Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний авіаційний університет

УДК 004.73(042.3)

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Комп'ютеризована система виявлення свищів у продуктопроводах

05.13.05 - комп'ютерні системи та компоненти

Пономаренко Олександр Васильович

Київ - 2011

Дисертацією є рукопис. продуктопровід інформація свищ

Робота виконана в Національному авіаційному університеті Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України.

Науковий керівник

кандидат технічних наук, доцент Луцький Максим Георгійович, Національний авіаційний університет, перший проректор.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Куц Юрій Васильович, Національний авіаційний університет, завідувач кафедри інформаційно-вимірювальних систем;

кандидат технічних наук, Скуйбіда Вадим Юрійович, ВАТ “Укртелеком”, начальник відділу.

Захист відбудеться « 03 » червня 2011 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.062.07 Національного авіаційного університету за адресою: 03680, м. Київ, просп. Космонавта Комарова,1.

З дисертацією можна ознайомитись у науково-технічній бібліотеці Національного авіаційного університету за адресою: 03680, м. Київ, просп. Космонавта Комарова,1.

Автореферат розісланий « 30 » квітня 2011 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради О.П. Мартинова

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Ефективне функціонування трубопровідного транспорту неможливе без розвиненої автоматизованої та комп'ютеризованої системи контролю та управління, за допомогою якої вирішуються задачі оцінювання параметрів та стану трубопроводу (нафто-, газо- або продуктопроводу), аналізу та управління процесами транспортування рідких або газоподібних продуктів і виявлення аварійних ситуацій - відмов обладнання, пошкоджень трубопроводів, витоків продуктів, що транспортуються тощо. Специфікою продуктопроводу є його велика протяжність, обмежений доступ до труби, неоднорідність та розподілений характер процесів безпосереднього транспортування і, як наслідок - процесів управління. Крім того, сигнальна та управляюча інформація поступає на центри управління з певною затримкою. Тому задача виявлення, локалізації та найшвидшого усунення наслідків аварій є надзвичайно важливою.

Відповідно й елементи автоматики й телемеханіки системи управління мають різні характеристики та структуру на різних ділянках продуктопроводу як об'єкту управління. Інформаційно-аналітичні системи продуктопроводів є неоднорідними, а телекомунікаційні та комп'ютерні мережі, призначені для передачі даних та прийняття рішень - суттєво гетерогенними.

Існуючі системи управління мережами, не дивлячись на їх функціональну надмірність, не мають в своєму складі розвинених засобів, що дозволяють якісно прогнозувати поведінку комп'ютерної мережі. Більшість засобів управління насправді мережею не управляє, а пасивно здійснює її моніторинг.

Відмічені недоліки притаманні й системам управління, автоматики і телемеханіки продуктопроводів. Нагальною задачею є розробка системи аналізу і прогнозування навантаження комп'ютерної мережі в цілому, окремих сегментів мережі і лінійних каналів передачі. Це дасть можливість при виникненні аварійної ситуації у реальному часі виявляти та локалізувати місце аварії, визначати її характер, заздалегідь виявляти можливі вузькі місця і приймати заходи по завчасній їх ліквідації.

Тому задача удосконалення методів виявлення пошкоджень продуктопроводів, зокрема, виявлення положення свищів на основі повнішого обліку інформації про стан продуктопроводу в цілому і окремих його ділянок є, безумовно, актуальною й має науково-технічний інтерес.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертаційна робота виконувалась у рамках науково-дослідної роботи Національного авіаційного університету (НАУ) №ДЗ/156-2005(277-ДЗ05) «Створення мобільної системи локалізації свищів в протяжних продуктопроводах, що працюють під тиском» (номер державної реєстрації № 0105U008478).

Роль автора у вказаній науково-дослідній роботі, в якій дисертант був безпосереднім виконавцем, полягає в аналізі існуючих методів оцінки і засобів забезпечення надійності і ефективності визначення характеристик продуктопроводів, методів збору інформації, кореляційного аналізу неоднорідностей акустично-електронних сигналів, а також в розробці нових моделей і методів локалізації свищів з використанням універсальних та/або спеціалізованих обчислювачів і мереж передачі даних.

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є удосконалення методів і алгоритмів виявлення та локалізації місцеположення свищів у продуктопроводах.

Для досягнення поставленої мети в дисертаційній роботі вирішуються наступні завдання:

- аналіз принципів і методів моніторингу сучасних інформаційно-аналітичних (комп'ютерних) мереж стосовно до корпоративних мереж продуктопроводів;

- аналіз існуючих моделей комп'ютерної мережі, включаючи детальний аналіз інформації, яка використовується для обчислень, виявлення пошкоджень та інших аварійних ситуацій;

- розробка часткових алгоритмів кореляційного аналізу на основі часових та частотних методів;

- розробка загального методу кореляційного аналізу та виявлення свищів у продуктопроводах з використанням складеної корпоративної мережі транспортного підприємства при передачі даних по різних фізичних каналах.

Об'єктом дослідження є процес виявлення та локалізації місцеположення свищів у продуктопроводах апаратно-програмними кореляційними методами з застосуванням комп'ютеризованих систем.

Предметом дослідження є моделі та методи розробки розподіленої комп'ютеризованої системи аналізу стану, управління продуктопроводом, локалізації пошкоджень (свищів) у продуктопроводі апаратно-програмними засобами.

Методи дослідження. У роботі використовувалися методи теорії мереж, системного аналізу, теорії імовірності і математичної статистики, цифрової обробки сигналів, методи моделювання та розрахунки на ЕОМ.

Наукова новизна одержаних результатів. У дисертаційній роботі одержані наступні нові наукові результати:

1. Запропонована нова комбінована система виявлення наскрізних дефектів (свищів) у продуктопроводі на базі складеної комп'ютерної мережі з керованою логічною топологією як невід'ємна складова розподіленої багаторівневої системи контролю функціонування продуктопроводу. При використанні такої системи спрощується процес оптимального розподілу обчислювального та мережного навантаження на систему виявлення.

2. Вперше для пошуку та локалізації свищів у продуктопроводі використаний метод розрахунку кореляційних функцій шляхом прямого та зворотного перетворень Фур'є, завдяки чому значно (більш ніж на порядок) скорочується потрібний обсяг розрахунків при збереженні необхідної точності.

3. Розроблено структуру мобільної системи визначення місцеположення свищів у продуктопроводах, що працюють під тиском газових або рідких середовищ. Створено загальний алгоритм її роботи з розподілом функцій між апаратними і програмними засобами, при використанні якого вдається досягти потрібної швидкодії та точності пошуку з використанням простих та економічних обчислювальних засобів.

4. Вперше розроблено багаторівневу структуру і склад інформаційних баз для управління системою, проведення вводу-виводу інформації при тестуванні системи, випробуванні об'єкту контролю, обробці вхідного процесу, формуванні протоколу випробувань та допомоги користувачу. Це дає можливість розширювання та масштабування інформаційно-обчислювальної системи продуктопроводу без суттєвої перебудови обчислювальної інфраструктури.

Практичне значення одержаних результатів визначається наступним.

1. Запропонована багаторівнева ієрархічна комп'ютерна мережа продуктопроводу дозволяє підвищити ефективність системи пошуку свищів за рахунок прискорення аналізу та розрахунків аномалій у роботі об'єкту контролю.

2. Запропонована математична модель та методи можуть використовуватися при розробці нових або модифікації існуючих комп'ютеризованих способів пошуку аномалій у роботі продуктопроводів.

3. Розроблені методи і алгоритм виявлення доведені до конкретних схем та алгоритмів, які можуть бути практично реалізовані апаратно або програмно.

Одержані результати теоретичних та експериментальних досліджень, виконаних автором, були впроваджені в ДАТ «Чорноморнафтогаз» та використовуються у навчальному процесі Національного авіаційного університету на кафедрі комп'ютерних систем та мереж в навчальних дисциплінах «Мережеорієнтовані комп'ютерні технології», «Мережі ЕОМ» і «Комп'ютерні мережі та телекомунікації», що підтверджено відповідними актами про впровадження.

Особистий внесок здобувача. Всі результати, що складають основний зміст дисертаційної роботи, отримані автором самостійно. За результатами наукових досліджень опубліковано 10 наукових праць, серед яких 7 - у фахових наукових виданнях України [1-7], 2 - патенти України на корисну модель [8-9], 1 - у матеріалах конференцій [10]. У роботах, написаних та опублікованих у співавторстві, здобувачеві належить: [2] - визначена функціональна структура та обґрунтовані вимоги до комп'ютеризованої акусто-емісійної системи локалізації свищів; [3] - удосконалений метод визначення свищів за сигналами акустичної емісії; [4] - запропоновано метод оптимізації параметрів сигналів за результатами динамічних тестів акусто-емісійної системи локалізації свищів; [5] - розроблено методику оцінювання точності вимірювання місцеположення свищу за кореляційними функціями сигналів акустичної емісії; [6] - проаналізовано ефективність способів обробки сигналів при динамічних випробуваннях об'єктів; [7] - проведено аналіз коефіцієнтів передачі датчиків перетворення зсувів; [8] - розроблено новий спосіб визначення місцеположення свищів у виробах; [9] - розроблено новий спосіб визначення місця знаходження витоку рідкого або газового середовищ у протяжних продуктопроводах.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи пройшли апробацію на наукових конференціях і семінарах, серед яких: ХІ Міжнародній науково-практичній конференції молодих учених і студентів «ПОЛІТ - 2011» (НАУ, м. Київ, Україна, 2011 р.); Міжнародній науково-технічній конференції «АВІА - 2011» (Київ, НАУ, м. Київ, Україна, 2011 р.).

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи опубліковані у 10 наукових працях, серед яких 7 - у фахових наукових виданнях України [1-7], 2 - патенти України на корисну модель [8-9], 1 - у матеріалах конференцій [10].

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, що містять основні результати роботи, списку використаних джерел із 69 найменувань, двох актів про впровадження, 41 рисунка та 1 таблиці - всього на 134 сторінках. Основний текст дисертації викладено на 114 сторінках.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, запропоновано методику наукового дослідження, сформульовано мету і задачі роботи, зазначено практичну цінність, наукову новизну, показано зв'язок роботи з науковими темами, планами, програмами, наведено відомості про апробацію результатів і їх впровадження.

У першому розділі визначено область й об'єкт дослідження, в якості якого розглядається комп'ютеризована система пошуку аномалій (свищів) як невід'ємна складова частина загальної системи управління безпекою та надійністю продуктопроводів у широкому діапазоні конфігурацій та заданими вимогами до якості обслуговування. Проведено аналіз відомих методів забезпечення якості обслуговування та ступеню автоматизації в сучасних системах, який показав, що нагальною проблемою є перехід від “острівного” до “материкового” принципу автоматизації і комп'ютеризації систем управління.

Виявлені основні причини низької ефективності функціонування систем управління, які залежать від алгоритмів аналізу та управління, за допомогою яких можливо оцінити стан продуктопроводу. У силу розподіленості й стохастичного характеру виникнення аномалій система управління повинна мати структурну стійкість. Тому системи інтелектуального управління можуть стати основою для побудови нового покоління інформаційних додатків, функціонування яких здійснюється за допомогою взаємодії великого числа автономних мережних компонентів, розподілених уздовж продуктопроводу.

Подальшим розвитком комбінованих акусто-емісійних систем визначення місцеположення свищів у продуктопроводах є аналого-цифрове перетворення сигналів, що безпосередньо знімаються з датчиків, та передача їх через лінії передачі даних (ЛПД) до віддаленого центру обробки, тобто формування повноцінної інформаційно-управляючої та обчислювальної мережі, створеної за материковим принципом.

Показано, що єдина інформаційна система управління продуктопроводом повинна мати три рівні: традиційні - центральний і районні диспетчерські служби і нижчий (експлуатаційний) рівень збору і обробки інформації про стан власне продуктопроводу, зокрема, його цілісності і відсутності локальних пошкоджень. Відповідно до логіки роботи комп'ютерна мережа повинна мати архітектуру «клієнт - сервер», проте, з врахуванням великого просторового рознесення окремих об'єктів управління ця архітектура також має бути розподіленою і, до певної міри, децентралізованою, тобто мати декілька рівноправних серверів. Число серверів залежить як від фізичного розміру (протяжності) продуктопроводу, так і від круга вирішуваних завдань на кожній ділянці продуктопроводу. На рис. 1 представлена гіпотетична архітектура трирівневої інформаційно-управляючої системи.

В дисертаційній роботі проведений аналіз відомих методів, який дозволив стверджувати, що відомі математичні моделі не дозволяють в достатній мірі адекватно описувати процеси, що відбуваються у сучасних системах аналізу та управління станом продуктопроводів. В зв'язку з цим виникає необхідність в розробці та аналізі математичних моделей з урахуванням фізичних принципів формування акусто-емісійних сигналів. Сформульовано загальну мету та окремі задачі дослідження.

Другий розділ присвячений аналізу існуючих математичних моделей та розробці методів побудови апаратних засобів комбінованої (стаціонарної та мобільної) акусто-емісійної системи визначення місцеположення свищів у продуктопроводах, що працюють під тиском. Розглянуто особливості застосування методу акустичної емісії (АЕ) в виявленні та локалізації місць розташування дефектів структури, які розвиваються протягом часу. Показано, що для дефектів, що не розвиваються протягом часу необхідно використовувати інші методи, наприклад методи тече шукання.



Рис. 1. Трирівнева архітектура єдиної інформаційно-управляючої системи продуктопроводу:

ЦДС - центральна диспетчерська служба;

ЦС - центральний сервер;

РДС - районна диспетчерська служба;

РС - районні сервери.

Розроблено загальний алгоритм роботи системи (рис. 2) з раціональним перерозподілом функцій між апаратними та програмними засобами. Для визначення місцеположення свища при витіканні середовища, що транспортується, на трубопроводі встановлюються прийомні перетворювачі АЕ, які здійснюють перетворення акустичного шуму в електричний сигнал. Так як сигнали АЕ на виході датчиків малі для безпосередньої їх обробки, то необхідно робити посилення і виділення обвідної сигналів, які реєструються. Для цифрової обробки аналогових сигналів з використанням комп'ютера вхідні сигнали перетворюються в цифрові коди. Наявність двох масивів даних дозволяє проводити їх математичну обробку з побудовою залежності зміни кореляційної функції від часу.

Алгоритм математичної обробки будується на визначенні часової затримки, що відповідає максимальній амплітуді взаємної кореляційної функції, і визначенням місцеположення джерела випромінювання АЕ. Виконується усереднення, як по часовій затримці для n проведених вимірювань, так і усереднення по координаті місцеположення АЕ випромінювання для m проведених обчислень. Крім того, за результатами випробувань формуються масиви даних та обробляються параметри процесів, що реєструються (усереднена амплітуда і енергія АЕ випромінювання, його сумарна енергія і т. ін.) з представленням результатів у вигляді залежностей їх зміни в часі.

Також зроблено вибір та обгрунтування структури апаратно-програмних засобів мобільної акусто-емісійної системи з урахуванням особливостей сигналів АЕ (складний характер, низький енергетичний рівень, широкий діапазон частот, великий динамічний діапазон і т.п.). Деталізовано технічні параметри системи та проведено порівняльний аналіз методів попередньої фільтрації сигналів самотестування системи тощо.

У третьому розділі представлено результати розробки програмних засобів акусто-емісійної системи визначення місцеположення свищів.



Рис. 2. Загальний алгоритм визначення місцеположення джерела акустичного випромінювання

Розроблено апаратно-програмну систему з інтерфейсом управління. Вона представляє собою набір взаємозалежних модулів, які умовно можна розділити на декілька груп, у відповідності з їх функціональним призначенням: група операцій, яка пов'язана з формуванням графічного інтерфейсу управління; група операцій по формуванню підказки користувачеві; група операцій, яка пов'язана з формуванням і контролем за станом системи; група операцій по візуалізації вхідного процесу, що реєструється; група операцій по тестуванню системи; група операцій по проведенню випробувань об'єкту контролю; група операцій по обробці параметрів вхідного процесу; група операцій по формуванню параметрів, необхідних для реалізації алгоритмів обробки.

Обгрунтовано та вибрано структуру бінарних (цифрових) та текстових інформаційних баз акусто-емісійної системи визначення місцеположення свищів. Текстові інформаційні бази використовуються для формування протоколу проведення випробувань, а також для формування підказки користувачеві по операціям, що виконуються в системі. Бінарні інформаційні бази діляться на бази параметрів управління і бази даних (результатів обробки вхідної інформації). Кожна з даних баз має багаторівневу структуру, які включають в себе ряд баз, що мають строго визначене призначення. Причому параметри даних баз містять тільки значення з плаваючою точкою. Однак, в залежності від призначення параметра, в процесі роботи програмного математичного комплексу відбувається їх перетворення як в цілочисельні значення, так і в числа в восьмеричному або в шістнадцятирічному представленні.

Алгоритм розрахунків складається з наступних етапів:

1. Розрахувати час прибуття tm одного і того ж сигналу на перетворювачі за виразом

tm= L/v,

де L - відстань між перетворювачами;

v - швидкість розповсюдження звуку в матеріалі.

2. За відомим значенням tm розрахувати необхідну довжину вибірки

NВ = tm/tД,

де tД - інтервал дискретизації вхідного сигналу.

3. Розрахувати взаємну кореляційну функцію та часову затримку за максимальною амплітудою кореляційної функції з подальшим визначенням місця розташування джерела випромінювання.

Усереднені значення безперервного процесу випромінювання визначаються за виразом

де - поточні значення оброблюваного параметру сигналів акустичної емісії (амплітуда, потужність, енергія) на оброблюваному інтервалі усереднення;

- тривалість інтервалу усереднення;

m - кількість інтервалів усереднення на довжині реалізації ;

k - номер інтервалу усереднення; ;

N - кількість результатів вимірювань амплітуди на k-ому інтервалі усереднення.

Оскільки при запису інформації відбувається збереження вихідного процесу на засобах її збереження в цифровому вигляді, то можлива обробка сумарних значень параметрів на довжині реалізації

де - поточні значення оброблюваного параметру сигналів акустичної емісії (амплітуда, потужність, енергія) на оброблюваному інтервалі аналізу;

- тривалість інтервалу аналізу;

m - кількість інтервалів аналізу на довжині реалізації реєстрованого процесу, ;

N - кількість відліків на інтервалі аналізу.

Одночасно з обробкою в часі усереднених і сумарних значень параметрів проводиться обробка накопичення усереднених та сумарних значень параметрів процесу в часі:

1. Накопичення усереднених параметрів процесу на інтервалах усереднення

де - поточні значення оброблюваного параметру сигналів акустичної емісії на оброблюваному інтервалі усереднення;

- тривалість інтервалу усереднення;

m - кількість інтервалів усереднення на довжині реалізації , ;

N - кількість відліків на інтервалі усереднення.

2. Накопичення сумарних параметрів на інтервалах аналізу

де - поточні значення оброблюваного параметру сигналів АЕ на оброблюваному інтервалі аналізу;

- тривалість інтервалу аналізу;

m - кількість інтервалів аналізу на довжині реалізації , ;

N - кількість відліків на інтервалі аналізу.

Для економії обчислювальних та апаратних ресурсів доцільно вибирати більш економічні методи чисельного розрахунку кореляційної функції сигналів. Цю задачу вирішено у четвертому розділі.

У четвертому розділі на підставі отриманих методів та моделей проведене дослідження методів побудови комп'ютеризованої системи локалізації наскрізних дефектів продуктопроводу. Проаналізовано точність методу обробки сигналів акустичної емісії при визначенні місцеположення наскрізних дефектів. Показано, що зменшення помилок визначення місцеположення наскрізного дефекту можливо за обробки часового положення енергетичного центру тяжіння основного сплеску, який при цифровій обробці сигналів розраховується згідно виразу виду

,

де - k-й відлік амплітуди прийнятого сигналу у момент часу аналого-цифрового перетворення ;

- часовий інтервал дискретизації вхідного сигналу;

- чутливість аналого-цифрового перетворювача на одиницю молодшого розряду;

Ak - цифровий код k -го відліку амплітуди на виході аналого-цифрового перетворювача;

n - кількість відліків амплітуди на інтервалі дії сигналу.

На рис. 3 наведено схему розташування джерела акустичного випромінювання і нормовану взаємно кореляційну функцію (ВКФ), отримані за результатами обробки сигналів акустичної емісії: Дж - джерело акустичного випромінювання.

Обробка часового положення енергетичного центру тяжіння позитивного пікового сигналу ВКФ, при розташуванні джерела випромінювання на протилежній стороні труби, показала, що в прийнятій схемі розташування датчиків абсолютна помилка визначення місцеположення джерела випромінювання може обчислюватися одиницями метрів, тобто перевищувати 20%.

а	б

Рис. 3. Схема розташування джерела акустичного випромінювання (а) і нормована ВКФ (б).

У той же час, статистична обробка даних по часовому положенню енергетичного центру тяжіння пікового сигналу, з врахуванням позитивної і негативної складової ВКФ, показала, що місцеположення свища відносне початку координат «0», в прийнятій схемі розташування датчиків, складає = 23,72 0,047 м. Систематична помилка визначення його місцеположення складає 0,06 м. З врахуванням цього =23,720,041 м. З отриманого результату видно, що максимальна помилка визначення місцеположення наскрізного дефекту складає порядку 1,34 %.

Розроблено ефективний метод обчислень взаємно кореляційної функції шляхом прямого та зворотного швидких перетворень Фур'є (ШПФ) періодограм сигналу акустичної емісії. Щоб отримати взаємно кореляційну функцію сигналів і , потрібно виконати таку послідовність дій:

· обчислити спектри сигналів демодулятора, тобто виконати пряме дискретне перетворення Фур'є (ДПФ);

· перемножити отримані результати, внаслідок чого отримаємо взаємний спектр сигналів;

· шляхом застосування зворотного ДПФ до взаємного спектру обчислити взаємно кореляційну функцію сигналів.

Для порівняльного аналізу методів прямого обчислення ВКФ і обчислення із застосуванням прямого і зворотного перетворень Фур'є були змодельовані псевдовипадкові стаціонарні сигнали з короткочасною функцією кореляції вигляду , яка відповідає реальним кореляційним функціям сигналів акустичної емісії, отриманим експериментально та наведеним у підрозділі 4.1. Як датчик випадкових чисел (ДВЧ) використовувався генератор рівномірно розподілених на інтервалі псевдовипадкових чисел URAND, прийнятий як стандарт Американського національного інституту стандартів ANSI.

На рис. 4 представлений графік ВКФ сигналу.

Рис. 4. ВКФ сигналу, обчислена прямим методом.

При обчисленні ШПФ використовувався стандартний 512-точковий алгоритм з проріджуванням в часі. Відсутні відліки заповнювалися нулями. При виборі числа точок алгоритму керувалися наступними міркуваннями. Для максимального спрощення алгоритму доцільно вибирати число крапок, кратне мірі 2. При цьому довжина масиву спектральних відліків має бути, як мінімум, в два рази більше довжини масиву часових відліків щоб уникнути накладення частот (aliasing) і, відповідно, спотворень результуючої кореляційної функції. Потім отримані вибірки зводилися в квадрат, після чого виконувалося зворотне ШПФ. На рис. 5 представлений графік ВКФ розрахованої даним методом кореляційної функції.

Рис. 5. ВКФ, обчислена шляхом застосування прямого та зворотного ШПФ.

Порівнюючи графіки ВКФ на рис. 4 і 5, можна відмітити, що тонка структура ВКФ, особливо поблизу основної пелюстки, практично однакова. Отже, для вирішення завдання оптимального виявлення і локалізації наскрізних дефектів такий підхід ефективний і доцільний.

Висновки

Для подальшого вдосконалення систем контролю продуктивності, надійності та безпеки транспортування газової або рідкої вуглеводневої сировини по продуктопроводах, що працюють під тиском, необхідно проводити широку автоматизацію та комп'ютеризацію цих систем. Необхідно переходити від “острівної” до “материкової” структури системи управління, тобто розподіленої ієрархічної структури, вузли якої об'єднані у єдине ціле високошвидкісними лініями передачі даних. Різні рівні управління створюються у відповідності до типу, характеру і масштабу задач, які вирішуються.

У дисертаційній роботі розв'язана науково-технічна задача підвищення ефективності комп'ютеризованого контролю безпеки та надійності функціонування продуктопроводів за рахунок більш точного визначення та локалізації аномалій у їх роботі.

1. На основі результатів аналізу сучасних систем управління географічно розподіленими об'єктами критичного застосування запропоновано трирівневу структуру інформаційно-аналітичної системи продуктопроводу. Для реалізації такої структури застосовується інформаційно-обчислювальна система, основними складовими якої є датчики параметрів та стану продуктопроводу, лінії передачі даних, програми обробки інформації, що поступає, та комп'ютерна мережа, за допомогою якої окремі елементи системи об'єднуються у єдине ціле.

2. Проведено аналіз відомих методів визначення свищів, що виникають в продуктопроводах, які працюють під тиском газових або рідких середовищ. Показано, що найбільш поширення мають низькочастотні акустичні методи. Однак, інтенсивність і частота випромінювання при витоку середовищ, що транспортуються, залежать від великої кількості факторів, включаючи і неправильність форми свищів, а також складність поверхонь розриву, тобто факторів, що приводять до виникнення високочастотного випромінювання або акусто-емісійного випромінювання, яке розповсюджується по матеріалу продуктопроводу.

3. Розроблено загальну структуру макету системи визначення місцеположення свищів в продуктопроводах, що працюють під тиском газових або рідких середовищ, загальний алгоритм її роботи з розподілом функцій між апаратними і програмними засобами.

4. Розроблено структуру та алгоритм роботи двоканального аналогового тракту первинної обробки сигналів акустичної емісії, проведено обґрунтування та вибір його параметрів. Розроблена структура, алгоритм роботи та принципова схема генератору тестових сигналів.

5. Створено структури програмних засобів системи визначення свищів та загальний алгоритм їх роботи. Розроблено багаторівневу структуру і склад інформаційних баз, які використовуються для управління системою, проведення введення-виведення інформації при тестуванні системи, випробуванні об'єкту контролю, обробці вхідного процесу, формуванні протоколу випробувань та допомоги користувачу.

6. Створено алгоритм та програмне забезпечення тестування системи, який дозволяє проводити перевірку, тестування та налагоджування системи з використанням імітатору сигналів акустичної емісії. Розроблено методику запису та збереження інформації у вигляді файлових структур за результатами тестування системи.

7. Розроблено алгоритми та програмне забезпечення для проведення випробувань виробу, обробки завадоподібних сигналів акустичної емісії, представлення результатів та проведення екранного графічного аналізу даних. Створено алгоритм та програмне забезпечення виведення та аналізу сигналів акустичної емісії в реальному часі.

8. Розроблено макет акусто-емісійної системи локації свищів в продуктопроводах, які працюють під тиском газових або рідких середовищ. Створено методики перевірки параметрів електронної частини макету мобільної акусто-емісійної системи та методика випробувань об'єкту контролю.

9. Розроблено метод та алгоритм ефективного обчислення місцеположення наскрізних дефектів (свищів), що виникають у продуктопроводі, шляхом заміни прямого розрахунку взаємно кореляційних функції сигналів застосуванням прямого та зворотного ШПФ. Надані кількісні оцінки виграшу в апаратних або програмних витратах при застосуванні запропонованого методу.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Пономаренко А.В. Рациональный выбор параметров и структуры корпоративных информационно-вычислительных сетей для трубопроводных систем / А.В. Пономаренко // Проблеми інформатизації та управління: зб.наук.пр. - К.: НАУ, 2010. - Вип. 3(31). - С. 132-138.

2. Луцький М.Г. The acoustics emission system of the cracks place location / М.Г. Луцький, О.В. Пономаренко // Proceedings of the National Aviation University. - 2010. - № 3(44). - С. 97-105.

3. Луцький М.Г. Обработка сигналов акустической эмиссии при определении положения сквозных дефектов / М.Г. Луцкий, А.В. Пономаренко, С.Ф. Филоненко // Автоматика, автоматизация, электротехнические комплексы и системы. - 2008. - №2 (22). - С. 74-80.

4. Бабак В.П. Optimization of signal features under objects' dynamic test / В.П. Бабак, С.Ф. Филоненко, И.К. Корниенко-Мифтахова, А.В. Пономаренко // Aviation. - 2008. - v.12, N1. - C. 10-17.

5. Бабак В.П. Локализация местоположения сквозных дефектов по сигналам акустической эмиссии / В.П. Бабак, А.В. Пономаренко // Автоматика, автоматизация, электротехнические комплексы и системы. - 2007. - №1(19). - С. 39-46.

6. Бабак В.П. Обработка сигналов при динамических испытаниях объектов / В.П. Бабак, С.Ф. Филоненко, А.В. Пономаренко, И.К. Корниенко-Мифтахова // Технологические системы. - 2007. - №1(37). - С. 25-32.

7. Бабак В.П. Определение коэффициента передачи датчиков преобразования смещений / В.П. Бабак, С.Ф. Филоненко, А.В. Пономаренко, И.К. Корниенко-Мифтахова // Технологические системы. - 2006. - №4(36). - С. 6-12.

8. Пат. на корисну модель № 27486 Україна, МПК (2006) G 01N 29/00, 29/14,G01M 3/00, F 17D 5/02 (2006.01). Спосіб визначення місцеположення свищів у виробах / В.П. Бабак, С.Ф. Филоненко, О.В Пономаренко; власники: В.П. Бабак, С.Ф. Филоненко, О.В Пономаренко. - № а 2007 00986; заявл. 30.01.2007; опубл. 12.11.2007, Бюл. №18.

9. Пат. на корисну модель № 38524 Україна, МПК (2006) G 01N 29/00, G01M 3/00, F 17D 5/02 (2008.01). Спосіб визначення місця знаходження витоку рідкого або газового середовищ у виробах / М.Г. Луцький, С.Ф. Філоненко, О.В. Пономаренко; власник Національний авіаційний університет. - № u 2008 09990; заявл. 01.08.2008; опубл. 12.01.2009, Бюл. №1.

10. Пономаренко А.В. Архитектура многоуровневой компьютеризованной системы обнаружения сквозных дефектов в продуктопроводах / А.В. Пономаренко // АВІА-2011: Х міжнар. наук.техн.конф., 19-21 квітня 2011 р.: тези допов. - К.: НАУ, 2011. - Т.1. - С. 5.18-5.20.

Анотація

Пономаренко О.В. Комп'ютеризована система виявлення свищів у продуктопроводах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 - комп'ютерні системи та компоненти. Національний авіаційний університет, Київ, 2011.

Вдосконалений метод побудови комп'ютерної мережі локалізації свищів у продуктопроводах дозволяє за рахунок більш точного розрахунку місцеположення свищів підвищити точність виявлення та розрахунків. Для ефективних та економічних розрахунків часу затримки сигналів розроблені алгоритми прямого та зворотного ШПФ з використанням апаратних пристроїв та спеціалізованих мікропроцесорних обчислювачів.

У роботі розроблено апаратно-програмну систему розрахунків місцеположення свищів та передачі даних на районні (зонові) та центральний пункт контролю.

Запропоновано трирівневу ієрархічну структуру мережі, побудованої за “материковим” принципом. У кожному конкретному випадку для вибору оптимальної схеми розміщення датчиків, мережних та термінальних вузлів необхідні додаткові дослідження.

Ключові слова: продуктопровід, комп'ютерна мережа, свищ, місцеположення, кореляційна функція, швидке перетворення Фур'є.

Аннотация

Пономаренко А.В. Компьютеризованная система обнаружения свищей в продуктопроводах. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.05 - компьютерные системы и компоненты. Национальный авиационный университет, Киев, 2011.

Существующие системы поиска дефектов продуктопроводов большой протяженности построены по так называемому “островному принципу” и представляют собой отдельные узлы с разными видами оборудования и технологиями поиска и локализации дефектов. Они имеют разную точность, скорость поиска дефектов, поэтому на разных участках продуктопровода поиск и локализация дефектов могут занимать разное время и иногда выходить за рамки требуемой безопасности и надежности.

Предложена трехуровневая иерархическая структура сети, построенной по “материковому” принципу. Все районные (зоновые) пункты контроля объединены в сеть с физической топологией “общая шина” и кольцевой логической топологией. При этом достигается требуемая скорость обработки поступающей информации и одинаковое гарантированное время поиска сквозных дефектов типа свищей.

В работе разработана аппаратно-программная система расчетов местоположения свищей и передачи данных на районные (зоновые) и центральный пункт контроля.

Усовершенствованный метод построения компьютерной сети локализации свищей в продуктопроводах позволяет за счет более точного расчета местоположения свищей повысить точность выявления и расчетов. Для эффективных и экономических расчетов времени задержки сигналов разработаны алгоритмы прямого и обратного быстрых преобразований Фурье с использованием аппаратных устройств и специализированных микропроцессорных вычислителей. В каждом конкретном случае для выбора оптимальной схемы размещения датчиков, сетевых и терминальных узлов необходимы дополнительные исследования.

Ключевые слова: продуктопровод, компьютерная сеть, свищ, местоположение, корреляционная функция, быстрое преобразование Фурье.

Annotation

Ponomarenko А.V. Computerized system of detection of knots in pipelines. - Manuscript.

Dissertation on the receipt of scientific degree of candidate of engineering sciences after specialty 05.13.05 - computer systems and components. National Aviation University, Kiev, 2011.

The improved method of construction of computer network of localization of knots in pipelines allows due to more exact calculation the place of position of knots to promote exactness of exposure and calculations. For the effective and economic timings of delay of signals, developed algorithms double (direct and reverse) rapid transformations of Fourier with the use of vehicle devices and specialized microprocessor calculators.

It is in-process developed apparatus-programmatic mathematical complex of calculations place of position of knots and communication of data on district (area) and central point of control.

A three-level hierarchical network, built on “mainland” principle structure is offered. In every case for the choice of optimum chart of placing of sensors, network and terminal knots additional researches are needed.

Keywords: pipeline, computer network, knot, place of position, cross-correlation function, fast Fourier transform.

Размещено на Allbest.ru

...