Специальность 05.13.05. «Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления»
«Исследование и разработка интеллектуального устройства
искробезопасности для систем автоматики»
Защита состоится 15 ноября 2006 г. в 14.00 на заседании диссертационного совета Д.212.110.06 г. Москва, Оршанская ул, д. 3, зал Ученого Совета.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «МАТИ» - российского государственного технологического университета им
На правах рукописи
ПАВЛОВ ДЕНИС ДМИТРИЕВИЧ
ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО УСТРОЙСТВА ИСКРОБЕЗОПАСНОСТИ ДЛЯ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ
Специальность 05.13.05 – элементы и устройства
вычислительной техники и систем управления
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва 2006
Работа выполнена на кафедре «Конструирование и технология радиоэлектронных средств» Владимирского государственного университета.
Научный руководитель: | доктор технических наук, профессор |
Официальные оппоненты: | доктор технических наук, профессор кандидат технических наук, доцент |
Ведущая организация: | Закрытое акционерное общество «Полимеравтоматика», г. Владимир |
Защита состоится 15 ноября 2006 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д.212.110.06 при ГОУ ВПО «МАТИ» - российского государственного технологического университета им , зал Ученого Совета.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «МАТИ» - российского государственного технологического университета
им
Ваш отзыв на автореферат в 2-х экз, заверенных печатью, просим направлять по указанному адресу.
Автореферат разослан __ октября 2006 г.
Ученый секретарь диссертационного
совета, доктор технических наук,
профессор
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. На современных предприятиях химической, нефтегазовой, горнодобывающей промышленности применяются автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП). Особенностью предприятий этих отраслей является применение в технологических процессах взрывопожароопасных и токсичных веществ. Поэтому на данных предприятиях есть участки производств, которые характеризуются либо постоянным наличием взрывоопасной среды, либо существует вероятность появления взрывоопасной среды в случае аварийных ситуаций.
Поэтому обеспечение взрывобезопасности АСУТП взрывоопасных производств является важной задачей при разработке новых элементов систем управления.
Анализ современного состояния методов и технических средств обеспечения искробезопасности систем автоматики показал следующее:
- задача обеспечения искробезопасности актуальна не только при проектировании АСУТП для новых производств, но и при модернизации уже существующих;
- в настоящее время разработаны и используются несколько методов взрывозащиты элементов систем автоматики, сущность которых регламентируется международными и российскими стандартами. При этом наиболее широко в системах автоматики применяется метод взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь»;
- технические средства для обеспечения искробезопасности имеют тенденцию к усложнению своей структуры и увеличению количества выполняемых функций.
Таким образом, основным направлением развития и совершенствования технических средств искробезопасности систем автоматики является повышение надежности и эффективности барьеров искробезопасности. В настоящее время решение этой задачи возможно с построением барьеров искробезопасности с использованием новой элементной базы.
Однако, в настоящее время реализация новых методов обеспечения искробезопасности невозможна без исследования и разработки новых видов барьеров искробезопасности, получивших название «интеллектуальных». Основные отличия интеллектуальных барьеров от гальванически изолированных барьеров, равно как и от барьеров на стабилитронах, заключаются в наличии дополнительных функций, отсутствующих в современных барьерах, и направленных на:
- диагностику линий связи и датчика;
- контроль работоспособности основных блоков барьера;
- анализ полученных значений с точки зрения искробезопасности;
- адаптацию к изменениям параметров подключенного оборудования.
Это позволяет рассматривать интеллектуальный барьер искробезопасности не просто как элемент безопасности систем автоматики, но и как элемент управления, на который возложена функция выбора адекватных действий при возникновении, или при возможности возникновения аварийной ситуации.
Отсутствие вышеуказанных функций в ряде случаев приводит к появлению ложных срабатываний барьеров искробезопасности, и (или) выходу их из строя, что ухудшает эффективность работы данного средства обеспечения искробезопасности в системах автоматики. Введение подобных функций позволит уменьшить влияние человеческого фактора, и повысит надежность систем автоматики взрывоопасных производств.
Это обуславливает актуальность новых теоретических и прикладных задач при исследовании и разработке устройств искробезопасности для систем автоматики, к важнейшим задачам можно отнести следующие:
1. Исследование современных технических средств обеспечения искробезопасности систем автоматического управления.
2. Анализ причин возникновения аварийных ситуаций в системах автоматики взрывоопасных производств.
3. Разработка функциональной модели интеллектуального устройства искробезопасности для систем автоматического управления.
4. Исследование и создание математических моделей механизма адаптации интеллектуального барьера искробезопасности.
Целью диссертационной работы является повышение уровня взрывобезопасности за счет исследования и разработки интеллектуального устройства искробезопасности для систем автоматики, использующего новые алгоритмы анализа и обеспечения искробезопасности.
Методы исследований. В работе применялись теоретические и экспериментальные методы исследований. Теоретические методы основаны на фундаментальных положениях вычислительной математики, системного анализа, теории дифференциального исчисления и теории систем. Компьютерное моделирование работы механизма адаптации проводилось в интерактивной системе для анализа линейных и нелинейных динамических систем - программе Simulink, которая является приложением к пакету MATLAB. Экспериментальные исследования были проведены на макете. При обработке экспериментальных данных, а также при проверке адекватности математической модели использовались методы теории вероятностей и математической статистики.
Научная новизна работы:
- впервые предложены математические модели механизма адаптации на основе рекомендаций и требований нормативных документов, позволяющие разработать интеллектуальное устройство искробезопасности для систем автоматики;
- разработан алгоритм адаптации интеллектуального устройства искробезопасности к первичным преобразователям, основанный на формировании оптимального уровня напряжения питания;
- разработан алгоритм тестирования линии связи, основанный на обработке результатов измерений электрических параметров линии связи, полученных с помощью создания переходных процессов в рассматриваемой цепи;
- разработан алгоритм анализа искробезопасности, основанный на верификации сигналов поступающих от датчика;
- синтезирован алгоритм формирования и статистической обработки потока предупреждений и ошибок, основанный на обработке типичных аварийных ситуаций, возникающих при работе устройства искрозащиты.
Практическая ценность работы:
- разработка интеллектуального устройства искробезопасности на основе предложенных математических моделей;
- повышение надежности систем автоматики категорийных производств и уменьшении количества аварий в производстве при применении разработанного интеллектуального устройства икробезопасности;
- внедрение практических разработок в «Автоматика».
Реализация и внедрение результатов.
Теоретические результаты и практические разработки использованы в «Автоматика», г. Владимир. Разработан интеллектуальный барьер искробезопасности (ИБИБ), предназначенный для питания двухпроводных датчиков и преобразователей с объединенной линией питания и передачи сигнала 4‑20 мА эксплуатируемых во взрывоопасных зонах. В настоящее время осуществляется сертификация разработанного интеллектуального барьера искробезопасности и подготовка к его производству в «Автоматика».
Также проведена сертификация разработанных взрывозащищенных приборов серии УГЦ-1х-Ех (измеритель гидростатического давления) и ИТ-1х-Ех (измеритель температуры) в сертификационном центре «Сертиум», г. Москва. Продукция предприятия поставляется на химические и нефтеперерабатывающие предприятия России и ближнего зарубежья.
Апробация результатов работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на шестой международной научно-технической конференции «Перспективные технологии в средствах передачи информации», на научно-технической конференции преподавателей, сотрудников и аспирантов факультета радиофизики, электроники и медицинской техники Владимирского Государственного Университета, а также на научно-методических семинарах и конференциях кафедры «Конструирование и технология радиоэлектронных средств» Владимирского государственного университета.
Публикации.
Основные результаты работы опубликованы в 6 публикациях.
Объем и структура диссертации.
Диссертация изложена на 124 страницах машинописного текста. Состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Список литературы содержит 64 наименований. Таблиц 6, рисунков 39.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, и ее научная новизна, сформулированы цель и основные задачи исследований, защищаемые положения, их практическая значимость.
В первой главе проводится анализ существующих подходов в предметной области исследований диссертационной работы – разработке устройств искробезопасности для систем автоматики.
Приведен анализ и классификация взрывоопасных факторов в системах автоматики. Показано, что особую опасность представляет искрение в электроустановках горнодобывающей, нефтегазовой и химической промышленности, а также многих других взрывопожароопасных объектов, классифицируемых как взрывоопасные зоны.
Рассмотрена действующая нормативная база, состоящая из российских и международных стандартов, которая регламентирует сущность методов взрывозащиты. Рассмотрены основные методы обеспечения взрывозащиты, применяющиеся в системах автоматики. Показано, что наиболее перспективным методом обеспечения взрывозащиты является метод «искробезопасная электрическая цепь».
Приведено описание искробезопасного интерфейса, где показано, что барьеры искробезопасности являюся частью искробезопасной системы автоматики. Основное назначение искробезопасного интерфейса (рис. 1.) - устранить потребность специальной сертификации оборудования безопасной зоны. Оборудование, устанавливаемое в безопасной зоне, обычно сложно, многофункционально и энергоемко. При повреждении это оборудование может стать источником энергии, недопустимой для опасной зоны.
Идеальный искробезопасный интерфейс должен в нормальном режиме пропускать рабочие сигналы (с допустимой для опасной зоны энергетикой) с минимальными потерями. В случае аварии оборудования безопасной зоны интерфейс должен изменить свои характеристики и ограничить уровень энергии, передаваемой в опасную зону до безопасного уровня.
Рис.1. Искробезопасный интерфейс
Показаны недостатки существующих шунт-диодных и гальванически изолированных барьеров искробезопасности. Сформулированы требования к новому типу барьеров искробезопасности – интеллектуальным устройствам искробезопасности:
- наличие ряда специальных функций, направленных на повышение надежности и эффективности работы интеллектуального устройства искробезопаности (тестирование состояния линии связи и датчика, адаптация под условия применения, статистическая обработка возникающих ошибок, прогнозирование безаварийной работы устройства на основе статистических данных);
- наличие развитых средств индикации состояния устройства и возникающих ошибок в работе;
- наличие дополнительных функций (преобразование сигналов, поддержка сетевых протоколов);
- применение современной микропроцессорной элементной базы.
В выводах к первой главе сформулированы цели, и поставлены задачи исследования.
Во второй главе предложены принципы построения интеллектуального устройства искробезопасности для систем автоматического управления.
Для этого рассмотрены функциональные схемы существующих барьеров искробезопасности. Предложена новая функциональная схема интеллектуального барьера искробезопасности, отличающаяся от существующих схем блоками тестирования, адаптации и управления, анализа и статистики, и блоком сигнализации (рис. 2.).
Блок тестирования предназначен для сбора информации и анализа работы основных блоков барьера, работы связанных с барьером интеллектуальных датчиков, и анализа параметров линий связи. Анализ параметров линии связи связан с обнаружением обрыва, короткого замыкания, недопустимых уровней напряжения и токов, и с контролем электрических параметров линии связи.
В процессе анализа собранной информации, возможно появление нескольких типов сигналов:
- сигнал о некритической информации - когда барьер, датчик или линия требует определенного обслуживания, но возникновение аварийных ситуаций не возможно;
- сигнал о критической информации - когда требуется немедленное вмешательство оператора по приостановке использования барьера, либо сам барьер переводит свои выходы (или конкретный выход) в постоянное безопасное для управления процессом значение, и сообщает о необходимости срочного обслуживания прибора.
Для реализации возможности адаптации интеллектуального устройства искробезопасности к первичным преобразователям, предусмотрен блок адаптации и управления. Работа этого блока основана на формировании оптимального уровня напряжения питания датчиков.
Блок анализа и статистики предназначен для анализа искробезопасности в режиме реального времени, и накопления статистической информации об ошибках в работе барьера искробезопасности (выход сигнала за допустимые уровни, срабатывание защиты, сигнализации).
Рис. 2. Функциональная схема интеллектуального устройства искробезопасности
Для анализа искробезопасности используются следующие параметры искрозащищенной системы (рис. 3):
- максимальная температура малых элементов устройства, расположенного во взрывоопасной зоне (T0);
- максимальное напряжение в искробезопасной цепи (U0);
- ток, протекающий в искробезопасной цепи (I0);
- емкость устройства и линии связи в опасной зоне (C0);
- индуктивность датчика и линии связи в опасной зоне (L0);
- напряжение, приложенное со стороны связанного оборудования (Uприл);
- напряжение питания барьера искрозащиты (Uпит).
Рис. 3. Анализируемые параметры для оценки искробезопасности
В главе 2, для реализации алгоритмов, положенных в основу работы блоков анализа и статистики, на основе рекомендаций и требований нормативных документов были разработаны следующие математически модели (ориентированные на реализацию в микроконтроллере):
- зависимость максимально допустимого тока от максимального напряжения в искробезопасной цепи;
- зависимости максимально допустимой емкости от максимального напряжения искробезопасной цепи;
- зависимости максимально допустимой индуктивности от максимального тока искробезопасной цепи;
- математическая модель для определения параметров потенциальной надежности.
В главе 2 также рассмотрены математические модели аварийных режимов в электрических линиях связи. Одной из трудно обнаруживаемых неисправностью в линиях связи является переходное сопротивление, возникающее в местах соединения проводов, шин, фидеров. Для разработки метода по идентифицированию данной неисправности были проанализированы математические модели переходных процессов в электрических цепях. В результате чего был сделано заключение, что для обнаружения переходного сопротивления в линии связи, нужно:
- в исследуемой цепи создать переходный процесс, например, путем разряда заряженного конденсатора известной емкости С0;
- используя методы, основанные на преобразовании измеряемого параметра электрической цепи во временной интервал с использованием переходных процессов в измерительной цепи, измерить время переходных процессов в электрических цепях.
Таким образом, задача сводится к измерению времени переходных процессов в электрических цепях. При подключении конденсатора 
, предварительно заряженного до напряжения источника опорного напряжения 
, сигнал на нем изменяется по закону, 
. При этом постоянная времени цепи равна: 
или 
. Например, если конденсатор известной емкости С0 разрядить на известное сопротивление R0, а затем тот же конденсатор разрядить на неизвестное сопротивление RX, то зная соотношение времени разрядки конденсатора в первом и втором случае, из следующего соотношения можно рассчитать неизвестное сопротивление RX: 
Таким образом, если сравнивать результаты измерение времени переходного процесса в первоначальный момент использования линии связи и периодически во время использования линии связи, то можно будет выявить неисправности электрической линии связи, вызванные появлением переходного сопротивления.
Одной из целей второй главы было определение параметров потенциальной надежности интеллектуального устройства искрозащиты. Мгновенное значение функции работоспособности зависит от целого ряда факторов, являющихся немонотонными и обратимыми функциями времени: колебания приложенных напряжений; помехи и наводки; собственный и взаимный перегрев элементов; колебания, вызванные периодическим подключением различных цепей со случайными характеристиками в процессе работы. Детальный учет такого количества разнообразных и трудно поддающихся измерению факторов не представляется возможным. Наиболее целесообразно выразить такие зависимости через стационарные случайные функции, определенные на основе частотного спектра. Предполагая, что функция работоспособности 
- случайная функция времени 
, определение средней частоты отказов устройства 
можно свести к определению средней частоты выбросов функции в отрицательную область ее значений. Если же представить случайную функцию в виде суммы среднего значения 
и центрированной формы случайной функции 
: 
, то интенсивность отказов будет равна среднему числу выбросов случайной функции за значение в единицу времени (см. рис. 4). Считаем, что функция стационарная, тогда 
=const.
Рис. 4. Отказы при выражении условий работоспособности через случайные функции
Среднее число выбросов определяется интегралом: 
, где 
- двумерная плотность распределения вероятностей значений случайной функции 
и ее производной по времени 
(скорости изменения случайной функции). В случае нормального распределения вероятностей амплитуд стационарной случайной функции средняя частота выбросов находится по формуле:
, где 
- среднеквадратичная частота спектра колебаний значения функции работоспособности.
Исходные данные для оценки параметров надежности представляют собой изменение во времени тока или напряжения. Для выбора данных для прогнозирования возникновения аварийных ситуаций предлагается следующий алгоритм:
1. Разбить непрерывный интервал значений X(t) на дискретные участки, длительностью 
(см. рис. 5);
2. На каждом участке производится несколько измерений. В общем случае время одного измерения складывается из скорости оцифровки измеряемого значения в АЦП (
) и времени, необходимого для проведения математической обработки (
) полученного значения:
;
3. На каждом дискретном участке из всех измеренных значений xi выбирается максимально неблагоприятное значение xiMAX (с точки зрения искробезопасности).
Рис. 5. Дискретизация рассматриваемого интервала; x – анализируемый параметр.
Выбор максимально неблагоприятного, а не среднего значения из всех измеренных обусловлен тем, что ставится задача не просто статистической обработки получаемых значений, а задача прогнозирования появления неблагоприятных значений отслеживаемых параметров.
В основе математических выражений для вычисления параметров надежности лежит определение таких статистических параметров как математическое ожидание и дисперсия. Поэтому после каждого нового измерения контролируемого параметра необходимо производить пересчет найденных ранее значений математического ожидания и дисперсии. Для оптимизации вычислений после накопления первоначальной статистической информации можно перейти от пересчета математического ожидания и дисперсии к их уточнению. Наиболее подходящим для данного случая является алгоритм адаптации . В соответствии с этим алгоритмом корректируется математическое ожидание:
, где l = 1, 2, 3…, , 
- текущее l-e значение наблюдаемой случайной величины; и дисперсия:
,
где 
.
Параметрами, для которых происходит сбор, накопление и обработка статистической информации с последующим прогнозированием являются напряжение, приложенное со стороны связанного оборудования (Uприл), ток в искробезопасной цепи (I0) и максимальная температура (T0) малых элементов.
В третьей главе проводится разработка алгоритмов адаптации интеллектуального устройства искрозащиты. Также приведены результаты компьютерного моделирования работы механизма адаптации и предложен способ практической реализации механизма адаптации.
Для реализации адаптации были разработаны следующие алгоритмы:
- адаптации интеллектуального устройства искробезопасности к первичным преобразователям;
- тестирования линии связи;
- анализа искробезопасности;
- формирования и статистической обработки потока предупреждений и ошибок.
В ходе работы алгоритмов осуществляется генерация сообщений о предупреждениях (не влияет на обеспечение искробезопасности) и ошибках (могут привести к возникновению аварийной ситуации, и нарушению заданного уровня искробезопасности).
Один из алгоритмов механизма адаптации - алгоритм адаптации интеллектуального устройства искробезопасности к первичным преобразователям (рис. 6) отслеживает емкость линии связи и датчика, подключенных к искробезопасному выходу барьера, и ограничивает напряжение питания в соответствии с рассчитанным безопасным значением. Входными данными для этого алгоритма является суммарная емкость линии связи и датчика. Большинство датчиков могут работать не только при строго заданном уровне напряжения питания (например, при U0 = 24 В), а в некотором диапазоне питающих напряжений (иногда довольно широком – от Umin = 9, до Umax = 27 В).
Сравнивая рассчитанное значение Udop с заданными значениями Umin и Umax (блоки 4, 6) можно выделить несколько возможных ситуаций:
1) при Udop > Umax – нормальный режим работы, емкость C0 не влияет на напряжение питания U0, напряжение U0 формируется на уровне не выше Umax (блок 5);
2) при Umax > Udop > Umin – режим работы при пониженном питании, емкость C0 оказывает влияние на напряжение питания U0, напряжение U0 формируется на уровне не выше Udop (блок 7, 8);
3) при Udop < Umin – аварийная ситуация, при этом условии передача даже напряжения питания на уровне U0 = Umin может привести к аварии, передача же меньшего напряжения бесполезна, так как датчик не будет работать, емкость C0 имеет недопустимое значение, передача напряжения напряжение U0 во врывоопасную зону прекращается (блок 10, 11).
Компьютерное моделирование работы механизма адаптации проводилось в программе Simulink (приложении к пакету MATLAB). В частности, для моделирования работы алгоритма адаптации интеллектуального устройства искробезопасности к первичным преобразователям, в программе Simulink на языке MATLB была написана пользовательская функция UControl.
Рис. 6. Схема алгоритма формирования безопасного уровня напряжения
Графические результаты моделирования работы алгоритма представлены на рис. 7. Из рис. 7 а) видно, что формируемое напряжение (U0) либо находится в заданном интервале рабочего напряжения питания датчика [Umin, Umax], либо равно нулю. Равенство нулю означает, что величина допустимого напряжения (Udop) найденная по зависимости от емкости Udop=f(C0) оказалась меньше минимального напряжения питания, поэтому питание датчика было прекращено во избежание передачи избыточной энергии в опасную зону. На рис. 7 б) представлены сгенерированные коды предупреждений и ошибок.
Рис. 7. Моделирование работы алгоритма формирования безопасного уровня напряжения питания датчика: а) уровни напряжений; б) сгенерированные коды ошибок
Алгоритм анализа искробезопасности, основанный на верификации сигналов, поступающих от датчика, представлен на рис. 8. Алгоритм разработан для датчиков, использующих для передачи данных токовый сигнал 4-20 мА.
Входными данными являются: значение тока в искробезопасной цепи (ИБЦ) - I0; минимально возможное значение тока в ИБЦ, несущее информацию - Imin; максимально возможное значение тока в ИБЦ, несущее информацию - Imax. Помимо максимально и минимально возможных значений тока в алгоритме используются максимальное (Ihi) и минимальное (Ilow) значение тока, которые указаны в стандарте ГОСТ 26.011-80, и равные, соответственно 20 мА и 4 мА. Если задаться, что Imin = 3 мА, а Imax = 22 мА, то можно выделить диапазоны, равные [3, 4) мА и (20, 22] мА, которые могут быть использованы датчиком для передачи диагностической информации вторичным приборам, без вызова ложных срабатываний алгоритма верификации сигнала.
Рис. 8. Схема алгоритма анализа искробезопасности
Результаты моделирования работы алгоритма анализа искробезопасности представлены на рис. 9. Как видно из представленных графиков, в ходе моделирования были сгенерированы и предупреждения и ошибки. Ошибки, возникшие при моделировании, показывают на то, что входной сигнал был недопустимо низким (меньше 3 мА), что интерпретировалось как отсутствие тока в ИБЦ, что в свою очередь указывает на то, что в ИБЦ – обрыв.
Рис. 9. Моделирование работы алгоритма анализа искробезопасности
а) входной сигнал; б) сгенерированные коды ошибок.
Аналогичным образом, на основе математических моделей, разработанных во второй главе, были синтезированы алгоритмы для комплексного анализа возникновения возможных аварийных ситуаций при работе первичного преобразователя, линий связи и интеллектуального устройства искрозащиты. Работоспособность предлагаемых алгоритмов была проверена с помощью компьютерного моделирования.
Еще одной целью третьей главы было предложить вариант практической реализации механизма адаптации. Так для измерения емкости и индуктивности линий связи предлагается использовать методы, основанные на преобразовании измеряемого параметра электрической цепи во временной интервал с использованием переходных процессов в измерительной цепи. Таким образом, задача сводится к измерению времени переходных процессов в электрических цепях. Для этого предлагается использовать группу электрорадиоэлементов, называемых TDC (Тime Digital Сonverter) или ПВК (Преобразователь Время – Код). Эти устройства выполняют высокоточное измерение времени с представлением результата в цифровом виде.
В четвертой главе рассматриваются вопросы практического использования, экспериментального исследования и технической реализации интеллектуального устройства искробезопасности для систем автоматики.
В главе приведено описание функционирования разработанного интеллектуального устройства искробезопасности, реализующее предлагаемые в данной работе алгоритмы механизма адаптации. Исследована возможность и проведена селекция вариантов решения технической реализации барьера искробезопасности на элементной базе на основе микроконтроллера семейства Aduc816 фирмы Analog Device, узел гальванического разделения реализован на интегральном изоляторе семейства Adum 1300 (Analog Device). Приведено схемотехническое описание основных узлов, реализующих механизм адаптации.
Также разработана методика исследования интеллектуального устройства искробезопасности. Эту методику предлагается использовать при оценке функционирования подобных устройств.
Сравнение разработанного устройства с аналогичными показало, что предлагаемое устройство искробезопасности имеет точностные характеристики не хуже чем у аналогичных устройств. При этом благодоря встроенным средствам адаптации и диагностики, разработанный барьер имеет ряд преимуществ:
- уменьшено количество ложных срабатываний барьера искрозащиты, путем введения алгоритма распознавания критических (аварий) и некритических (ошибок) ситуаций;
- прозрачность работы барьера за счет того, что генерируется три потока информации о состоянии устройства;
- возможность передачи диагностической информации о своем состоянии, и состоянии защищаемой линии связи и датчика, напрямую (минуя человека) вышестоящему оборудованию, входящему в состав АСУ;
- возможность адаптации устройства к изменяющимся параметрам линии связи.
В заключении сформулированы основные результаты работы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертации получены следующие результаты:
1. Впервые предложены математические модели механизма адаптации на основе рекомендаций и требований нормативных документов, позволяющие разработать интеллектуальное устройство искробезопасности для систем автоматики.
2. Разработаны следующие алгоритмы анализа и обеспечения искробезопасности, которые позволяют не допустить появление и развитие аварийных ситуаций:
- алгоритм адаптации интеллектуального устройства искробезопасности к первичным преобразователям, основанный на формировании оптимального уровня напряжения питания;
- алгоритм тестирования линии связи, основанный на обработке результатов измерений электрических параметров линии связи, полученных с помощью создания переходных процессов в рассматриваемой цепи;
- алгоритм анализа искробезопасности, основанный на верификации сигналов поступающих от датчика;
- алгоритм формирования и статистической обработки потока предупреждений и ошибок, основанный на обработке типичных аварийных ситуаций, возникающих при работе устройства искрозащиты.
3. Повышена надежность систем автоматики категорийных производств и уменьшено количество аварий в производстве при применении разработанного интеллектуального устройства икробезопасности. Проведенные компьютерное моделирование алгоритмов механизма адаптации и натурные испытания, подтвердили повышение эффективности работы интеллектуального барьера исробезопасности: уменьшилось количество ложных срабатываний барьера искробезопасности на 26,3 %.
4. Разработан интеллектуальный барьер искробезопасности (ИБИБ), предназначенный для питания двухпроводных датчиков и преобразователей с объединенной линией питания и передачи сигнала 4‑20 мА эксплуатируемых во взрывоопасных зонах.
Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:
1. Павлов взрывозащиты вида «искробезопасная электрическая цепь» с конструкторской точки зрения // Электроника, информатика, управление: сборник работ преподавателей, сотрудников, аспирантов. Выпуск 3, Владимир: ВлГУC. 120 – 127.
2. Павлов пакетов электрических САПР при проектировании электронного оборудования с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь» // Электроника, информатика, управление: сборник работ преподавателей, сотрудников, аспирантов. Выпуск 3, Владимир: ВлГУC. 9 – 14.
3. Павлов современных интеллектуальных барьеров искробезопасности // Проектирование и технология электронных средств. – 2004, №2. - С. 20 – 23.
4. Павлов построения интеллектуального барьера искрозащиты // Электроника, информатика, управление: сборник работ преподавателей, сотрудников, аспирантов. Выпуск 5, Владимир: ВлГУC. 35 – 38.
5. , Малафеева барьер искрозащиты // Материалы шестой международной научно-технической конференци «Перспективные технологии в средствах передачи информации» / Владимирский государственный университет, - Вл.: РОСТ, 2005. – С. 163-164.
6. , Павлов и программное обеспечение интеллектуальной искрозащиты // Проектирование и технология электронных средств. – 2006, №1. - С. 59 – 62.
Подписано в печать
Формат 60х84/16. Бумага для множит. техники. Гарнитура Таймс
Печать на ризографе. Усл. печ. л.1,16. Уч.-изд. л. 1,22. Тираж 100 экз.
