Дослідження методів і засобів виявлення та запобігання витоків газу та води
Автор: Величко Дарій Андрійович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Комп'ютеризовані системи управління та автоматика
Інститут: Інститут комп'ютерних технологій, автоматики та метрології
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2023-2024 н.р.
Мова захисту: англійська
Анотація: У наш час, на жаль, тисячі людських життів досі закінчуються без запаху, кольору, з одним лише відсотком чадного газу в повітрі. Згідно з дослідженнями, за останні 25 років не змінилась кількість інцидентів, аварій, отруєнь, а летальність досі на дуже високому рівні [1]. Окрім цього, існують випадки з вибухами природного газу, його витоками, або ж затопленням квартир. У магістерській роботі запропоновано автоматичний аварійний перекривач труби газу та води та метод самодіагностики такого пристрою, що сукупно покликані зменшити людські та матеріальні жертви внаслідок вищезгаданих аварій. У першому розділі здійснено огляд підходів до вирішення цих проблем. Розглянуто як пасивні пристрої – сигналізатори витоку газу, чадного газу [2] та різні види давачів затоплення [3], а також активні виконавчі механізми ? електромагнітні клапани та роботизовані вентилі з електроприводом [4]. Проаналізовано переваги та недоліки цих пристроїв. Ба більше, досліджено та проаналізовано методи самодіагностики перекривачів такого роду, та раннього виявлення поломок у системах. Другий розділ присвячено розробці та опису архітектури рішення як системи, що складається з перекривача та давачів. Продемонстровано структурну схему кожного з пристроїв системи, їх механізми зв’язку та комунікації. З’ясовано логіку поведінки системи. Визначено метод раннього виявлення помилок, що базується на аналізі магнітуд коефіцієнтів вейвлет розкладу. 5 У третьому розділі досліджено ключові вузли пристрою, можливі їх технічні рішення та особливості конструкції. Таким чином, було розглянуто виконавчий механізм – двигун з черв’ячною передачею – та способи його керування з використанням мікроконтролера. Окрім цього, було досліджено радіокомунікацію, а саме вибір частотного діапазону (переваги та недоліки доступних діапазонів), протоколи і спосіб збільшення радіусу дії та надійності зв’язку – топологію mesh для бездротових мереж [5]. Іншим аспектом розділу стало розроблення методу самодіагностики та забезпечення необхідних схемотехнічних рішень та компонентної бази для його коректної роботи. Описано процес вибору кожного з ключових компонентів пристрою та електричної схеми, основні параметри кожного з них. Було реалізовано й схарактеризовано принципову електричну схему пристрою, продемонстровано кожну її частину та друковану плату. Простежено реалізацію схеми ввімкнення трьохконтактного електрохімічного давача газу. Ба більше, було описано й розглянуто найважливіші моменти вбудованого ПЗ мікроконтролера – комунікацію з радіомодулем за допомогою SPI-інтерфейсу та радіопротоколу передачі даних; реалізація алгоритму поетапного малохвильового перетворення, налагодження методу самодіагностики. Четвертий розділ присвячено аналізу результатів дослідження та розробки описаних у попередньому розділі, й аналізі результатів.. Було продемонстровано прототип рішення, продемонстровано фукнціонал. Проаналізовано ефективність методу самодіагностики з використанням лабораторного обладнання, середовища Matlab та емпіричних дослідів. П’ятий розділ – економічна частина, в якій наведений розрахунок витрат на виконання роботи, досліджено економічні ефективність та ефект. Висновки відображають результат кваліфікаційної роботи. Проаналізовано її потенціал та доцільність. Об’єкт дослідження – методи та засоби виявлення витоків та автоматичного перекриття трубопроводів. 6 Предмет дослідження – дослідження та аналіз методів та засобів виявлення витоків та автоматичного перекриття газо- та водопроводів; виявлення їх недоліків та висування пропозиції їх усунення. Мета дослідження - дослідження методів та засобів автономного аварійного перекриття труб подачі газу та води; розробка методу самодіагностики перекривачів такого профілю; створення пристрою та реалізація розроблених та досліджених засобів та рішень. Ключові слова: перекривач, виконавчий механізм, самодіагностика двигунів постійного струму, метод раннього виявлення поломок, система безпеки, радіозв’язок, автономність. Перелік використаних літературних джерел: 1. Mattiuzzi, C., Lippi, G. (2020). Worldwide epidemiology of carbon monoxide poisoning. Human & experimental toxicology. Vol. 39 (4). P. 387–392. https://doi.org/10.1177/0960327119891214 2. How do electrochemical sensors work? Nova Analytical Systems. June 1, 2020. [Електронний ресурс]. URL: https://www.nova-gas.com/how-do-electrochemical-gas-sensors-work/ 3. Ed Edwards. All About Leaks Sensors. Thomas. A Xometry Company. [Електронний ресурс]. URL: https://www.thomasnet.com/articles/instruments-controls/all-about-leak-sensors/ 4. Direct Acting vs. Pilot Operated Solenoid Valve. ATO Articles : веб-сайт. URL: https://www.ato.com/direct-acting-vs-pilot-operated-solenoid-valve. 5. Poor, Robert. (2003). Wireless Mesh Networks. Fierce Electronics. Feb 1, 2003. [Електронний ресурс]. URL: https://www.fierceelectronics.com/components/wireless-mesh-networks