Автоматизированная система содержания тоннелей

26.05.2016

Тоннельное пересечение представляет собой сложный комплекс конструктивных и технологических систем, эффективность управления которыми зависит от грамотно выстроенной стратегии управлении, надежности технических средств, полноты и достоверности информационного обеспечения, научно обоснованного методологического подхода. He менее важен и так называемый человеческий фактор. Для минимизации его влияния необходима автоматизация производственных процессов, связанных с текущим содержанием тоннеля и обеспечивающих безопасный, надежный и непрерывный поток транспорта но тоннелю.
Создание автоматизированной системы управления текущим содержанием тоннельного пересечения чрезвычайно сложная техническая и интеллектуальная задача, решение которой требует участия высококвалифицированных специалистов, владеющих вопросами из различных областей знаний. Автоматизированная система текущего содержания тоннеля включает различные направления, из которых первостепенное значение имеют геомеханический мониторинг и управление технологическими процессами, обеспечивающими работу сопутствующих систем тоннельного пересечения.
Рассмотрим принципы автоматизации технологического процесса содержания тоннельного пересечения на примере Северо-Муйского тоннеля. Проект автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП СМТ) в период эксплуатации этого самого протяженного в России тоннеля разработан коллективами проектною института «Ленметогипротранс», Сибирского университета путей сообщения, Конструкторско-технологического института вычислительной техники и Конструкторско-технологического института геофизического и экологического приборостроения Сибирского отделения РАН.
Система включает такие аспекты эксплуатации тоннеля, как повышение качества и оперативности управления основным и вспомогательным оборудованием, поддержание микроклимата внутри сооружения в заданных пределах, обнаружение нештатной ситуации при работе этого оборудования и создание условий для быстрейшей ее ликвидации. Автоматизированная система позволяет оператору своевременно получать достоверную информацию о состоянии оборудования в удобном для анализа виде, тем самым повышая надежность работы оборудования и предотвращая внештатные ситуаций. И конечном итоге, сокращается время и объем обслуживания и ремонта оборудования, улучшаются и облегчаются условия работы обслуживающего персонала, снижаются эксплуатационные расходы.
Автоматизированная система управления технологическими процессами включает графическую информационно-справочную систему инженерно-технического оснащения и эксплуатации Северо-Муйского тоннеля. Информационно-справочная система содержит каргографические материалы (планы, профили, геологические разрезы, чертежи, схемы, техническую документацию) на все инженерные объекты и технические средства тоннельного пересечения, а также базы данных о показателях техническою состояния сооружения (характер повреждений и отказов, объемы произведенных ремонтов и реконструкции, замены оборудования и др.) с аналитической системой решений по устранению дефектов и рекомендациями по техническим мероприятиям. По мере накопления информации представляется возможность прогнозировать поведение конструкций и оборудования, планировать соответствующие организационно-технические мероприятия.
В составе АСУ разработаны такие подсистемы, как материально-техническое снабжение, управление персоналом, финансовый учет и др. Технические средства АСУ TH выполняют комплекс взаимосвязанных информационных, управляющих и вспомогательных функций.
К информационным функциям относятся: измерение и контроль технологических параметров, обнаружение, сигнализация и регистрация отклонений параметров от установленных норм, формирование и выдача данных оперативному персоналу, архивирование предыстории параметров, контроль и регистрация срабатывания противоаварийных защит (блокировок), формирование отчетных документов.
Измерение и контроль технологических параметров выполняются в автоматическом режиме. При этом осуществляются измерение параметров и сбор информации о положении и состоянии исполнительных механизмов, вентиляторов, калориферов, насосов, других средств управления, параметров климата внутри и снаружи тоннеля и состава воздуха в подземных выработках тоннеля на основе аналоговых сигналов, сигналов от цифровых измерителей влажности воздуха, сигналов от цифровых термометров. Сообщения о состоянии и нарушениях технологического процесса, о нарушениях состояния комплекса технических средств АСУ TH выдаются оперативному персоналу посредством видеомониторов. Функция выполняется с периодическим опросом датчиков. Формирование и выдача данных, вызовы видеокадров осуществляются по инициативе оперативного персонала. Информация выдается на монитор в виде фрагментов технологических схем, графиков, таблиц, гистограмм.
Основные функции архивировании предыстории параметров реализуются на сервере АСУ ТП. Информация включает сведения о событиях, аварийных ситуациях, изменении во времени параметров. Архивирование выполняется в виде исторических, часовых, сменных, суточных, произвольных фиксаций данных и представляется в виде графиков и таблиц.
Управляющие функции технических средств АСУ TH заключаются в автоматическом регулировании, дистанционном и программно-логическом управлении, обеспечивая выдачу выходных сигналов управления.
Вспомогательные функции обеспечивают проверку достоверности информационных сигналов и исполнения управляющих воздействий, тестирование и самодиагностику состояния технических средств АСУ ТП.
В настоящее время АСУ ТП CMТ является действующей системой. Развитие ее предполагается в первую очередь в подключении системы геотехнического мониторинга.
Система геотехнического мониторинга, созданная еще в период строительства тоннеля, будет действовать и в период эксплуатации в составе АСУ Северо-Муйского тоннеля. Внедрение системы геотехнического мониторинга в стадии эксплуатации позволив накапливать изменения в геологических и гидрогеологических архивах. Становится возможным оперативное оповещение службы эксплуатации тоннеля о появлении признаков изменения напряженно-деформированного состояния грунтового массива, развитии деформаций конструкций, изменении прочностных и деформационных свойств грунтов, горном и гидростатическом давлении. Это позволит в случае потенциально опасных аварийных ситуаций принять своевременные технологические мероприятия по их предупреждению и нормализации условий эксплуатации тоннеля.
В настоящее время система поддержки эксплуатации, разработанная СГУПС, позволяет осуществлять мониторинг дефектов обделки и других конструкций, оценивать техническое состояние отдельных участков тоннеля.
Система мониторинга конструкций тоннеля (CMKT) предназначена для своевременного выявления опасных деформаций конструкций тоннеля путем автоматического контроля и сбора информации о динамике изменения местоположения контрольных точек, установленных на его обделке. Структурная схема мониторинга представлена на рис. 4.17.
Автоматизированная система содержания тоннелей

CMKТ осуществляет мониторинг относительного местоположения контрольных точек, установленных на обделке тоннеля в плоскости, перпендикулярной оси тоннеля. Оборудование разработано фирмой Slope Indicator специально для использования в тоннелях и отвечает всем необходимым требованиям по степени защищенности от внешних воздействий, предъявляемых к подобным системам.
Система шарнирно соединенных коротких и длинных плеч соединяет каждую из контрольных точек с соседней точкой, образуя ряд виртуальных треугольников (рис. 4.18). На каждом коротком и длинном плече треугольника установлены датчики наклона. Пространственное перемещение контрольных точек изменяет углы наклона плеч, что, в спою очередь, фиксируется датчиками.
Автоматизированная система содержания тоннелей

Система сбора данных, получая и анализируя информацию, поступающую с датчиков, позволяете помощью специализированного программного обеспечения обработать и выдать оператору системы в реальном времени сведения о текущем местоположении контрольных точек. Таким образом, осуществляется контроль изменения геометрических размеров сечения тоннеля.
CMKT состоит из нескольких зон в зависимости от конструктивных особенностей и решаемых задач. В каждой зоне водной плоскости, перпендикулярной к оси тоннеля, устанавливают несколько шарнирно соединенных плеч, и на каждую пару плеч (короткое и длинное) прикрепляю! но одному датчику наклона. Каждый датчик подключают к оборудованию сбора данных, установленному в камерах и нишах тоннеля. Терминальный интерфейс преобразует и передает информацию на автоматизированное рабочее место оператора системы мониторинга. В свою очередь в каждой из зон мониторинга установлена зональная контрольная точка. Мониторинг местоположения зональных контрольных точек осуществляют с помощью оптической системы мониторинга (рис. 4.19).
Автоматизированная система содержания тоннелей

Изменение местоположения контрольных точек в трех плоскостях относительно друг друга фиксируется оптическими датчиками. Система сбора данных, получая и анализируя информацию, поступающую с датчиков, позволяет с помощью специализированного программного обеспечения в реальном времени выдать оператору системы сведения о текущем местоположении контрольных точек. Таким образом, осуществляют мониторинг искривления оси тоннеля.
Система мониторинга верхнего строения пути (CMBCП) предназначена для автоматического контроля и сбора информации о динамике изменения местоположения контрольных точек, установленных на верхнем строении пути, и своевременного выявления возникающих отклонений от эксплуатационных норм. В каждой контрольной точке на шпалах железнодорожного пути с шагом 6 м устанавливается датчик изгиба и осадки. Контрольные точки шарнирно соединены между собой, Таким образом контролируется пространственное положение железнодорожного пути (рис. 4.20).
Каждый датчик подключают к оборудованию сбора данных, установленному в камерах и нишах тоннеля. Терминальный интерфейс преобразует и передает информацию на автоматизированное рабочее место оператора системы мониторинга, где полученная информация обрабатывается посредством специализированного программного обеспечения.
Автоматизированная система содержания тоннелей

Автоматизированная система контроля габаритов (ACКТ) предназначена для контроля габаритных размеров грузов, пропускаемых через тоннель. Система строится с помощью 10 пар активных инфракрасных датчиков типа «Излучатель-приемник», предназначенных для создания лучевого габарита, контроллера и трех видеокамер. Семь пар датчиков служат для контроля боковых габаритов и высоты погрузки грузов и три пары — дли счета вагонов (рис. 4.21).
Сервер системы АСКГ выполняет функции централизованного хранения базы данных системы, автоматического веления журнала событий и тревог (данные о негабарите погрузки, счет вагонов, время прохождения состава и др.), автоматического оформления учетно-отчетной документации, подготовки отчетов, резервного копирования информации, обработки информации и выдачи ее по запросу оператора системы.
Автоматизированное рабочее место пользователя (АРМ) предназначено для просмотра сотрудником видеоизображения камер, поиска и просмотра видеоинформации из архива, поиска событий и данных о негабарите погрузки в базе данных (БД) сервера, а также вывода на экран и печать учетно-отчетной документации.