ГАЗОАНАЛИЗИРУЮЩИЕ СИСТЕМЫ, КАК НИЖНЯЯ СТУПЕНЬ ИЕРАРХИИ ИНДУСТРИИ 4.0 НА ПРОИЗВОДСТВЕ, КОТОРОЕ ОСНОВАНО НА ОБРАБОТКЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИИ ГАЗА

GAS ANALYSIS SYSTEMS, AS THE LOWEST LEVEL OF THE INDUSTRY 4.0 HIERARCHY IN PRODUCTION, WHICH IS BASED ON THE PROCESSING AND USE OF GAS

Artem Bogdanov

graduate, Department of Laser Technology, Baltic State Technical University "VOENMEH" them. D.F. Ustinov,

Russia, St. Petersburg

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены и определены факторы значимости развития сенсоров в промышленной автоматизации, в частности в газовой индустрии. Основное внимание уделяется важности сбора большого количества данных в системе организации технологического процесса. Проанализировано положение сенсоров в процессе автоматизации производства на основе газоанализирующих систем. В результате определены новые качества и характеристики, которыми должны обладать газоанализирующие системы. Сделан вывод, что именно системы сбора данных являются основополагающим фактором, в развитии автоматизации.

ABSTRACT

The article considers and defines the factors of significance of the development of sensors in industrial automation, in particular in the gas industry. The main focus is on the importance of collecting a large amount of data in the process organization system. The position of sensors in the process of production automation based on gas analysis systems is analyzed. As a result, new qualities and characteristics that gas analysis systems should have are determined. It is concluded that data collection systems are a fundamental factor in the development of automation.

Ключевые слова: автоматизация; сенсоры; газоанализаторы.

Keywords: automation; sensors; gas analyzers.

В последние годы на научных конференциях и на информационных площадках все больше и больше обсуждают развитие автоматизации технологических процессов и всех производственных этапов и продвижение промышленного прогресса к стадии Индустрии 4.0. При автоматизации, происходит переход качественного состояния производства к более высокому уровню.

Этот процесс необратим в процессе развития промышленности и с точки зрения человечества в целом. Там, где машины могут работать эффективно без регулирования со стороны оператора, рано или поздно произойдет полное замещение человеческих ресурсов на автоматизированные системы. Людям в таком случае достанется роль контроллеров, которые могут вмешиваться в чрезвычайных ситуациях.

Итак, если обратиться к Индустрии 4.0, то с определенной точки зрения ее можно представить, как иерархическую структуру. Согласно этой структуре для обеспечения полной автоматизации производства необходимо построить следующую цепочку:

1. получить данные, сигнал, информацию от нижнего элемента, в таком случае этим элементом является некий датчик или сенсор, который регистрирует данные;
2. необходимо обработать данные поступающие от различных регистрирующих элементов на контроллеры;
3. после обработки данных, для последующего вынесения решения или, к примеру, выбора метода решения проблемы, происходит обмен данными от различных систем обработки информации;
4. выдача указаний системам и регулирование процессов.

Рисунок 1. Структура процесса развития промышленной индустрии

Одной из основополагающих отраслей промышленности является энергетика. Без этой составляющей невозможен дальнейший научно-технический прогресс и важным аспектом развития данной отрасли является использование больших объемов газа. Не следует так же забывать и о других не менее важных отраслях, потребляющих газ, химической и металлургической, а также других развивающихся направлениях. В данной работе не будем акцентировать внимание на том, о каком газе идет речь, будь то природный газ, метан, пропан и другие, так как разные производства имеют разную специфику.

Возьмем, к примеру, автоматическую систему контроля и управления производством, на котором используется газ. В состав этой системы должны входить: «устройства локального диагностирования утечек газа/метана; автономные источники питания; радиопередающие средства; стационарные пункты приема, распределения и обработки данных; программные средства, обеспечивающие обработку информации и объединенные в единую автоматизированную систему мониторинга и управления газотранспортным предприятием» [5, с. 12].

Устройство, диагностирующее концентрацию содержания газовых смесей в среде называют газоанализатором.

Ускорение процесса обмена собранными и обработанными данными в режиме реального времени позволяет ускорить производство, а также увеличить эффективность производственных процессов. Таким образом, при помощи сенсоров, как самого первого кирпичика процесса автоматизации, современные машины могут самостоятельно повышать эффективность производственных процессов.

Существуют руководящие документы, которые обязуют устанавливать датчики сигнализаторов и газоанализаторов в соответствии с категориями взрывоопасных смесей, а также рекомендации по их установке. Эти же документы предписывают, что «газоанализаторы и сигнализаторы предельно допустимых концентраций, при содержании вредных веществ, превышающих предельно допустимые, должны автоматически включать светозвуковую сигнализацию, оповещающую о наличии концентраций взрывоопасных или вредных веществ» [6, с. 3].

Обеспечение пожарной безопасности технологических процессов должно быть основано на анализе их пожарной опасности [4, с. 7], который должен предусматривать анализ пожарной опасности технологической среды, определение пожароопасных аварийных ситуаций и причины их возникновения для всех технологических процессов, а также анализ сценариев возникновения и развития пожара.

Из предыдущего абзаца и из различных положений по охране труда и промышленной безопасности следует, что именно в газоаналитические системы в одну из первых очередей внедряется автоматизация и цифровые технологии.

Количество и разнообразие датчиков как в промышленности, так и в быту увеличивается в огромном темпе. Из-за большого объема развития этого направления они становятся более доступными и способными выполнять большое разнообразие поставленных задач. Другими словами, можно сказать, что в обозримом будущем возможно осуществление полного контроля за технологическим процессом на предприятиях. Подобный контроль, при правильном использовании, может приносить большую прибыль, так «американский производитель авиадвигателей GE Aviation начал устанавливать на силовые установки сенсоры, позволяющие удаленно и в реальном времени получать данные об их состоянии, затраты на обслуживание двигателей сократились в семь раз» [2, с. 10]

Благодаря развитию и падению цен на датчики, вследствие увеличения их оборота, процесс автоматизации движется семимильными шагами. Единственной проблемой этого развития является не столько вопрос в техническом обеспечении, сколько трудность в достижении достоверности собранной информации или невозможность сбора определенного вида информации без участия человека.

Исходя из вышесказанного следует, что газоанализаторы, реализуемые на современном рынке, должны обладать, помимо основных характеристик, дополнительными качествами и функциями, такими как: быстродействие – время, необходимое для передачи информации от датчиков к управляющему модулю; высокая надежность и устойчивость к отказу сенсоров, простота интеграции в производство, не требует постоянного обслуживания; низкое электропотребление; модульная система. Если рассмотреть систему перехода к Индустрии 4.0 и газоанализаторы будущего еще глубже, то можно отметить «требования к аппаратному обеспечению газоанализаторов: многофункциональные, точные, гибкие и эргономичные» [1, с. 4]., выше же приведены более глобальные характеристики, основанные на анализе, проведенном в данной работе.

Таким образом, автоматизация является очень важной составляющей для минимизации воздействия «человеческого фактора», который является важной составляющей при разговоре о безопасности производства.

«Более безопасная транспортировка газа к установкам для его преобразования в энергию может обеспечиваться лишь при наличии точных данных о действительном содержания метана в газе» [3, с. 44-45]. Это в свою очередь расширяет спектр применения и варианты сбыта, а если отступить от темы безопасности, то можно заметить, что процесс мониторинга за состоянием загазованности среды важен для поддержания экологической стабильности окружающей среды.

Список литературы:

1. Рымарь Е. Портативные газоанализаторы будущего // Академия газоанализа Dräger. — 2020. — №7. [электронный ресурс] URL: https://getsiz.ru/akademiya-gazoanaliza-drager-vypusk-7.html (дата обращения 20.03.2021)
2. Алексеев А., Николаев С. Индустрия 4.0 Просто о сложном [Текст] / А. Алексеев., С. Николаев // Сибирская нефть. – 2018. - №154. – С. 2-24.
3. Руководство по наилучшей практике эффективной дегазации источников метановыделения и утилизации метана на угольных шахтах. – Нью-Йорк: Организации Объединенных Наций, 2010. – 107 с.
4. ГОСТ Р 12.3.047 – 2012 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля [Текст]. – Взамен ГОСТ Р 12.3.047-98; введ. 2014-01-01 М.: Стандартинформ, 2014. – 125 с.
5. Бушмелов, П.Е. Беспроводная сенсорная телекоммуникационная система контроля утечек метана из магистралей газотранспортной сети. [Текст]: дис. канд. техн. наук: 05.12.13: защищена 19.06.14: утв. 15.07.14 / Бушмелев Петр Евгеньевич. – Москва, 2014. – 225 с.
6. ТУ-газ-86 ТРЕБОВАНИЯ К УСТАНОВКЕ СИГНАЛИЗАТОРОВ И ГАЗОАНАЛИЗАТОРОВ. [Текст]. – Взамен ТУ-газ-75; введ. 30-04-1986 М.: Миннефтехимпром СССР, 1986. – 25 с.