В статье описана система диагностического контроля состояния гидротехнических сооружений Чебоксарского и Городецкого гидроузлов. Система работает в автоматическом режиме и производит контроль раскрытия щелей бетонных конструкций, запись показаний пьезометров и датчиков температуры воздуха. Обработка результатов измерений производится в информационно-диагностической системе БИНГ-3.
В середине прошлого века было закончено строительство большинства судоходных шлюзов в европейской части России, в том числе и на Волге. Шлюз представляет собой сложное гидротехническое сооружение, обеспечивающее перемещение судов из одного бьефа в другой. Грамотные технические решения, заложенные при проектировании и строительстве, позволили эксплуатировать оборудование шлюзов более пятидесяти лет.
Важной составляющей безопасной эксплуатации шлюза является постоянный контроль его технического состояния. Контроль на большинстве шлюзов производится путём ручного измерения показаний двух- и трёхкоординатных щелемеров (рис. 1), напорных и безнапорных пьезометров, обратных отвесов.
Также на бетонных конструкциях шлюза установлено множество марок, положение которых контролируется относительно реперных точек с помощью геодезического оборудования.
Как правило, измерения производятся раз в квартал, что не соответствует современным требованиям по обеспечению безопасности при эксплуатации гидротехнических сооружений. Зачастую установленное измерительное оборудование находится в неудовлетворительном состоянии (рис. 2) и нуждается в ремонте или замене.
В рамках работ по выполнению программы «Разработка и реализация комплексного проекта реконструкции гидротехнических сооружений водных путей Волжского бассейна» ООО «Техтрансстрой» по заданию и при непосредственном контроле государственного заказчика – ФБУ «Волжское ГБУ» наряду с другими работами выполнило проектирование автоматизированных систем диагностического контроля (АСДК) состояния гидротехнических сооружений Чебоксарского и Городецкого гидроузлов. Так как схемотехнические решения для обеих систем идентичны, в дальнейшем будет описываться только система контрольно-измерительной аппаратуры (КИА) Чебоксарского гидроузла.
Камеры шлюзов докового типа выполнены из монолитного железобетона. Габариты камер в среднем составляют 280,0×30,0 м, секции камер имеют длину до 50 м, верхние и нижние головы шлюза представляют собой неразрезную железобетонную конструкцию докового типа с переменной толщиной днища. Общая длина гидротехнического сооружения превышает 900 метров. Контрольно-измерительная аппаратура расположена по всей площади шлюза, как на бетонных конструкциях, так и на земляных плотинах и прилегающей к шлюзу территории (рис. 3).
Помимо большого расстояния между точками измерения мешающими факторами являются:
Проанализировав существующее оборудование для контроля раскрытия щелей бетонных конструкций, мы остановили свой выбор на магнитострикционных датчиках фирмы Balluff, имеющих разрешение 2 мкм при повторяемости 6 мкм, класс защиты IP67 по IEC 60529 и работающих в требуемом диапазоне температур. Эти датчики могут оснащаться токовым или цифровым интерфейсом. Для упрощения монтажа датчики были выбраны с двукратным запасом по диапазону измерения. Чтобы не снизить точность измерения, были взяты датчики с интерфейсом PROFIBUS DP – данное решение определило последующий выбор аппаратуры системы КИА.
Автоматизация пьезометров осуществляется интеллектуальными погружными микропроцессорными зондами фирмы BD Sensor, имеющими унифицированный токовый выход; измерение температуры производится платиновыми датчиками с токовым выходом фирмы «Метран». Датчики пьезометров, устанавливаемые на затапливаемой территории или в отдалённых местах, имеют антивандальное исполнение и передают информацию по радиоканалу.
Автоматизированная система опроса КИА обслуживает измерительные каналы в количестве 275 штук, в том числе:
3 обратных отвеса, оснащённых 6 датчиками линейных перемещений с диапазоном измерений 50 мм;
67 датчиков для пьезометров;
100 двухкоординатных (двухмарочных) щелемеров, оснащённых 200 дат-чиками BTL5 с диапазоном измерений 100 мм (данный диапазон измерения перемещений выбран по результатам многолетних наблюдений за состоянием гидросооружений – максимальное раскрытие щелей не превышает 50 мм);
2 датчика температуры наружного воздуха.
Для построения сети сбора данных с датчиков была выбрана двухуровневая структура, приведённая на рис. 4.
Измерительные датчики подключаются к узловым шкафам, которые объединяются в лучи по кольцевой топологии PROFIBUS DP. Лучи объединяются по топологии звезда, далее осуществляется переход на сеть Ethernet. Узлы сети Ethernet также собираются в оптическое кольцо. Данная топология повышает живучесть сети сбора данных и упрощает её обслуживание и ремонт.
Сеть PROFIBUS и сеть Ethernet построены с использованием одинаковых материалов. В роли узловых шкафов выступают конструктивы фирмы Rittal с термостатированием, предотвращающим образование конденсата. В шкафах установлены контроллеры FASTWEL I/O, которые формируют универсальный интерфейс между различными полевыми шинами с одной стороны и датчиками и исполнительными механизмами промышленного оборудования с другой. Важным достоинством контроллеров FASTWEL I/O является широкий температурный диапазон до –40°С, наличие сертификата об утверждении типа измерения № 27285/1, действующего до 1 января 2014 года, и простота программирования на свободно распространяемом программном обеспечении CoDeSys. Для снятия токового сигнала с датчиков уровней используется двухканальный модуль AIM72201 системы FASTWEL I/O. Модуль имеет два канала для измерения постоянного тока в диапазоне от 0 до 20 мА. Режим измерения – дифференциальный. Каналы гальванически изолированы между собой и от шины FBUS. Основная приведённая погрешность модуля – не более 0,02%. Также в узловом шкафу установлены источник питания и грозоразрядники фирмы Phoenix Contact.
Для обеспечения надёжной передачи данных на большие расстояния (длина некоторых отрезков сети превышает триста метров) используется оптическая среда. Переход с медной среды PROFIBUS на оптическую осуществляется повторителем-преобразователем Hirschmann OZD Profi 12M G12. Важными достоинствами данного преобразователя являются возможность организации оптического кольца для сети PROFIBUS, промышленное исполнение и низкая цена по сравнению с другими производителями. Переход с PROFIBUS на Real-Time Ethernet осуществляется посредством шлюза Hilscher NT 100-RE-DP. С помощью концентраторов фирмы EtherWAN выполнено построение сети Ethernet верхнего уровня. Концентраторы объединены кольцевой топологией.
Результаты измерения передаются для хранения на центральный SQL-сервер.
Данные из сервера сбора данных системы КИА передаются в информационно-диагностическую систему (ИДС) БИНГ-3 (рис. 5), разработанную ОАО «НИИЭС». ИДС БИНГ-3 представляет собой заключительное звено автоматизированной системы диагностического контроля состояния гидротехнических сооружений (АСДК ГТС).
Система АСДК ГТС (КИА и ИДС БИНГ-3) согласно техническому проекту отвечает следующим требованиям:
обеспечивает автоматизированный опрос датчиков (цикл опроса всех датчиков составляет порядка 12 минут), сбор информации, её хранение, передачу, обработку и анализ в информационно-диагностической системе контроля безопасности сооружений БИНГ-3;
использует существующую сеть пьезометров и щелемеров на территории шлюза;
использует датчики давления и перемещения промышленного типа, современные отечественные контроллеры серийного производства, базовое (Microsoft SQL Server, Microsoft Office и т.п.) и апробированное на других объектах программное обеспечение;
формирует информационный пакет данных натурных наблюдений с помощью программного комплекса БИНГ-3 с сохранением всей информации в базе данных ИДС, в памяти сервера сбора данных и в архивах на независимых носителях;
обеспечивает автоматический опрос датчиков по заданному временному режиму (интервал опроса задаётся заказчиком) с возможностью ручного запуска опроса для наладки и проверки системы КИА;
производит обработку измерительной информации;
преобразует отсчёты в физические единицы, контролирует работоспособность датчиков и линий связи, выполняет сравнение показателей состояния гидротехнических сооружений с их критериальными значениями (критериями безопасности);
по всем своим техническим средствам, включая контрольно-измерительную аппаратуру, соответствует условиям промышленной эксплуатации, имеющим место на сооружениях шлюза.
В настоящее время проекты реконструкции системы КИА шлюзов № 13–16 Городецкого гидроузла и шлюзов № 17–18 Чебоксарского гидроузла прошли государственную экспертизу и приняты заказчиком к реализации в рамках комплексной программы реконструкции гидротехнических сооружений водных путей Волжского бассейна.
При проведении проектных работ большую помощь проектировщикам оказал Самарский филиал фирмы ПРОСОФТ в подборе оборудования и проведении технических консультаций. ●
E-mail: Mev163@yandex.ru
Модули ввода/вывода EKF PRO-Logic для автоматизированных систем управления
Модули ввода/вывода обеспечивают связь между контроллером и периферийными устройствами, такими как датчики, исполнительные механизмы, реле и другое оборудование. Такие устройства крайне важны в распределённых системах автоматизации или на производствах с большими площадями помещений. С развитием технологий автоматизации промышленности модули ввода/вывода (I/O) стали неотъемлемой частью систем управления производственными процессами. 17.10.2024 175 0 0Разбор параметрирования нескольких преобразователей частоты с помощью WI-FI модуля на примере ПЧ Sinvel SID300
09.10.2024 264 0 0Контроллер, программируемый с помощью условий
Возможно ли создать алгоритм для задач автоматизации технологического процесса, не используя язык программирования? Предлагается описание системы создания алгоритма работы ПЛК для устройств малой автоматизации без использования специальных языков программирования. 01.09.2024 СТА №3/2024 651 0 0Как биометрия и искусственный интеллект помогают быстро и безопасно обслужить пассажиров в аэропортах
В условиях современных аэропортов идентификация пассажиров является одной из самых важных функций быстрого и безопасного обслуживания. Передовая биометрия помогает в этом, надёжно контролируя все этапы и существенно повышая пропускную способность транспортных узлов. 28.07.2024 СТА №3/2024 724 0 0