Автоматизированная система тушения с применением разных по компонентному составу жидкостей

В рамках ВКР разрабатывается комплект проектной и конструкторской документации,а также программные алгоритмы и мнемосхемы для АСУ тушения с применением разных по компонентному составу жидкостей. Результаты научных исследований используются для обоснованного выбора наиболее эффективной тушащей смеси на основе суспензий, растворов, эмульсий и воды без примесей.

Введение ……………………………………………………………………………………………………… 10

1 Научно-исследовательская работа……………………………………………………………… 13

1.1 Теплофизические и термокинетические характеристики лесных горючих
материалов ……………………………………………………………………………………………….. 13

1.1.1 Определение теплофизических характеристик лесного материала ….. 13

1.1.2 Измерение термокинетических характеристик лесного материала ….. 17

1.1.3 Результаты экспериментальных исследований ……………………………….. 20

1.2 Выбор огнетушащих составов для лесных материалов …………………………. 24

1.3 Подавление термического разложения ЛГМ под воздействием жидких
аэрозолей и капель воды со специализированными добавками ………………….. 27

2 Проектирование автоматизированной системы пожаротушения ………………… 32

2.1 Системный анализ объекта автоматизации …………………………………………… 32

2.2 Разработка структуры КТС автоматизированной системы управления … 35

2.2.1 Основные требования к АСПТ ……………………………………………………….. 37

2.3 Разработка функциональной схемы системы управления ……………………… 42

2.4 Выбор технических средств автоматизации …………………………………………. 45

2.4.1 Выбор датчика уровня ……………………………………………………………………. 46

2.4.2 Выбор датчика давления ………………………………………………………………… 47

2.4.3 Выбор датчика расхода ………………………………………………………………….. 48

2.4.4 Выбор датчика расхода для вязких сред …………………………………………. 49

2.4.5 Выбор датчика расхода для сыпучих материалов ……………………………. 50

2.4.6 Выбор вибрационного устройства ………………………………………………….. 51

2.4.7 Выбор датчика вязкости …………………………………………………………………. 52

2.4.8 Выбор датчика температуры…………………………………………………………… 53

2.4.9 Выбор извещателей пламени ………………………………………………………….. 54
2.4.10 Выбор ручного пожарного извещателя …………………………………………. 56

2.4.11 Выбор насосного оборудования ……………………………………………………. 57

2.4.12 Выбор исполнительного механизма ……………………………………………… 58

2.4.13 Выбор блока управления исполнительным механизмом ……………….. 59

2.4.14 Выбор программируемого логического контроллера …………………….. 59

2.5 Проектирование схемы внешних проводок ………………………………………….. 62

2.6 Разработка принципиальной электрической схемы щита управления …… 63

2.7 Разработка сборочного чертежа и общего вида щита управления …………. 64

2.8 Разработка математического, программного и информационного
обеспечений ……………………………………………………………………………………………… 66

2.9 Разработка мнемосхемы SCADA-системы ……………………………………………. 67

3 Расчет параметров настройки регулятора ………………………………………………….. 69

3.1 Идентификация объекта управления ……………………………………………………. 69

3.2 Расчет параметров настройки регулятора …………………………………………….. 71

4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ……. 79

4.1 Предпроектный анализ ……………………………………………………………………… 79

4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования …………………. 79

4.1.2. Анализ конкурентных технических решений …………………………………. 80

4.1.3 SWOT- анализ ………………………………………………………………………………… 82

4.2 Планирование комплекса работ НИР……………………………………………………. 84

4.2.1 Составление перечня проводимых работ ………………………………………… 84

4.2.2 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) ………………………… 87

4.2.3 Потенциальные риски …………………………………………………………………….. 95

4.3 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности исследования ………………………. 96

5 Социальная ответственность ……………………………………………………………………. 102
5.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ……. 103

5.2. Производственная безопасность………………………………………………………… 106

5.2.1 Отклонение показателей микроклимата ………………………………………… 107

5.2.2 Недостаточная освещенность рабочей зоны ………………………………….. 108

5.2.3 Превышение уровня шума ……………………………………………………………. 109

5.2.4 Психофизиологическое воздействие на организм человека …………… 110

5.3 Повышенная напряженность электрического поля ……………………………… 110

5.4 Экологическая безопасность ………………………………………………………………. 111

5.4.1. Анализ влияния производственного процесса на окружающую
среду ……………………………………………………………………………………………………. 111

5.4.2. Решения по обеспечению экологической безопасности ………………… 112

5.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ……………………………………………. 113

5.5.1 Перечень возможных ЧС при разработке и эксплуатации
проектируемого решения ……………………………………………………………………… 113

5.5.2 Разработка превентивных мер по предупреждению ЧС …………………. 114

Заключение………………………………………………………………………………………………… 116

Список публикаций студента ……………………………………………………………………… 118

Список использованных источников ………………………………………………………….. 120

Приложение А Свойства огнетушащих растворов, суспензий и эмульсий …… 131

Приложение Б Заказная спецификация средств автоматизации …………………… 133

Приложение В Мнемосхема системы пожаротушения ………………………………… 136

Приложение Г Диаграмма Ганта ………………………………………………………………… 137
Приложение Д Determination of thermophysical and thermokinetic characteristics of
forest combustible materials and the choice of a type of fire extinguishing agent
for it …………………………………………………………………………………………………………… 138

Графический материал: на отдельных листах
ФЮРА.421000.005 С1 Схема структурная
ФЮРА.421000.006 С2 Схема функциональная
ФЮРА.421000.006 Э3 Схема принципиальная электрическая
ФЮРА.421000.006 С4 Схема монтажная
ФЮРА.421000.006 ВО Общий вид щита управления
ФЮРА.421000.006 СБ Сборочный чертеж щита управления

В рамках магистерской диссертации разработана автоматизированная
система тушения пожаров с применением полидисперсных жидкостных
аэрозолей. Выполнены основные стадии проектирования и конструирования.
Проведен анализ объекта автоматизации. Сформированы требования к АСПТ.
Выбрана структура системы, разработана функциональная схема.
Спроектированная система является трехуровневой. Полевой уровень
включает датчики измерения вязкости, уровня, расхода, пожарные
извещатели, а также запорную арматуру и исполнительные механизмы. На
среднем уровне располагается контроллер, на верхнем уровне – АРМ
оператора.
Исходя из требований к разрабатываемой системе проведен выбор
технических средств автоматизации, на основе которого составлена заказная
спецификация. Выбор ТСА проведен с использованием каталогов и сайтов
производителей. Разработаны принципиальная электрическая, монтажная
схемы и чертеж общего вида щитовой конструкции системы пожаротушения
с описанием основных этапов процесса разработки. Разработаны фрагменты
математического и программного обеспечения с описанием алгоритмов
функционирования системы. Проведена разработка мнемосхемы SCADA –
системы.
Проведены экспериментальные исследование теплофизических и
термокинетических характеристик ЛГМ. Полученные экспериментальным
путем значения таких характеристик важны для адекватного моделирования
подавления пламенного горения и термического разложения ЛГМ,
моделирования динамики пожаров, а также разработки алгоритмов работы
средств пожарной автоматики. Результаты научных исследований
использованы для обоснованного выбора наиболее эффективной тушащей
смеси на основе суспензий, эмульсий и воды без примесей. Получена база
данных теплофизических и термокинетических характеристик наиболее
типичного ЛГМ. Измерение характеристик проводилось с использованием
современного высокоточного оборудования (прибор для измерения
теплофизических характеристик DLF-1200 TA Instruments с ПО FlashLine и
прибор для термического анализа NETCH). Проведены экспериментальные
исследования влияния специализированных добавок к воде на эффективность
подавления термического разложения ЛГМ, по результатам которых сделан
вывод об эффективности применения данных добавок при тушении пожаров.
Преимуществом разработанной автоматизированной системы является
повышение эффективности тушения и скорости локализации пожаров на
складах лесоматериалов. Автоматизация позволит уменьшить вред от
эксплуатации системы на рабочий персонал. Разработанная АСУ тушения
является альтернативой системой, которая в зависимости от интенсивности
возгорания и природы горючего вещества обеспечивает тушение возгорания
наиболее эффективным пожаротушащим составом. Выбранные в
разрабатываемой системе специализированные добавки к воде для
приготовления пожаротушащего состава (пенообразователь и бишофит) не
оказывают вредное влияние на природу и на человека.
Социальная роль разработанной АСУ процесса тушения пожара
эмульсиями и суспензиями заключается в повышении эффективности
тушения пожаров, уменьшении времен тушения и локализации возгораний на
складах с горючими материалами.
Список публикаций студента

1. Kuznetsov G. V. , Kropotova (Kralinova) S. S. , Voytkov I. S. ,
Islamova A. G. Rates of high-temperature evaporation of promising fire-
extinguishing liquid droplets // Applied Sciences . – 2019 – Vol. 9 – №. 23, Article
number 5190. – p. 1-21. doi: 10.3390/app9235190.
2. Kuznetsov, G.V., Kropotova (Kralinova) S. S. , Islamova, A.G.,
Romanov, D.S. Influence of forest fuel structure on thermophysical characteristics
// Powder Technology. – 2020 – Vol. 36 – №. 15, pp. 832–839.
3. Demidovich A.V., Kropotova S.S., Piskunov M.V., Shlegel N.E.,
Vysokomornaya O.V. The Impact of Single- and Multicomponent Liquid Drops on
a Heated Wall: Child Droplets // Applied Sciences– 2020 – Vol. 36 – №. 10, pp. 942.
4. Demidovich A. V. , Kropotova (Kralinova) S. S. , Tkachenko P. P. ,
Shlegel N. E. , Volkov R. S. Interaction of Liquid Droplets in Gas and Vapor Flows
// Energies. – 2019 – Vol. 12, Article number 4256. – p. 1-24. doi:
10.3390/en12224256.
5. Kuznetsov G. V. , Voytkov I. S. , Kropotova (Kralinova) S. S. ,
Atroshenko (Krivoguzova) Y. K. Heat transfer and phase transformations in the
localization of forest fuel combustion // Interfacial Phenomena and Heat Transfer. –
2019 – Vol. 7 – №. 2, Special Issue. – p. 167-195. doi:
10.1615/InterfacPhenomHeatTransfer.2019031564.
6. Zhdanova A. O. , Kropotova (Kralinova) S. S. , Kuznetsov G. V. ,
Strizhak P. A. Thermophysical and Thermokinetic Characteristics of Forest
Combustible Materials // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. – 2019
– Vol. 92 – №. 5. – p. 1355-1363. doi: 10.1007/s10891-019-02051-0.
7. Zhdanova A. O. , Kralinova S. S. , Nyashina G. S. Determination of
thermophysical and thermokinetic characteristics of forest combustible materials //
MATEC Web of Conferences . – 2018 – Vol. 194, Article number 01066. – p. 1-5.
8. Shlegel N. E. , Zhdanova A. O. , Kralinova S. S. , Voytkov I. S.
Suppression of forest fuel thermal decomposition under the influence of liquid
aerosol and water droplets with additives // MATEC Web of Conferences . – 2017 –
Vol. 141, Article number 01017. – p. 1-5.
9. Жданова А. О., Кропотова (Кралинова) С. С. , Кузнецов Г. В. ,
Стрижак П. А. Теплофизические и термокинетические характеристики лесных
горючих материалов // Инженерно-физический журнал. – 2019 – Т. 92 – №. 5. –
C. 2395-2403.