Автономная система диагностики технологического оборудования и сооружений
Полезная модель относится к средствам диагностики и мониторинга технического состояния технологического оборудования и сооружений и предназначена для контроля режима функционирования и технического состояния оборудования и сооружений. Сущность полезной модели: система (совокупность устройств) содержит одно или несколько автономных устройств диагностики, устанавливаемых на оборудовании или сооружении, каждое из которых содержит мультисенсорный датчик, блок обработки измерительной информации, автономный источник питания, микропроцессор, блок хранения данных, приемопередатчик, виброэлектрический генератор, блок адаптации дополнительных источников измерительной информации и блок адаптации дополнительных источников электропитанияне, что позволяет в автономном режиме определять контролируемые параметры оборудования. Повышение точности определения параметров осуществляется распределенной вычислительной сетью, образованной микропроцессорами, входящими в состав устройств диагностики.
Известна автономная система мониторинга технического состояния технологического оборудования (Патент США 
7401500), содержащий устанавливаемый на оборудовании датчик, блок анализа измерительной информации, рассчитывающий в режиме реального времени информацию о работе оборудования, и средство связи для передачи информации оператору.
Недостатками этого устройства являются необходимость участия оператора для интерпретации информации, поступающей с каждого отдельного датчика, что снижает оперативность работы системы и повышает эксплуатационные расходы.
Также известна система диагностики технического оборудования (Патент США 6820016), включающая сигнальный датчик, устанавливаемый на оборудовании, конвертер сигнала, аналого-цифровой преобразователь и передатчик для передачи результатов измерений на удаленный процессор.
Недостатком этой системы является то, что в ней для анализа измерительной информации, поступающей с каждого датчика, необходимо использовать удаленный процессор, что создает большой объем передаваемой информации, требующий применения проводных или дорогостоящих широкополосных беспроводных линий связи. Это, наряду с отсутствием автономного питания датчиков, не позволяет применить данную систему для мониторинга крупных промышленных объектов, таких как магистральные нефтепроводы и нефтедобывающие комплексы.
Также известен способ обеспечения автономности скважинной аппаратуры при контроле за разработкой нефти или газа (Полезная модель 2236562 РФ), включающий подачу электрической энергии от термоэлектрического источника питания, работающего за счет разности температур на его поверхностях.
Недостатком этого способа является использование только одного источника энергии, что снижает эксплуатационную надежность использующей его аппаратуры.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому объекту является автономная система диагностики технологического оборудования и сооружений (Патент США 6675665), содержащая устройство диагностики, включающее мультисенсорный датчик, блок обработки измерительной информации, приемник сигналов настройки и автономный источник питания.
Недостатками этой системы являются:
- ограниченные возможности адаптации к оборудованию вследствие отсутствия интерфейса для подключения к доступным шинам питания диагностируемого оборудования или к сети, если диагностируемое оборудование имеет сетевое питание, а также отсутствие интерфейса для съема информации с систем автодиагностики оборудования,
- ограниченные функциональные возможности, вследствие отсутствия возможности обмена информацией между отдельными устройствами диагностики (если система содержит несколько таких устройств), что позволило бы более всесторонне обследовать оборудование (например при необходимости размещения нескольких устройств в разных точках оборудования или оснащения разных устройств диагностики различной номенклатурой сенсоров.
- ограниченная автономность вследствие использования только одного способа автономного электропитания - от фотоэлектрического преобразователя, что не позволяет использовать устройства диагностики данной системы, например, в неосвещаемых помещениях.
Задача полезной модели - расширение функциональных возможностей и эксплуатационной гибкости за счет придания системе возможности обмена информацией между отдельными устройствами диагностики, снабжения ее независимым от условий освещения автономным источником энергии, а также обеспечения возможности использования дополнительных внешних источники энергии, как стационарных - сети или шины питания диагностируемого оборудования, так и автономных, а также обеспечения устройств диагностики возможностью съема информации с систем автодиагностики оборудования.
Для решения этой задачи в автономной системе диагностики технологического оборудования и сооружений (по патенту США 6675665), содержащей устройство диагностики, включающее мультисенсорный датчик, блок обработки измерительной информации и автономный источник питания, в устройство диагностики введены микропроцессор, блок хранения данных, приемопередатчик, виброэлектрический генератор, блок адаптации дополнительных источников измерительной информации и блок адаптации дополнительных источников электропитания.
Техническим результатом при использовании полезной модели является повышение качества и оперативности диагностики технологического оборудования и сооружений, а также снижение затрат на эксплуатацию системы диагностики.
Общая схема системы приведена на фиг.1. Схема устройства диагностики приведена на фиг.2. Система содержит одно или более устройств диагностики 1, связанных каналом передачи данных с диспечерским пунктом 2 и между собой, каждое устройство диагностики содержит мультисенсорный датчик 3, устанавливаемый непосредственно на оборудование, блок обработки измерительной информации 4, микропроцессор 5, блок хранения данных 6, приемопередатчик 7, автономный источник питания 8, виброэлектрический генератор 9, блок адаптации дополнительных источников измерительной информации 10, блок адаптации дополнительных источников электропитания 11.
Мультисенсорный датчик устанавливается на оборудовании и выполняет первичное преобразование измеряемых сигналов в аналоговые сигналы.
Блок обработки измерительной информации осуществляет усиление, фильтрацию и преобразование аналоговых сигналов в цифровую форму, выполняет периодическое накопление цифровых данных, их обработку и анализ для определения физических параметров оборудования, компрессию цифровых данных и их передачу в блок хранения данных.
Микропроцессор, по данным блока обработки измерительной информации, производит вычисление контролируемых параметров оборудования, анализирует динамику их изменения, корреляцию между различными параметрами, другие заданные характеристики. При необходимости привлечения данных или вычислительных ресурсов других устройств диагностики, микропроцессор, с помощью приемопередатчика, осуществляет обмен данными с другими устройствами диагностики, в том числе путем образования локальной распределенной вычислительной сети.
Блок хранения данных предназначен для хранения в течение заданного времени данных, генерируемых блоком обработки измерительной информации и микропроцессором.
Блок адаптации дополнительных источников измерительной информации обеспечивает съем измерительной информации с дополнительных (помимо мультисенсорного датчика, входящего в состав устройства диагностики) внешних источников данных и преобразование этих данных в формат, используемый блоком обработки измерительной информации. Для этого он, в частности, оснащен многофункциональным интерфейсом, позволяющим подключаться к интерфейсам внешних источников измерительной информации.
Автономный блок питания обеспечивает устройство диагностики электропитанием за счет электроэнергии, вырабатываемой виброэлектрическим генератором, преобразующим энергию вибрации диагностируемого оборудования в электрический ток.
Блок адаптации дополнительных источников электропитания при необходимости обеспечивает возможность питания устройства диагностики от дополнительных внешних источников электроэнергии, как стационарных - от сети или шины питания диагностируемого оборудования - , так и от авномонмных, например, от солнечных элементов или термоэлектрических батарей. Для этого он содержит набор соответствующих внешних интерфейсов и оснащен средствами преобразования входного напряжения до значений, подходящих для его подачи на вход автономного блока питания.
Приемопередатчик каждого устройства диагностики обеспечивает обмен измерительной информацией между отдельными устройствами диагностики и командами внутри локальной распределенной вычислительной сети, а также передачу результатов диагностики оборудования на диспетчерский пункт.
Автономный блок питания и блок адаптации дополнительных источников электропитания предназначены для обеспечения каждого устройства диагностики бесперебойным электропитанием. Конфигурация и управление этими блоками осуществляются таким образом, чтобы обеспечить питание устройства диагностики от автономных источников энергии, а в случае необходимости - от сети или шин питания диагностируемого оборудования.
Устройство работает следующим образом.
С мультисенсорного датчика каждого устройства диагностики аналоговые сигналы поступают на блок обработки измерительной информации, который определяет физические параметры диагностируемого оборудования. Из него данные о физических параметрах поступают на микропроцессор, который, путем обработки полученных данных, определяет контролируемые параметры оборудования, динамику их изменения, корреляцию между различными параметрами, другие заданные характеристики оборудования. Если данных, собранных мультисенсорным датчиком данного устройства диагностики, или вычислительных ресурсов микропроцессора оказывается недостаточно для определения заданных характеристик, микропроцессор, с помощью приемопередатчика, запрашивает необходимые данные у других устройств диагностики, или инициирует образование локальной распределенной вычислительной сети.
Определив требуемые характеристики, микропроцессор осуществляет компрессию соответствующих данных и передачу их в блок хранения данных, откуда они в заданное время или по запросу передаются на диспетчерский пункт или в другое устройство диагностики.
Блок адаптации дополнительных источников измерительной информации, по запросу микропроцессора, передает в блок обработки измерительной информации информацию, полученную от систем самодиагностики оборудования.
Электропитание устройства диагностики обеспечивает автономный блок питания, использующий электрическую энергию, вырабатываемую виброэлектрическим генератором под действием вибрации диагностируемого оборудования.
Блок адаптации дополнительных источников электропитания, обеспечивает поступление электроэнергии от подключаемых, в случае необходимости, внешних источников энергии на вход автономного блока питания.
Автономная система диагностики технологического оборудования и сооружений, содержащая устройство диагностики, включающее мультисенсорный датчик, блок обработки измерительной информации и автономный источник питания, отличающаяся тем, что в устройство диагностики введены микропроцессор, блок хранения данных, приемопередатчик, виброэлектрический генератор, блок адаптации дополнительных источников измерительной информации и блок адаптации дополнительных источников электропитания, причем микропроцессор выполнен с возможностью обмена данными с блоком обработки измерительной информации и с блоком хранения данных, приемопередатчик выполнен с возможностью обмена данными между отдельными устройствами диагностики, в том числе командами внутри локальной распределительной вычислительной сети, образуемой микропроцессорами нескольких устройств диагностики, а также передачи результатов диагностики оборудования на диспетчерский пункт, блок адаптации дополнительных источников измерительной информации выполнен с возможностью съема измерительной информации с внешних источников данных и преобразования этих данных в формат, используемый блоком обработки измерительной информации, автономный источник питания выполнен с возможностью использования электроэнергии, вырабатываемой виброэлектрическим генератором, преобразующим энергию вибрации диагностируемого оборудования в электрический ток, блок адаптации дополнительных источников электропитания выполнен с возможностью питания устройства диагностики от дополнительных внешних источников электроэнергии, в том числе от сети, шины питания диагностируемого оборудования, термоэлектрических батарей, солнечных элементов.
