СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ПОДАЧИ ВОДЫ

Настоящая полезная модель относится к системе водоснабжения и позволяет оперативно и качественно обследовать существующую сеть водоснабжения, в частности, осуществить сбор данных о расходах воды, давлении на разных участках трубопровода, потребляемой насосным оборудованием электроэнергии, что при выполнении соответствующего автоматизированного анализа полученных результатов позволяет оптимизировать сеть водоснабжения в целом (или ее отдельных узлов) с учетом энергопотребления и экономической эффективности.
Известна автоматическая система дистанционного контроля напоров подачи воды. Она используется в ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» и осуществляет контроль напоров более чем в 100 точках сети и на вводах крупных объектов энергетики. Данные снимаются каждые полторы минуты и по радиоканалу поступают в центральную диспетчерскую. С использованием
корпоративной транкинговой системы связи вся информация становится доступной для подразделений ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» по всему городу (См. Приложение 1).
Данная система - стационарная (по расположениям точек контроля). С ее помощью ведут измерение только одного параметра, а именно напора (давления) на контролируемом участке сети. Кроме того, такой стационарный сбор данных не позволяет вести оперативный контроль подачи воды к потребителю на произвольных участках водоснабжения непосредственно при поступлении воды в те или иные здания или на объекты.
Известна «Система контроля подачи воды с помощью измерительного комплекса» (см. А.Копытин, О.Царинник, «Современные подходы в определении эффективности работы насосных агрегатов», «Сантехника, отопление, кондиционирование» №8, 2007, стр.14-16.). Она содержит: расходомер-счетчик ультразвуковой портативный, снабженный накладными ВЧ-датчиками и имеющий в своем составе архиватор, выполненный с возможностью записи данных, датчики давлений для всасывающей и напорной линий насоса, подключенные к комбинированному цифровому дифференциальному манометру, имеющему свой архиватор, выполненный с возможностью записи полученных данных, и универсальные клещи токовые, выполненные с возможностью измерения тока индуктивным способом и/или напряжения (и последующего расчетного определения потребляемой мощности). Причем, ввод данных, полученных с помощью этих клещей токовых, осуществляется в ручном режиме. В состав системы входит и инфракрасный термометр (пирометр) для визуального контроля температуры.
Данное техническое решение выбирается в качестве прототипа, так как оно имеет наибольшее число существенных признаков, совпадающих с существенными признаками заявляемой полезной модели. Кроме того, прототип, как и заявляемая полезная модель, направлен на решение аналогичной задачи. Более того, прототип является последней моделью системы контроля
подачи воды с помощью измерительного комплекса, которая нашла широкое практическое применение.
Однако прототип имеет существенные недостатки. С его помощью сложно обеспечить оперативный и достоверный контроль системы водоснабжения. Это обусловлено тем, что измерительные приборы в известной системе контроля подачи воды не взаимосвязаны в единый измерительный комплекс. Все измерения, производимые с их помощью, не синхронны. Измерения и запись (сохранение) электрических параметров осуществляются в ручном режиме. С помощью расходомера и дифференциального манометра осуществляют запись параметров водопотребления - показателей расхода и давления (напора) - в независимом друг от друга режиме. В результате не удается точно сопоставить полученные результаты во времени и качественно произвести их анализ. Параметры энергопотребления вообще не имеют показаний, связанных по времени с параметрами водопотребления. Кроме того, измерения энергопотребления фактически производятся по однофазной схеме (ток - по одной фазе, напряжение - по какой-либо из двух других) в предположении симметричности электропитания и нагрузки, что зачастую приводит к недостоверности результатов измерений.
Задачей заявляемой полезной модели является создание системы контроля подачи воды, которая позволяла бы оперативно выполнять процедуры измерения параметров сети водоснабжения и сбора данных в ее различных точках, в том числе удаленных. При этом она могла бы обеспечить получение следующих технических результатов:
а) упростить метод контроля системы водоснабжения, одновременно обеспечив высокую точность (достоверность) измерений ее параметров и сопоставимость полученных результатов (с учетом фактора времени) с возможностью их одновременного (одномоментного) сохранения и последующего выбора на основании полученных данных эффективного функционирования системы и способов ее совершенствования (реконструкции),
б) быть мобильным измерительным комплексом, в котором все измерительные приборы могли бы производить одномоментные измерения параметров сети водоснабжения с высокой точностью и достоверностью получаемых результатов.
Поставленная задача решена. Для этого в существующей системе контроля подачи воды, содержащей расходомер-счетчик ультразвуковой портативный, снабженный накладными ВЧ-датчиками, датчики давлений для всасывающей и напорной линий насоса и клещи токовые, СОГЛАСНО настоящей полезной модели, введены контроллер - архиватор данных, с которым связаны измерительные приборы остальных элементов, многофункциональный анализатор параметров электрических сетей, толщиномер ультразвуковой, а клещи токовые выполнены токоизмерительными с выполнением функции датчика тока и с многофункциональным анализатором параметров электрических сетей, при этом все перечисленные элементы и их измерительные приборы размещены в ударопрочном влагозащищенном портативном чемодане, имеющем схему как автономного электропитания, так и электропитания от внешних источников.
Есть вариант, по которому контроллер-архиватор данных выполнен с возможностью подключения к портативному компьютеру, который расположен вне упомянутого чемодана и оснащен программами, позволяющими производить считывание информации из энергонезависимой памяти контроллера-архиватора данных, сохранение ее на жестком диске портативного компьютера, конвертирование в формат, пригодный для последующей обработки стандартными программами, и просмотр получаемых результатов в графической форме в функции времени на экране портативного компьютера, при этом подключение контроллера - архиватора данных к портативному компьютеру выполнено с возможностью как в ходе осуществления измерений (в режиме реального времени), так и после их завершения.
Такое новое техническое решение позволяет получить портативную систему контроля подачи воды, образованную из портативных измерительных
приборов и средств их подключения к сети водоснабжения, и интегрированную в мобильный измерительный комплекс (МИК). Такой МИК можно оперативно и просто доставить на место контроля любого участка сети водоснабжения, подключить и производить одномоментные измерения параметров участка сети водоснабжения с высокой точностью и достоверностью получаемых результатов. При этом объем информации, которая может быть сохранена в памяти контроллера - архиватора данных, является достаточным для проведения длительных измерений указанных параметров сети водоснабжения (не менее 5 дней с дискретностью записи осредненных величин 1 раз в минуту). В случае подключения к портативному компьютеру в ходе измерений объем информации, который может быть сохранен, практически неограничен, что позволяет осуществлять посекундную запись в течение многодневного периода.
По сравнению с прототипом заявляемая полезная модель обладает существенными отличиями. Эти отличия заключаются в том, что введены:
1. Контроллер - архиватор данных, с которым связаны все измерительные приборы МИК, осуществляющие измерение текущих параметров на требуемом участке сети водоснабжения во времени, что позволяет фиксировать одновременно все существенные контролируемые его параметры и, соответственно, обеспечивает возможность дальнейшего адекватного анализа полученных результатов;
2. Многофункциональный анализатор параметров электрических сетей, позволяющий в реальном режиме времени производить измерения как напряжения, так и тока по каждой фазе, а, следовательно, точно вычислять мощность насосной станции и сопоставлять ее с параметрами водоснабжения -расходом и напором (давлением) - во все конкретные моменты времени в ходе измерений;
3. Толщиномер ультразвуковой, позволяющий повысить достоверность определения параметра расхода воды, контролируемого участка сети водоснабжения;
4. Клещи токоизмерительные, выполненные с возможностью выполнения функции датчика тока, снятие данных с которых осуществляется в многофункциональный анализатор параметров электрических сетей;
5. Ударопрочный влагозащищенный чемодан, в котором конструктивно размещены элементы системы контроля подачи воды и образующие с ним мобильный измерительный комплекс (МИК) для соответствия требованию оперативной доставки к месту измерений.
6. Портативный компьютер (с установленным программным обеспечением), к которому может быть подключен контроллер - архиватор данных;
7. Программное обеспечение портативного компьютера, позволяющее производить считывание информации из энергонезависимой памяти контроллера-архиватора данных, сохранение ее на жестком диске портативного компьютера, конвертирование в формат, пригодный для последующей обработки стандартными программами, а также в реальном масштабе времени выводить на экран (монитор) в графическом виде измеряемые параметры с различной степенью дискретизации по времени.
Заявитель провел патентно-информационные исследования по данной теме и не обнаружил известность предлагаемой совокупности существенных признаков. Поэтому заявляемую полезную модель можно признать новой.
Практическая применимость предлагаемой системы контроля подачи воды поясняется ее принципиальной схемой и ниже следующим описанием.
1. На подводящий (входной) и напорный (выходной) трубопроводы насоса (насосной станции) подключаются датчики давления (в точках 1 и 2) соответственно. Сигнал датчиков давления принимается контроллером - архиватором данных, расположенным в чемодане. Это позволяет измерить давление в обеих точках одновременно и вычислить их разность, определив, таким образом, напор, развиваемый насосом в каждый текущий момент во время измерений.
2. В удобном месте на подводящем (входном) или напорном (выходном) трубопроводе, соответствующем требованиям по длине прямолинейного участка,
подключают расходомер-счетчик ультразвуковой портативный, снабженный накладными ВЧ-датчиками, результаты измерений с которого также поступают в контроллер - архиватор данных. При этом в месте подключения расходомера предварительно производят замер толщины стенки трубопровода с помощью толщиномера ультазвукового и полученное значение до начала основных измерений указывается как входной параметр для расходомера в обеспечение точности измерений расхода воды.
3. Клещи токоизмерительные, выполненные с возможностью выполнения функции датчика, закреплены на фазных жилах (проводах) питающего кабеля и подключаются к цепям измерения тока многофункционального анализатора параметров электрических сетей. Перед началом замера для клещей токоизмерительных устанавливают коэффициент масштабирования (максимальное понижение 1:1000), с которым результаты измерения тока будут передаваться от них к цепям измерения тока многофункционального анализатора параметров электрических сетей.
4. Электрические контакты, через которые выполнено подсоединение насоса к электрической сети, подключают (посредством четырех одножильных кабелей - в случае трехфазного электродвигателя) к цепям измерения напряжения многофункционального анализатора параметров электрических сетей. Диапазон измерения напряжения: от 1×230 В до 3×600 В.
5. Осуществляют проверку работоспособности всех средств измерения и передачи данных. Визуально проверяют наличие и работоспособность фиксированного подключения многофункционального анализатора параметров электрических сетей к контроллеру - архиватору данных, куда в итоге передаются и записываются все данные по ходу измерений.
6. При необходимости выполняют подключение контроллера - архиватора к портативному компьютеру, на котором установлено специальное программное обеспечение мобильного измерительного комплекса.
7. На контроллере - архиваторе данных выбирают режим архивирования (периодичности записи осредненных за соответствующий последний период параметров,
а также местоположение записываемых данных: память контроллера - архиватора данных или жесткий диск портативного компьютера). После чего запускают программу записи данных.
По окончании измерений (или в ходе их - при условии подключения контроллера - архиватора данных к портативному компьютеру) полученные данные измерений обрабатывают с помощью специального программного обеспечения МИК, инсталлированного на портативном компьютере.
Ниже приводится краткое функциональное описание программного обеспечения предлагаемой системы контроля подачи воды, представляющей в итоге мобильный измерительный комплекс (МИК).
Основное назначение программного обеспечения МИК - считывание информации из энергонезависимой памяти контроллера измерительного комплекса (контроллера - архиватора данных), сохранение ее на жестком диске компьютера и конвертирование в формат, пригодный для последующего анализа специалистом или обработки Программой подбора насосного оборудования (например, Программой Win Caps фирмы Грундфос).
Программа записи информации контроллера - архиватора данных построена таким образом, что адрес информационной строки (давление на входе и выходе, расход и потребляемая мощность) в сочетании с фиксированием даты и времени начала записи и интервала записи однозначно определяет дату и время записи данной строки. Если при проведении измерений произойдет отключение питания измерительного комплекса, в информационных строках соответствующего периода будут записаны нули.
Таким образом, при считывании информации программа, в первую очередь, присваивает каждой информационной строке дату и время. Следует отметить, что при записи информации производится ее усреднение за заданный пользователем период измерения (1, 2, 5 минут). При чтении измерительной информации формируется отчетный файл в текстовом формате, содержащий из контроллера - архиватора данных дату и время записи, усредненные значения параметров за прошедший (соответствующий) измерительный
интервал. Отдельно отметим, что измерения и усреднения параметров по всем возможным интервалам начинаются сразу после включения комплекса. В результате, при включении режима записи, первые значения уже будут сформированы и записаны в первую информационную строку.
Данные, считанные из контроллера - архиватора данных, преобразуются и сохраняются в памяти компьютера в текстовом формате, при этом файлу присваивается стандартное имя вида «дата_время.txt», где в параметре «дата» записаны число и месяц начала записи, а в параметре «время» - часы и минуты. Запись информации в таком виде делает ее доступной для обработки любыми соответствующими программами (Excel, Matlab и т.п.), а также для просмотра данных при помощи любых текстовых редакторов. Для первичной визуализации, по окончании чтения информация в графическом виде выводится в окне программы. Здесь, благодаря масштабированию, возможны как детальный просмотр данных, так и получение представления об общей картине процесса за весь период измерения.
Кроме считывания и первичной обработки накопленной информации, программа, в сочетании с измерительным комплексом, позволяет наблюдать в графическом виде (и сохранять в памяти компьютера) получаемую информацию с периодом 1 секунда (как в текущем режиме - в ходе измерений, так и по их завершении). Такая информация представлена в виде совмещенных временных графиков всех измеряемых величин - расхода, давления (два значения, например, входное и выходное), потребляемой мощности, что полезно при точной настройке систем управления насосными станциями (настройка частотного преобразователя, выбор временных параметров при каскадном включении насосов, особенно при больших мощностях), выявлении нехарактерных динамических параметров водопотребления.
Предлагаемая полезная модель изготовлена (см. Приложение 2). Она прошла производственные испытания и показала высокую работоспособность.