия, то создание АСК отвлекает его от выполнения своей основной работы. Проще говоря, люди занимаются не своим делом. А нам же надо выпускать продукцию - быстрее и качественнее!

2. Использование оборудования сторонних производителей

Для того чтобы сократить время на разработку АСК многие организации используют готовые контрольно-измерительные приборы сторонних производителей. При этом часто готовое оборудование требует сложной адаптации к специфики задачи: изучения архитектуры системы, написания драйверов, программирования на C++, последующей отладки и другое.

Как же делать автоматизированные системы контроля быстрее и лучше?

Упростить и ускорить процесс создания АСК можно за счет использования контрольно-измерительных приборов и программного обеспечения компании National Instruments – мирового лидера в области автоматизации.

Идея заключается в том, чтобы создавать АСК, используя , вместо разработки своих плат с нуля. А для конфигурирования этих модулей под конкретную задачу использовать специальную среду разработки – среду графического программирования, которая значительно ускоряет и упрощает процесс разработки, позволяя быстро адаптировать контрольно-измерительную систему для конкретной задачи!

Оборудование National Instruments легко адаптируется под Ваши специфические задачи

National Instruments предлагает несколько платформ, на базе которых Вы можете строить автоматизированные системы контроля:

1. - высокопроизводительная платформа, позволяющая решать практически любые задачи по автоматизации
2. - компактная производительная платформа для надежной работы в жестких климатических условиях
3. - компактная платформа для съема данных в лабораторных и полевых условиях
4. USB, PCI и WiFi устройства для ПК, ноутбуков и планшетов

Преимущества данного подхода

• Не надо самим разрабатывать АСК : Вы можете сконфигурировать свою АСК для решения практически любой задачи на платформе, которая Вам максимально подходит. Доступен большой выбор модульных .
• Быстрая настройка под конкретную задачу : графическая среда программирования позволяет быстро написать программу для генерации сигнала, сбора и обработки данных, а также создать пользовательский интерфейс.
• Масштабируемость : если Вам в будущем понадобиться расширить возможности АСК, Вы можете легко увеличить производительность заменив или добавив новые модули.
• Универсальность : с помощью одной модульной системы можно решать разные задачи.

Таким образом, для того чтобы создать АСК надо:

1. Сконфигурировать контрольно-измерительную систему.
2. Заказать оборудование (поставка в течении 60 дней).
3. Настроить систему - создать программу для решения именно Ваших задач на .

Результат

Для обеспечения требуемого качества дет талей и изделий (точность размеров, геометрическая, форма, параметр шероховатости поверхности и т. д.) применяют комплексный контроль, включающий в себя контроль: готовых изделий, заготовок, вспомогательных средств производства (режущего инструмента, измерительных средств и т. д.), основных средств производства (технологического оборудования, систем и средств управления и т. д.).

Система автоматического контроля (САК) предназначена для автоматического контроля различных физических величин (параметров), сведения о которых необходимы при управлении объектом. Всякая система состоит из элементов, узлов и устройств, определенную функцию.

Элементы передачи и связи - устройства, обеспечивающие передачу сигналов от датчика до исполнительного элемента.

В состав систем автоматизации производственных процессов входят дополнительные элементы, не участвующие в преобразовании информации, а обеспечивающие данное преобразование. К ним относятся источники энергии, стабилизаторы, переключатели и др.

В зависимости от вида исполнительного элемента автоматический контроль разделяют на четыре основные группы:

Автоматическая сигнализация характерных или предельных значений параметров; сигнализирующее устройств (СУ) - это лампочки, звонок, сирена;

Автоматическое указание значений контролируемых параметров; указывающий прибор (ПУ) может быть стрелочным, цифровым;

Автоматическая регистрация значений контролируемого параметра; регистрирующее устройство (РУ) - это самописец;

Автоматическая сортировка различных изделий в зависимости от заданных значений контролируемых параметров (ПС – прибор сортирующий).

В зависимости от вида, стоимости и требований , предъявляемых к точности изготовления деталей, контроль может быть полным, когда проверяются все изделия, и выборочным, когда проверяется часть деталей.

По принципу действия различают:

- системы пассивного контроля , представляющие собой системы автоматического контроля (САК), задача которых получить необходимые сведения об управляемом объекте или параметрах технологического процесса (система не изменяет параметров технологического процесса во время обработки, т.е. ведет себя пассивно);

- системы активного контроля , которые представляют собой системы автоматического регулирования (САР), задача их не только измерять необходимые величины, но и поддерживать их заданное значение во время техноло­гического процесса. В настоящее время системы активного контроля организуют в большинстве случаев по принципу адаптивного управления, т. е. управление технологическим процессом ведут совместно с ЧПУ и САК, задача которой на основании сведений, полученных от автоматических устройств, менять программу управления, тем самым восстанавливая отклонившиеся величины.

По назначению различают следующие системы автоматического контроля: технологических параметров в процессе обработки; параметров готовых изделий (контроль качества продукции); состояния оборудования и систем управления; состояния инструмента, оснастки и т. д.; программного и информационного обеспечения (сбор сведений, обработка сведений, систематизация и т. д.).

Системы автоматического пассивного контроля различаются:

Аппаратными средствами и способами организации контроля; разновидностями и способами контактирования с измеряемыми величинами (прямое контактирование, косвенное, контактирование в рабочей позиции, в измеряемой позиции и т. д.);

Видами датчиков, применяемых для измерения величин (индуктивные, пневматические, фотоэлектрические, тензометрические, оптоэлектронные);

Способами организации измерительной системы и средствами обработки полученной информации (измерение, дискретное, измерение методом сравнения с заданным значением, измерение с преобразованием аналогового сигнала в числовой код и т. д.);

Видами индикаторов и средствами отображения информации измерений (стрелочные индикаторы, цифровые, символьные, сегментные отображения информации на ЭЛТ и т. д.);

Способами хранения и регистрации данных (регистрация на бумажных лентах в виде диаграмм, графиков, регистрация посредством печатающих устройств, регистрация с записью в ЗУ).

Системы активного автоматического контроля могут иметь также различные способы организации контроля: непосредственно во время технологического процесса (постоянный или поэтапный).

Рисунок 2 - Система активного автоматического контроля

На рисунке 2показана одна из структурных схем системы активного автоматического контроля. Система включает в себя: дифференциальный индуктивный размерный датчик 1; электронный блок (ЭБ), имеющий электронный усилитель и преобразователь; указывающий прибор, выполненный в виде электронного цифрового индикатора (ЭЦИ) и исполнительного реле. Датчик имеет два Ш-образных сердечника (4),закрепленных с помощью плоских пружин на корпусе датчика. На сердечниках расположены две обмотки (W 1 W 3), которые совместно с полуобмотками трансформатора (W 2 W 4 ,)представляют собой уравновешенный измерительный мост, в диагонали которого подключено питающее напряжение от сети переменного тока (U n).Измерительный шток датчика 2подвешен посредством плоских пружин 3к корпусу. На штоке закреплен якорь сердечника 5.Вращением микрометрического винта 8 сердечники перемещаются относительно якоря. Если размеры детали до обработки превышают пределы измерения датчика, то ограничительная гайка 6, установленная на штоке, с помощью угольника 7 отодвигает сердечник от микрометрического винта (зона отсутствия измерений).

Принцип действия САК состоит в следующем: при контактировании измерительного штока с измеряемой поверхностью якорь сердечника отклоняется от среднего положения, что вызывает дисбаланс моста (сигнал рассогласования) вследствие неравенства зазоров между якорем и сердечником. Напряжение рассогласования моста, усиленное и преобразованное в электронном блоке в цифровой код, индицируется на ЭЦИ в виде значения отклонения размера. При балансе моста электронный блок формирует сигнал на прекращение обработки с помощью исполнительного реле.

В массовых видах производства применяются для контроля изделий или деталей применяют всевозможные пассивные средства контроля, работающие как автоматические сортировщики. Они не только измеряют размер или его отклонения, но и по результатам измерений дают оценку: годная деталь с допустимыми отклонениями; негодная с отклонениями.

Большинство автоматических сортировщиков имеют следующую функциональную структуру; бункер-накопитель (БН1) или магазин-накопитель для хранения контролируемых деталей; механизм подачи, базирования деталей на измеряемой позиции (МПД) систему автоматического контроля (САК) с индикацией и сигнализацией о браке и недопустимых отклонениях (СИУ), распределительное устройство (РУ), которое распределяет детали (Д) по бункерам-накопителям (А - бункер годных деталей, Б бункер для деталей «исправимый брак» В - бункер деталей «брак»).

Измерительные машины изготовляют в виде промышленных роботов автоматического контроля, которые оснащены измерительными средствами, управляющими программами. САК СЧПУ выполняют как координатно-измерительные машины (КИМ), которые могут быть автономными или могут встраиваться в технологический комплекс.