Автореферат (1137103), страница 3
Текст из файла (страница 3)
ЭВМ размещаются на каждой КС и оснащаютсяпрограммным обеспечением (ПО), которое в виде автоматизированной систему управления(АСУ) «Мониторинг», состоит из нескольких подсистем, реализующих определенныезадачи. Сложность системы обуславливается высокой совокупностью различныхтехнологий, которые необходимо применить для получения готового продукта.Достоинством является то, что БСС обладает большой мобильностью и возможностьюустановки БМ в любом труднодоступном месте МГ. Также несомненным плюсом являетсяполучение данных в реальном масштабе времени.Разработка СТС, на базе БСС, работающей в реальном масштабе времени, позволяетне только быстро развернуть ее в труднодоступных районах, но и эффектно решать задачимониторинга газопроводов, предоставляя операторам системы возможность отслеживатьналичие утечек газа, а также обнаруживать места несанкционированного доступа иповреждений на объектах ГТС.На основе анализа вычислительных систем массового обслуживания была проведенааналитическая оценка СТС КУГ, позволившая сделать вывод о предпочтительномиспользовании БСС при данной реализации, в основу которой должны быть заложеныфункции управления процессом обмена и преобразования информации между различнымиустройствами.В третьей главе сформулированы требования, представлен состав, техническиехарактеристики и функциональные возможности основных сегментов сенсорной сети,разработан принцип размещения БМ вдоль магистрали на основе учета метрологических иэксплуатационных факторов, который в свою очередь положен в основу технологиипроектирования СТС КУГ.
Приведена обобщенная структура БМ, главного элемента СТС,выполняющего следующие основные функции: обнаружение утечки газа; фиксированиевремени обнаружения; зарядка устройств; передача собственной и ретрансляционнойинформации. БМ состоит из: детектора утечки метана; приемо-передающего устройства(ППУ); автономного источника питания.ДУМ (рис. 5) является чувствительным элементом определяющим наличие утечекгаза из ЛУ МГ, который состоит из высокочувствительного инфракрасного датчикагазоанализатора, предназначенного для автоматического непрерывного измеренияконцентраций метана (СН4) в воздухе (открытом пространстве) над газовыми магистралямии энергонезависимой памяти.
В работе приведен анализ выбора основных элементов ДУМ, атакже схема подключения.Описан метод обнаружения утечек метана из газопровода, основанный наматематической модели диффузионного рассевания газообразных примесей в атмосфере,позволивший рассчитать изолинии концентрации газов в вертикальном и горизонтальномсечении облака метана, а также поля концентраций, создаваемые точечными источниками(коррозионными свищами) выбросов газа из трубы.- 12 -Рисунок 5 – Детектор утечки метанаПространственное распределение приземной концентрации метана (ПКМ) в точке скоординатами x, y, z определялось по формуле:c( x, y, z )= r (u ) ⋅ cm ⋅ S x ( x, u ) ⋅ S y ( x, y, u ) ⋅ S z ( x, z , u ) ,=где cmA⋅ M ⋅ nH43⋅ K - max значение ПКМ; r(u)- функция, учитывающая влияниескорости ветра u на max значение ПКМ; S x ( x, u ) , S y ( x, y, u ) , S z ( x, z , u ) - функции,учитывающие распределение ПКМ вдоль (оси x), поперек (ось y), по высоте (ось z) облакавыброса; А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы; М массовый расход метана, выбрасываемого в атмосферу; n - коэффициент, учитывающийусловия выхода метана из отверстия в трубе; H - высота источника выброса над уровнемповерхности земли; K ==V1π ⋅ D24D, где V1 – объемный расход метана, определяемый по8 ⋅ V1⋅ w1 , D – диаметр отверстия в трубе, w1 – средняя скорость вытекания метана ватмосферу из трубы через отверстие площадью S определяется как:=w12γ p0γ −1 ρ0 1 − γ −1 p γ1p 0,где p1, p0 - атмосферное давление и давление метана в трубе; ρ - плотность метана в трубе;0- 13 -γ=cpcv- показатель адиабаты газа (для метана γ =1,33).
Приведенный массовый расход1утечки метана из трубы определяется как:Величина концентрации утечкиymрассчитывается из:hhCx ( x) =∫Cxy 2 2γM max = S pρ .γ +1 0 0 γ +1 метана в облаке выброса изγ −1( x, y )dy− ymгазопровода,hгде ym – порог чувствительности датчика метана. Величина C xy ( x, y ) = C xy / h ,приведенная к единице высоты, представляет собой усредненное количество метана,содержащегося в приземном слое атмосферы толщиной 1 м.Согласно, проведенным экспериментальным исследованием и полученным расчетнымданным, были построены изолинии газового облака (рис.
6) из отверстия определенногодиаметра D при разных скоростях ветра u.Изолинии, с учетом чувствительности ДУМ и области покрытия ППУ, позволилиполучить предельные параметры размещения БМ вдоль ЛУ МГ. На рисунке 6 представленораспределение C вдоль оси x облака выброса, при ветре (u=5 м/с), характерном для ЛУ,длиной порядка 100 км, расположенного в северной части Сургутского района ХМАО.При этом, учет таких метеорологических характеристик как роза ветров и розаскорости ветра, которые обрабатывались по специально разработанному алгоритмувекторного анализа метеорологических данных за различные периоды (рис.
7), а такжехарактеристик: рельефа местности; подстилающей поверхности; эксплуатационных(чувствительность сенсоров, область покрытия ППУ, с учетом отказоустойчивости БСС),позволили уточнить на стадии проектирования СТС позиционирование БМ по горизонталиЛУ МГ.Рисунок 6 - Изолинии распределения концентрации метана вдоль оси облака выброса- 14 -а)б)Рисунок 7 – Анализ розы ветров (а) и розы скорости ветра (б) в районег.
Сургута, на февраль 2010 г.Проведенные исследования показали, что присутствует ежегодная повторяемость воценке розы скоростей ветра для каждого сезона, в результате с учетом рассчитанныхвертикальных изолиний распространения облака газа, были получены параметрыразмещения БМ по высоте. Разработанная методика позиционирования, позволяет размещатьБМ на трассе МГ так, что облако утечки метана обязательно будет распространяться внаправлении БМ, где будет обнаружено ДУМ и вычислена ее концентрация на ЭВМ. Крометого, сбор метеоданных в реальном масштабе времени с учетом методики позиционированияБМ и времени поступления информации об утечке, позволит с высокой точностьюопределять место дефекта.Приведена схема ППУ, состоящего из микроконтроллера, приемопередатчика,встроенной антенны, флэш-памяти, внешних схем согласования уровней USB, RS232,цифрового порта. Передача информации посредством ППУ, осуществляется вполудуплексном режиме для уменьшения потребляемой мощности в определенные моментывремени, от интервала между передачей пакетов зависит мощность выбираемых АИП.
Врезультате проведенного анализа было выбрано устройство MLM-DB2, предназначенное длясоздания распределенных беспроводных систем сбора данных и реализующее все функциипо работе с радиоканалом и сетевым взаимодействием. Основными характеристиками,которого являются: стандарт IEEE 802.15.4; диапазон частот 2400-2483,5 МГц; скоростьпоследовательного интерфейса управления от 9600 до 921600 бит/с; уникальный 48разрядный серийный номер; флэш-память объемом 4 Мб; энергопотребление 9 мкА. Вустройство интегрирован сетевой стек MeshLogic, алгоритм работы которого представлен нарисунке 8, оптимизированный для решения задач по передаче данных от множестваустройств до одной или нескольких точек сбора, управление выполняется набором APIкоманд.В связи с тем, что из всех устройств, входящих в беспроводной модуль ППУпотребляет наибольшую мощность в основных режимах «приема – передачи», актуальнымстановится расчет максимального времени работы БМ в этих режимах.
Так как размер всехкадров одинаков, то объем передаваемой информации ai, где i - количество модулей, а такжепринимаемой, от одного БМ к другому а1….аN будет все время увеличиваться на один кадр,- 15 -при этом общий объем передаваемой и принимаемой информации в сети будет всегдаодинаков.Рисунок 8 – Алгоритм работы сетевого стекаВ результате проведенных расчетов для СТС КУГ было получено, что при количествеN БМ, рассматриваемых на участке МГ, где N=500. Информация, передаваемая первым БМ1,(т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
