Автоматизация учета и контроля расхода дизельного топлива на подвижном составе тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Ермакова, Ольга Павловна

• Ермакова, Ольга Павловна
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ермакова, Ольга Павловна

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ УЧЕТА И КОНТРОЛЯ РАСХОДА ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА

1.1 Автоматизированная система управления локомотивным хозяйством на железнодорожном транспорте

1.2 Постановка задачи автоматизации технологического процесса контроля и учета дизельного топлива на подвижном составе

1.3 Анализ объектов автоматизации

1.3.1 Технические требования к радиоэлектронной железнодорожной аппаратуре

1.3.2 Анализ конструкций топливных баков тепловозов

1.3.3 Характеристики топлива для тепловозных дизелей

1.4. Эффективность автоматизированной системы учета и контроля дизельного топлива

1.5. Выводы по главе

2. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УЧЕТА И КОНТРОЛЯ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА

2.1 Методика измерения количества топлива

2.2 Модель расчета погрешности измерения массы дизельного топлива

2.3 Измерители уровня

2.3.1 Гидростатические измерители

2.3.2 Измерители уровня по времени прохождения сигнала

2.3.3 Поплавковые измерители уровня

2.3.4 Емкостные измерители уровня 80 2.4. Выводы по главе

3. ПРИНЦИПЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УЧЕТА И КОНТРОЛЯ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА 86 3.1. Методы повышения точности измерения уровня в баках тепловозов 86 3.1.1 Методы повышения точности измерения, основанные на уменьшении шага установки магниточувствиельных элементов

3.1.2. Методы повышения точности измерения, основанные на кодировании информации о количестве топлива

3.1.3. Алгоритмические методы повышения точности измерения

3.2. Измерители температуры, угла наклона и плотности 103 3.2.1 Измерители температуры ' 103 3.2.2. Измерители угла наклона и плотности

3.3. Принципы аппаратной реализации автоматизированной системы учета и контроля дизельного топлива

3.3.1. Устройство и принцип работы контроллера датчиков

3.3.2. Устройство и принцип работы блока центрального контроллера

3.3.3. Устройство и принцип работы блока синхронизации и переноса данных

3.4. Выводы по главе 3 117 4. ИНФОРМАЦИОННОЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ

4.1. Алгоритмическое обеспечение блока измерения и обработки

4.1.1. Алгоритмическое обеспечение блока центрального контроллера

4.1.2. Алгоритмическое обеспечение контроллера датчиков

4.2. Структура базы данных автоматизированной системы

4.3. Прикладное программное обеспечение автоматизированной системы

4.4. Выводы по главе 4 152 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 153 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 155 ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Техническая реализация измерительного блока 160 ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Программа функционирования блока центрального контроллера на языке Ассемблер 165 ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Программа функционирования контроллера датчиков на языке Ассемблер 177 ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Процедуры и функции модулей программы Sbor 191 ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Программное формирование диаграмм операций ввода/вывода в блоке синхронизации и передачи данных

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизация учета и контроля расхода дизельного топлива на подвижном составе»

Решение стратегической задачи экономии топливно-энергетических ресурсов на железнодорожном транспорте невозможно без автоматизации технологического процесса учета и контроля расхода топлива, так как в настоящее время затраты на топливо, электроэнергию и' другие материальные ресурсы являются одной из наиболее значительных статей расходов железнодорожной отрасли. Так в 2004 г. на топливно-энергетические ресурсы пришлось 11 %, а на материальные - 14 % всех расходов отрасли.

В [1] указывается, что одним из важнейших элементов инфраструктуры железнодорожного транспорта является локомотивное хозяйство, включающее склады топлива, пункты экипировки тепловозов, а также подвижной состав. От эффективности его работы зависит себестоимость перевозок, одним из путей снижения которой является организация контроля расхода топлива на всех объектах локомотивного хозяйства.

Эффективность учета, контроля, нормирования и анализа расхода топлива тепловозами в эксплуатации можно повысить за счет применения современных средств измерения расхода топлива и параметров работы локомотива, автоматизации процессов измерения и регистрации, новых алгоритмов обработки данных в условиях локомотивного депо.

Для решения топливно-энергетической проблемы на базах нефтепродуктов, пунктах экипировки тепловозов дизельным топливом и маслом используется автоматизированная система измерений и учета нефтепродуктов «Ольха 500». Она обеспечивает выдачу дозы нефтепродуктов по команде оператора, обработку информации, полученной от входного блока и преобразователя расхода, управление вентилями входных блоков, а также запись, хранение, выбор и распечатку требуемой информации [29].

Однако на подвижном составе процесс учета и контроля расхода топлива в настоящее время не автоматизирован. Контроль количества топлива в баке тепловоза проводится машинистом визуально либо по мерному стеклу, имеющему шкалу с ценой деления, равной 250 л, либо по градуированным мерным рейкам с ценой деления 50 дм . Расход топлива рассчитывается машинистом по объемному расходу и заданной плотности топлива, принимаемой постоянной в течение определенного промежутка времени. Все это приводит к значительным погрешностям при определении количества топлива в баке тепловозов, невозможности выполнения анализа расхода топлива с учетом фактически выполненной работы, к искусственному завышению нормативов расхода топлива локомотивами, что открывает возможность для его использования не по назначению.

В настоящее время специалистами ВНИИЖТ разработана и проходит испытания автоматизированная система учета, контроля и анализа расхода топлива маневровыми тепловозами [2], которая обладает рядом существенных недостатков.

Поэтому большую актуальность приобретает разработка универсальной автоматизированной системы учета дизельного топлива на подвижном составе.

Целью работы является разработка методов автоматизации учета и контроля дизельного топлива на тепловозах.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. С помощью единого метода и аналитических средств провести выбор критериев оценки технологической и экономической эффективности автоматизированных систем учета и контроля дизельного топлива в баках тепловозов, которые позволят провести рациональный выбор измерительных средств.

2. Разработать и формализовать модель технологического процесса автоматического измерения количества топлива на подвижном составе и оценить технологическую эффективность автоматизированной системы по критериям безошибочности, трудоемкости и затрат времени.

3. Провести предельные оценки разрешающей способности измерительных зондов с целью выявления способов повышения точности измерения количества топлива в баках тепловозов.

4. Проработать техническую реализацию автоматизированной системы учета и контроля дизельного топлива на тепловозах.

5. Создать информационное и математическое обеспечение автоматизированной системы, с использованием предложенных методов, формализации и моделей.

Проведенные в диссертации исследования базируются на использовании методов исследования человеко-машинных систем, теории вероятности и теории информации.

Основные результаты работы состоят в следующем:

1. Сформулирована и решена задача повышения эффективности учета и контроля расхода дизельного топлива на подвижном составе на основе методов автоматизации технологических процессов. .

2. Разработана и исследована модель технологического процесса измерения количества топлива, позволяющая оценить технологическую эффективность автоматизированной системы по критериям безошибочности, трудоемкости и затрат времени.

3. Разработана адаптированная модель погрешности измерения объемно-массовым статическим методом измерения количества топлива в баках тепловозов.

4. Обобщены и сформулированы общие технологические требования к измерительным средствам автоматизированной системы учета и контроля дизельного топлива на подвижном составе.

5. На основе анализа методов повышения точности измерения магнитопогружных зондов предложен новый способ их реализации, позволяющий на практике существенно уменьшить погрешность измерения.

6. Разработано алгоритмическое и математическое обеспечение измерительного блока автоматизированной системы.

Результаты диссертационной работы нашли применение при разработке автоматизированной системы учета и контроля дизельного топлива, опытная эксплуатация которой проводилась на Юго-Восточной железной дороге и в ОАО "Воронежский промышленный железнодорожный транспорт".

В первой главе обоснована необходимость использования автоматизированной системы учета и контроля расхода дизельного топлива в автоматизированной системе управления локомотивным хозяйством (АСУТ). Проведен анализ характеристик дизельного топлива и получены их аналитические зависимости от температуры. Предложена система критериев для оценки эффективности автоматизированной системы.

Вторая глава посвящена разработке моделей технологического процесса измерения расхода дизельного топлива и их анализа с помощью аппарата функциональных сетей. Разработана адаптированная модель погрешности измерения количества топлива. Рассмотрены современные измерители уровня и показано, что поплавковые измерители наиболее полно удовлетворяют требованиям, предъявляемым к измерительным средствам, предназначенным для эксплуатации на подвижном составе.

В третьей главе рассмотрены методы повышения точности магнитопогружных зондов измерителей уровня и предложен новый способ уменьшения погрешности измерения. Рассмотрены принципы технической реализации измерительного блока автоматизированной системы.

Четвертая глава посвящена разработке алгоритмического и программного обеспечения автоматизированной системы.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Ермакова, Ольга Павловна

4.4. Выводы по главе 4

1. Разработано алгоритмическое обеспечение блока центрального контроллера и контроллера датчиков, что позволило реализовать формализованную методику измерения количества дизельного топлива в баках тепловозов в полном объеме.

2. Проведен выбор типа базы данных. Показано, что для решения поставленной задачи наиболее эффективным является использование реляционной базы данных.

3. Разработана физическая и логическая структуры базы данных, что позволило минимизировать число связей между таблицами, а также упростить отладку, модернизацию и сопровождение 11110 в течение всего жизненного цикла.

4. Предложенные алгоритмы создания таблиц данных и отчета позволяют конвертировать их в требуемый формат отчетности, что предоставляет возможность проводить их обработку и анализ.

5. Результаты использования разработанного ППО автоматизированной системы подтвердили обоснованность и эффективность принципов построения математического, алгоритмического и информационного обеспечения.

6. Опытная эксплуатация разработанной автоматизированной системы учета и контроля дизельного топлива, проведенная на Юго-Восточной железной дороге и ОАО "Воронежский промышленный железнодорожный транспорт" подтвердила обоснованность и эффективность принципов построения математического, алгоритмического и информационного обеспечения системы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные в работе исследования позволили получить следующие научные и практические результаты.

1. Сформулирован комплекс причин, требующих развития нового подхода к автоматизации технологии учета и контроля расхода дизельного топлива на тяговом подвижном составе. Обоснована необходимость использования автоматизированной системы учета и контроля расхода дизельного топлива в АСУТ. Показано, что создание такой системы позволит перейти на безбумажную технологию и формировать ВММ для тепловозов.

2. С помощью единого метода и аналитических средств проведен выбор критериев оценки технологической и экономической эффективности автоматизированных систем учета и контроля расхода дизельного топлива в баках тепловозов, которые позволили провести рациональный выбор измерительных средств. Выполнена оценка эффективности автоматизированной системы учета и контроля дизельного топлива по выбранным показателям.

3. Предложена и обоснована формализованная модель технологического процесса автоматического измерения количества топлива на подвижном составе, построенная с помощью метода функциональных сетей. Проведена оценка технологической эффективности автоматизированной системы учета и контроля расхода дизельного топлива по критериям безошибочности, трудоемкости и затрат времени.

4. Адаптирована модель погрешности объемно-массового метода статического измерения массы дизельного топлива к условиям тягового подвижного состава. Проведен анализ полученной модели. Показано, что доминирующим фактором, влияющим на погрешность измерения количества топлива, является погрешность определения его уровня.

5. Проведены предельные оценки разрешающей способности магнитопогружных зондов, выполненных с использованием различных магниточувствительных элементов. Проанализированы способы повышения точности измерения количества топлива в баках тепловозов за счет кодирования информации о положении поплавка. Предложен новый способ уменьшения их разрешающей способности в 4 раза.

6. Разработано алгоритмическое обеспечение блока центрального контроллера и контроллера датчиков, что позволило реализовать формализованную методику измерения количества дизельного топлива в баках тепловозов в полном объеме.

7. Опытная эксплуатация разработанной автоматизированной системы учета и контроля дизельного топлива, проведенная на Юго-Восточной железной дороге и в ОАО "Воронежский промышленный железнодорожный транспорт" подтвердила обоснованность и эффективность принципов построения математического, алгоритмического и информационного обеспечения системы.

8. Годовой экономический эффект от внедрения автоматизированной системы учета и контроля дизельного топлива на подвижном составе составил 172945 рублей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ермакова, Ольга Павловна, 2006 год

1. Автоматизированная система управления локомотивным хозяйством. АСУТ: / Под ред. И.К. Лакина-М.: ОЦВ, 2002. 516 с.

2. Автоматизированная система учета, контроля и анализа расхода топлива маневровыми тепловозами / А.И. Молчанов, И.Л. Поварков, Л.А. Мугинштейн, К.М. Попов // Вестник ВНИИЖТ. 2004. №2. С.25 - 29.

3. Архангельский А.Я. Программирование в Delphi 7. М.: ООО "Бином-Пресс", 2005. - 1152 с.

4. Аш Ж. и соавторы. Датчики измерительных систем: в 2-ух кн. Кн. 1. пер. с франц. М.: Мир, 1992. - 480 с.

5. Бармин А. Радарные системы контроля уровня // Современные технологии автоматизации. 2002. №4. - С.31.

6. Бриндли К. Измерительные преобразователи: Справочное пособие: Пер. с англ.- М.: Энегроиздат, 1991. с.

7. Буренин П.В., Куприянов В.Л., Черномырдин С.И. Радиолокационные уровнемеры. // Приборы и системы управления. 1996. №10. - С.31.

8. Бушуев И.В., Пуртова М.А., Шамин А.А. Интегрированная обработка маршрутов машинистов: Сб. науч. тр. / ВНИИАС / Отв. ред. В.А. Шаров. М.: ЗАО "БизнесПроект", 2005. Вып. 2 - 277 е.

9. Бушуев И.В., Пуртова М.А., Шкода С.Н. Автоматизированное рабочее место оператора группы учета локомотивного депо (АРМ ТЧУ): Сб. науч. тр. / ВНИИАС / Отв. ред. В.А. Шаров. М.: ЗАО "БизнесПроект", 2005. Вып. 2-277 е.

10. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. М.: Наука, 1973.-872 с.

11. ГОСТ 26976-86. Нефть и нефтепродукты. Методы измерения массы.

12. ГОСТ 28725-90. Приборы для измерения уровня жидкостей и сыпучих материалов. Общие технические требования и методы испытаний.

13. ГОСТ 305-82 Топливо дизельное. Технические условия.

14. ГОСТ 3900 85 Нефть и нефтепродукты. Методы определения плотности.

15. Давиденко К.Я. Технология программирования АСУ ТП. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 183 с.

16. Диоды и тиристоры / Чернышев А.А., Иванов В.И., Галахов В.Д. и др. / Под ред. А.А.Чернышева. М.: Энегия, 1980. - 176 с.

17. Ермаков А.Е., Ермакова О.П., Галкин В.Д. Особенности проектирования микропроцессорных систем реального времени: Сб науч. тр./ Актуальные проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта /-М.: РГОТУПС, 2001.-С. 139- 140.

18. Ермаков А.Е., Ермакова О.П., Карелин Б.В. Устройство для контроля измерения уровня жидкости в резервуаре. Патент на изобретение №2149363 от 05.08.98.

19. Ермаков А.Е., Ермакова О.П., Карелин Б.В., Демьяшкин В.А. Счетчики расхода топлива тепловозами // Транспорт. Наука, техника, управление. Сборник научной информации. М.:ВИНИТИ. 2002. №8. - С. 29.

20. Ермакова О.П. Выбор датчиков измерительной системы количества топлива в баках тепловозов: Сб. науч. тр./ Современные проблемы совершенствования работы железнодорожного транспорта / М.: РГОТУПС, 2004.-С.209-213.

21. Жданкин В. Абсолютные датчики углового положения с интерфейсом SSI // Современные технологии автоматизации. 2004. №1. - С.36.

22. Жданкин В. Приборы для измерения уровня // Современные технологии автоматизации. 2002. №3. - С.6.

23. Жданкин В. Сигнализаторы измерения уровня // Современные технологии автоматизации. — 2002. №2. — С.4 6.

24. Жданкин В. Ультразвуковые датчики для систем управления // Современные технологии автоматизации. — 2003. №4. С.48

25. Измерения в промышленности: Справ, изд. В 3-х кн./Кн.2 Способы измерения и аппаратура. Пер. с нем. / Под ред. Профоса П.-2-е изд. пе-рераб. и доп. М.: Металлургия, 1990. - 320 с.

26. Инструкция ЦТ-781 "О порядке и методах измерений при учетных операциях с нефтепродуктами на предприятиях федерального железнодорожного транспорта".

27. Информационно-управляющие человеко-машинные системы: Исследование, проектирование, испытания: Справочник /Адаменко А.Н., А.Г. Ашеров, И.Л. Бердников и др./ Под общ. ред. А.И. Губинского и В.Г. Евграфова. М.: Машиностроение, 1993. - 527 с.

28. Иордан Г.Г., Юровский А .Я., Сладоновский А.Г., Сердюков В.Ю. Новый комплекс унифицированных датчиков Сапфир 2М // Приборы и системы управления. — 1990. №11.- С.27.

29. Косарев А.Б., Лакин И.К., Шаров В.А. Первый этап в управлении качеством эксплутационной работы российских железных дорог: Сб. науч. тр. / ВНИИАС / Отв. ред. В.А. Шаров. М.: ЗАО "БизнесПроект", 2005. Вып. 2 -277 е.

30. Кролл Д. Определение и индикация уровня дизельного топлива // Железные дороги мира, 2001. №3, С. 48 - 50.

31. Лакин И.К. Информационная подсистема многоуровневой системы управления и обеспечения безопасности движения поездов (АСУ МС): Сб. науч. тр. / ВНИИАС / Отв. ред. В.А. Шаров. М.: ЗАО "БизнесПроект", 2005. Вып. 2-277 е.

32. Литл Т. Принадлежности и дополнительное оборудование для радарных уровнемеров // Современные технологии автоматизации. 2003. №1. - С.29.

33. Логунов В.Н., Смагин В.Г., Доронин Ю.И. и др. Устройство тепловоза ТГМ6А. -М.: Транспорт, 1989 167 с.

34. Марков Ю.А., Зуев П.И., Власов Ю.В., Мингазаев Р.Х. Определение уровня топлива в резервуарах автозаправочных станций // Приборы и системы управления. — 1996. №6. С.29.

35. Мишарин А.С. Ресурсосбережения на железнодорожном транспорте // Железнодорожный транспорт. 2000. №10 - С.1- 2.

36. Мугинштейн Л.А., Школьников Е.Н., Андреев А.В., Виноградова Т.В., Виноградов С.А. Программный комплекс для учета, анализа и нормирования расходов энергоресурсов // Железнодорожный транспорт. -2005. №9. С.32 - 36.

37. Мурзин Л.Г., Гончаров В.М. Топливо, смазка, вода. 5-е изд., пе-рераб. и доп. - М.: Транспорт, 1981. - 154 с.

38. Определение и индикация уровня дизельного топлива // Железные дороги мира. 2001, №3. С. 48.

39. Пойда А.А., Хуторянский Н.М., Кононов В.Е. Тепловозы: Механическое оборудование: Устройство и ремонт. М.: Транспорт, 1988. -231 с.

40. Правила тяговых расчетов для поездной работы. М.: Транспорт, 1985.-287 с.

41. Прозоров М.А. Новые кварцевые преобразователи уровня и температуры // Приборы и системы управления. 1996. №6. - С.27.

42. Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации. -М.: МПС РФ, 2000. 190 с.

43. Пясик М., Толстов Е., Случак И. Системы автоматического ведения поезда // Современные технологии автоматизации. 2000. №4. - С.60 -69.

44. Расчеты автоматизированных систем управления (на примерах АСУ железнодорожным транспортом) / Г.В.Дружинин, Э.К.Лецкий, А.И.Панкратов и др. / Под ред. Г.В.Дружинина. М.:Транспорт, 1985. -223 с.

45. Савоськин А.Н., Плакс А.В., Феоктистов В.П. Автоматизация ЭПС. М.: Транспорт, 1990. - 310 с.

46. Стрижов В. Поведение микросхем при пониженном питании // Электроника и компоненты. 1998. №3. - С.52

47. Стромский П.П. Энергетический (топливный) баланс тепловозной тяги // Вестник ВНИИЖТ.- С.33.34. 2. 1

48. Тепловозы. Основы теории и конструкции: Учебное пособие / Под ред. B.JI. Кузьмича. -М.: Транспорт, 1991. 185 с.

49. Феоктистов В.П., Лакин И.К. и др. Использование вычислительной техники в локомотивных депо // ЦНИИТЭИ МПС, сер. Локомотивы и локомотивное хозяйство. 1997. Вып. 3 - С.З - 35.

50. Чесаков А.И., Шафрановский М.Н. Акустические многофункциональные уровнемеры «Зонд 3» // Приборы и системы управления. -1995. №9. С.38.

51. Шитиков А. Микросхемы памяти и их применение // Компоненты и технологии. 2001. №4. - С.26.

52. Devine P. Radar level measurement the user's guid Berges Hill: VEGA Controls, 2000.