АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ДИАГНОСТИКА
AUTOMATED FUNCTIONAL DIAGNOSTICS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение касается способа и системы для автоматизированного функционального контроля установки ОВК (ОВК: отопление, вентиляция, кондиционирование), которая имеет следующие компоненты:
a) канал (1) потока жидкости,
b) расположенный в этом канале клапан (5) потока жидкости, который имеет корпус (5) клапана в канале (1) потока жидкости и двигатель (15) клапана, движущий корпус (5) клапана,
c) схему управления для приведения в действие двигателя клапана,
d) датчик (8) в канале (1) потока жидкости и
e) модуль аналитической обработки для аналитической обработки сигналов датчика.
Кроме того, изобретение касается клапана потока жидкости, который может применяться в установке ОВК.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Существуют нормы, в соответствии с которыми эксплуатирующая сторона установки ОВК (ОВК: отопление, вентиляция и кондиционирование) должна регулярно проверять процесс ее функционирования. Это, в частности, важно для компонентов безопасности, таких как противопожарные заслонки. Для этого инспектор, например, каждые 6 месяцев на месте должен, в частности, проверять закрытие заслонок установки ОВК и/или в случае работающих системных вентиляторах контролировать параметры объемных расходов. В результате таких испытаний можно установить, функционируют ли заслонки надлежащим образом, должны ли быть заменены встроенные фильтры или имеются ли в системе утечки. С помощью этих испытаний инспектор может также при введении в эксплуатацию установки ОВК проверять, например, смонтированы ли надлежащим образом и соединены ли друг с другом приводы и заслонки и герметичны ли вентиляционные каналы.
С помощью испытаний установки ОВК могут, кроме того, проверяться на их функциональную надежность важные для безопасности компоненты, то есть, например, противопожарные заслонки, которые в случае пожара должны надежно выполнять свою функцию. Но в результате испытаний могут также возникнуть указания по эксплуатации установки ОВК оптимальным образом, так чтобы, например, неисправная заслонка могла ремонтироваться или заменяться, чтобы, в зависимости от ситуации, экономить производственные расходы или улучшать комфортные условия в помещении.
Регулировочные клапаны для вентиляционных систем известны в самых разных вариантах осуществления. Примеры современных систем известны, например, из WO 2005/053975 (Belimo) и из WO 2009/109056 (Belimo). В продаже имеются также противопожарные заслонки, приводимые в действие двигателем.
Из других случаев технического применения известно, что функциональное состояние прибора во время эксплуатации может определяться автоматически или, соответственно, во время работы.
Например, в WO 2005/59669 описано измерение статического давления в системе ОВК для оценки состояния фильтра системы ОВК. Можно ожидать, что давление будет возрастать, как только фильтр будет засорен. Изменения давления периодически проверяются, и на дисплее пользователю индикативно отображается состояние фильтра, а также предлагается замена, в случае если задаваемое состояние достигнуто.
Из US 6,107,923 известно детектирование состояния фильтра в вентиляционной системе самолета. В определенном рабочем состоянии определяется параметр воздушного потока, который направляется в пассажирский салон. Этот параметр сравнивается с эталонным значением и определяется, должен ли быть заменен фильтр. В качестве параметров могут определяться давление, объем или скорость.
В US 6,334,959 раскрывается измерение остаточного срока службы фильтра. Наполненная частицами жидкость направляется через фильтр и на фильтре измеряется разность давлений. Измерение оцифровывается и сравнивается с сохраненными в памяти значениями для отображения остаточного срока службы фильтра. Сохраненные в памяти значения могут определяться на основе измерений, полученных во время испытаний.
Проверка установок ОВК является трудоемкой, так как на месте одним или несколькими инспекторами должны проводиться разные испытания для проверки работоспособности установки. Из-за этого иногда возникают значительные расходы. Поэтому пытаются по возможности сократить до минимума частоту испытаний, например, в соответствии с законодательными нормами или согласно бюджету. Поэтому зачастую между испытаниями возникают интервалы, равные нескольким месяцам. Неисправности установки ОВК могут, таким образом, констатироваться только после иногда значительной временной задержки, вследствие чего риск безопасности или неоптимальная эксплуатация установки ОВК в течение продолжительного времени может оставаться необнаруженной.
ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей изобретения является создать в вышеназванной технической области соответствующий способ и систему, которые позволят осуществлять эффективную проверку установки ОВК, смогут проводиться часто, а также экономичны.
Решение задачи определено признаками независимых пунктов формулы изобретения. Сначала заявляется система, которая включает в себя следующие компоненты:
a) канал (1) потока жидкости,
b) расположенный в этом канале клапан (5) потока жидкости, который имеет корпус (5) клапана в канале (1) потока жидкости и двигатель (15) клапана, движущий корпус (5) клапана,
c) схему управления для приведения в действие двигателя клапана,
d) датчик в канале потока жидкости и
e) модуль аналитической обработки для аналитической обработки сигналов датчика.
Предлагаемый изобретением способ включает в себя следующие этапы:
a) задание первого устанавливающего сигнала схемой управления двигателю клапана, причем этот устанавливающий сигнал соответствует первому заданному положению тела клапана,
b) регистрация первого сигнала сенсора модулем аналитической обработки,
c) определение функционального диагноза клапана потока жидкости на основании первого сигнала датчика.
В рамках изобретения корпус клапана должен быть приведен в движение по меньшей мере один раз. Поэтому первый устанавливающий сигнал должен соответствовать первому заданному положению клапана потока жидкости, измененному относительно текущего заданного положения.
Функциональный диагноз представляет собой значение, которое указывает, действительно ли клапан потока жидкости выполняет управляющие команды надлежащим образом. Если, например, имеется механический недостаток или дефект, то корпус клапана не примет заданные положения, заданные схемой управления. Соответственно первый сигнал датчика не определит ожидаемое значение измерения. Таким образом, посредством аналитической обработки или, соответственно, сравнения зарегистрированных сигналов датчика можно диагностировать неправильное функционирование. Такая же диагностика осуществляется, например, при выходе из строя двигателя (или не подключении к электрическому току) или при неисправности кабельной проводки, так что управляющий сигнал даже не поступит на двигатель.
Схема управления может быть реализована в центральной системе, которая контролирует все здание. Но она может быть также помещена в нижестоящей системе управления этажа (которое управляет и контролирует приводы одного этажа) или в том же корпусе, что и двигатель клапана.
Модуль аналитической обработки может представлять собой вычислительную программу, которая инсталлирована в системе центрального управления установки ОВК или которая запущена в процессоре, размещенном в корпусе привода. Кроме того, аналитическая оценка может также осуществляться в другом месте, например, на компьютере для технического обслуживания, который через интернет соединен с процессором для управления двигателем клапана или для регулирования потока жидкости в месте клапана потока жидкости.
С помощью вышеназванного способа можно автоматически проверять функционирование клапана потока жидкости. Установление заданного положения, отличающегося от текущего положения корпуса клапана, приводит к изменению представленного поперечного сечения канала потока жидкости, что может быть обнаружено посредством датчиков, которые предпочтительно уже расположены вблизи клапана потока жидкости в канале потока жидкости. Могут быть также, конечно, заранее установлены несколько разных заданных положений и для каждого регистрироваться соответствующий сигнал измерения датчика, так чтобы мог осуществляться детальный функциональный диагноз.
Опционально модуль аналитической обработки осуществляет функциональную диагностику в виде двух или трех возможных состояний. Эти два возможных состояния могут соответствовать значению «работоспособно» и «неисправно». Если в качестве результата функционального диагноза выдается значение «неисправно» или «неясно», это показатель того, что клапан потока жидкости должен быть на месте осмотрен техником или отремонтирован. При необходимости может быть предусмотрено третье состояние, которое соответствует значению «неясно». Значение «неясно» может означать, что клапан потока жидкости хотя и функционирует, но не передает желаемые оптимальные сигналы датчика. В таком случае в определенных обстоятельствах можно отложить осмотр.
Возможно также предусмотреть четыре или больше результирующих состояний. Но это целесообразно только тогда, когда сигналы датчика допускают достаточно дифференцированный функциональный диагноз. Впрочем, как правило, достаточно предоставлять как можно меньше (то есть не более трех) разных функциональных диагнозов. Следует учитывать, что в рамках изобретения значение имеют не слова «работоспособно», «неисправно» или «неясно», а об их техническое выражение. Решающим является, что, например, в качестве результата функционального диагноза возможны только два значения.
Предпочтительно результат функциональной диагностики передается в центральный узел, предназначенный для контроля нескольких клапанов потока жидкости. Это может быть домовая центральная система управления здания, которая также контролирует и регулирует установку ОВК. Но это может быть также управление, которое предусмотрено в клапане потока жидкости, выполняющем функцию главного клапана. Клапаны потока жидкости установки ОВК имеют, таким образом, предпочтительно модуль передачи данных (например, по стандарту Ethernet), через который может осуществляться передача или, соответственно, обмен управляющими сигналами, значениями измерений датчиков и функциональным диагнозом.
Альтернативно или дополнительно результат функциональной диагностики может сохраняться в локальной памяти данных в клапане потока жидкости или отображаться на экономичном дисплее на клапане потока жидкости.
Опционально задаются два разных заданных положения и соответственно регистрируются два сигнала датчика. Кроме того, предварительно для регистрации первого и второго сигнала датчика может создаваться поток жидкости в канале потока жидкости установки ОВК. Тогда можно рассчитать функциональный диагноз на основании изменения потока жидкости, которое должно получаться при изменении заданного положения корпуса клапана. Датчик в этом случае выполнен для измерения параметра потока жидкости. В частности, датчик выполнен для измерения давления жидкости (или, соответственно, падения давления), скорости жидкости или объема жидкости (в единицу времени).
Подготовка потока жидкости может, например, осуществляться за счет того, что на привод потока жидкости (вентилятор, воздуходувку) передается управляющий сигнал для создания потока жидкости с определенным параметром потока жидкости (например, определенной скоростью потока жидкости). Можно, конечно, также работать с заданным (обычно постоянным) потоком жидкости. Подготовка означает, что обеспечивается наличие потока жидкости в установке ОВК. Так, например, в канале потока жидкости может естественным образом иметься поток жидкости («сквозняковое течение»), так что « подготовка» в рамках изобретения не должно ограничиваться активным созданием посредством привода.
В частности, если речь идет о том, чтобы диагностировать закрытие надлежащим образом корпуса клапана, может применяться акустический датчик (звуковой датчик, микрофон). Предпочтительно с одной стороны корпуса клапана (в канале потока жидкости) располагается акустический датчик, а с другой стороны корпуса клапана (в канале потока жидкости) акустический сигнализатор (звуковой генератор, такой как, например, громкоговоритель или пьезоэлемент). Когда клапан потока жидкости при подаче устанавливающего сигнала для закрытого заданного положения не закрывается правильно, это может быть очень легко установлено на основании недостаточного гашения акустического сигнала в месте акустического датчика. Когда в канале потока жидкости транспортируется воздух, акустическое измерение является особенно чувствительным и поэтому предпочтительным.
Звук не обязательно должен генерироваться в месте клапана потока жидкости. Он может также генерироваться в удаленном месте (например, для двух или более клапанов потока жидкости одновременно). Возможно также, чтобы он генерировался (постоянно) имеющейся шумовой помехой (которая, например, генерируется приводом потока жидкости установки ОВК), и чтобы в месте клапана потока жидкости имелся только микрофон.
Предпочтительно в качестве параметра потока жидкости регистрируется давление жидкости. Датчики давления уже широко распространены в существующих установках и поэтому изобретение может быть реализовано простым образом в существующих установках, снабженных установленными датчиками давления.
Альтернативно или дополнительно с давлением жидкости в качестве параметра потока жидкости может регистрироваться скорость жидкости.
Альтернативно или дополнительно в качестве параметра потока жидкости может определяться объем жидкости на единицу времени. Так, например, может определяться объем жидкости, который протекает через канал потока жидкости в течение определенной продолжительности измерения, чтобы определять путем сравнения с заданным значением.
Предпочтительно одно из двух вышеназванных заданных положений является закрытым положением. Второе из вышеназванных заданных положения может быть, например, полностью открытым положением. У многих клапанов, в частности у противопожарных заслонок, особенно важно, чтобы канал потока жидкости мог полностью закрываться, на случай возникновения в системе аварийной ситуации (например, сигнализации пожара). Но есть также клапаны, который в случае возникновения аварийной ситуации должны полностью открываться. У них открытое заданное положение может выбираться в качестве заданного положения, которое должно задаваться в соответствии с изобретением.
При полном закрытии или полном открытии клапана потока жидкости достигаются максимальные для этого потока жидкости значения, то есть, например, максимальная скорость жидкости или максимальное давление жидкости. Чувствительность измерения при этом может улучшаться, благодаря чему оптимизируется надежность аналитической обработки.
Предпочтительно перед подачей первого устанавливающего сигнала или после регистрации первого сигнала датчика выполняются следующие этапы:
a) задание второго устанавливающего сигнала, отличающегося от первого устанавливающего сигнала, посредством схемы управления на двигатель клапана, причем этот второй устанавливающий сигнал соответствует второму заданному положению клапана (5) потока жидкости;
b) регистрация второго сигнала датчика;
c) определение функционального диагноза клапана потока жидкости на основании первого и второго сигнала датчика модулем (9) аналитической обработки.
Задание второго устанавливающего сигнала может заключаться в том, что исходят из уже имеющегося определенного положения, так чтобы тело клапана (еще) не изменяло своего положения. Это происходит тогда, когда клапан потока жидкости приводится в действие только в аварийном случае, а по умолчанию находится в режиме ожидания или, соответственно, в исходном положении. Но могут также активно использоваться два разных заданных положения, например, открытое и закрытое положение клапана.
Не обязательно, чтобы одно из этих положений было полностью закрытым, а другое полностью открытым положением клапана. Например, возможно также, чтобы наряду с закрытым или, соответственно, открытым заданным положением выбиралось полуоткрытое. Например, тогда, когда в момент времени проверки функционирования согласно изобретению клапан потока жидкости занимает именно полуоткрытое положение (или, соответственно, промежуточное положение).
Предпочтительно аналитическая обработка данных измерения или, соответственно, расчет функционального диагноза происходит таким образом, что в качестве функционального состояния может определяться надлежащая герметичность канала потока жидкости. После подготовки потока жидкости клапан потока жидкости полностью закрывается и, например, регистрируется давление жидкости. Зарегистрированное давление жидкости сравнивается с ожидаемым давлением жидкости или с давлением жидкости из эталонного измерения. В случае если это сравнение, например, превышает допуск в 10%, посредством модуля аналитической обработки сигнализируется, что в канале жидкости имеется утечка. Это испытание, конечно, предполагает, что клапан потока жидкости сам полностью надежно закрывается. Полное закрытие может, например, осуществляться с помощью уже упомянутых акустических датчиков, то есть независимо от измерения давления. Это пример того, что может быть целесообразно применять как акустические датчики, так и датчики для регистрации параметров потока жидкости (давление, скорость, расход).
Предлагаемый изобретением способ может, в частности, применяться при регулярной проверке устройств противопожарных заслонок. Это значит, что в качестве клапана потока жидкости предусмотрена противопожарная заслонка, и что функциональный диагноз осуществляется таким образом, что определяется плотное закрытие этой противопожарной заслонки. Альтернативно может также диагностироваться открытие надлежащим образом противопожарной заслонки.
Активирование функциональной диагностики (то есть задание заданных положений и измерение сигналов датчика) может осуществляться как нецентрализованно, так и централизованно. При нецентрализованном активировании активирование происходит, например, непосредственно с помощью установочного модуля (схемы управления), предусмотренного для клапана потока жидкости, например, на основании временного графика (через регулярные или намеренно нерегулярные интервалы), на основании других (отдельных) измерений параметров состояния, которые приводят к необходимости функционального контроля, или на основании определенного события. При центральном активировании обычно индивидуально на каждый клапан потока жидкости передается управляющий сигнал, а именно, в частности, с центральной системы управления установкой на нецентрализованно встроенный установочный модуль, с помощью которого может приводиться в действие клапан потока жидкости. Целью активирования установочного модуля является создать определенное функциональное состояние (например, «клапан закрыт» или «клапан открыт»). Активирование представляет собой, таким образом, электронную команду установочному модулю, чтобы, например, привести в заданное положение угол установки тела клапана потока жидкости.
После этого измеряется, как поток жидкости изменяется или устанавливается вследствие изменения или, соответственно, установки положения тела клапана. Изменение может получаться уже просто вследствие того, что заданное положение, которое задается при активировании, иное, чем заданное положение, существующее до активирования (которое, например, соответствует текущему режиму регулирования). Изменение может, конечно, также осуществляться целенаправленно, при этом сначала осуществляется активирование для первого заданного положения, а после этого активирование для второго заданного положения, и при этом после каждой передачи проведено измерение параметров потока жидкости (первое и второе заданные положения различны).
Если параметр потока жидкости, несмотря на целенаправленное изменение заданного положения корпуса клапана, не изменяется, это показатель неправильного функционирования. Это определяется путем аналитической обработки зарегистрированных данных измерения. Аналитическая обработка в соответствии с изобретением содержит расчетный результат, что заданный компонент установки ОВК функционирует правильно или неисправно. Аналитическая обработка может, например, осуществляться путем сравнения нескольких измерений с различными положениями клапана или путем сравнения с заданным значением. Клапан потока жидкости может, например, представлять собой клапан или заслонку. Когда функциональное состояние определено, тогда нецентрализованным устройством (установочный модель, локальный главный клапан) или центральным управлением установки может выдаваться или отображаться электронное сообщение или подаваться сигнал, так чтобы технический персонал мог пойти и проверить неработоспособный компонент на месте. Таким образом техническое обслуживание и функциональный контроль может регулярно проводиться автоматизировано и с низкими затратами на персонал.
Предлагаемый изобретением способ не следует путать с обычным режимом регулирования установки ОВК. Несмотря на то, что в режиме регулирования (то есть при регулировании вентиляции здания для установки подачи воздуха и условий кондиционирования помещений в соответствии с потребностями) также создается поток жидкости, приводится в действие клапан потока жидкости (чтобы, например, локально уменьшать воздушный поток) и регистрируется один из рабочих параметров (чтобы, например, актуализировать рабочее состояние установки и создать основу для дальнейшего регулирования подачи воздуха), однако в обычном режиме регулирования нет централизованной или нецентрализованной аналитической обработки, результатом которой является, что подлежащий проверке компонент (например, клапан потока жидкости) является работоспособным или нет. Напротив: при нормальной эксплуатации исходят из того, что компоненты функционируют (и не являются неисправными) и после приведения их в действие на основании данных измерений рассчитывается, действительно ли и правильно ли, например., клапан потока жидкости был приведен в действие. Обычный режим регулирования центрального управления основан на рассчитанных и поданных сигналах управления для заданного положения.
Предпочтительно при аналитической обработке данных измерения проводится сравнение с эталонными данными. Эталонные данные могут быть получены из измерения, как, например, эталонного измерения, которое было осуществлено перед вводом в эксплуатацию. В другом варианте осуществления эталонные данные могут основываться на расчетных моделях, таких как, например, гидравлическая модель, которая просчитывается блоком аналитической обработки (или заранее была просчитана компьютером для ввода в эксплуатацию) на основании геометрии (поперечное сечение, изменение в продольном направлении и так далее) гидравлического канала и, например, на основе условий давления и физических свойств (например, вязкости) жидкости.
Предпочтительно в качестве потока жидкости создается воздушный поток. Тогда изобретение может применяться в установках ОВК, которые используют воздух в качестве средства транспортировки тепа или влаги.
Альтернативно в качестве потока жидкости устанавливается поток воды. При этом происходит, например, транспортировка тепла в водопроводах к нагревательным элементам. Таким образом, изобретение находит применение практически в каждой установке ОВК, которая наряду с воздухом использует также воду для транспортировки тепла или холода.
Предпочтительно (в случае необходимости после подготовки потока жидкости) первые управляющие данные передаются в клапан потока жидкости или, соответственно, в установочный модуль. Затем регистрируются первые данные измерений (сигналы датчика) параметров потока жидкости и передаются в модуль аналитической обработки. Потом вторые управляющие данные передаются в установочный модуль, чтобы достичь другого функционального состояния (то есть другого положения корпуса клапана), и затем регистрируются вторые данные измерений параметров потока жидкости и передаются в модуль аналитической обработки. Наконец, первые данные измерений, а также вторые данные измерений подвергаются аналитической обработке в модуле аналитической обработки для определения функционального состояния установки ОВК. При первом или, соответственно, втором активировании установочного модуля производится первая или, соответственно, вторая (отличающаяся от первой установки) установка клапана потока жидкости. Таким образом определяется разница параметра потока жидкости для двух различных положений регулятора. На основании эталонных измерений или физических моделей по этой разнице может определяться функциональное состояние установки ОВК.
Предпочтительно аналитическая обработка данных измерений происходит таким образом, что в качестве функционального состояния может определяться надлежащая перестановка клапана потока жидкости. После создания потока жидкости клапан потока жидкости переставляется в первое и второе положение и, например, регистрируется разность давления жидкости между этими двумя положениями. В случае если разность давлений жидкости не соответствует значению, ожидаемому из первого и второго положения клапана потока жидкости, то есть, например, превышает допуск в 10%, посредством модуля аналитической обработки сигнализируется, что имеется функциональная неисправность клапана потока жидкости.
Предлагаемая изобретением система (устройство) автоматизированного функционального контроля установки ОВК (ОВК: отопление, вентиляция, кондиционирование) включает в себя:
a) канал потока жидкости,
b) расположенный в этом канале клапан потока жидкости, который имеет корпус клапана в канале потока жидкости и двигатель клапана, движущий корпус клапана, для приведения в действие клапана потока жидкости,
c) схему управления для управления двигателем клапана и для подачи первого устанавливающего сигнала двигателю (15; 22) клапана,
d) датчик в канале потока жидкости и
e) модуль аналитической обработки для определения функционального диагноза клапана потока жидкости на основании сигнала датчика.
Модуль аналитической обработки представляет собой, например, программу вычислений, которая запущена в процессоре центрального компьютера (контролирующего множество клапанов потока жидкости) или интеллектуального клапана потока жидкости.
Предпочтительно схема управления запрограммирована, чтобы выполнять процесс автоматического функционального испытания. Она выполняет, например, следующие этапы:
a) задание первого устанавливающего сигнала схемой управления двигателю клапана, причем устанавливающий сигнал соответствует первому заданному положению клапана потока жидкости,
b) регистрация первого сигнала датчика модулем аналитической обработки,
c) задание второго устанавливающего сигнала, отличающегося от первого устанавливающего сигнала, схемой управления двигателю клапана, причем устанавливающий сигнал соответствует второму заданному положению клапана потока жидкости;
d) регистрация второго сигнала датчика модулем аналитической обработки.
Как уже упомянуто выше в связи со способом, предлагаемая изобретением система включает в себя опционально привод потока жидкости для подготовки потока жидкости в канале потока жидкости установки ОВК. Датчик в этом случае предпочтительно выполнен в виде датчика потока жидкости для регистрации данных измерений, касающихся параметра потока жидкости.
С помощью привода потока жидкости создается поток жидкости с определенным значением одного из параметров потока жидкости, такого как, например, скорость жидкости. С помощью надлежащего датчика определяется текущее значение параметра потока жидкости (например, давления жидкости, скорости жидкости и/или объема жидкости в единицу времени) после задания первого и второго заданного положения.
Модуль аналитической обработки выполнен, например, чтобы сравнивать параметр потока жидкости через регулярные интервалы и на основании изменений определять функциональное состояние компонента.
может (как уже упомянуто выше) дополнительно или альтернативно к датчикам потока жидкости иметь другие датчики, в частности, акустические датчики. Кроме того, могут быть предусмотрены акустические сигнализаторы, которые создают детектируемый акустический сигнал. Но возможно также, чтобы акустические датчики осуществляли аналитическую обработку сигналов, которые вследствие помех или шумов возникают в области корпуса клапана и подвергаются влиянию за счет (открытого или закрытого) положения корпуса клапана (фоновые шумы).
Датчики расположены в направлении течения перед или за корпусом клапана в канале потока жидкости. Обычно они находятся на расстоянии менее 1 м, в частности, менее 50 см от корпуса клапана.
Предпочтительно система включает в себя установочный модуль для приведения в действие клапана потока жидкости установки ОВК. С помощью схемы управления (или, соответственно, установочного модуля) устанавливается клапан потока жидкости и изменяется параметр потока жидкости. С помощью датчика потока жидкости это изменение регистрируется и посредством модуля аналитической обработки зарегистрированные данные измерений аналитически обрабатываются, и определяется функциональное состояние компонента установки ОВК. Аналитическая обработка может, например, осуществляться путем сравнения нескольких измерений с различными заданными положениями или путем сравнения с одним заданным значением.
Предпочтительно модуль аналитической обработки имеет память для сохранения эталонных данных, причем модуль аналитической обработки выполнен, чтобы на основании сравнения данных измерений с эталонными данными определять функциональное состояние компонента установки ОВК. Эталонные данные могут, в частности, получаться на основании эталонных измерений.
Соответственно описанному выше способу в предлагаемой изобретением системе модуль аналитической обработки предпочтительно выполнен, чтобы на основании данных измерений как функционального состояния установки ОВК определять надлежащую (то есть соответствующую переданным ранее сигналам) перестановку клапана потока жидкости, и/или надлежащую (то есть соответствующую заданным значениям) герметичность канала потока жидкости, и/или надлежащую (то есть нужную для фильтрации и по меньшей мере необходимую) пропускную способность фильтра. Предлагаемая изобретением система выполнена таким образом, чтобы проверять работоспособность нецентрализованных компонентов установки ОВК с центральной системы управления установки.
Предлагаемый изобретением способ может также осуществляться с помощью так называемого интеллектуального клапана потока жидкости. Этот клапан включает в себя:
a) корпус клапана, который может располагаться в канале потока жидкости;
b) двигатель клапана, движущий корпус клапана, для приведения в действие клапана потока жидкости;
c) схему управления для управления двигателем клапана;
d) интерфейс для датчика, который может располагаться в канале потока жидкости;
e) модуль аналитической обработки для аналитической обработки сигналов датчика.
Схема управления выполнена для задания первого устанавливающего сигнала двигателю клапана, причем этот устанавливающий сигнал соответствует первому заданному положению корпуса клапана. А модуль аналитической обработки выполнен для регистрации первого сигнала датчика и для расчета функционального диагноза клапана (20) потока жидкости на основании первого сигнала датчика (28).
Такой клапан потока жидкости может через канал передачи данных подключаться к централи или, соответственно, компьютеру для удаленного технического обслуживания и позволяет осуществлять автоматизированную функциональную диагностику без больших усилий. Предпочтительно датчик встроен непосредственно в клапан потока жидкости (или, соответственно, в корпус, или, соответственно, патрубок, который является частью клапана потока жидкости). Но может быть также просто предусмотрено гнездо соединительного разъема (в качестве интерфейса) для штекера самостоятельного сенсорного устройства.
Особенно предпочтительно, если клапан потока жидкости в качестве датчика включает в себя микрофон, и если он включает в себя электро/акустический преобразователь (27) для создания звуковых сигналов. Благодаря этому может очень точно и экономично определяться герметичное закрытое положение. Но в клапане потока жидкости могут быть также встроены вышеназванные датчики для регистрации параметров потока жидкости.
Что уже было сказано в связи с предлагаемым изобретением способом относительно второго заданного положения и соответствующего второго измерения сигнала датчика, по смыслу относится также к клапану потока жидкости с интегрированной схемой управления и интегрированным модулем аналитической обработки.
Корпус клапана может быть вставлен в короткий патрубок, который своими концами может подсоединяться к каналу жидкости. Но есть также клапаны потока жидкости, которые выполнены в виде заслонки и которые могут вставляться в существующую трубу (ср. WO 2005/053975, Belimo). Известны также заслонки, которые уже снабжены датчиком (ср. WO 2009/109056, Belimo). В случае этих известных клапанов изобретение может быть реализовано без больших дополнительных затрат, при этом управление интегрировано в корпус привода. Настоящим содержание обеих публикаций WO 2005/053975 и WO 2009/109056 посредством ссылки включается в настоящую заявку.
Клапан потока жидкости предпочтительно представляет собой устройство противопожарной заслонки для монтажа в канал потока жидкости установки ОВК.
В последующем детальном описании и пунктах формулы изобретения раскрываются другие предпочтительные варианты осуществления и комбинации признаков изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На чертежах, используемых для пояснения примеров осуществления, показано:
фиг. 1: схематичное изображение системы ОВК с функциональной диагностикой для клапана потока жидкости;
фиг. 2: вентиляционная система, в которой находит применение это изобретение; и
фиг. 3: схематичное изображение устройства противопожарной заслонки с функциональной диагностикой;
фиг. 4: схематичное изображение одного из предпочтительных способов.
В основном на фигурах одни и те же части снабжены одинаковыми ссылочными позициями.
ПУТИ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1 показана предлагаемая изобретением система автоматизированного функционального контроля установки ОВК (ОВК: отопление, вентиляция, кондиционирование). В канале 1 потока жидкости установки ОВК посредством привода 2 потока жидкости создается поток 3 жидкости.
Поток 3 жидкости представляет собой, например, воздушный поток с определенной температурой, определенной влажностью, определенной степенью чистоты и/или каким-либо другим регулируемым или, соответственно, задаваемым параметром. Он направляется в помещения здания, чтобы создавать в них желаемый микроклимат. Для этого установка ОВК включает в себя, например, собственно известные устройства отопления, устройства охлаждения, устройства увлажнения, осушители, устройства фильтрации или какие-либо другие устройства для влияния на параметры воздушного потока. Эти устройства и приборы известным образом применяются для регулирования микроклимата и в данном случае подробнее не пояснены или не изображены, так как они не являются частью изобретения.
Привод 2 потока жидкости может, в частности, иметь вентилятор, управляемый посредством преобразователя частоты или, соответственно, воздуходувку, чтобы создавать в вентиляционных каналах установки ОВК воздушный поток. Для подготовки потока 3 жидкости с помощью привода 2 потока жидкости предусмотрено управление 4 привода, с помощью которого осуществляется управление приводом 2 потока жидкости. Управление 4 привода и привод 2 потока жидкости могут быть скомпонованы в одном узле, или, как схематично изображено на фиг. 1, выполнены в виде отдельных узлов. Управление привода может, например, задавать или регулировать включение и выключение привода 2 потока жидкости, установку скорости вращения, или какой-либо другой параметр привода 2 потока жидкости. Соответственно управлению привода 2 потока жидкости создается поток 3 жидкости, который, например, имеет определенную скорость потока жидкости, определенное давление потока жидкости или определенный объем потока жидкости.
Чтобы в определенном месте или на определенном участке канала 1 потока жидкости получать определенный поток 3 жидкости, предусмотрен (как схематично изображено на фиг. 1) устанавливаемый клапан 5 потока жидкости, который в настоящем случае включает в себя воздушную заслонку 5 и двигатель 15. Механическая и электрическая конструкция клапана 7 потока жидкости может быть такой, как, например, известно из публикаций WO 2005/053975 A1 (Belimo). Другая (модульная) конструкция известна, например, из WO 2007/006162 A1 (Belimo), в соответствии с которой двигатель со встроенной системой регулирования может устанавливаться на валу заслонки.
Воздушная заслонка 5 может, например, полностью закрываться, чтобы перекрывать поток 3 жидкости, или она может полностью открываться, чтобы максимально пропускать поток 3 жидкости. Кроме того, могут устанавливаться любые промежуточные положения воздушной заслонки 5, благодаря чему поток 3 жидкости может регулироваться между минимальным значением и максимальным значением.
Для установки клапана 5 потока жидкости предусмотрен установочный модуль 6 (электронное управление), который управляет двигателем 15 (электрический привод воздушной заслонки). Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления двигатель 15 и установочный модуль 6 помещены в одном общем корпусе, на котором с возможностью вращения установлена воздушная заслонка 5. Отдельная или интегрированная в корпус привода (или, соответственно, установочного модуля) схема регулирования регулирует в нормальном режиме эксплуатации поток 3 жидкости по значению, передаваемому системой 16 управления зданием, при необходимости с применением сигналов описанного ниже датчика 8 потока жидкости.
В канале 1 потока жидкости расположен датчик 8 потока жидкости, с помощью которого может регистрироваться параметр потока жидкости, такой как, например, давление жидкости, скорость жидкости, объем жидкости в единицу времени, или какой-либо другой параметр потока жидкости. Датчик 8 потока жидкости может представлять собой анемометр, как описано в WO 2009/109056 (Belimo), на основе которого получается один из особенно предпочтительных вариантов осуществления заслонки с соответствующим датчиком.
Датчик 8 потока жидкости, например, вдается в канал 1 потока жидкости. Датчик 8 потока жидкости может быть расположен на внутренней стенке канала 1 потока жидкости и соединен кабельной проводкой наружу, или при необходимости для датчика может быть предусмотрен держатель (например, штанга), чтобы позиционировать датчик 8 потока жидкости в центре канала потока жидкости. Датчик 8 потока жидкости может быть расположен выше по потоку или ниже по потоку вблизи клапана 7 потока жидкости (например, на расстоянии 0,5 м от воздушной заслонки). В случае если датчик 8 потока жидкости расположен выше по потоку от воздушной заслонки 5, то при закрытой воздушной заслонке 5 по сравнению с открытым положением заслонки измеряется повышенное давление жидкости, пониженная скорость жидкости или уменьшенный объем жидкости за единицу времени. Наоборот, в случае датчика 8 потока жидкости, расположенном ниже по потоку от воздушной заслонки 5, изложенные качественные взаимосвязи прямо противоположны.
На фиг. 1 схематично изображен модуль 9 аналитической обработки. Этот модуль соединен сигнальной связью с датчиком 8 потока жидкости, так что сигналы, зарегистрированные датчиком 8 потока жидкости, могут передаваться в модуль 9 аналитической обработки и там сохраняться в памяти в виде данных измерений и обрабатываться. Модуль 9 аналитической обработки включает в себя, например, программируемый микропроцессор с памятью для сохранения данных и программ. Модуль 9 аналитической обработки в настоящем примере централизованно установлен в центральный компьютер системы 16 управления здания.
Часть предлагаемого изобретением управления в настоящем примере выполняется системой 16 управления здания. Поэтому она сигнальной связью соединена с управлением 4 привода или, соответственно, приводом 2 потока жидкости и установочным модулем 6 и включает в себя, например, готовую к выполнению программу программного обеспечения и аппаратные интерфейсы, чтобы передавать управляющие сигналы в управление 4 привода и в установочный модуль 6 (и принимать от них). Модуль 9 аналитической обработки, например, сохранен в памяти в виде готовой к выполнению программы вычислений (модуль программного обеспечения), в отличие от чего управление 4 привода или, соответственно, привод 2 потока жидкости и установочный модуль 6 являются распределено размещенными в установке, нецентрализованными приборными модулями.
При инсталляции клапана 5 потока жидкости в установке ОВК может случиться, что механическое соединение между воздушной заслонкой 5 и приводом 15 или электрическое соединение между установочным модулем 6 и системой управления здания произведено не надлежащим образом. Это соединение может также разъединиться во время режима нормальной эксплуатации (вследствие ошибки), в частности, у воздушных заслонок, которые в случае аварии, такой как пожар, должны передвигаться в заданное положение, такие разъединенные соединения могут приводить к тому, что ограничение ущерба не сможет осуществляться желаемым образом.
Приведенные ниже примеры осуществления предлагаемого изобретением функционального контроля установки ОВК основаны на том, что датчик 8 потока жидкости расположен ниже по потоку от привода 2 потока жидкости на канале 1 потока жидкости, а воздушная заслонка 5 ниже по потоку от датчика 8 потока жидкости.
ПРИМЕР 1:
Для автоматизированного функционального контроля воздушной заслонки 5 посредством управляющего модуля 10 создается управляющий сигнал и передается в управление 4 привода или, соответственно, привод 2 потока жидкости, чтобы установить привод 2 потока жидкости на определенную мощность и создать поток 3 жидкости.
Затем посредством управляющего модуля 10 создается первый управляющий сигнал и передается в установочный модуль 6, чтобы установить воздушную заслонку 5 в первое заданное положение SP1. Это первое заданное положение является, например, полностью открытым положением воздушной заслонки (корпуса клапана).
Затем с помощью датчика 8 потока жидкости регистрируется давление жидкости потока 3 жидкости и сохраняется в модуле 9 аналитической обработки в качестве первого давления p1 жидкости.
На следующем этапе второй управляющий сигнал передается в установочный модуль 6, чтобы переместить воздушную заслонку 5 во второе заданное положение SP2. Это положение соответствует, например, полностью закрытому положению воздушной заслонки.
После этого снова регистрируется давление жидкости потока 3 жидкости и сохраняется в модуле 9 аналитической обработки в качестве второго давления p2 жидкости.
Из установленной мощности привода 2 потока жидкости и разности между первым и вторым заданным положением получается заданное значение разности давлений жидкости между первым давлением p1 жидкости и вторым давлением p2 жидкости. Заданное значение разности dp давлений жидкости (которое соответствует надлежащему функционированию клапана потока жидкости) сохраняется, например, в таблице заданных значений. Заданное значение разности dp давлений жидкости сравнивается с разностью p2-p1 между измеренным первым и вторым давлением жидкости. В случае если сравнение находится в пределах определенного допуска, например, в пределах допуска, равного 10%(p2-p1≤dp/10), то модуль 9 аналитической обработки получает результат функционального диагноза «работоспособно». Это значит, подтверждено, что клапан потока жидкости действительно надлежащим образом принимал заданные положения заданных значений.
Если отклонение между разностью давлений сигналов сенсора и заданное значением разности давлений больше, чем, например, 10%(p2-p1>dp/10), модуль 9 аналитической обработки получает результат функционального диагноза «неисправно». Это значит, воздушная заслонка 5 не выполняет управляющие сигналы надлежащим образом.
Результат функционального диагноза может отображаться на дисплее 17 централи (система 16 управления здания) или сохраняться в файле. Он может также передаваться по (беспроводной или проводной) линии передачи данных в другую компьютерную рабочую станцию службы технического обслуживания, при этом функциональное состояние клапана 7 потока жидкости отображается на дисплее компьютерной рабочей станции.
ПРИМЕР 2
Особенно простой процесс осуществления функционального диагноза заключается в том, что в установочный модуль передается один единственный управляющий сигнал, который соответствует закрытому положению (заданному положению) корпуса клапана. После этого с помощью датчика расхода измеряется, остановилось ли течение в канале 1 потока жидкости. В случае если это так, модуль аналитической обработки получает результат функционального диагноза «работоспособно». Если расход выше, чем заданное предельное значение, результатом функционального диагноза является «неисправно».
Дополнительно может быть предусмотрено третье состояние функционального диагноза, которое классифицирует герметичность как еще достаточную, но критичную. Это состояние в рамках изобретения называется «неясным».
ПРИМЕР 3
Вместо первого давления жидкости и второго давления жидкости может определяться серия значений давления жидкости, при этом для разных установок клапана 7 потока жидкости определяется по одному давлению жидкости потока 3 жидкости. Тем самым может проверяться надлежащее функционирование клапана 7 потока жидкости для одного определенного или всего рабочего диапазона клапана 7 потока жидкости. При регистрации серии значений давления жидкости можно отказаться от сравнения с заданными значениями, и только по возрастанию или убыванию разности давлений двух соседних значений давления жидкости делать заключения о надлежащем состоянии функционирования клапана 7 потока жидкости.
ПРИМЕР 4
Предлагаемый изобретением способ может также осуществляться как краткое прерывание режима нормальной эксплуатации. Режим нормальной эксплуатации отличается тем, что вентиляция помещения регулируется посредством клапана потока жидкости на основании параметров, измеряемых в помещении или в вытяжке помещения, или набора параметров, задаваемого пользователем. Это значит, что клапан потока жидкости является дополнительной частью в остальном известного контура регулирования.
Под вышеназванным контуром регулирования следует, например, понимать следующее: задающая величина (например, заданный расход или, соответственно, объем воздуха за единицу времени) подается на регулятор (например, электронную схему регулирования, которая управляет приводным двигателем воздушной заслонки), при этом регулятор выдает регулирующую величину (например, определенное угловое положение воздушной заслонки), чтобы устанавливать объект регулирования (например, расход в вентиляционном канале). Регулирующая величина, соотнесенная с задающей величиной (например, измеренный датчиком в вентиляционном канале фактический расход) передается обратно на дифференциальный усилитель, который сравнивает задающую величину (а именно, заданный расход) с регулирующей величиной (а именно, измеренным фактическим расходом), и снова подает результирующий сигнал о неисправности на регулятор.
Один из возможных вариантов осуществления заключается в том, что этот контур регулирования кратковременно прерывается для предлагаемой изобретением функциональной диагностики. То есть в определенный момент времени (например, посредством таймера или вследствие активирования посредством центральной системы управления) в качестве заданного положения клапана потока жидкости задается полностью открытое (или закрытое) положение корпуса клапана. После этого измеряется, соответствует ли поток жидкости ожидавшемуся значению (максимальная пропускная способность или, соответственно, отсутствие пропускной способности). Это сравнение и выдача соответствующего значения функционального диагноза выполняются модулем аналитической обработки. После этого снова начинается режим нормальной эксплуатации, то есть корпус клапана приводится в то положение, в котором оно было до прерывания режима нормальной эксплуатации.
Может быть, что клапан потока жидкости нормальным образом эксплуатируется только в некотором среднем диапазоне (например, если открыт от 30% до 60%) и функционирует в этом диапазоне, однако он совсем не может приводиться в полностью открытое или полностью закрытое положение вследствие дефекта или, соответственно, неисправности. В то время как режим нормальной эксплуатации не позволяет обнаружить такое неисправное функционирование, оно может распознаваться с помощью предлагаемой изобретением функциональной диагностики. Таким образом, целесообразно, чтобы клапан потока жидкости в рамках изобретения приводился в крайнее положение, то есть в положение, которое он в режиме нормальной эксплуатации не принимает или принимает очень редко.
ПРИМЕР 5
Изобретение может также применяться для функционального контроля компонентов безопасности, таких как, например, противопожарная заслонка. Снабженные двигателями противопожарные заслонки известны и в соответствии с нормами безопасности должны регулярно контролироваться. Обычно они находятся в исходном положении (например, в полностью открытом или закрытом положении), которое они должны сохранять в режиме нормальной эксплуатации установки ОВК. За счет частичного активирования и измерения потока жидкости при дистанционном техническом обслуживании может выполняться функциональная диагностика.
На фиг. 3 показано применение изобретения к устройству 20 противопожарной заслонки. Это устройство имеет заслонку 21, которая приводится в действие (изображенным условно) двигателем 22. Двигатель 22 установлен, например, на участке 23 трубы на оси вращения заслонки 21. Участок 23 трубы образует как бы корпус устройства 20 противопожарной защиты и посредством соединительных фланцев 23.1, 23.2 может присоединяться к последующим участкам 24 канала жидкости установки ОВК. Снаружи на участке 23 трубы предусмотрена схема 25 управления, которая выполнена с возможностью осуществления предлагаемой изобретением функциональной диагностики. Схема 25 управления в данном случае изображена в виде отдельного модуля, который посредством линий 26 соединен с двигателем 22.
Кроме того, во внутреннем пространстве участка 23 трубы предусмотрен электро/акустический преобразователь 27 (в качестве электрически управляемого источника звука) и микрофон 28 (в качестве акустического датчика). Они размещены на противоположных сторонах заслонки 21 и посредством интерфейсов 25.1, 25.2 соединены со схемой управления. Когда заслонка 21 закрыта, электро/акустический преобразователь 27 и микрофон 28 находятся в двух разделенных областях пространства.
В режиме нормальной эксплуатации заслонка 21 всегда находится в полностью открытом положении. Но в аварийном случае заслонка 21 должна закрываться (изображение штриховой линией). Чтобы провести функциональную диагностику, в рамках изобретения схемой 25 управления генерируется управляющий сигнал для закрытия заслонки 21. После этого схема 25 управления активирует электро/акустический преобразователь 27, который генерирует звуковой сигнал в участке 23 трубы. Посредством микрофона 28 измеряется уровень звука и обрабатывается схемой 25 управления. Благодаря (изображенному штриховой линией) закрытому положению заслонки 21 уровень звука в месте микрофона 28 глушиться. Если глушение при закрытой заслонке 21 меньше, чем сохраненное в памяти предельное значение, следует исходить из того, что заслонка 21 закрывается недостаточно. Поэтому функциональная диагностика в качестве результата выдает состояние «неисправно». Это диагностическое значение передается, например, в компьютер 29 центральной системы 30 технического обслуживания.
На фиг. 2 показана установка ОВК, имеющая систему 11 каналов потока жидкости, которая выполнена для кондиционирования нескольких помещений 12.1, 12.2, 12.3. Для этого приводом 2 потока жидкости в канале 1.0 потока жидкости создается поток 3 жидкости. Канал 1.0 потока жидкости и вместе с тем поток 3.0 жидкости разветвляются на несколько каналов 1.1, 1.2, 1.3 потока жидкости, в которых, таким образом, направляется по одному потоку 3.1, 3.2, 3.3 жидкости. В каналах 1.1, 1.2, 1.3 потока жидкости расположено по одному датчику 8.1, 8.2, 8.3 и по одному клапану 7.1, 7.2, 7.3 потока жидкости. Привод 2 потока жидкости, клапаны 7.1, 7.2, 7.3 потока жидкости и датчики 8.1, 8.2, 8.3 потока жидкости сигнальной связью соединены со схемой 10 управления, которая включает в себя управляющие модули, чтобы управлять приводом 2 потока жидкости и клапанами 7.1, 7.2, 7.3 потока жидкости, а также включает в себя регистрирующие модули, чтобы регистрировать данные измерений датчиков 8.1, 8.2, 8.3 потока жидкости. Для регистрации данных климата помещения предусмотрены датчики 13.1, 13.2, 13.3 помещений, которые, например, регистрируют температуру, влажность воздуха, давление в помещении или какие-либо другие данные климата помещения.
Происходит следующий процесс (фиг. 4).
A. Для автоматизированного функционального контроля клапанов 7.1, 7.2, 7.3 потока жидкости схемой 10 управления генерируется управляющий сигнал SF, чтобы установить привод 2 потока жидкости на определенную мощность и создать поток 3.0 жидкости.
B. Затем схема 10 управления генерирует управляющий сигнал SP1, чтобы установить первый клапан 7.1 потока жидкости в первое заданное положение и полностью закрыть оставшиеся клапаны 7.2, 7.3 потока жидкости.
C. С помощью первого датчика 8.1 потока жидкости регистрируется давление p1 жидкости и сохраняется в памяти блока 9 аналитической обработки.
D. Затем на клапан 7.1 потока жидкости подается управляющий сигнал для второго заданного положения и регистрируется соответствующий сигнал датчика.
E. Снова с помощью первого датчика 8.1 потока жидкости регистрируется давление p2 жидкости и сохраняется в памяти блока 9 аналитической обработки.
F. По измерению давления жидкости с помощью первого датчика 8.1 потока жидкости проверяется, находится ли разность давлений в пределах допуска, равного, например, 10% от заданного значения, который соответствует перестановке первого клапана 7.1 потока жидкости. В случае если это так, посредством блока 9 аналитической обработки сигнализируется, что функциональное состояние первого клапана 7.1 потока жидкости является надлежащим (функциональный диагноз FD). Для функционального контроля других клапанов 7.2, 7.3 поступают аналогичным образом.
Поток 3 жидкости может также представлять собой поток воды с задаваемыми параметрами, такими как температура, скорость течения, давление или какие-либо другие параметры.
Резюмируя, можно констатировать, что раскрываются способ и система, которые обеспечивают возможность эффективного функционального контроля установки ОВК. Функциональный контроль осуществляется полностью автоматизировано и поэтому может проводиться часто, а также экономично.