Наукова діяльність

 

НАУКОВО-ДОСЛІДНА РОБОТА КАФЕДРИ

 

Науково-дослідна роботи кафедри проводиться в наступних напрямках:

• методологічні засади побудови систем управління, діагностування та енергозберігаючих систем частотного управління електроприводом для обєктів нафтогазової та інших галузей промисловості  України;
• методологія побудови складних WEB-орієнтованих (розподілених) систем контролю, управління та діагностування технологічними об’єктами і процесами на базі сучасних інформаційних технологій;
• концептуальні основи і методологія проектування адаптивних комплексів дистанційного навчання студентів технічних спеціальностей;
• методологічні засади побудови інформаційно-телекомунікаційних систем обліку енергії на основі теоретико-експериментальних досліджень калорійності та якості енергоносіїв в побутовій сфері;
• уніфікaція інформаційно-управляючих систем для газотранспортної системи України на базі обладнання Simatic S7 та IP GPRS-технології.

В рамках вказаних напрямків з 2016 року виконувалися і виконуються наступні кафедральні держбюджетні теми:

1. 0116U006991 «Наукові засади побудови розподілених систем моніторингу, контролю, управління і діагностики об'єктів та процесів нафтогазового комплексу України та віртуальних навчальних просторів на основі сучасних інформаційних технологій» (2016-2018 роки).
2. 0120U102675 «Наукові засади побудови на базі сучасних інформаційних технологій розподілених систем моніторингу, контролю, управління і діагностування об’єктів нафтогазового комплексу України» (2018-2021роки).
3. 0120U104232 «Методологічні засади побудови інформаційно-телекомунікаційних систем обліку енергії на основі теоретико-експериментальних досліджень калорійності та якості енергоносіїв в побутовій сфері» (2020-2022роки).
4. 0121U113500 «Наукові засади побудови розподілених багаторівневих систем (РБРС) контролю, управління та діагностування технологічними об’єктами і процесами (включаючи геоінформаційні системи) на базі новітніх комп’ютерно-інтегрованих технологій та промислового Інтернет речей» (2021- 2024) роки.

Окремі розділи першої із вказаних тематик виконувалися також рамках угоди про співпрацю з Інженерно-технічним центром ДП «Siemens Україна» за наступними напрямками:

• ніфікaція інформаційно-керуючих систем газорозподільних станцій на базі обладнання Simatic S7 та IP GPRS-технології;
• методика дистанційної параметризації і діагностування «smart» первинних перетворювачів фізичних величин;
• розробка і дослідження енергоощадних систем частотного управління електроприводом на базі PLC Simatic S7 та обладнання Sinamics G120».

Вибір даного напрямку обумовлений тим, що дослідження, проектування і впровадження енергозберігаючих технологій у всіх сферах сучасного виробництва є актуальною науково-технічною проблемою.

Проводилися роботи з розробки віртуального навчального простору (ВНП) майбутнього фахівця, які включають:

• розробку інтерактивно-навчальних комплексів на основі системи управління навчальним процесом LMS Moodle з відкритим програмним кодом. Проектування вказаних комплексів проводиться на основі моделей інтерактивного навчання та концептуального мислення, теорії і практики соціального конструктивізму;
• розробку підсистеми дистанційного діагностування рівня знань студентів на основі інтелектуальних методів тестування, максимально наближених до специфіки підготовки інженерних кадрів;
• розробку лабораторних практикумів віддаленого доступу на базі існуючих на кафедрі новітніх апаратно-програмних засобів провідних фірм світу та з  використанням технології WEB 2.0 та хмарних обчислень.

В рамках другої тематики виконуються також роботи:

• з моделювання та розробки складних WEB – орієнтованих систем управління на базі SCADA- систем, які включають розробку: їх нових топологій, імітаційне моделювання компонентів систем управління, розробку методів інтеграції моделей в системи управління та розробку інструментального апаратно-програмного комплексу для дослідження систем управління;
• з розробки методів побудови компютерних систем управління на базі RTX – технологій (RUN TIME EXTENDED – розширення реального часу) і програмних контролерів (Soft Cоntrollers), які включають розробку способів організації розширення реального часу для операційних систем, розробку і дослідження топологій систем управління на базі Soft Cоntrollers, розробку методики конфігурування і параметрування Soft Cоntrollers, а також реалізацію комп’ютерних систем управління на базі технології RTX і програмних PLC;
• з розробки діагностичного забезпечення (моделей, методів, процедур, алгоритмів та систем діагностування) об’єктів та процесів нафтогазового комплексу на основі штучних нейронних мереж, генетичних алгоритмів, експертних оцінок тощо.

Кафедра приймала також участь в загально університетській комплексній цільовій програмі: «Науково-організаційні засади нарощування видобутку вітчизняних нафти і газу та диверсифікація постачання енергетичних ресурсів для підвищення енергетичної безпеки України», а саме, в нижченаведених розділах виконує наступні науково-дослідні роботи:

Розділ 1. «Розвиток науково-практичних засад щодо якісного спорудження свердловин для освоєння важкодоступних нафтогазових покладів»:

• дослідження вібраційного стану бурильної колони (БК) та напружено-деформованого стану елементів БК в процесі поглиблення свердловини з використанням інтелектуальних давачів;
• діагностування стану штангової колони при експлуатації викривлених свердловин.

Розділ 3. «Розроблення технології надійної та енергоефективної експлуатації нафтотранспортної системи України за неповного завантаження і з урахуванням перспектив надходжень нафти з альтернативних джерел»:

• розробка методу і системи контролю за несанкціонованим доступом до магістральних і технологічних газопроводів;
• розробка методики і системи контролю напружено-деформованого стану вертикальних стальних резервуарів;
• розробка частотно-регульованого приводу насосних агрегатів систем підтримання пластових тисків та насосних станцій магістральних нафтопроводів.

Розділ 4. «Розроблення технології надійної та енергоефективної експлуатації газотранспортної системи України за неповного завантаження із урахуванням реверсних режимів роботи і перспектив надходжень газу з альтернативних джерел»:

• розробка методики і технічних засобів діагностування старіння ізоляції та короткозамнутості обмоток електрообладнання обєктів ГТС.

Кафедра приймала участь в міжнародному проекті ТЕМПУС 544010-TEMPUS-1-2013-1-DE-TEMPUS-JPHES «Тренінги по технологіям автоматизації» (Training in Automation Technologies for Ukraine - TATU) в рамках якого отримала чотири спеціалізованих мобільних лабораторій (smart lab) німецької компанії «Phoenix Contact». В кінці жовтня 2015 року на базі кафедри було проведено тренінг-навчання з користування мобільними лабораторіями для викладачів вузів, які приймають участь в проекті, а також була проведена координаційна зустріч членів консорціуму проекту - партнерів з Дюссельдорфського університету прикладних наук (Німеччина), Університету м. Антверпен (Бельгія), Політехнічного університету Валенсії (Іспанія), Фраунгофського інституту промислової інженерії (Німеччина), Одеської національної морської академії, Одеського національного полі технічного університету, Харківського національного університету радіоелектроніки та Донецького національного технічного університету.

За результатами тендерних торгів, відповідно до оголошення № UA-2017-02-15-002521-c, кафедра ІТТС заключила з ПАТ «Укртрансгаз» договір №17030006355 від 23.03.2017 року «Комплексні інженерні послуги (Розробка діагностичного забезпечення (методичної та нормативної бази) технічного стану систем автоматики на об’єктах філії УМГ «ПРИКАРПАТТРАНСГАЗ)» терміном до 31 грудня 2018 року з об’ємом фінансування в розмірі 598,80 тис. грн.

За результатами договору розроблено діагностичне забезпечення надійності технічного стану систем автоматики: методичної бази з моніторингу, аналізу, розрахунку та прогнозування основних показників експлуатаційної надійності систем автоматики (систем автоматичного та автоматизованого управління рівнів «ГПА - КС») на об'єктах ПАТ «УКРТРАНСГАЗ». Впровадження такого діагностичного забезпечення дасть можливість обґрунтовано оцінити надійність систем автоматики і їх структурних одиниць (на прикладі САУ ГПА) на відповідність нормативним документам та прийняти рішення стосовно продовження терміну їх експлуатації, або виведення з експлуатації. Останнє дозволить попередити виникнення аварійних ситуацій, пов'язаних з відмовою системи автоматики чи її структурних елементів.

В рамках третьої тематики на кафедрі проводяться дослідження з теоретичних та прикладних проблем обліку електроенергії природного газу, в тому числі теплоти згорання, за результатами яких створено математичну модель у формі аналітичної залежності для непрямого вимірювання питомих різниць об’ємів природного газу на основі прямих вимірювань спожитих об’ємів газу, параметрів повітря в приміщенні біля газопроводу та лічильника газу і повітря навколишнього середовища. Розроблена методологія може служити основою для створення нормативно-правових документів з визначення питомих різниць об’ємів газу.

За допомогою методу прогнозного моделювання розроблено математичну модель визначення теплоти згоряння природного газу для певного місяця року в Україні. Проведено перевірку адекватності розробленої моделі за результатами якої встановлено, що відносна похибка розрахунку теплоти згоряння природного газу на маршруті траси 406 (Івано-Франківська область), яка була відібрана випадковим методом, не перевищує плюс 1, мінус 3%, що пропорційно точності вимірювання об’єму природного газу побутовими лічильниками газу та вказує на можливість її використана для розрахунку теплоти згоряння природного газу за відсутності виміряних даних

За результатами оцінки нормативно-правових вимог та технічних можливостей впровадження в Україні обліку природного газу в одиницях енергії розроблено методологію вимірювання непрямими методами енергії природного газу на основі вимірювань спожитих об’ємів газу, температури повітря навколо лічильника газу та результатів вимірювання теплоти згоряння газу.

Предметом подальших наукових досліджень буде розроблення системи єдиного обліку енергоносіїв, елементом якої буде пристрій перетворення енергії, та експериментальне дослідження технічних та метрологічних характеристик цієї системи.

В рамках четвертої тематики продовжуються роботи з розробки багаторівневих систем контролю, управління та діагностування технологічними об’єктами і процесами (включаючи геоінформаційні системи) на базі новітніх комп’ютерно-інтегрованих технологій та промислового Інтернет речей. В 2020 році співробітниками кафедри було розроблено базовий варіант геоінформаційної системи моніторингу вод ріки Дністер (ГІС Дністер) на базі новітніх апаратно-програмних засобів, її прикладне програмне забезпечення та технічне завдання на виготовлення системи. Система «ГІС Дністер» призначена для прогнозування паводків та оповіщення населення про загрозу їх катастрофічного розвитку. ТОВ «Західний ІТЦ» було виготовлено і змонтовано систему «ГІС Дністер» в м. Галичі на опорах старого мосту через річку Дністер. Інформацією, яка поступає з системи «ГІС Дністер» користуються Івано-Франківський обласний центр з гідрометеорології, Дністровське басейнове управління водних ресурсі та Івано-Франківське обласне управління екології та природніх ресурсів.

На базі створеної методології побудови багаторівневих систем контролю, управління та діагностування технологічними об’єктами і процесами уже сьогодні розроблені і впроваджені: WEB-орієнтовані системи моніторингу та контролю мутності води на водозаборах рік Бистриць Надвірнянської і Солотвинської, автоматизованого побудинкового контролю і комерційного обліку витрати води в районі ПНС «Курінного Чорноти» КП «Івано-Франківськводоекотехпром»; системи контролю і моніторингу водопостачання для Долинського ВУВКГ та КП «Тлумачкомунсервіс» і ін. системи.

Для ТОВ «Оператор газотранспортної системи України» розроблено та впроваджено систему діагностування газоперекачувальних агрегатів (ГПА) ГПА-Ц-16С, зокрема його лопатевого апарату, яка включає SM1281 Condition Monitoring – вібраційний модуль для вимірювання параметрів вібрації; PLC Simatic S7-1200 (CPU 1212C AC/DC/Rly) – програмований логічний контролер; середовище проектування TIA Portal V13SP1 (Totally Integration Automation) «Siemens». Основу системи складає вібраційний модуль SM1281з комплектом акселерометрів (промисловий стандарт для акселерометрів IEPE – Integrated Electronics Piezo-Electric). Середовище проектування TIA Portal V13SP1 забезпечує функції апаратної конфігурації, параметрування сигнальних модулів і налагодження інтерфейсів зв’язку.

На базі розробленої системи вдосконалено систему управління ГПА-Ц-16С апаратна конфігурація якої, крім вищевказаних компонентів, включає модуль вводу/виводу аналогових сигналів для підключення давачів з уніфікованим вихідним сигналом 4-20 мА та керування виконавчими механізмами (машинний та станційний пневмоперетворювачі для керування антипомпажними клапанами). Вдосконалена система може працювати в режимі прогнозування передпомпажного стану ГПА використовуючи наступні технологічні параметри з діапазонами вимірювання:

• перепад тиску на конфузорі dPk – діапазон вимірювання від 0 до 1 кгС/см2, робоча точка «оптимальна» - 0.2 кгС/см2, істотна зміна в межах 10-15%;
• оберти турбіни нагнітача NТН – діапазон вимірювання від 0 до 5200 об/хв, робоча точка «оптимальна» - 5000 об/хв, істотна зміна в межах 10-15%;
• осьовий зсув нагнітача VТН – діапазон вимірювання від -500 мкм до +500 мкм, загалом 1 мм, робоча точка «ідеальна» - 0 мм, істотна зміна в межах 10%;
• вібропереміщення задньої опори нагнітача Vзов, Vзог (в вертикальному і горизонтальному напрямках до осі нагнітача ) – діапазон вимірювання від 0 до 80 мкм, робоча точка «ідеальна» - 40 мкм, істотна зміна в межах 10%.

Для ГПА ГТК-25і фірми «Нуово Піньйоне» (Італія) з метою організації комплексної системи діагностування технічного стану ГТК-25і та використання отриманої інформації для вибору раціональних режимів управління з використанням його САУ було проведено удосконалення САУ ГТК-25і, яке полягало в розробці її додаткового технічного і програмного забезпечення.

Технічне забезпечення полягало в монтажі давачів для вимірюванні додаткових технологічних і віброакустичних параметрів: вібрації опорного підшипника №1 осьового компресора за допомогою широкосмугового перетворювача з нефільтрованим вихідним сигналом; температури його корпусу; акустичний коливань лопатевого апарату осьового компресора з використанням розробленої системи акустичного контролю, яка реалізована на чутливому електретному мікрофоні. Додаткове програмне забезпечення вдосконаленої САУ на базі SCADA - програми Wizcon 8.3 розроблено у вигляді спеціального програмного пакета з мнемосхемами, трендами, прив’язаними до технологічних схем ГПА ГТК 25і, що реалізує також алгоритми діагностування технічного стану ГТК-25і і його САУ. Він виконує функцію опитування змонтованих в щитах керування ГПА мікропроцесорних реєстраторів МТР-8, а також візуалізації, архівації технологічних параметрів і встановлений на окремо виділеному ПК головного щита керування КС-39 «У-П-У».

У співпраці з ТОВ «Західний ІТЦ» проведена розробка компонентів АСУ технологічним процесом ліній №1 і №2 виробництва ПВХ на базі SCADA-системи з розподіленим доступом для ТОВ «PADANA CHEMICAL COMPOUNDS».

З врахуванням військового стану та вимог часу під науковим керівництвом проф. Заміховського Л.М. були проведені

• розробка установки для проведення випробувань кровоспинних джгутів (турнікетів), яку виготовило ТОВ «Західний ІТЦ», та отримано сертифікат ДП «Івано-Франківськстандартметрологія». Сьогодні на цій установці співробітники кафедри проводять випробування турнікетів, які виготовляють волонтери, приватні підприємці і організації, та видають сертифікат відповідності технічним умовам на їх виготовлення;
• розробка пульта управління сиренами оповіщення про повітряну тривогу «ПКП-Сирена» на сучасній елементній базі. «ПКП-Сирена» має можливість здійснювати прийом сигналів дистанційного управління, що надходять від модернізованої автоматизованої системи оповіщення населення територіальної громади про надзвичайні ситуації за виділеною чи вільною абонентською лінією зв'язку з використанням DTMF сигналів або опційно за допомогою GSM-мереж.

Сьогодні в рамках співпраці з Управлінням з питань цивільного захисту Івано-Франківської ОДА, проводиться розробка на базі сучасних інформаційних технологій автоматизованої системи оповіщення територіальної громади про загрозу виникнення або виникнення надзвичайної ситуації, першу систему планується встановити в Богородчанській територіальній громаді.  

Щорічно співробітники кафедри публікують близько 60 статей, в тому числі у фахових виданнях, що входять до переліку ДАК України та наукометричних баз, в тому числі Scopus і Web of Science, а також приймають участь у всеукраїнських та міжнародних науково-технічних конференціях і семінарах.

На кафедрі діє аспірантура за спеціальностями 174 «Автоматизація, комп'ютерно-інтегровані технології та робототехніка» та 152 «Метрологія та інформаційно-вимірювальна техніка» в якій навчаються аспіранти та здобувачі наукового ступеня (посилання)

На базі кафедри більше двох десятків років проводиться Міжнародна міжвузівська школа-семінар «Методи і засоби діагностики в техніці і соціумі», науковим керівником якої є проф. Заміховського Л.М, а також постійно проводяться наукові семінари кафедри (раз на два місяці), на яких розглядаються результати роботи аспірантів, виконання дербюджетних та госпдоговірних тематик, а також матеріали статей, які плануються до видання у журналах, що входять до науковометричних баз, в тому числі зарубіжних.