Созданная в ПНИПУ система поможет предотвращать аварии на трубопроводах
Программно-аппаратная система управления робототехническим комплексом для диагностики состояния трубопроводов, надежность которой на 80% выше, чем у аналогичных систем, разработали специалисты Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), 18 июля сообщает пресс-служба вуза.
Ежегодно происходят десятки различных аварий на трубопроводах, доставляющих нефть, газ и другие природные ресурсы из мест добычи к перерабатывающим заводам и далее к потребителям. Случаются и серьезные аварии, которые получают ранг ЧС, так как наносят значительный ущерб экологии, экономике и угрожают здоровью, а иногда и жизни людей.
В нефтегазовом комплексе из всех групп оборудования аварии чаще происходят на технологических линиях из-за коррозии, износа и перепадов температуры, причем случаи с возгоранием составляют до 72%.
Чтобы предотвращать такие ЧС, необходимо своевременно проводить диагностику нефтегазового оборудования. Для этого используются специальные роботы, удаленно управляемые программным обеспечением. Роботы перемещаются внутри трубы, а установленное на них оборудование выявляет засоры, а также трещины, коррозию и другие дефекты ее стенок.
Однако применяемые в настоящее время системы управления диагностическими роботами недостаточно эффективны и надежны. Они или затрачивают много энергии, или сложны в программировании и настройке. Эту проблему взялись решить специалисты Пермского Политеха, разработав новую программно-аппаратную систему управления робототехническим комплексом.
Ранее ученые ПНИПУ разработали и запатентовали конструкцию такого мобильного робота, обеспечивающую ему свободную управляемость при движении по криволинейному участку трубопровода.
В своей новой работе пермские исследователи разработали для этого робота уникальную систему управления — гибкий и надежный программно-аппаратный комплекс, включающий два микроконтроллера и компьютерное приложение. При этом с его помощью можно управлять не только роботом, созданным в ПНИПУ, но и другими роботами, используемыми для диагностики.
Ассистент кафедры «Оборудование и автоматизация химических производств» ПНИПУ Дмитрий Кучев пояснил, в чем актуальность их разработки:
«Системы с одним или двумя контроллерами для управления внутритрубными роботами уже есть, однако имеют свои недостатки. Во-первых, детали для них делаются, как правило, на заказ, что повышает стоимость оборудования и усложняет процесс его изготовления. Во-вторых, часто бывает, что один из компонентов выходит из строя — в таком случае следом за ним отключается и вся система. Кроме того, в них, как правило, используются довольно слабые драйверы управления двигателями — мощностью максимум 5 Ампер, чего хватает не для всех моторов. В результате сокращается время бесперебойной эксплуатации робота, он может не успеть осмотреть все участки трубопровода и выявить не все дефекты».
В отличие от существующих аналогов, программно-аппаратный комплекс ученых Пермского Политеха прост в использовании и доступен для изготовления: компоненты системы широко представлены на рынке соответствующей продукции в России. Это упрощает и удешевляет его производство.
В своем комплексе исследователи ПНИПУ использовали иностранные контроллеры Raspberry Pi 4 и Arduino Nano, однако, отмечают ученые, их можно заменить отечественными Repka Pi и Smar Uno.
Два контроллера были использованы для разделения между ними различных задач управления, что позволяет избежать перегруза, который может привести к отказу работы. Так, Raspberry Pi 4 обрабатывает видеосигналы с камер, управляет работой датчиков и осуществляет удаленное взаимодействие с пользователем через веб-интерфейс. Arduino Nano занимается задачами управления двигателями робота.
Однако контроллеры действуют сообща, обмениваясь данными. Кроме того, система пермяков использует более мощный (по сравнению с аналогами) драйвер на 43 Ампера. При этом разделение функций управления между контроллерами повысило отказоустойчивость, а значит, и надежность работы комплекса.
«Система управления прошла испытания на прототипе робота в лабораторных условиях. Он успешно преодолевал участки трубопроводов со сложной геометрией: два последовательных изгиба под 90° и переход в прямой участок. Как показали эксперименты, у нашей системы сбои в работе возникают на 80,5% реже, чем у аналогичного комплекса, в котором есть только Raspberry Pi, подключенный к драйверам — такая компоновка наиболее часто используется в робототехнических устройствах», — рассказал Дмитрий Кучев.
Он уточнил, что среднее время безотказной работы разработанной ими системы при максимальных нагрузочных режимах составило 10,87 часа, в то время как у существующей — лишь 6,02 часа.
Результаты своей работы специалисты ПНИПУ представили в статье «Разработка программно-аппаратного комплекса системы управления внутритрубного робототехнического комплекса», опубликованной в журнале «Сборка в машиностроении, приборостроении».
Их комплекс уже заинтересовал ряд компаний, в которых применяются диагностические устройства для трубопроводов, в том числе «Газпромнефть — Смазочные материалы», «Башкирские распределительные тепловые сети», «Т Плюс».
Программно-аппаратный комплекс ученых Пермского Политеха можно использовать для различных внутритрубных устройств не только в нефтегазовой отрасли, но и в системах водоснабжения, тепловых сетях и других сферах, где нужна диагностика трубопроводов. Его применение обеспечит сокращение количества аварий, минимизируя экологический ущерб и затраты на ремонт труб.