Improving efficiency of information measurement system of coal mine air gas protection

Purpose. Development of scientific approaches to creation of high-precision and high-speed optoelectronic measurement systems within the complex of air gas safety of coal mines by means of the developed and implemented methods and means of measurement systems efficiency improvement taking into account compensation of the effect of destabilizing factors. Methods. Experimental studies have been carried out in mine production conditions and laboratories on the physical models of information measurement systems using metrologically certified measuring instruments. Findings. It has been proposed to determine the efficiency of the developed information and measurement systems on the basis of the arithmetic mean of n groups and the geometric mean of the information data rate of m meters measuring mine atmosphere parameters in coal mines for each group separately. It has been found that the use of the developed information system measuring methane and dust concentration within the UTSSC increases data rate of mine air gas protection system by 16.5 bits/s. Originality. For the first time, logical design of information and measurement system of methane and dust concentration has been proposed and implemented, which, in contrast to the existing ones, is based on increasing accuracy and speed of measuring channels response to methane and dust concentration, which allowed to increase probability of detecting explosive situations from 0.90 to 0.98 and provide enhancement of mine air gas protection. Practical implications. The developed methods and techniques allowed to implement a number of projects for the mining industry: high-speed measurement system evaluating methane concentration in a mine complex of monitoring telephone communication and notification “SAT” (private company “Deyta Express”, Ukraine); measurement system of polydisperse dust concentration for unified telecommunication systems of supervisory control and automated management of mining machines and technological complexes “UTSSC” (State Enterprise “Petrovsky Plant of Mining Machinery”, Ukraine).Мета. Розробка наукових підходів до створення високоточних швидкодіючих оптоелектронних вимірювальних систем у складі комплексу забезпечення аерогазової безпеки шахт за рахунок використання запропонованих і реалізованих методів та засобів підвищення ефективності вимірювальних систем на основі обліку й компенсації впливу дестабілізуючих факторів. Методика. Експериментальні дослідження виконано у виробничих умовах шахт і в лабораторіях на фізичних моделях інформаційно-вимірювальних систем з використанням метрологічно-атестованих засобів вимірювань. Результати. Запропоновано визначати ефективність досліджуваної інформаційно-вимірювальної системи на основі середнього арифметичного n груп від середнього геометричних значень інформаційних пропускних спроможностей m вимірювачів параметрів рудничної атмосфери вугільних шахт за кожною групою окремо. Встановлено, що використання розробленої інформаційно-вимірювальної системи концентрації метану та пилу у складі УТАС підвищує пропускну спроможність системи аерогазового захисту шахт на 16.5 біт/с. Наукова новизна. Вперше запропоновано і реалізовано логічну побудову інформаційно-вимірювальної системи концентрації метану та пилу, яка, на відміну від існуючих, заснована на підвищенні точності та швидкодії вимірювальних каналів концентрації метану і пилу, що дозволило збільшити вірогідність виявлення вибухонебезпечних ситуацій з 0.90 до 0.98 та забезпечити зростання рівня аерогазового захисту шахт. Практична значимість. Розроблені методи і засоби дозволили реалізувати низку проектів для підприємств гірничої промисловості: швидкодіюча вимірювальна система концентрації метану для комплексу шахтного диспетчерського телефонного зв’язку та оповіщення “САТ” (Приватна компанія “Дейта Експрес”, Україна); вимірювальна система концентрації полідисперсного пилу для уніфікованої телекомунікаційної системи диспетчерського контролю та автоматизованого управління гірничими машинами і технологічними комплексами “УТАС” (Державне підприємство “Петровський завод вугільного машинобудування”, Україна).Цель. Разработка научных подходов к созданию высокоточных быстродействующих оптоэлектронных измерительных систем в составе комплекса обеспечения аэрогазовой безопасности шахт за счет использования предложенных и реализованных методов и средств повышения эффективности измерительных систем на основе учета и компенсации влияния дестабилизирующих факторов. Методика. Экспериментальные исследования выполнены в производственных условиях шахт и в лабораториях на физических моделях информационно-измерительных систем с использованием метрологически-аттестованных средств измерений. Результаты. Предложено определять эффективность исследуемой информационно-измерительной системы на основе среднего арифметического n групп среднего геометрических значений информационных пропускных способностей m измерителей параметров рудничной атмосферы угольных шахт по каждой группе отдельно. Установлено, что использование разработанной информационно-измерительной системы концентрации метана и пыли в составе УТАС повышает пропускную способность системы аэрогазового защиты шахт на 16.5 бит/с. Научная новизна. Впервые предложено и реализовано логическое построение информационно-измерительной системы концентрации метана и пыли, которая, в отличие от существующих, основана на повышении точности и быстродействия измерительных каналов концентрации метана и пыли, что позволило увеличить вероятность обнаружения взрывоопасных ситуаций с 0.90 до 0.98 и обеспечить рост уровня аэрогазовой защиты шахт. Практическая значимость. Разработанные методы и средства позволили реализовать ряд проектов для предприятий горной промышленности: быстродействующая измерительная система концентрации метана для комплекса шахтной диспетчерской телефонной связи и оповещения “САТ” (Частная компания “Дейта Экспресс”, Украина); измерительная система концентрации полидисперсной пыли для унифицированной телекоммуникационной системы диспетчерского контроля и автоматизированного управления горными машинами и технологическими комплексами “УТАС” (Государственное предприятие “Петровский завод угольного машиностроения”, Украина).This work would be impossible without the financial support of the Ministry of Education and Science of Ukraine during the execution of the project No 0115U002655 “Research and development of an experimental sample of optical meter of methane concentration for coal mines”. Additional financial support was provided during the implementation of the Inter-Regional Programme of the European Neighbourhood and Partnership Instrument Tempus VI on the project 544010 – TEMPUS – 1 – 2013 – 1 – DE – TEMPUS – JPHES “TATU: Trainings in Automation Technologies for Ukraine”. The authors express gratitude to the employees of the State Enterprise “Petrovsky Plant of Mining Machinery” and the private company “Deyta Express” for participating in creation of research sample meters of methane and dust concentration for coal mine conditions, as well as support in conducting research in industrial conditions

Mathematical model for monitoring carbon dioxide concentration in industrial greenhouses

ArticleProcesses of monitoring and control the industrial greenhouses microclimate play a decisive role in growing crops under protected cultivation. Providing optimal climatic conditions in the production process of greenhouse agricultural products requires solving the scientific and applied problem of developing and researching a mathematical model for monitoring carbon dioxide concentration in industrial greenhouses. The proposed model takes into account the processes of diffusion and absorption of carbon dioxide, the geometric parameters of greenhouses, as well as the types and vegetation periods of crops grown under protected cultivation. Time characteristics of the carbon dioxide dynamics process under greenhouse conditions are estimated. Quantitative estimates of the diffusion transfer duration and carbon dioxide absorption are made for indeterminate varieties of tomatoes during planting and fruiting periods. Recommendations are given on the development of an adaptive methodology for the functioning and structural and algorithmic organization of computerized monitoring and management system for carbon dioxide top-dressing modes for greenhouse crops. The necessity of improving the proposed mathematical model and confirming the adequacy of its implementation efficiency on yield indicators of greenhouse crops is substantiated

DEVELOPMENT OF SOFTWARE COMPONENT OF THE OPTICAL METHANE CONCENTRATION METER BASED ON LABVIEW

The paper presents a software component and an operation algorithm for an optical methane concentration meter. The software component is developed on the basis of LabVIEW for carrying out experimental studies, which allowed formulating recommendations for improvements of the meter. The implementation of the recommendations made it possible to improve the accuracy of methane concentration measuring by reducing the value of the main and additional errors in the measurement result. Using the developed software component, we established that while performing (6-10) observations in the averaging interval with a sampling period of the output signals of the meter less than 80 msec, the main methane concentration measurement error is not more than 0.1% in the range from 0 to 5%, which is twice less than the regulated value. Using the proposed algorithm for compensating for the temperature drift of the optical meter output signal in the developed software component, made it possible to provide an additional error of methane concentration measurement by not more than 0.2% with temperature changes in the range from +5ºС to + 55ºС. The use of the proposed recommendations in optical gas concentration meters will reduce the probability of explosive situations at enterprises with sudden burst releases of combustible and toxic gases

Improved Computer-oriented Method for Processing of Measurement Information on Greenhouse Microclimate

The article presents results of field testing and experimental studies on improvement of the computer-oriented method of aggregation and processing of measurement information on microclimate parameters of industrial greenhouses. The technology was developed and tested in the laboratory. It consists of a hardware component based on Arduino Mega 2560 and Ethernet Shield W5100 and modern sensor devices, a software module based on Simulink Support Package for Arduino Hardware® and a remote database of monitoring results on the ThingSpeak® server. The technology proposed in the article has a modular structure and is adaptive to types and periods of vegetation of cultivated crops. The obtained research results constitute scientific and practical basis for conducting further priority research on implementation of the developed technology into actual production conditions for growing protected crops

Рейтинг об'єктів енергоспоживання на основі методу основних компонентів

Ensuring comfortable conditions in civil buildings requires the implementation of tasks of monitoring and forecasting the cost of energy resources, as well as energy-efficient management of heating engineering systemsand its equipment. The implementation of appropriate automation and monitoring solutions allows the accumulation of a significant amount of data. To increase the informativeness of the analysis of energy efficiency in the operation of civil buildings a model of their information ranking was developed using correlation analysis and the principal component analysis. Based on the interdisciplinary methodology of data analysis (CRISP-DM), the basic indicators were determined for the accepted initial conditions on electricity and heat consumption of the university buildings and the matrix of correlation coefficients of their interrelation was estimated. Certain data (external volume and area of the building and average temperature values for this region according to the norm) are obtained from the technical documentation of buildings and available from open sources, others (amount of consumed heat and electricity, indoor temperature) are determined during operation and characterize the efficiency of energy resources in the building. At the initial stage, a correlation analysis of the relationship between the main parameters that characterize buildings and their consumption of energy resources. The principal component analysis was used to reduce the dimensionality of the feature set of data and to identify homogeneous groups of energy consumption objects. The obtained four components explain about 90% of the variance of the initial data and characterize the efficiency of energy use in terms of temperature, volume and coefficient of heating degree days of the heating season. The obtained results are recommended for implementation in modern systems of energy monitoring and municipal energy management as applied models for diagnosing abnormal situations and sound management decisions.Забезпечення комфортних умов в цивільних будівлях потребує виконання завдань моніторингу та прогнозування витрат енергетичних ресурсів, а також енергоефективного керування тепловими інженерними системами та їх обладнанням. Впровадження відповідних рішень з автоматизації та моніторингу дозволяє накопичувати значний обсяг даних. Для підвищення інформативності аналізу ефективності використання енергоресурсів при функціонуванні цивільних будівель розроблено модель їх інформаційного ранжування з використанням кореляційного аналізу та методу головних компонент. Для прийнятих початкових умов про електроспоживання та теплоспоживання навчальних корпусів університету на основі міждисциплінарної методології аналізу даних (CRISP-DM) визначені базові показники та отримана оцінка матриці коефіцієнтів кореляції їх взаємозв’язку. Певні дані (зовнішній об’єм та площа будівлі та середні значення температури для даного регіону за нормою) отримуються з технічної документації будівель та доступні з відкритих джерел, інші (кількість спожитої теплової та електричної енергії, внутрішня температура у приміщенні) визначаються в процесі експлуатації і характеризують ефективність використання енергетичних ресурсів в будівлі. На початковому етапі проведено кореляційний аналіз взаємозв’язку основних параметрів, що характеризують будівлі та споживання ними енергетичних ресурсів. Для зниження розмірностіознакової множини даних та виявлення гомогенних груп об’єктів енергоспоживання використано метод головних компонентів. Отримані чотири компоненти пояснюють біля 90 % дисперсії початкових даних та характеризують ефективність використання енергоресурсів по температурі, об’єму та коефіцієнту градусо-діб опалювального сезону. Отримані результати рекомендовано до впровадження в сучасних системах енергетичного моніторингу та муніципального енергетичного менеджменту в якості прикладних моделей для діагностування нештатних ситуацій та обґрунтованого прийняття управлінських рішень