Автоматизированная система локализации и тушения пожаров с применением полидисперсных жидкостных аэрозолей

В рамках магистерской диссертации предполагается разработать систему подготовки неоднородной смеси и ее распыления при тушении лесных и городских пожаров. Автоматизированная система позволяет перемешивать песок/графит
в резервуаре с водой. Результаты экспериментальных и теоретических исследований дают основание для гипотезы о возможности существенной интенсификации фазовых превращений при введении инородных примесей и твердых непрозрачных включений в типичную тушащую жидкость – воду, а также различные эмульсии на ее основе.

Введение ……………………………………………………………………………………………………… 11
1 Обзор современных систем локализации и тушения ………………………………….. 14
2 Разработка структуры АСУ ……………………………………………………………………….. 21
3 Проектирование функциональной схемы АСУ ………………………………………….. 26
4 Выбор технических средств АСУ ………………………………………………………………. 30
4.1 Выбор тепловизора …………………………………………………………………………… 30
4.2 Выбор датчика расхода …………………………………………………………………….. 31
4.3 Выбор вискозиметра …………………………………………………………………………. 32
4.4 Выбор датчика давления …………………………………………………………………… 34
4.5 Выбор воздуходувки ………………………………………………………………………… 35
4.6 Выбор сигнализатора уровня…………………………………………………………….. 36
4.7 Выбор регулирующего устройства ……………………………………………………. 36
4.8 Выбор исполнительного механизма ………………………………………………….. 39
4.9 Выбор устройства ручного управления …………………………………………….. 39
4.10 Выбор пускового устройства …………………………………………………………….. 40
4.11 Выбор циркуляционного насоса ……………………………………………………….. 40
5 Проектирование принципиальной схемы АСУ…………………………………………… 41
6 Проектирование монтажной схемы АСУ …………………………………………………… 44
6.1 Выбор проводов и кабелей …………………………………………………………………… 46
7 Проектирование щита автоматизации………………………………………………………… 48
8 Расчет параметров настройки регулятора ………………………………………………….. 50
8.1 Идентификация объекта управления …………………………………………………. 50
8.2 Расчет параметров настройки регулятора ………………………………………….. 52
9 Разработка математического, программного и информационного
обеспечений ………………………………………………………………………………………………… 60
9.1 Математическое обеспечение АСУ ТП ………………………………………………… 60
9.2 Программное обеспечение АСУ ТП …………………………………………………….. 62
9.3 Информационное обеспечение АСУ ТП ………………………………………………. 62
10 Разработка SCADA-системы ……………………………………………………………………. 64
11 Особенности функционирования разработанной системы ………………………… 66
12 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ….. 69
12.1 Технико-экономическое обоснование научно-исследовательской
работы ………………………………………………………………………………………………………. 69
12.2 Планирование комплекса работ НИР………………………………………………….. 71
12.3 SWOT- анализ ……………………………………………………………………………………. 74
12.4 Бюджет научно-исследовательской работы ………………………………………… 75
12.5 Потенциальные риски ………………………………………………………………………… 81
12.6 Эффективность исследования ……………………………………………………………….. 82
13 Социальная ответственность……………………………………………………………………. 85
13.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ……. 86
13.4. Недостаточная освещенность рабочей зоны………………………………………. 90
13.5. Превышение уровня шума ………………………………………………………………… 91
13.6. Поражение электрическим током ……………………………………………………… 92
13.7. Механическое воздействие ……………………………………………………………….. 93
13.8. Экологическая безопасность …………………………………………………………….. 94
13.9. Безопасность в чрезвычайных ситуациях ………………………………………….. 96
Заключение………………………………………………………………………………………………….. 98
Список публикаций студента ……………………………………………………………………….. 99
Список использованных источников ………………………………………………………….. 100
Приложение А Заказная спецификация средств автоматизации ………………….. 107
Приложение Б Листинг программы срабатывания регулирующих органов и
насосов ………………………………………………………………………………………………………. 109
Приложение В Мнемосхема автоматизированной системы локализации и
тушения пожаров с применением полидисперсных неоднородных
жидкостных аэрозолей ……………………………………………………………………………….. 112
Приложение Г Диаграмма Ганта ………………………………………………………………… 113
Приложение Д Extinguishing and localization of forest fires.
Introduction and review of modern systems ……………………………………………………. 114
Графический материал: на отдельных листах
ФЮРА.421000.005 С1 Схема структурная
ФЮРА.421000.005 С2 Схема функциональная
ФЮРА.421000.005 Э3 Схема принципиальная электрическая
ФЮРА.421000.005 С4 Схема монтажная
ФЮРА.421000.005 ВО Общий вид щита автоматизации

Угроза глобального экологического кризиса требует кардинальные
изменения в сознании человека, в частности, в экологическом сознании путем
распространения экологического знания, например, через систему образования,
а также путем выполнения мероприятий, направленных на
кардинальное улучшение экологической обстановки в мире. Разработанная
АСУ является альтернативой системой, которая не оказывает вредное влияние
на природу, в отличии от систем с применением тушащих порошков и
пенообразователей.
Социальная роль разработанной АСУ процесса приготовления
эмульсий и суспензий заключается в повышении эффективности работы,
уменьшение времен тушения и локализации лесных пожаров. В разделе
«Социальная ответственность» выпускной квалификационной работы:
1) рассмотрены понятия социальной ответственности предприятия
(корпоративной, индивидуальной);
2) проанализированы вредные и опасные факторы, воздействие
которых возможно на оператора и уровень которых не должен превышать
предельных значений, оговоренных правовыми и санитарно–техническими
нормами;
3) отражены правовые и организационные вопросы обеспечения
безопасности работника;
4) проанализированы вопросы безопасности в чрезвычайных ситуациях и меры
для их предупреждения.
Заключение

В рамках магистерской диссертации разработана автоматизированная
система локализации и тушения пожаров с применением полидисперсных
жидкостных аэрозолей.
В ходе научных исследований было выявлено, что применение
полидисперсных жидкостных аэрозолей позволит уменьшить времена тушения
пожаров и увеличит площадь тушения. Увеличение площади тушения
достигается за счет взрыва капли при подлете к пламени.
Разработанная система позволяет подготавливать полидисперсную
жидкость в транспортном средстве. Также, с помощью тепловизора, входящего
в состав системы, возможно отслеживание максимально горячих участков, что
позволит экономить жидкость при выборе места тушения.
Спроектированная система является трехуровневой. Полевой уровень
включает датчики измерения вязкости, уровня, расхода, а также запорную
арматуру и исполнительные механизмы. На среднем уровне располагается
контроллер, на верхнем уровне – АРМ оператора.
В ходе выполнения магистерской диссертации разработана проектная
документация: схема структурная, схема функциональная, схема
принципиальная электрическая, схема монтажная и общий вид щита.
Пояснительная записка к проекту содержит подробное описание
основного оборудования, приборов и технических средств автоматизации,
экспериментальных исследований, а также мнемосхема. При выборе приборов
руководствовались каталогами и сайтами производителей.
Также выполнены разделы «Социальная ответственность» и
«Менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение».
Список публикаций студента

1. Borisova A. G. , Piskunov M. V. , Strizhak P. A. Enhancing boiling and explosive
breakup of evaporating heterogeneous water drops in high temperature gaseous media
// Chemical and Petroleum Engineering. – 2018 – Vol. 54 – №. 1-2. – p. 21-25.
2. Borisova A. G. , Gumerov V. M. , Piskunov M. V. , Ushmaev D. V. Enhancing
efficiency of using water due to explosive breakup of liquid drop // MATEC Web of
Conferences . – 2017 – Vol. 92, Article number 01065. – p. 1-3.
3. Borisova A. G. , Gumerov V. M. , Piskunov M. V. Influence of surface roughness and
porosity of inclusion in water droplet on heat transfer enhancement // MATEC Web of
Conferences . – 2016 – Vol. 84, Article number 00006. – p. 1-4.
4. Borisova A. G. , Piskunov M. V. , Rybatsky K. A. Evaporation and vapor formation
of graphite suspensions based on water in a high-temperature gas environment: an
experimental investigation // EPJ Web of Conferences. – 2016 – Vol. 110, Article
number 01013. – p. 1-5.
5. Борисова А. Г. , Высокоморная (Фомина) О. В. , Пискунов М. В. Влияние
пористой структуры поверхности твёрдой частицы на условия вскипания
неоднородной капли воды // Ползуновский вестник. – 2017 – №. 1. – C. 67-71.
6. Борисова А. Г. , Пискунов М. В. , Стрижак П. А. Интенсификация вскипания и
взрывного распада испаряющихся неоднородных капель воды в
высокотемпературной газовой среде // Химическое и нефтегазовое
машиностроение. – 2018 – №. 1. – C. 15-18.
7. Борисова А. Г. , Пискунов М. В. , Хомутов Н. А. Фазовые превращения капель
воды с твердыми нерастворимыми включениями при высокотемпературном
нагреве [Электронный ресурс] // Проблемы геологии и освоения недр: труды
XXI Международного симпозиума имени академика М.А. Усова студентов и
молодых ученых, посвященного 130-летию со дня рождения профессора М.И.
Кучина , Томск, 3-7 Апреля 2017. – Томск: ТПУ, 2017 – Т. 2 – C. 175-177. – Режим
доступа: http://portal.tpu.ru/files/conferences/usovma/2017/vol2_2017.pdf.