Роботы передвигаются по трубам, выявляя трещины, коррозию и другие дефекты. Управляются они удаленно с помощью специального ПО. На днях такой программно-аппаратный комплекс представили ученые Пермского Политеха: его надежность на 80% выше, по сравнению с аналогами.
Создан программно-аппаратный комплекс для предотвращения аварий на трубопроводах
Значительный ущерб экологии, экономике и даже человеческим жизням наносят чрезвычайные ситуации на трубопроводах. Только в нефтегазовом комплексе из всех групп оборудования наиболее часто аварии и возгорания происходят на технологических линиях. Для предотвращения таких инцидентов требуется своевременная диагностика — и выполнять ее могут специальные роботы.
Unsplash
Как работают роботы-детекторы
Трубопроводы доставляют нефть, газ и другие ресурсы из мест добычи к перерабатывающим заводам и далее — к потребителям. Без них невозможна стабильная работа электростанций, транспорта и промышленности. Однако их состояние во многих регионах оставляет желать лучшего.
Ежегодно происходят десятки аварий, связанных с коррозией, износом и перепадами температур.
Для предотвращения таких ситуаций используются специальные диагностические устройства — роботы, которые могут двигаться внутри трубопровода и осматривать его состояние, оперативно выявляя неисправности. Для таких устройств разработаны специальные системы управления, однако существующие комплексы недостаточно эффективны и надежны: они требуют много энергии либо слишком сложны в программировании и настройке.
Ранее ученые Пермского Политеха запатентовали особую конструкцию мобильного робота, способного передвигаться по криволинейному участку трубопровода. Новый этап разработки - гибкая и стабильная система управления этим механизмом, включающая два микроконтроллера и компьютерное приложение.
Внутритрубный робот «АРК». Применяется для диагностики подземных внутрицеховых трубопроводов сложной геометрии Ду200-500
Уникальность разработки заключается в простоте ее использования и доступности. Компоненты системы можно купить в любом магазине, что упрощает и удешевляет производство. В программном комплексе использованы два контроллера — Raspberry Pi 4 и Arduino Nano. Это иностранные бренды, однако, по словам ученых, их можно заменить отечественными аналогами Repka Pi и Smar Uno.
Использование сразу двух контроллеров позволило оптимально распределить задачи и, как следствие, избежать перегрузов и неполадок в работе.
- Raspberry Pi 4 отвечает за обработку видеоизображения, управление датчиками и удаленное взаимодействие с пользователем через веб-интерфейс.
- Arduino Nano снижает нагрузку на первый контроллер и берет на себя задачу контроля двигателей.
При этом действуют контроллеры сообща, обмениваясь данными. Также в системе использован более мощный по сравнению с аналогами драйвер (43 Ампера). Такое разделение ролей между платами позволило повысить отказоустойчивость и, следовательно, надежность работы.
«Система управления прошла испытания на прототипе робота в лабораторных условиях. Он успешно преодолевал участки трубопроводов со сложной геометрией: два последовательных изгиба под 90 градусов 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. При максимальных нагрузочных режимах среднее время безотказной работы нашей системы составило 10,87 часов, тогда как у существующей — всего 6,02 часа», — рассказывает Дмитрий Кучев, ассистент кафедры «Оборудование и автоматизация химических производств» ПНИПУ.
В разработке уже заинтересовались компании, использующие диагностические устройства для трубопроводов. Комплекс может быть внедрен в нефтегазовую отрасль, в системы водоснабжения, тепловые сети, а также в другие сферы, где требуется внутритрубная диагностика. Это позволит сократить количество аварий, минимизировать экологический ущерб и снизить затраты на ремонт.