ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ОБСЛЕДОВАНИЯ СТАЦИОНАРНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ МЕТОДОМ ТЕПЛОВИЗИОННОГО КОНТРОЛЯ

Полезная модель относится к области контроля стационарного энергетического оборудования и может быть использована для оперативного и бесконтактного обнаружения неисправностей в работе оборудования в условиях эксплуатации, в частности, железнодорожного оборудования.
Известна технология тепловизионных обследований энергетического оборудования, состоящая из контрольно-диагностических операций: тепловизионной съемки и обработки результатов на компьютере. Тепловизионную съемку осуществляют с помощью переносных тепловизоров (см. Тепловизионный контроль оборудования локомотивов /А.В.Лукьянов и др. // Железнодор. транспорт. - 2005. - №8. - с.48-50).
Недостатками известного технического решения являются «ручные» фиксация показаний тепловизора и передача данных на компьютер из-за отсутствия соответствующего автоматизированного управления процессами измерений и обработки, что приводит к увеличению времени и трудозатрат на проведение обследований оборудования.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявленная полезная модель, является сокращение времени и снижение трудозатрат при проведении испытаний, а также повышение точности определения энергетических показателей.
Указанный технический результат достигается в программно-аппаратном комплексе для обследования стационарных энергетических объектов методом тепловизионного контроля, содержащем объект обследования, тепловизор, пост управления, с расположенным в нем
компьютером, электрический шкаф, нагреватели и датчики температуры, при этом электрический шкаф включает в себя счетчик электроэнергии, источник питания, автоматические выключатели, силовые реле, управляемые модулем цифрового ввода-вывода, измерители температуры, преобразователь интерфейсов, розетки питания компьютера и тепловизора, силовые розетки и клеммный соединитель, а пост управления включает преобразователи интерфейсов и устройство видеозахвата, причем электрический шкаф подключен к щиту электроснабжения через клеммный соединитель, а вилки силовых кабелей нагревателей подключены к силовым розеткам электрического шкафа.
Заявленный комплекс включает электрический шкаф В1, пост В2 управления, нагреватели НК1 и НК2, датчики температуры D1...D24, объект обследования В3 и тепловизор В4.
Электрический шкаф В1 предназначен для учета электрической энергии, подаваемой на нагреватели НК1 и НК2, управления нагревателями, сбора данных о температуре нагрева с помощью датчиков температуры D1...D24 и обеспечения связи приборов с компьютером.
Электрический шкаф В1 содержит:
A1 - счетчик электроэнергии с дистанционным управлением и передачей данных по последовательному интерфейсу RS-485;
А2 - стабилизированный источник питания напряжением 24 В для питания модуля цифрового ввода-вывода и 5 В для питания электронных устройств счетчика электроэнергии (источник питания подключен к сети переменного тока 220 В - 50 Гц);
A3 - преобразователь интерфейсов для согласования интерфейсов приборов в электрическом шкафе с интерфейсом поста управления;
А4 - модуль цифрового ввода-вывода для управления силовыми реле по последовательному интерфейсу RS-485;
А5, А6, А7 - восьмиканальные микропроцессорные измерители температуры для контроля температуры с помощью выносных датчиков температуры и передачи данных последовательному интерфейсу RS-485;
Q1 - автоматический выключатель с электромагнитной и тепловой защитой для включения/отключения силовой цепи и снабжения электрической энергией нагревателей;
Q2 - автоматический выключатель для включения/отключения цепей питания электронных приборов А2...А7;
Р1 и Р2 - силовые реле с нормально открытыми контактами и катушкой управления на 230 В переменного тока для управления нагревом путем включения/отключения нагревателей;
X1, Х2 - розетки для питания компьютера поста управления В2 и тепловизора В4 от сети переменного тока 220 В - 50 Гц;
Х3, Х4 - силовые розетки для подключения вилок Х5, Х6 силовых кабелей нагревателей НК1, НК2;
XS1 - клеммный соединитель для подключения шкафа с помощью силового кабеля к щиту электроснабжения цеха.
Пост В2 управления служит для сбора и обработки данных и управления приборами электрического шкафа В1 и тепловизора В4, а также для выдачи данных в удобной для пользователя форме. В состав поста управления входят:
А8, А9 - преобразователи интерфейсов RS-232/USB;
А10 - персональный компьютер (ПК);
A11 - устройство видеозахвата.
Персональный компьютер служит для сбора и обработки данных, поступающих из электрического шкафа В1 от измерителей температуры А5, А6, А7 и счетчика А1 электроэнергии, управления нагревателями НК1 и НК2 с помощью модуля А4 цифрового ввода-вывода и силовых реле Р1 и Р2, дистанционного управления тепловизором В4 с поста В2 управления и записи и обработки видеоданных, поступающих с тепловизора В4,
записи и хранения первичных данных и результатов обработки - паспорта объекта.
Преобразователи интерфейсов А8 и А9 служат для согласования последовательного интерфейса USB с интерфейсом RS-232 тепловизора В4 и поста В2 управления. Устройство видеозахвата А11 служит для ввода видеоданных в компьютер А10.
Внутри объекта обследования В3 размещены нагреватели НК1 и НК2, а также 12 датчиков температуры D1...D12. На наружной стороне объекта размещены остальные 12 датчиков температуры D13...D24.
В комплексе для измерения температуры применяется высокочувствительный тепловизор В4 с высоким пространственным разрешением в части измерения распределения температуры на стенках кузова вагона, что позволяет детально определять местоположение и величину погрешностей в теплоизоляции на стенках кузова вагона.
Принцип действия комплекса показан на примере определения величины коэффициента теплопередачи методом внутреннего нагрева и многоточечным измерением температуры.
Объект обследования - рефрижераторный вагон.
При включении автоматических выключателей Q2 и Q1 электропитание поступает к приборам, расположенным в электрическом шкафу В 1. Электропитание приборов поста управления В2 и тепловизора В4 осуществляется от источника питания А2.
После включения компьютера А10 автоматически загружаются управляющие программы, которые обеспечивают включение тепловизора В4, модуля А4 цифрового ввода-вывода и измерителей температуры А5, А6 и А7. С помощью компьютера А10 выполняется их инициализация и тестирование.
В компьютере А10 запускается управляющая программа, которая осуществляет запись видеоданных и соответственно производится тепловизионная съемка поверхности кузова вагона. Зафиксированные
термограммы (т.е. результаты регистрации теплового изображения объекта) сохраняются в памяти компьютера.
После завершения этой операции управляющая программа воздействует на модуль А4 цифрового ввода-вывода, который обеспечивает включение силовых реле Р1 и Р2 (по отдельности или вместе в зависимости от содержания команды). Замыкаются контакты К1 и К2 и электропитание подается соответственно на нагреватели НК1 и НК2. Начинается процесс нагрева грузового помещения вагона. Нагреватели НК1 и НК2 имеют разную мощность, что позволяет регулировать мощность нагревания на различных этапах испытаний. Управление включением нагревателей НК1 и НК2 осуществляется с помощью компьютера А10 в соответствии с прикладным программным обеспечением.
В процессе нагрева компьютер автоматически регистрирует: температуру внутри вагона (°С); температуру окружающей среды (°С); скорость нагрева (°С/сек); расход электроэнергии (кВт·ч); электрическую мощность (кВт); продолжительность периода нагревания (сек) и др. Измерение температуры осуществляется с помощью датчиков температуры D1...D24. Опрос датчиков температуры осуществляется последовательно через равные промежутки времени, задаваемые управляющей программой. Данные записываются и сохраняются в памяти компьютера А10 и используются для дальнейшей обработки и вычислений. Значения расхода электрической энергии и текущая мощность нагрева помещения считываются в диалоговом режиме со счетчика электроэнергии А1 и записываются в память компьютера А10.
Таким образом, в зависимости от величины скорости нагревания грузового помещения вагона компьютер автоматически по установленной программе рассчитывает значение коэффициента теплопередачи ограждений вагона.
Процесс нагрева вагона завершается при достижении температуры в грузовом помещении заданного значения. Компьютер А10 выключает нагреватели НК1 и НК2. В соответствии с алгоритмом управляющая программа обеспечивает проведение тепловизионной съемки поверхности кузова вагона. По результатам автоматизированной обработки полученных термограмм и сравнения их с термограммами, зафиксированными перед началом испытаний, компьютер А10 отображает на экране монитора участки поверхности кузова вагона с нарушенной теплоизоляцией. Данная информация используется ремонтным персоналом депо для определения поврежденных локальных участков ограждения кузова вагона, требующих выполнения ремонтных операций для восстановления их теплоизоляционных свойств.
После окончания измерений и вычислений компьютерная программа формирует отчетные материалы в виде таблиц, графиков и изображений термограмм.
Заявленная полезная модель программно-аппаратного комплекса для обследования стационарных энергетических объектов методом тепловизионного контроля позволяет осуществить полную автоматизацию процесса обследования, что приводит к сокращению времени проведения обследования в 2 раза, к снижению трудозатрат на 30% и повышению точности определения энергетических показателей на 20%.