КОМПЛЕКС СБОРА И ОБРАБОТКИ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ МОНИТОРИНГА БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ

Полезная модель относится к телеметрическим системам и может быть использована для мониторинга безопасности промышленных объектов.
Известна многоканальная автономная система для анализа и регистрации динамических процессов, содержащая набор датчиков, преобразователей, фильтров и усилителей, аналого-цифровой преобразователь, электронно-вычислительную машину, оперативное запоминающее устройство, таймер, персональный компьютер, принтер, источник питания с преобразователем напряжения, двухкомпонентные датчики ускорения, датчики температуры, приемопередатчик, контроллер, преобразователь напряжения (описание изобретения к патенту РФ №2271031, МПК G05D 19/02, опубликовано 27.02.2006 г., бюл. №6).
Недостаток системы состоит в недостаточной информированности о предельных нагружениях на объект в случаях достижения заданного предельного уровня.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является комплекс сбора и анализа телеметрической информации для мониторинга безопасности объектов, описанный в патенте РФ №2337391, МПК G05BD 19/02 (опубликован 21.03.2007, бюл. №30), принятый за прототип. Комплекс сбора и анализа телеметрической информации для мониторинга безопасности объектов содержит набор датчиков, преобразователи, усилители, фильтры, два источник питания, аналого-цифровой преобразователь АЦП, блок входных данных, блок управления, ноутбук, таймер, запоминающее устройство, три задатчика уровня, блок анализа информации порогового уровня, три оперативных запоминающих устройство, блок выделения максимальных амплитуд, блок выделения экстремумов, счетчик количества циклов, блок формирования команды предельного уровня, блок выходных данных, регистратор, три передатчика, канал связи, три приемника, формирователь сигналов предельных уровней информации и табло, контрольную панель сбора данных, генеральный пункт сбора данных.
Недостатком данного комплекса является отсутствие дифференциального учета степени важности телеметрической информации о состоянии объектов, что в условиях ограниченной пропускной способности канала связи приводит к снижению безопасности самих объектов.
Для надежного функционирования объектов необходимо, в первую очередь, передавать на пункты сбора данных (диспетчерские пункты) информацию об объектах, находящихся в аварийном состоянии. Затем передавать информацию об объектах, значения параметров которых приближаются к аварийному уровню, и только в последнюю очередь - технологическую информацию о динамике состояния работоспособных объектов.
Технический результат - повышение безопасности функционирования объектов на основе ранжирования сообщений с измерительной информацией о состояниях объектов для дальнейшей передачи по каналу связи с ограниченной пропускной способностью.
Этот результат достигается тем, что в предложенный комплекс сбора и обработки телеметрической информации для мониторинга безопасности объектов, содержащий наборы (по числу n объектов контроля) последовательно соединенных датчиков, преобразователей, фильтров и усилителей, аналого-цифровой преобразователь, последовательно соединенные блок входных данных, блок анализа информации порогового уровня, запоминающее устройство и блок выходных данных, последовательно соединенные регистратор, передатчик, канал связи, приемник с декодером и контрольная панель сбора данных, первое оперативное запоминающее устройство, вход которого соединен с вторым выходом блока анализа информации порогового уровня, второе оперативное запоминающее устройство, блок выделения экстремумов, блок управления, первый выход которого подключен к управляющему входу блока входных данных, таймер, вход которого подключен к второму выходу блока управления, первый, второй и третий задатчики уровней, входы которых объединены и подключены к третьему выходу блока управления, выход первого задатчика уровня подключен к второму входу блока анализа информации порогового уровня, выход второго задатчика уровня подключен к третьему входу блока анализа информации порогового уровня, выход третьего задатчика уровня подключен к четвертому входу блока анализа информации порогового уровня, пятый вход которого соединен с выходом таймера, управляющий вход блока выходных данных подключен к четвертому выходу блока управления, пятый выход которого соединен с управляющим входом запоминающего устройства, согласно изобретению ведены дополнительно коммутатор, информационные входы которого соединены с выходами соответствующих усилителей, выход коммутатора подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к информационному входу блока входных данных, последовательно соединенные блок прогноза аварий и блок ранжирования сообщений, выход которого подключен ко второму информационному входу запоминающего устройства, управляющий вход блока ранжирования сообщений совместно с управляющим входом коммутатора подключены к шестому выходу блока управления, первый вход блока прогноза аварий совместно с первым входом блока выделения экстремумов подключены к выходу первого оперативного запоминающего устройства, второй вход блока прогноза аварий подключен к выходу второго оперативного запоминающего устройства, вход которого подключен к третьему выходу блока анализа информации порогового уровня, четвертый выход которого подключен к второму входу блока выделения экстремумов, выход которого подсоединен к третьему входу блока прогноза аварий, четвертый вход которого подключен к выходу таймера, выход блока выходных данных подключен к входу регистратора.
Коммутатор введен для обеспечения последовательного сбора измерительной информации с объектов контроля, блок прогноза аварий - для расчета ориентировочного времени достижения контролируемым параметром аварийного уровня, блок ранжирования сообщений - для формирования очереди на передачу сообщений о состояниях объектов: аварийных, предаварийных, работоспособных.
На фиг.1 представлена структурная электрическая схема комплекса сбора и обработки телеметрической информации для мониторинга безопасности объектов.
Комплекс сбора и обработки телеметрической информации для мониторинга безопасности объектов содержит наборы (по числу n объектов контроля) датчиков 1, преобразователей 2, фильтров 3 и усилителей 4, коммутатор 5, блок 6 управления, аналого-цифровой преобразователь 7, блок 8 входных данных, блок 9 анализа информации порогового уровня, таймер 10, первый задатчик 11 уровня, второй задатчик 12 уровня, третий задатчик 13 уровня, запоминающее устройство 14, блок 15 выходных данных, регистратор 16, передатчик 17, канал 18 связи, приемник 19 с декодером, контрольную панель 20 сбора данных, первое оперативное запоминающее устройство 21, второе оперативное запоминающее устройство 22, блок 23 прогноза аварий, блок 24 ранжирования сообщений, блок 25 выделения экстремумов.
Комплекс работает следующим образом.
Датчики 1 измеряют параметры объектов. Результаты измерения в преобразователях 2 преобразуются в электрические сигналы со значениями напряжения, пропорциональными значениям измеряемых параметров. Сигналы отфильтровываются и усиливаются соответственно в блоках 3 и 4.
Выходные сигналы измерительных каналов, состоящих из последовательно соединенных блоков 1-2-3-4, подаются на коммутатор 5, который по команде с блока 6 управления осуществляет последовательное подключение аналого-цифрового преобразователя 7 к измерительным каналам (выходом фильтров 4).
С выхода преобразователя 7 оцифрованные сигналы поступают на информационных вход блока 8 входных данных, на управляющий вход которого подаются командные сигналы с блока 6 о поканальном распределении измерительных сигналов в соответствии с заданной частотой дискретизации.
xi
1
2
3
3
2
1
С выхода блока 8 все сигналы уровня U последовательно и в соответствии с нумерацией объектов (i=1, 2,…, n) поступают в блок 9 анализа информации порогового уровня, на второй вход которого с таймера 10, подключенного к выходу от блока 6, поступают временные синхросигналы. Результат измерения в блоке 9 сравнивается с пороговыми напряжениями U, U и U, которые формируют соответствующие задатчики уровней 11, 12 и 13. Уровень U является аварийным для контролируемого объекта, уровень U - предаварийным, а достижение уровня U свидетельствует о необходимости исследовать динамику процессов, протекающих в объекте.
xi
3
xi
3
В случае, если результат измерения U окажется выше порогового уровня U(U>U), то с первого выхода блока 9 в запоминающее устройство 14 поступит сигнал аварии, характеризующий нештатную ситуацию на i-м объекте. Данное сообщение с выхода запоминающего устройства 14 подается на информационный вход блока 15 выходных данных, где ему присваивается высший приоритет.
С выхода блока 15 сообщение об аварии в i-м объекте поступает на регистратор 16, далее передается вне очереди с помощью передатчика 17 по каналу 18 связи. На приемной стороне канала 18 связи сообщение декодируется в приемнике 19 и отражается на контрольной панели 20 сбора данных диспетчерского пункта.
1
xi
2
1i
xi
1
Если результат измерения находится в диапазоне между первым и вторым уровнями (U≤U<U), то в момент t превышения значением напряжения U первого порогового уровня U с второго выхода блока 9 на вход первого оперативного запоминающего устройства 21 поступает сообщение, свидетельствующее о необходимости проведения анализа динамических процессов в i-м объекте.
2i
xi
2
i
2i
1i
i
2
1
3
В момент t превышения уровнем измеряемого сигнала U второго порогового уровня U с третьего выхода блока 9 на второе оперативное запоминающее устройство 22 поступает сообщение о превышении предаварийного уровня. Выходы устройств 21 и 22 соединены с соответствующими информационными входами блока 23 прогноза аварий. Блок 23 вычисляет временной интервал между поступившими сообщениями (в виде разности Δt=t-t), по которому определяет скорость изменения параметра i-го объекта v=(U-U)/Δti и прогнозирует ориентировочное время  достижения аварийного уровня U.
3
В соответствии с результатами прогноза по информации, поступающей с блока 23, блок 24 ранжирования осуществляет заполнение ячеек памяти запоминающего устройства 14 в порядке увеличения прогнозируемого времени . В первую очередь записываются сообщения об объектах, параметры которых раньше достигнут аварийного уровня U, затем - об объектах, находящихся в предаварийном состоянии, и в последнюю очередь - технологическая информация о работоспособных объектах.
xi
1
В случае, если значение U, начнет уменьшаться ниже уровня U, что свидетельствует об обратимости исследуемого процесса в i-м объекте, то с выхода блока 25 вычисления экстремумов в блок 23 прогноза аварий поступит сигнал о прекращении анализа динамического процесса. Входы блока 25 соединены с выходом оперативного запоминающего устройства 21 и четвертым выходом блока 9 анализа информации порогового уровня.
xi
3
Поступившая с блока 24 ранжирования в запоминающее устройство 14 информация о прогнозируемых моментах перехода объектов в аварийные состояния является менее приоритетной по сравнению с информацией, поступающей с первого выхода блока 9 (в случаях U>U).
xi
3
2
xi
3
1
xi
2
Блок 15 выходных данных обеспечивает формирование очереди сообщений по результатам мониторинга объектов на передачу по каналу 18 связи (через регистратор 1 6 и передатчик 17). В первую очередь передаются сообщения об объектах, параметры которых достигли значений аварийного уровня U>U. Затем передаются сообщения об объектах мониторинга со значениями параметров, характеризующих приближение аварийного состояния: U≤U<U. Последними передаются сообщения об объектах, параметры которых не достигли уровня предаварийного состояния: U≤U<U.
Таким образом, предлагаемый комплекс позволяет повысить безопасность функционирования объектов путем ранжирования сообщений телеметрической информации о состоянии данных объектов и установления разно-приоритетной очередности для передачи сообщений по каналу связи с ограниченной пропускной способностью.