Системы мониторинга хвостохранилищ имеют ряд особенностей, которые связаны с режимом их эксплуатации и жизненным циклом. Большая протяжённость объектов мониторинга в таких системах требует использовать беспроводные решения, такой вариант оптимален как с экономической, так и с технической точки зрения.
В процессе эксплуатации первичные дамбы наращиваются ярусами дамб обвалования. В процессе строительства классических напорных грунтовых сооружений создаётся постоянная система мониторинга, которая со временем лишь модернизируется и расширяется в зависимости от состояния объекта или изменений в нормативной документации. В свою очередь, система мониторинга хвостохранилищ постоянно растёт с каждым новым возведённым ярусом дамб обвалования. Процесс наращивания таких дамб неразрывно связан с грунтовыми работами и движущейся по гребню строительной технике. Жизненный цикл таких сооружений препятствует возможности размещения на открытой поверхности гребня дамбы измерительного оборудования и контрольно-измерительной аппаратуры, на постоянной основе.
С учётом существенной протяжённости объектов мониторинга и удалённости измерительных точек от административных корпусов, где располагается служба мониторинга, прокладка кабельных линий, а также мероприятия по их защите от механических повреждений, не гарантируют их сохранность на период выполнения работ по наращиванию дамб обвалования. В таких условиях эксплуатации разумным и экономически целесообразным видится решение по размещению беспроводных регистраторов на единицу или группу автоматизируемой контрольно-измерительной аппаратуры. Иными словами, система собранная на беспроводных регистраторах является в своём роде конструктором со взаимно заменяемыми и дополняемыми элементами, удобными и понятными в эксплуатации.
Стоит отметить, что системы беспроводного сбора данных с датчиков существуют довольно давно и внедрялись на объектах добывающей промышленности по всему миру ещё в конце XX века. Однако на отечественных предприятиях подобные системы применялись редко, так как обладали малым сроком автономной работы и высокой стоимостью внедрения, а зачастую требовали оформления специальных разрешений на использование радиочастот.
К счастью, технический прогресс не стоит на месте и буквально за последние пять лет ситуация на рынке беспроводных устройств для мониторинга существенно изменилась. Произошло это благодаря трём факторам: современным батареям, микроэлектронике с низким энергопотреблением и новому методу модуляции радиосигнала LoRa. В настоящий момент все ведущие производители оборудования для геотехнического мониторинга предлагают системы беспроводного сбора данных основанные на технологии LoRa. Однако вместе с ростом количества производителей выросла и проблема с совместимостью, так как ПО для управления и сбора данных у каждого производителя своё собственное.
Кроме того, надо учитывать риски с доступностью ПО в условиях санкционных ограничений, введённых против РФ. Современный подход к «интернету вещей» подразумевает передачу данных пользователю через удалённый интернет-сервер. Технология позволяет отправлять данные на любой сервер, однако многие производители оборудования отключают такую возможность, привязывая пользователя к своей информационной платформе. Такое оборудование может превратиться в «кирпич» в любой момент, стоит только производителю отключить вас от платформы.
Ещё одним сдерживающим фактором является порядок ввоза и использования радиоустройств на территорию РФ. Прохождение всех необходимых формальностей может занять несколько месяцев, а стоимость этой процедуры сдерживает производителей от получения необходимых бумаг впрок.
Сбор данных беспроводным регистратором
Система беспроводного сбора данных от датчиков мониторинга может быть реализована на базе следующих решений:
- типовые щиты сбора данных «СОДИССТОР» с использованием радиомодулей стандарта LoRaWAN
- стандартные регистраторы производства RST Instruments, радиомодули RSTAR или Dlink;
- стандартные регистраторы зарубежного производства (WS или аналог) стандарта LoRaWAN;
- Щиты сбора данных «СОДИССТОР» индивидуального изготовления;
- Программное обеспечение может быть развёрнуто на сервере заказчика (ПО SODIS Building M) или в виде облачного сервиса.
ООО «СОДИССТОР», входящее в ГК «СОДИС Лаб», является разработчиком щитов сбора данных с беспроводными регистраторами.
Для беспроводной передачи данных в решениях компании используются радиомодули стандарта LoRaWAN, разрешённые для использования на территории России. Управляющее ПО расположено непосредственно на объекте мониторинга или на удалённом сервере. Кроме беспроводной передачи данных, работающей в постоянном режиме, разработка ООО «СОДИССТОР», позволяет осуществлять накопление массива полученных измерений и их хранение, что предотвращает их потерю в случае возникновения внештатной ситуации в системе.
Преимущества установки системы
Автоматизированная система мониторинга позволяет контролировать основные параметры гидротехнических сооружений в режиме реального времени, что невозможно при проведении инструментального контроля ручным способом. Для определения смещения и осадок сооружений, уровня воды в пьезометрах можно использовать геодезическую съёмку и ручные измерения по закладным датчикам, но с учётом проведения всех полевых работ и камеральной обработки это отнимет много времени. При этом не будет выполнено условие по единовременному и оперативному получению данных.
Автоматизированная система мониторинга хвостохранилищ не только опрашивает контрольно-измерительной аппаратуры в автоматическом режиме, но и выполняет пересчёт в конечные физические величины в том формате, в котором назначены критерии безопасности. Система непрерывно анализирует и сравнивает полученные результаты измерений с критериальными значениями и в случае их превышения мгновенно информирует о неблагоприятном событии службу эксплуатации и группу мониторинга.
Также система мониторинга позволяет индивидуально настроить различные сценарии опроса автоматизированной аппаратуры. Например, при возникновении сейсмособытия можно на определённый временной промежуток участить опрос контрольно-измерительной аппаратуры или при интенсивном развитии определённых деструктивных процессов участить опрос контрольно-измерительной аппаратуры. Все вышеперечисленное невозможно в случае отсутствия на предприятии автоматизированной системы мониторинга.
О системе SODIS Building M
Программный комплекс SODIS Building M предназначен для оценки деформационного состояния сооружений на основе данных датчиков. К системе могут быть подключены сенсоры любых производителей, в том числе отечественных. Помимо этого, в базу мониторинга можно загрузить архивные данные и результаты ручных наблюдений. Платформа зарегистрирована в реестре отечественного ПО и используется на большом количестве строительных объектов.
SODIS Building M объединяет в себе функции управляющего ПО для автоматизированной системы опроса контрольно-измерительной аппаратуры (АСО КИА) и информационно-диагностической системы. Программный комплекс можно подключить к любому оборудованию КИА.
Методы сбора информации и набор датчиков будут зависеть от выбранной схемы мониторинга и контролируемых параметров объекта. К примеру, для измерений основных параметров состояния грунтовых плотин используются пьезометры, скважинные инклинометры, термокосы, геодезические наблюдения, датчики порового давления и давления грунта. Неравномерность осадки основания плотины можно отслеживать с помощью гидравлических или скважинных датчиков осадки, традиционных горизонтальных или современных сегментных инклинометрических систем.
В зависимости от потребностей заказчика, система мониторинга может использоваться для контроля за осадками и смещениями гидротехнических сооружений и их оснований, за температурным и фильтрационным режимом его работы, уровнями грунтовых вод и поровым давлением в зоне сооружения, вибрационным и сейсмическим воздействием на объекты.
Пример экрана ИАС. Данные мониторинга объекта
Помимо дамб и плотин, данная система может применяться и на других типах гидротехнических сооружений. Например, она используется на Павловском судоходном шлюзе в составе автоматизированной системы опроса контрольно-измерительной аппаратуры. В шлюзовой камере гидросооружения установлены 48 тензометров, 15 механических трещиномеров, а также серверное оборудование для сбора и обработки данных с помощью платформы SODIS Building M. Также дополнительно установлены 11 струнных трещиномеров и 3 пьезометрические скважины. Датчики несколько раз в день передают информацию на сервер в автоматическом режиме с помощью беспроводного протокола LoRaWAN.
Возможности SODIS Building M:
- информационные панели с актуальной информацией по уровню безопасности отдельных объектов, превышению критериальных значений;
- глубокая интеграция с объектовыми системами мониторинга (ИДС). Доступ к данным ручных и автоматических изменений;
- электронный архив с доступом к технической документации, отчётам по обследованию, заказ-нарядам;
- цифровой контроль исполнения регламентов, гарантийных обязательств, корпоративных процедур;
- встроенный редактор бизнес-процессов позволяет адаптировать ИАС на различных этапах жизненного цикла;
- адаптивный интерфейс для использования на мобильных устройствах.
Использование SODIS Building M в составе автоматической системы диагностики и контроля хвостохранилища позволяет обеспечивать непрерывный контроль за показателями состояния сооружения и сопоставлять их с установленными критериями безопасности.
Включение платформы SODIS Building M в состав корпоративной информационно-автоматической системы даёт владельцам хвостохранилищ необходимые инструменты для принятия управленческих решений в области управления объектами на всех этапах их жизненного цикла, включая стадию закрытия и период после закрытия.
