Автоматизированная система контроля протечек воды и прорывов пара
AUTOMATED SYSTEM OF CONTROL OF WATER LEAKS AND STEAM BREAKTHROUGH

Изобретение относится к контрольной технике, в частности, к автоматизированным системам контроля и взаимодействия между объектами жилого, общественного и производственного назначения и центральной диспетчерской управления объектами. В частности, система осуществляет обнаружение протечек воды или прорыва пара, локализацию места аварии в автоматическом режиме.
Существующие системы предупреждения протечек воды оснащены гидросенсорами, срабатывающими при заливе уровнем воды в 2-3 мм, что в итоге приводит к ущербу от протечек.
Известна система для обнаружения утечки текущих сред и тревожного оповещения (патент на изобретение РФ №2358252, МПК G01M 3/16, G08B 25/00, от 20.06.2008), включающая устройство обнаружения утечки, размещенное в месте возможной утечки, с которым территориально разнесено приемно-исполнительное устройство, вход которого с помощью канала связи подключен к выходу устройства обнаружения утечки. Устройство обнаружения утечки содержит датчик утечки, блок передачи данных и процессор, первый информационный вход которого подключен к выходу датчика утечки, а выход - к информационному входу блока передачи данных. Выход блока передачи данных является выходом устройства обнаружения утечки. Выход первого блока питания подключен к входам питания процессора и блока передачи данных. Приемно-исполнительное устройство включает в себя контроллер, исполнительный блок отображения и оповещения, второй блок питания и приемник. Вход приемника является входом приемно-исполнительного устройства, а выход подключен к информационному входу контроллера. Выход контроллера подключен к информационному входу исполнительного блока отображения и оповещения. Имеется второй блок питания, вход которого подключен к выходу указанного исполнительного блока, а выход - ко входам питания приемника, контроллера и исполнительного блока. В устройство обнаружения утечки введен инерциальный блок позиционирования, выполненный с возможностью обнаружения несанкционированного перемещения и несанкционированного поворота устройства обнаружения утечки вокруг любой из его осей. Вход питания указанного инерциального блока подключен к выходу первого блока питания. Процессор выполнен со вторым информационным входом, который подключен к выходу инерциального блока.
Недостатком данной системы обнаружения утечки является то, что к контроллеру возможно подключение только одного датчика утечки. Кроме того, данная система ограничена в области чувствительности к малым протечкам воды и работает на принципе залива датчиков слоем воды.
Известна система предотвращения заливов помещений (патент на изобретение РФ №2181863, МПК F24D 19/10 (2000.01), от 08.11.2000), которая содержит регулируемые электромагнитные запорные клапаны, устанавливаемые в трубопроводы, влагочувствительные датчики, размещаемые в местах прокладки трубопроводов в зоне пола помещения, и аппарат управления, связанный с датчиками и клапанами для реализации функции открытия или закрытия проходного сечения указанных клапанов в зависимости от показаний датчиков. Аппарат управления включает в себя блок управления силовой частью, выход которого связан с первым входом блока запитки электромагнитных клапанов, который выходом связан с обмотками электромагнитных клапанов, а своим вторым входом - с источником питания, блок определения состояния датчиков, выходом связанный с блоком управления силовой частью и с генераторным блоком, блок определения работоспособности датчиков, выходом связанный с генераторным блоком, при этом последовательно связанные между собой влагочувствительные датчики подсоединены к блокам определения состояния датчиков и определения работоспособности датчиков.
Недостатком этой системы предотвращения заливов является то, что система реагирует на залив помещений, на протечку довольно значительного количества воды. Отсутствует механизм раннего обнаружения протечек малым количеством воды, а также система не реагирует на пар и конденсат.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой системе (прототип) является система обнаружения протечек воды и отключения ее подачи в помещение (патент на изобретение РФ №2307898, МПК Е03С 1/00, F24D 19/10 от 06.09.2005), содержащая электромагнитные запорные клапаны, установленные на водоразборных трубопроводах подачи холодной и/или горячей воды, влагочувствительные датчики, размещенные в местах возможных протечек воды, аппарат управления, электрически связанный как с электромагнитными клапанами, так и с влагочувствительными датчиками, и блок питания, входом связанный с источником электроэнергии 220 В, при этом аппарат управления включает в себя блок коммутации и блок индикации, влагочувствительные датчики подключены к входу блока коммутации, первый выход которого связан с входом блока индикации, а второй его выход соединен с электромагнитными клапанами, причем блок питания подключен к блоку индикации и к входам влагочувствительных датчиков, которые соединены между собой параллельно. К недостаткам этой системы можно отнести:
- значительное время от образования протечки до ее обнаружения (сигнал появляется при образовании лужи вокруг датчика диаметром 3-5 см);
- сложность локализации сработавшего датчика;
- отсутствие реакции на пар и конденсат;
- вероятность ложного срабатывания датчиков;
- ограниченность применения для протяженных объектов, например, трубопроводов.
Заявляемое изобретение ставит задачу по разработке автоматизированной системы контроля протечек воды и прорывов пара, лишенную недостатков протопипа, способную мгновенно определить, предупредить и предотвратить поступление воды или прорыва пара на ранних стадиях критических ситуаций и при минимальных объемах протечки воды.
Таким образом, целью изобретения является расширение функциональных возможностей системы, повышение ее чувствительности и надежности. Поставленная задача достигается тем, что в автоматизированной системе контроля протечек воды, содержащей влагочувствительные датчики, размещенные в местах возможных протечек воды, аппарат управления, электрически связанный с влагочувствительными датчиками, и блок питания, согласно изобретению аппарат управления включает в себя программируемое реле ОВЕН ПР200 и исполнительные реле или группу исполнительных реле, влагочувствительные датчики выполнены на основе - гидросенсорного кабеля и подключены независимо друг от друга к входу программируемого реле ОВЕН ПР200 аппарата управления через один или два устройства ввода сигнала, с последующей возможностью объединения влагочувствительных датчиков попарно, выходы программируемого реле ОВЕН ПР200 подключены к исполнительным реле или группе исполнительных реле, контакты которых электрически связаны с цепями управления технологическим оборудованием.
Каждое устройство ввода сигнала обеспечивает подключение до четырех влагочувствительных датчиков.
Каждое устройство ввода сигналов выполнено на основе последовательно соединенных триггеров Шмидта и снабжено на входе регулятором чувствительности системы. Программируемое реле ОВЕН ПР200аппарата управления связано по интерфейсу RS-485 с промышленным контроллером или компьютером, осуществляющим контроль протечек по датчикам и по реле.
Наличие влагочувствительных датчиков, работающих в паре, позволяет уменьшить количество ложных срабатываний датчиков, т.к. появление сигнала о протечке происходит только тогда, когда сигнал поступает сразу от двух влагочувствительных датчиков.
Кроме того, указанное схемное решение устройства ввода сигналов с подключением его к программируемому реле ОВЕН ПР200 аппарата управления дает возможность изменять чувствительность системы в широких пределах, начиная с регистрации протечки пара.
Такая совокупность существенных признаков обладает новизной, позволяет расширить функциональные возможности системы, повысить ее чувствительность и надежность, что свидетельствует о ее соответствии критерию «изобретательский уровень».
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где на фигуре 1 приведена блок-схема системы; на фигуре 2 - принципиальная схема устройства ввода сигнала (для четырех датчиков), позволяющая изменять чувствительность системы в широких пределах; на фигуре 3 - разработанная структура программы программируемого реле ОВЕН ПР200, позволяющая обработать данные от восьми датчиков протечки.
Автоматизированная система контроля протечек воды (см. фиг. 1) включает влагочувствительные датчики 1, подключенные независимо друг от друга к программируемому реле 3 ОВЕН ПР200 аппарата управления 5 через устройства ввода сигналов (УВС) 2 (см. фиг. 2). Устройство ввода сигналов выполнено на основе последовательно соединенных триггеров Шмидта (У.1.1) и (У1.2), формирователя сигналов (R2-C1), усилителя (У3.1) и снабжено регулятором чувствительности системы (R1 и R3) в широких пределах.
Преобразованный УВС сигнал от влагочувствительного датчика в стандартный сигнал («О» - нет протечки, «1» - есть протечка) поступает на вход программируемого реле ОВЕН ПР200 с возможностью последующего попарного объединения датчиков, что позволяет исключить из обработки ложные сигналы протечки от датчиков (см. фиг. 3). Для программируемого реле ОВЕН ПР200 аппарата управления 5 разработано программное обеспечение в среде программирования, которое предназначено для создания алгоритмов работы коммутационных приборов, где для составления программы использовался визуальный язык на основе графических блоков, применяемых в цифровых электрических схемах
Разработанная программа позволяет обрабатывать данные от восьми датчиков протечки. Программируемое реле 3 ОВЕН ПР200 аппарата управления 5 соединено с исполнительными реле 4, которые электрически связаны с цепями управления технологическим оборудованием, отключающим подачу воды при аварийных ситуациях (на фиг. 1 не показаны). Аппарат управления 5 связан по интерфейсу 8 RS-485 с промышленным контроллером или компьютером 6, который осуществляет контроль ситуации протечек по влагочувствительным датчикам 1 и по исполнительным реле 4.
Один блок питания 7 24 В DC подключен к устройствам ввода сигнала 2, второй блок питания 7 24 В DC соединен с программируемым реле 3 ОВЕН ПР200.
Система работает следующим образом.
При воздействии небольшого количества воды (или пара) на влагочувствительный датчик 1 на основе гидросенсорного кабеля изменяется сопротивление гидросенсорного кабеля. Это изменение преобразуется устройством ввода сигнала (УВС) 2 в стандартный сигнал логической «1» и передается на вход программируемого реле 3 ОВЕН ПР200. Программа для программируемого реле 3 ОВЕН ПР200, разработанная с использованием визуального языка на основе графических блоков, применяемых в цифровых электрических схемах, позволяет исключать из системы отдельные влагочувствительные датчики 1 и объединять их попарно по следующему алгоритму: сигнал на исполнительные реле 4 подается с выхода программируемого реле 3 ПР200 только в том случае, если сработали два влагочувствительных датчика 1 одновременно. Реакцией на протечки являются сигналы 24 В, поступающие с дискретных выходов программируемого реле ОВЕН ПР200. Эти сигналы вызывают срабатывание исполнительных реле 4, контакты которых управляют исполнительными механизмами: включение/выключение технологического оборудования, открытие/закрытие кранов, задвижек, клапанов.
Программируемое реле 3 ОВЕН ПР200 по интерфейсу 8 RS-485 протокол Modbus соединено с компьютером или промышленным контроллером 6. Состояние влагочувствительных датчиков 1 и исполнительных реле 4 отражается на компьютере или промышленном контроллере 6 и позволяет наглядно визуализировать события, происходящие на подконтрольных объектах, протоколировать и архивировать события, а также производить дополнительную обработку информации
Была проведена опытная демонстрация работы автоматизированной системы контроля протечек, в состав которой входили влагочувствительные датчики на основе гидросенсорного кабеля, устройство ввода сигналов (УВС), программируемое реле ОВЕН ПР200 и исполнительные реле, подключаемые к выходам программируемого реле ОВЕН ПР200. На гидросенсорный кабель оказывали действие влагой. Изменение сопротивления кабеля, вызванное воздействием на него влаги, преобразовывалось устройством ввода сигнала (УВС) в стандартный сигнал логической «1». Полученный сигнал поступал на дискретные входы программируемого реле ОВЕН ПР200. Подача на вход ОВЕН ПР200 логической «1» сразу от двух датчиков вызывала появление постоянного сигнала 24в на соответствующем выходе ОВЕН ПР200.
2
Исследования проводились воздействием на гидросенсорный кабель паром или водой. Порог реагирования системы менее 0,0001 грамма воды на 1 мм гидросенсорного кабеля.
Использование предлагаемого оборудования позволяет мгновенно определить, предупредить и предотвратить поступление воды или прорыва пара на ранних стадиях критических ситуаций, с определением места аварии. Также появляется возможность использования широкого спектра логических контроллеров, подключения нескольких вычислительных ресурсов по отдельным линиям. Все это дает возможность построения многоуровневых автоматизированных систем контроля протечек, а также соединения нескольких АСКП в единую систему с возможностью подключения до 256 влагочувствительных датчика и возможно, территориально разнесенную.
Раннее обнаружение проточек воды и прорывов пара позволяет минимизировать или полностью предотвратить ущерб от воздействия воды на сложнотехнических промышленных объектах (АЭС, ТЭС метрополитен, ЖКХ, линии связи и других).