Материалы и методы решения проблемы. Авторами была разработана информационно-измерительная система (патент РФ №139157), структура которой поясняется блок-схемой в соответствии с рисунком 1, а работа происходит следующим образом.
Рис. 1. Блок-схема информационно-измерительной системы
Информация, поступающая из блока 11 от аналоговых датчиков (N1-N3), обрабатывается аналого-цифровыми преобразователями блока 3, а информация от цифровых датчиков (N4-N6) поступает в коммутатор 4, где производится выделение сигналов, после этого по информационным входам сигналы подаются на микроконтроллер 2, где преобразуются в единую цифровую форму в виде числовых рядов, сформированных в отдельные файлы, и поступает в модуль визуализации с блоком ранжирования технологических параметров 10, где визуализируется, ранжируется по максимальному отклонению технологических параметров от нормируемых значений и поступает на многокнопочный пульт управления 5.
С пульта управления 5 производится управление операциями и движением информации в системе. Информация, визуализированная и проранжированная, из модуля 10 выводится на дисплей 6, сохраняется в оперативном запоминающем устройстве микроконтроллера 2, а в случае соответствующей команды с пульта управления 5 из микроконтроллера 2 информация также выводится на дисплей 6, и подается звуковой сигнал зуммером 7, далее информация записывается в устройстве накопления и переноса информации 8. От блока питания 9 напряжение поступает на задействованные элементы 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 и 10 схемы. По окончании работы системы информация записывается из устройства накопления и переноса информации 8 на электронные носители.
В качестве датчиков в ИИС применялись стационарные и переносные приборы, в частности:
- газоанализаторы типа Quintox 9106 (Квинтокс), (измеряет: содержание O2, СО, CO2, NОх, NО, NО2, SO2, CхHy в дымовых газах; температуру дымовых газов, наружного воздуха, воздуха для горения; давление и скорость уходящих газов. Рассчитывает: содержание NО2 соотношение СО/СО2; коэффициент эффективности сгорания топлива потери тепла с уходящими газами и химическим недожогом коэффициент избытка воздуха) и газоанализаторы типа Дега;
- расходомер ультразвуковой портативный Взлет-ПР (предназначен для оперативного измерения расхода жидкости в напорных металлических и пластмассовых, в том числе многослойных трубопроводах, в различных условиях эксплуатации, а также во взрывоопасных зонах, с помощью ультразвуковых накладных датчиков без вскрытия трубопровода);
- прибор контроля параметров воздушной среды МЭC-200 (предназначен для измерения: атмосферного давления, относительной влажности воздуха; температуры воздуха; скорости воздушных потоков, интегрального показателя тепловой нагрузки среды (ТНС-индекса); температуры влажного термометра; концентрации токсичных газов CO; H2S; SO2; энергетической освещенности; яркости и коэффициента пульсации оптического излучения в видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра в атмосфере и внутри помещений;
- тепловизор типа Testo 880-2.
Для визуализации техногенных выбросов по исследуемой территории ПТГС г. Владикавказа Республики Северная Осетия-Алания, были задействованные созданные ранее геоинформационные системы, технические средства и методы, принцип действия и характеристики которых освещены в работах [1-5].
Использование информационно-измерительной системы позволило повысить эффективность измерений техногенных параметров на промышленном предприятии, путем их визуализации и ранжирования по максимальному отклонению от нормированных значений, что в свою очередь позволит повысить эффективность последующего анализа и обработки информации системой для дальнейшего принятия решений по управлению производственными процессами.
ИИС осуществляет также визуализацию и компрессию [6,7] полученных результатов с географической привязкой данных к территории, исследуемой ПТГС, на которой находится промышленное предприятие. При этом организация структуры системы позволяет обновлять базы данных и программное обеспечение в случае исследований техногенных циклом с иными пространственно-временными координатами. В качестве примера на рисунке 2 представлен скриншот программы с результатами анализа по распространению вредных выбросов на территории ПТГС г. Владикавказа.
Рис. 2. Представление исследуемой территории в различных вариантах, используемых для анализа состояния системы скриншотами:
а) фото спутник; б) карта; в) распространения вредных выбросов
При детализации рисунка видно, что на части а) рисунка 2 показаны данные аэрокосмической съемки исследуемой территории, на части б) - карта территории, а на части в) - результаты анализа данных, полученных с помощью ИИС, где красным цветом выделен участок чрезвычайной концентрации техногенных выбросов, коричневым цветом обозначен участок повышенного содержания техногенных выбросов, синим цветом - участки допустимой концентрации и зеленым - экологически чистые участки исследуемой территории.
Критическое обсуждение результатов исследований. Результаты выполненных ранее теоретических исследований техногенных циклов промышленных предприятий (в частности, данные по вредным выбросам) [8-10] хорошо согласуются с результатами экспериментальных данных, полученных при использовании ИИС с данными Федеральной службы государственной статистики (Северная Осетиястат) [11] по выбросам твердых и газообразных загрязняющих веществ металлургическими производствами и производствами готовых металлических изделий, приведенными на рисунках 3 и 4.
Рис. 3. Статистические и данные полученные с помощью ИИС по твердым выбросам (тонн в год)
Рис.4. Статистические и данные, полученные с помощью ИИС по газообразным выбросам (тонн в год)
Полученные в результате применения ИИС данные по распространению техногенных выбросов промышленным предприятием и их визуализации позволяют существенно сократить объем экспериментальных исследований, что дает возможность значительно снизить затраты материальных ресурсов, денежных средств и времени на анализ техногенных циклов. Кроме этого, отдельные теоретические результаты по концепции послойной организации и разработке ИИС [12-14], включая алгоритмы и математические модели в блоке ранжирования, являются определенным вкладом в методы системного анализа и обработки информации с помощью ИС.
Заключение. Разработанная информационно-измерительная система позволяет производить измерения параметров техногенных циклов, осуществлять их сравнительный анализ и выполнять географическую привязку данных по вредным выбросам промышленного предприятия. При внесении специализированных баз данных по индивидуальным особенностям исследуемого предприятия применение системы возможно на всей территории Российской Федерации.
Рецензенты:
Алборов И.Д., д.т.н., профессор, директор, учебно-научно-производственный центр «Экология», г. Владикавказ;
Музаев И.Д., д.т.н., профессор, главный научный сотрудник, Центр геофизических исследований Владикавказского научного центра РАН и Правительства Республики Северная Осетия-Алания, г. Владикавказ.