Автоматизированная система управления пожарной безопасностью производства фрезерного торфа тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Цветков, Роман Евгеньевич

• Цветков, Роман Евгеньевич
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Цветков, Роман Евгеньевич

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Обзор методов прогнозирования и предупреждения самовозгорания фрезерного торфа

1.1. Технологический процесс производства фрезерного торфа

1.2. Общие сведения о самовозгорании фрезерного торфа

1.3. Основные методы борьбы с самовозгоранием

1.4. Обзор методов прогнозирования самовозгорания

1.5. Постановка задачи исследования 37 Выводы по главе

Глава 2. Применение методов интервального анализа для прогнозирования самовозгорания фрезерного торфа

2.1. Методы интервального анализа

2.2. Усовершенствованный метод прогнозирования опасности самовозгорания фрезерного торфа

2.3. Апробация усовершенствованного метода 46 Выводы по главе

Глава 3. Основы построения автоматизированной системы управления пожарной безопасностью производства фрезерного торфа

3.1. Основные положения построения автоматизированной системы управления пожарной безопасностью производства фрезерного торфа

3.2. Структура автоматизированной системы управления пожарной безопасностью производства фрезерного торфа

3.3. Методика принятия решений по формированию комплекса мероприятий, направленных на борьбу с самовозгоранием 65 Выводы по главе

Глава 4. Прототип программного комплекса автоматизированной 77 системы

4.1. Структура базы данных автоматизированной системы управления пожарной безопасностью производства фрезерного торфа

4.2. Программный комплекс автоматизированной системы управления пожарной безопасностью производства фрезерного торфа

4.3. Пример использования автоматизированной системы управления пожарной безопасностью производства фрезерного торфа

Выводы по главе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизированная система управления пожарной безопасностью производства фрезерного торфа»

Актуальность темы. Одним из важнейших природных ресурсов Тверской области является торф, по объему промышленных запасов которого Тверской регион находится на седьмом месте среди регионов Российской Федерации. В годы своего наибольшего подъема торфяная промышленность нашего края ежегодно добывала более 4 млн. тонн торфа [1]. Экономический кризис 90-х годов XX века больно ударил по этой отрасли, как и по многим другим, что привело к свертыванию торфодобычи, вытеснению торфа из народнохозяйственного оборота. И фрезерный, и кусковой торф добывается в весьма незначительном количестве. Многие предприятия пришли в упадок, заброшены и не действуют.

Однако в настоящее время возникла настоятельная потребность возрождения торфяной промышленности, поскольку одной из острых проблем человечества становится исчерпание таких энергетических ресурсов, как нефть и газ, цены на которые постоянно возрастают. Значение торфа как топлива для энергетических предприятий могло бы резко увеличиться и сделать наш регион более независимым от конъюнктуры мирового рынка. Низкий уровень добычи торфа совершенно не соответствует потребностям энергетической промышленности.

Оживление торфяной отрасли может стать катализатором возрождения и развития села, поскольку потенциал использования торфа в сельском хозяйстве достаточно велик. Плодородие почв и содержание в них гумуса постоянно снижаются. Количество вносимых в почву органических и минеральных удобрений в несколько раз ниже нормы. Увеличение объема внесения в почву торфяных удобрений в таких условиях было бы весьма целесообразно. Однако в настоящее время поставки торфа сельскохозяйственным производителям крайне малы

Хотя развитие торфяной промышленности могло бы решить многие проблемы как регионального, так и федерального уровня, но сама данная отрасль остается сферой повышенного предпринимательского риска и является малопривлекательной для инвесторов, поскольку при восстановлении добычи торфа вновь возникают проблемы, имевшие место с давних пор. Одной из них являются потери фрезерного торфа при хранении в штабелях в результате саморазогревания и самовозгорания, что причиняет собственникам торфопредприятий значительные убытки.

Саморазогреванием называется процесс самопроизвольного подъема температуры без подвода тепла извне [2]. Саморазогревание свойственно большинству видов фрезерного торфа. При уборке торфа в штабеля он имеет температуру, близкую к температуре воздуха, которая сохраняется в течение непродолжительного времени. Затем в некоторой части штабеля температура начинает подниматься, появляется ярко выраженная зона с максимальной температурой, глубина расположения которой зависит от температуры окружающего воздуха. Нередко саморазогревание фрезерного торфа приводит к появлению очагов самовозгорания.

Самовозгорание приводит как к прямым потерям торфа, так и к значительным убыткам за счет отвлечения большого количества рабочей силы на тушение очагов, изоляцию горящих караванов и др.

Помимо убытков, причиняемых торфяной отрасли, самовозгорание может привести к возникновению больших торфяных пожаров.

Торфяные пожары в Тверской области ежегодно охватывают большие площади лесов, болот, торфяных предприятий и заброшенных полей добычи торфа. Экономика области терпит от них значительный ущерб вследствие гибели лесных массивов, уничтожения производственной продукции, привлечения больших сил и средств на тушение. Окружающей среде наносится зачастую непоправимый вред. Многие экологические системы оказываются непоправимо разрушенными. С дымом в атмосферный воздух выбрасываются загрязняющие вещества в количествах, намного превышающих предельно допустимые концентрации [3], что отрицательно влияет на здоровье людей, обостряет хронические заболевания, увеличивает смертность населения.

Для уменьшения потерь, причиняемых самовозгоранием фрезерного торфа, необходимо своевременное прогнозирование появления очагов самовозгорания и принятие соответствующих мер, направленных на его предотвращение.

Целью данной работы является увеличение точности прогнозирования самовозгорания фрезерного торфа в штабелях, повышение оперативности и эффективности принятия решений, направленных на предупреждение самовозгорания.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- провести анализ существующих методов прогнозирования самовозгорания фрезерного торфа в штабелях;

- определить наиболее подходящий метод прогнозирования опасности самовозгорания фрезерного торфа;

- сформулировать основные положения построения автоматизированной системы управления пожарной безопасностью производства фрезерного торфа;

- разработать структуру автоматизированной системы управления пожарной безопасностью производства фрезерного торфа;

- разработать человеко-машинную процедуру принятия решений по формированию комплекса мер, направленных на борьбу с самовозгоранием фрезерного торфа в штабелях;

- разработать прототип программного комплекса автоматизированной системы управления пожарной безопасностью производства фрезерного торфа;

- провести апробацию результатов исследования.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- осуществлено развитие метода прогнозирования самовозгорания фрезерного торфа, разработанного Козловым В.А., Малковым Л.М. и др., путем перехода к интервальным значениям диагностических показателей и прогностических коэффициентов, что привело к значительному сокращению зоны неопределенности и, как следствие, увеличению количества правильных прогнозов;

- разработана методика автоматизированного формирования плана мероприятий, направленных на борьбу с самовозгоранием, базирующаяся на использовании продукционных правил, связывающих достижение диагностическими показателями определенных значений с необходимыми управляющими воздействиями и сроками их проведения;

- для данной методики разработаны типовые шаблоны продукционных правил, определяющих назначение или прекращение мероприятий, регулярность или нерегулярность проведения мероприятий, абсолютные или относительные сроки проведения.

Практическая значимость работы вытекает из ее актуальности. Разрабатываемая автоматизированная система сможет применяться в практике работы торфяных предприятий для получения прогноза опасности самовозгорания фрезерного торфа, выявления наиболее опасных в этом отношении торфяных полей, автоматизированного формирования комплекса мероприятий по предупреждению самовозгорания, поможет избежать неоправданных затрат.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях: XVIII Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологии» (Казань, 2005), XVII Международной научно-технической конференции «Математические методы и информационные технологии в экономике, социологии и образовании» (Пенза, 2006), Научно-практической конференции «Современные проблемы развития фундаментальной науки: по результатам регионального конкурса РФФИ 2006 года» (Тверь, 2006),

Международной научно-технической конференции «Проблемы технологии и механизации разработки полезных ископаемых», посвященной 100-летию со дня рождения видного ученого, талантливого педагога, профессора, доктора технических наук, члена-корреспондента АН БССР Опейко Ф.А. (Минск, 2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 научных работ, в том числе в журнале «Программные продукты и системы», рекомендованном ВАК для публикации основных научных результатов диссертаций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Объем работы составляет 133 страницы. Диссертация содержит 7 рисунков и 17 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Цветков, Роман Евгеньевич

В ходе выполненного исследования получено новое решение задачи прогнозирования самовозгорания фрезерного торфа и автоматизированного формирования комплекса мероприятий по борьбе с этим явлением. Основные результаты исследования:

1. Обоснована целесообразность использования метода, разработанного Козловым В.А., Малковым Л.М. и др., для прогнозирования опасности самовозгорания фрезерного торфа. Преимуществами данного метода являются учет как природно-генетических свойств торфа, так и метеорологических характеристик сезона; наличие единого показателя, характеризующего опасность самовозгорания; возможность прогнозирования не только по окончании сезона добычи торфа, но и перед его началом; независимость от конкретного торфопредприятия.2. Выявлено ограничение данного метода, заключающееся в наличии зоны неопределенности и приводящее в ряде случаев к отказу от распознавания категории опасности самовозгорания торфа.3. Осуществлено развитие данного метода путем перехода к интервальным значениям диагностических показателей и прогностических коэффициентов. Проверка показала эффективность данной модернизации -

количество отказов от распознавания сократилось вдвое, что привело к увеличению числа правильных прогнозов.4. Разработана структура автоматизированной системы управления пожарной безопасностью производства фрезерного торфа. Основными ее блоками являются блок прогнозирования опасности самовозгорания торфа в штабелях, блок отображения результатов прогноза на карте местности, блок выработки управляющих решений и блок контроля за выполнением утвержденных мероприятий. Наряду с ними структура автоматизированной системы включает и другие блоки, обеспечивающие работоспособность перечисленных, в частности взаимодействие различных блоков между собой и с пользователем.5. Получена методика автоматизированного формирования плана мероприятий, направленных на борьбу с самовозгоранием, базирующаяся на использовании продукционных правил, связывающих достижение диагностическими показателями определенных значений с необходимыми управляющими воздействиями и сроками их проведения. В целях повышения устойчивости к помехам значения диагностических показателей представляются в виде интервальных чисел. Важным показателем является результат прогнозирования опасности самовозгорания торфа для различных полей, осуществляемый в соответствии с выбранным методом дважды: перед началом сезона добычи торфа и в его конце.6. Для данной методики разработаны типовые шаблоны продукционных правил, определяющих назначение или прекращение мероприятий, регулярность или нерегулярность проведения мероприятий, абсолютные или относительные сроки проведения.7. Разработан прототип программного комплекса автоматизированной системы управления пожарной безопасностью производства фрезерного торфа.8. Разработанный прототип проверен на практическом примере.Проверка показала возможность его применения для решения задач прогнозирования самовозгорания торфа в текущем сезоне и формирования мероприятий по борьбе с этим явлением.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Цветков, Роман Евгеньевич, 2008 год

1. Афанасьев А.Е., Болтушкин А.Н., Копенкин В.Д. Торф и сапропель полезные ископаемые Тверской области. Технология и комплексная механизация торфяного производства. Тверь: ТГТУ, 2000. 10-14.

2. Варенцов B.C., Лазарев А.В. Технология производства фрезерного торфа. М.: Недра, 1970. 288 с.

3. Миронов В.А., интеллектуальных Палюх Б.В., Ветров систем А.Н. Основы построения для прогнозирования, информационных предупреждения и ликвидации торфяных пожаров. Тверь: ТГТУ, 2004. 104 с. 4. 120 с. 5. 226 с.

4. Никитин Ю.А., Рубцов В.Ф. Предупреждение и тушение пожаров в Лазарев А.В. Технология производства торфа. М.: Недра, 1

5. Гамаюнов Н. Торф и агробизнес. Тверь: Агросфера, 2007. лесах и на торфяниках. М.: Россельхозиздат, 1986. 96 с.

6. Охрана труда в торфяной промышленности. Бережной А. и др. М.: Недра, 1989.-310 с.

7. Превращения торфа и его компонентов в процессе саморазогревания при хранении. Под ред. Н.С. Панкратова. Минск, Наука и техника, 1972. 320 с.

8. Антонова О.Г., Исаева Л.С., Куприянов А.И. и др. Технологические регламенты процесса хранения фрезерного торфа. Труды ВНИИТП, вып. 50. Л.: ВНИИТП, 1983. 75-83.

9. Расчетин Г.А. Профилактика и тушение торфяных пожаров. М.: Стройиздат, 1964. 140 с.

10. Стрыгин Н.Н. Исследование процессов и факторов саморазогревания торфа. Труды ВНИИТП, вып. 16. М.: Госэнергоиздат, 1958. 240 с. 108

11. Куприянов А.И., Исаева Л.С., Гаврильчик А.П., Фалюшин П.Л. Организация длительного хранения фрезерного торфа. Торфяная промышленность, 1 1 1985. 9-12.

12. Введенский Ю.Д. Мероприятия по предупреждению саморазогревания и самовозгорания торфа, проводимые в сезоне добычи. Труды ВНИИТП, вып. 26.-М., Л.: Энергия, 1966. 125-138.

13. Курбатова-Беликова Н.М., Шинкарева Т.А. Микробиологический метод определения склонности торфа к саморазогреванию. Труды Института торфа АН БССР, т.

14. Минск, АН БССР, 1953. 21-31.

15. Исаева Л.С., Бобылева А.И. Хранение торфа в укрупненных штабелях. Труды ВНИИТП, вып. 58. Л.: 1987. 31-42.

16. Чулюков М.А., Чайков В.И. Торфяные пожары и меры борьбы с ними. М.: Недра, 1969. 112 с.

17. Малков Л.М., Брулев B.C., Кузнецов Н.В., Левин В.З. Добыча торфа для сельского хозяйства. Труды ВНИИТП, вып. 55. 1985. 20-32.

18. Бодрозин А. Расчетная оценка эффективности изоляционных покрытий самонагревающихся штабелей фрезерного торфа. Труды ВНИИТП, вып. 57. Л.: 1986. 50-54.

19. Гаврильчик А.П., Бузук А.А., Самсонкин М.В. Предохранение Китаров СИ., Шушукин В.И., от саморазогревания и торфа самовозгорания на торфопредприятии Мокеиха-Зыбинское. промышленность, №3,1980. 23-

20. Гаврильчик А.П. Превращения торфа при добыче и переработке. Минск: Наука и техника, 1992. 199 с.

21. Самсонов термогенных Н., Федоров В.Н., Шпынев В.М. Торможение Торфяная процессов при хранении фрезерного торфа. промышленность, №6, 1988. 13-17. 109

22. Автоматизация торфяного производства. Под ред. Н.М. Караваевой. М Недра, 1991. 2 8 6 с.

23. Инструкция по хранению фрезерного торфа. М.: Минтоппром РСФСР, 1980.-11 с.

24. Гнедов Уплотнитель В.Н., Куприянов А.И., Козырев МТФ-71 В.И., А25. Ребров А.В. поверхности штабеля Торфяная промышленность, 1, 1987. 9-11.

26. Черкасов предотвращения Н.Д., Пшеничный торфа В.Ф., в Павлов штабеле. В.В. Способ Торфяная самовозгорания промышленность, №9, 1991. 40-41.

27. Аганин В.И., Жемчужин Д.К. Уборка фрезерного торфа в ночные часы. Торфяная промышленность, №4, 1951. 13-16.

28. Курбатова-Беликова Н.М., Шинкарева Т.А. Влияние фрезерного предварительного разрыхления залежи на саморазогревание торфа. Торфяная промышленность, №6, 1954. 19-22.

29. Смирнов Г.В., Урусов А.Н., Ребров А.В., Шпынев В.М., Федоров В.Н. Проверка способа торможения саморазогревания фрезерного торфа в штабелях. Торфяная промышленность, №7, 1989. 8-10.

30. Правила пожарной безопасности для предприятий торфяной промышленности. М.: Недра, 1982. 159 с.

31. Правила пожарной безопасности для предприятий торфяной промышленности. М Минтоппром РСФСР, 1981.-91 с.

32. Технологические регламенты на складирование и хранение фрезерного торфа. Л.: МТП РСФСР, ВНИИТП, 1966. 11 с.

33. Киселев саморазогревания Я.С., торфа Удилов В.П. Критическая месторождения. температура Торфяная Тарманского промышленность, 9, 1985. 22-24. ПО

34. Кужман З.П. Классификация полей фрезерного торфа по склонности его к самовозгоранию Торфяная промышленность, №9, 1953. 24-27.

35. Фалюшин П.Л., Ребров А.В., Куприянов А.И. Проверка способа прогнозирования склонности торфа к самовозгоранию. Торфяная промышленность, 4, 1987. 20-23.

36. Колотушкин В.И. Справочная книжка торфяника. М.: Недра, 1973.-208 с.

37. Правила технической эксплуатации предприятий торфяной промышленности. М.: Недра, 1965. 49 с.

38. Правила и нормативы противопожарной охраны предприятий торфяной промышленности. М., 1971. 93 с.

39. Правила технической эксплуатации торфопредприятий. М., 1968. 46 с.

40. Косов В.И., Егоров Ю.А., Егорова В.И. Математическая модель распознавания категорий торфяного сырья. Торфяная промышленность, №8, 1990.-С. 15-18.

41. Богатов Б.А., Копенкин В.Д. Математические методы в торфяном производстве. М.: Недра, 1991. 240 с.

42. Лиштван И.И., Базин Е.Т., Косов В.И. Физические процессы в торфяных залежах. Минск, Наука и техника, 1989. 271 с.

43. Малков Л.М., Гребенников В.Е. Влияние внешних факторов на накопление тепла в штабелях фрезерного торфа в процессе их хранения. Торфяная промышленность, №9, 1981.-С. 13-14.

44. Малков А.А. Влияние внешних факторов на самовозгорание фрезерного топливного торфа в штабелях. Торфяная промышленность, №11, 1982.-С. 19-21. 111

45. Гребенников саморазогревание В.Е. Влияние торфа. поверхности Технология и штабеля на фрезерного комплексная механизация торфяного производства. -Тверь: ТГТУ, 2000. 74-75.

46. Гребенников В.Е. Влияние температуры воздуха на процесс теплонакопления в штабелях фрезерного торфа. Технология и комплексная механизация торфяного производства. Тверь: ТГТУ, 2000. 75-76.

47. Гребенников В.Е. Изучение влияния некоторых меторологических факторов на накопление тепла складочными единицами фрезерного торфа. Разработка торфяных месторождений, вып.

48. Калинин: КПИ, 1975. 6164.

49. Шпынев В.М. Влияние внешних факторов на саморазогревание торфа. Торфяная промышленность, №12, 1983. 19-20,

50. Малков Л.М., Малков А.А., Терентьев А.А. Влияние сроков хранения торфа в штабелях на появление очагов самовозгорания. Торфяная промышленность, 9, 1985. 24-26.

51. Малков Л.М., Малков А.А. Самовозгорание фрезерного топливного торфа в штабелях и солнечная активность. Труды ВНИИТП, вып. 50. 1983.-С. 32-37.

52. Смирнов Г.В., Козлов В.А. Инженерное прогнозирование самовозгорания фрезерного торфа. Торфяная промышленность, 9, 1985.-С. 20-22.

53. Малков Л.М., Козлов В.А., Гублер Е.В. Комплексная оценка склонности фрезерного торфа к саморазогреванию и самовозгоранию. Торфяная промышленность, №8, 1983. 18-21.

54. Малков Л.М., Козлов В.А. Новый метод определения склонности фрезерного торфа к саморазогреванию и самовозгоранию. Экспрессинформация ЦБНТИ Минтоппрома РСФСР, 1983, вып. 7, с. 15-17. 112

55. Назаренко Т.И., Марченко Л.В. Введение

56. Калмыков А., Шокин Ю.И., Юлдашев З.Х. Методы интервального анализа. -Новосибирск: Наука, 1986. 224 с.

57. Алефельд Г., Херцбергер Ю. Введение

58. Саульев В.К. Основные особенности и тенденции современной прикладной математики. М.: 1972. 32 с.

59. Шокин Ю.И. Интервальный анализ. Новосибирск: Наука, 1981. 174 с.

60. Меньшиков Г.Г. Интервальный анализ и методы вычислений. СПб.: СПбГУ, 2000. 218 с.

61. Добронец Б.С., Шайдуров В.В. Двусторонние численные методы. Новосибирск: Наука, 1990. 196 с.

62. Палюх Б.В. Основы построения и разработки автоматизированной системы управления эксплуатационной надежностью химических производств. Дисс. на соискание ученой степени д.т.н. М.: МХТИ, 1991. 360 с. вв. Лиштван И.И., Король Н.Т. Основные свойства торфа и методы их определения. Минск: Наука и техника, 1975. 320 с.

63. Палюх Б.В., Ветров А.Н., Цветков Р.Е. Ситуационное моделирование в системе раннего предупреждения торфяных пожаров Математические методы в технике и технологиях, т.

64. Казань: КГТУ, 2005. 204-206.

65. Миронов В.А., Палюх Б.В., Ветров А.Н., Веревкин Л.А., Цветков Р.Е. Информационно-вычислительная система для прогнозирования и ликвидации чрезвычайных ситуаций при торфяных пожарах. Современные 113

66. Цветков Р.Е. Разработка системы имитационного моделирования пожарной опасности на торфяных месторождениях. методы и информационные технологии Математические и в экономике, социологии образовании. Пенза: Приволжский дом знаний, 2006. 268-270.

67. Палюх Б.В., Цветков Р.Е. Информационная система имитационного моделирования торфяных пожаров. Программные продукты и системы, №3, 2007.-С. 100-101.

68. Палюх Б.В., Цветков Р.Е. Основы построения информационной системы прогнозирования пожарной опасности на торфяных предприятиях. Проблемы технологии и механизации разработки полезных ископаемых. 4.2. -Минск: изд-во БИТУ, 2008. 10-12.

69. Бондарев П.А., Калганов К. Основы искусственного интеллекта. М.: Радио и связь, 1998. 303 с.

70. Нильсон Н. Принципы искусственного интеллекта. М.: Мир, 1985.-256 с.

71. Нильсон Н. Искусственный интеллект. Методы поиска решений. М.:Мир, 1973.-312 с.

72. Нейлор К. Как построить свою экспертную систему. М.: Мир, 1991.-236 с.

73. Ревунков Г.И., Самохвалов Э. Н., Чистов В.В. Базы и банки данных и знаний. М.: Высшая школа, 1992. 367 с.

74. Рассел С Норвиг П. Искусственный интеллект. Современный подход. М СПб, Киев: Вильяме, 2006. 1408 с.

75. Филатова Н.Н. Технология формирования базы знаний. Программные продукты и системы, №4, 1995. 13-16.

76. Филатова Н.Н. Концептуальная модель базы знаний для самообучающейся системы. Проектирование систем управления. 1995. 54-59. 114