Система автоматизированного контроля параметров окружающей среды Российский патент 2018 года по МПК G01W1/04 

Система автоматизированного контроля параметров окружающей среды Изобретение относится к области контроля параметров окружающей человека среды, в том числе и в производственных помещениях. В частности, система позволяет контролировать и управлять фактическими уровнями физических факторов окружающей и производственной среды, таких как метеорологические параметры - температура, относительная влажность воздуха, атмосферное давление, скорость и направление движения воздуха, экологические параметры - концентрации токсичных газов, эффект суммации вредных веществ, параметры производственной среды - интенсивность теплового излучения, шум, освещенность, уровень вибрации и массовая концентрация аэрозольных частиц различного происхождения и химического состава.

Известно устройство дистанционного контроля параметров производственной среды (Патент RU 2279704 C1, G05D 27/02. Устройство дистанционного контроля параметров производственной среды. / Э.М. Соколов - опубл. в Бюл. №19, 2006), содержащее блок контроля, датчики температуры, освещенности и шума, преобразователи сигналов шума и освещенности на каждый датчик, задатчики максимальных и минимальных значений температуры, задатчик предельно допустимых уровней освещенности и шума, компаратор на каждый задатчик, логические элементы на каждый контролируемый фактор, постоянно запоминающие устройства, счетчики значений температуры, шума, освещенности, генератор сигналов.

Недостатками его являются недостаточное количество собираемой информации, невозможность длительного хранения информации, отсутствие информации о химическом составе воздуха, отсутствие возможности соединения устройств в единую систему комплексного автоматизированного контроля.

Известно устройство для автоматизированного контроля окружающей среды (Патент RU 78334, G01W 1/00, 2006.01. Энергонезависимое устройство для автоматизированного дистанционного мониторинга окружающей среды. / В.В. Жаров - опубл. в Бюл. №32, 2008), содержащее метеорологические датчики, датчики экологического мониторинга, первичный преобразователь измеренных сигналов, подключенный к каждому из датчиков, блок измерения, блок сопряжения с внешними устройствами, блок управления и связи, включающий в себя модем сотовой связи, антенну и запоминающее устройство, обрабатывающее информацию с блока измерения, пересылающий обработанные данные на диспетчерский пункт, оснащенный автоматизированным рабочим местом, блоком автономного питания и блоком управления режимами работы устройства.

Недостатком его является отсутствие датчиков, контролирующих не только параметры окружающей среды, но и параметры производственной среды. Невозможность определения дозы воздействия и изменение параметров в течение времени. Также недостатками являются: отсутствие возможности долговременного хранения измеренных показателей, а также их сохранение в случае перебоев с питанием; невозможность определять показатели заряженности батареи для своевременного контроля и дозарядки, исключающей потери информации; неудобство контроля параметров непосредственно на рабочем месте - из-за отсутствия выводящего устройства.

Наиболее близким по технической сущности в заявляемой системе является энергонезависимое устройство для автоматизированного контроля окружающей среды (Патент RU 2392645, MTIK⁸ G01W 1/00, 2006.01. Система автоматизированного контроля параметров окружающей среды./ Ю.Н. Гончаренко - опубл. в Бюл. №17, 2010), содержащее метеорологические датчики, датчики экологического мониторинга, блок измерения, блок сопряжения с внешними устройствами, блок управления и связи. Блок управления и связи включает в себя модем сотовой связи, антенну и запоминающее устройство, обрабатывающее информацию с блока измерения. Блок управления пересылает обработанные данные на диспетчерский пункт с автоматизированным рабочим местом, блоком автономного питания и блоком управления режимами работы устройства. В энергонезависимое устройство дополнительно введены блок энергонезависимой памяти, дополнительный источник питания, монитор питания, буфер питания, Z датчиков измерения показателей производственной среды, блок ввода-вывода, интегратор показаний датчиков X, Y, Z, преобразователь сигнала на каждый интегратор, задатчик предельно допустимых показателей на каждый датчик, блок сравнения на каждый датчик и задатчик. Система содержит N энергонезависимых устройств для автоматизированного дистанционного мониторинга окружающей среды, соединенных различными линиями связи с центральным диспетчерским пунктом и составляющих систему автоматизированного контроля параметров окружающей среды.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей, путем возможности контролирования превышения предельно-допустимых концентраций в атмосферном воздухе и воздухе рабочей зоны.

Для решения поставленной задачи изобретения в систему контроля параметров окружающей среды, содержащее X метеорологических датчиков, Y датчиков экологического мониторинга, блок измерения, блок сопряжения с внешними устройствами, блок управления и связи, включающий в себя модем сотовой связи, антенну и запоминающее устройство, обрабатывающее информацию с блока измерения, пересылающего обработанные данные на диспетчерский пункт, в устройство введены блок энергонезависимой памяти, дополнительный источник питания, монитор питания, буфер питания, Z датчиков измерения показателей производственной среды (уровня шума, уровня освещенности, интенсивности тепловой нагрузки среды и др.), блок ввода-вывода, интегратор показаний датчиков X, Y, Z, преобразователь сигнала на каждый интегратор, задатчик предельно допустимых показателей на каждый датчик, блок сравнения на каждый датчик и задатчик, система содержит N энергонезависимых устройств для автоматизированного дистанционного мониторинга окружающей среды, соединенных различными линиями связи (проводной или беспроводной) с центральным диспетчерским пунктом и составляющих систему автоматизированного контроля параметров окружающей среды, причем блок энергонезависимой памяти соединен с буфером питания, присоединен к блоку управления и связи, блок управления и связи соединен обратными связями с блоком сопряжения, дополнительный источник питания соединен с монитором питания и буфером питания, основной блок питания также соединен с монитором питания, а монитор питания, в свою очередь, соединен с блоком управления и связи, блок ввода-вывода соединен обратными связями с блоком управления режимами и блоком управления и связи, блок управления режимами соединен с блоком сопряжения, который соединен с блоком питания и блоком измерения, каждый из датчиков измерения показателей X, Y, Z среды соединен с собственным интегратором, позволяющим оценить дозу воздействия каждого из показателей, интегратор, в свою очередь, соединен с блоком измерений и с преобразователем, преобразователь соединен с блоком измерений и блоком сравнения, блок сравнения также соединен с блоком измерения, предельно допустимое значение для каждого из блоков сравнения для показателей с датчиков X, Y, Z вырабатывает каждый задатчик, соединенный с каждым отдельным блоком сравнения, с территориальным разнесением групп датчиков и компоновкой каждого из N энергонезависимых устройств различным набором датчиков X, Y, Z и задатчиков в зависимости от условий в каждой точке замеров, связанных в систему при помощи линий связи, антенны или модема через центральный диспетчерский пункт, оснащенный автоматизированным рабочим местом, добавлены датчики измерения атмосферного давления-барометр и виброметр, который предназначен для контроля и регистрации виброскорости, виброускорения, амплитуды и частоты синусоидальных колебаний различных объектов, соединенные с интегратором, преобразователь сигнала на каждый интегратор, задатчик предельно допустимых концентраций на каждый датчик, блок сравнения на каждый датчик и задатчик, введен комбинированный полуавтоматический анализатор аэрозолей, предназначенный для измерения массовой концентрации аэрозольных частиц различного происхождения и химического состава при контроле превышения предельно-допустимых концентраций в атмосферном воздухе и воздухе рабочей зоны, который соединен с интегратором, преобразователь сигнала на каждый интегратор, задатчик предельно допустимых концентраций на каждый датчик, блок сравнения на каждый датчик и задатчик, для контроля эффекта суммации однонаправленного действия таких веществ, как ацетона и фенола; этилена, пропилена, бутилена, амилена введены датчики ПДК для каждого из веществ, которые соединены с делителем, соединенным с датчиком сумматора концентрации, который передает информацию на итегратор, преобразователь сигнала на каждый интегратор, задатчик предельно допустимых концентраций на каждый датчик, блок сравнения на каждый датчик и задатчик.

Датчики позволяют контролировать измерение параметров вибрации, таких как виброускорение, виброскорость, виброперемещение и частоту колебаний.

Благодаря установке датчиков, позволяющих определять массовую концентрацию аэрозольных частиц различного происхождения химического состава, стало возможным контролировать превышение предельно-допустимых концентраций в атмосферном воздухе и воздухе рабочей зоны.

Установка датчиков, улавливающих вещества, обладающих эффектом суммации, позволяет получить более полное комплексное представление об экологической ситуации в реальный момент времени.

На чертеже приведена структурная схема системы автоматизированного контроля параметров окружающей среды.

Система автоматизированного контроля параметров окружающей среды содержит X метеорологических датчиков 1, Y датчиков экологического мониторинга 2, Z датчиков измерения показателей производственной среды 3, выходы которых соединены с входами датчиков интеграторов и преобразователей 4 и 5, выходы которых соединены с входами преобразователей 5 и общим блоком измерения 6. Второй выход преобразователей 5 соединен с входом блока сравнения 7, выход которого соединен с выходом задатчика 8. Входы датчиков 7 и 8 соединены с входом датчика блока измерения 6.

Каждый из выходов датчиков барометра 20, комбинированного полуавтоматического анализатора аэрозолей 21 и датчика виброметра 36 соединены с входами датчиков интеграторов и преобразователей 4 и 5, выходы которых соединены с входами преобразователей 5 и общим блоком измерения 6. Второй выход преобразователей 5 соединен с входом блока сравнения 7, выход которого соединен с выходом задатчика 8. Входы датчиков 7 и 8 соединены с входом датчика блока измерения 6.

Выходы датчиков измерения концентрации ацетона 22, ПДК ацетона 23, измерения концентрации фенола 24, ПДК фенола 25, измерения концентрации этилена 28, ПДК этилена 29, измерения концентрации пропилена 30, ПДК пропилена 31, измерения концентрации бутилена 32, ПДК бутилена 33, измерения концентрации амилена 34, ПДК амилена 35, виброметра 36 соединены с входами датчиков делителей 26, выходы которых связаны с датчиками сумматоров концентрации 27, выходы которых соединены с входами 4 и 5, выходы которых соединены с входами преобразователей 5 и общим блоком измерения 6. Второй выход преобразователей 5 соединен с входом блока сравнения 7, выход которого соединен с выходом задатчика 8. Входы датчиков 7 и 8 соединены с входом датчика блока измерения 6.

Вход-выход блока измерениям 6 соединен с первым входом-выходом блока сопряжения 9.

Вход блока сопряжения 9 соединен с выходом блоком питания 10, входом блока управления режимами 11 и входом-выходом 1 блока управления и связи 12. Выход блока питания 10 соединен с входом 1 монитора питания 13, который обеспечивает контроль состояния основного и дополнительного источников питания. Вход 2 монитора питания 13 соединен с выходом дополнительного источника питания 14. Вход 3 монитора питания 13 соединен с выходом 1 буфера питания 15. Выход монитора питания 13 соединен с входом блока управления и связи 12. Вход буфера питания 15 в свою очередь соединен с выходом дополнительного источника питания 14. Выход 2 буфера питания 15 соединен с энергонезависимой памятью 16, соединенного с блоком управления и связи 12 и обеспечивающей сохранение всей поступающей информации.

Вход-выход блока управления режимами 11 соединен с первым входом-выходом блока ввода-вывода 17, обеспечивающего вывод информации для пользователя на месте установки устройства и ручную настройку режимов управления. Второй вход-выход блока ввода-вывода 17 соединен с входом-выходом блока управления и связи 12.

Все вышеперечисленные блоки (1-17, 20-36) входят в составэнергонезависимого устройства контроля параметров окружающей среды 18.

N энергонезависимых устройств 18, соединенных различными линиями связи - модем сотовой связи, антенна и запоминающее устройство 19, входящие в состав блока управления и связи 12, либо проводными линиями связи - в зависимости от удобства и потребностей использования соединены с центральным диспетчерским пунктом.

Система автоматизированного контроля параметров окружающей среды работает следующим образом.

После подачи питания на блок питания 10 X, Y, Z датчиков 1, 2, 3, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, начинают проводить замеры по каждому из факторов. Интеграторы 4 каждого датчика преобразуют и суммируют первичный сигнал и передают его на преобразователи 5 и блок измерения 6. Интегрирование сигнала позволяет впоследствии установить дозу воздействия измеряемого вредного фактора. Преобразователь 5 передает преобразованные значения на блок измерения 6 и блок сравнения 7, задатчик 8 содержит предельно допустимые значения каждого из измеряемых параметров и связан с блоком сравнения. Каждый поступающий на блок сравнения 7 сигнал сравнивается с значением, содержащимся в задатчике 8. В задатчике 8 содержится сигнал, характеризующий предельно допустимый по действующим нормативам уровень измеряемого показателя, что позволяет зафиксировать все моменты превышения показателя каждого из датчиков 1, 2, 3, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36. Блок сравнения 7, также как и преобразователь 5, подает сигнал на блок измерения 6. С блока измерения 6 все значения параметров с датчиков 1, 2, 3, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36 передаются на блок сопряжения 9, который передает значения измерений в блок управления и связи 12 - для хранения в памяти и передачи посредством линий связи на блок ввода-вывода 17, либо на центральный диспетчерский пункт, предварительно датчики 28-35 передают информацию на блок делителя, а затем на блок сумматора концентраций для веществ однонаправленного действия. Блок управления режимами 11 посредством блока ввода-вывода 17, либо за счет команды с центрального диспетчерского пункта, задает режимы проведения замеров, их частоту. Дополнительный источник питания 14 создает запас энергии в буфере питания 15 и обеспечивает энергонезависимую память 16 необходимой энергией для аварийного сохранения замеренных значений. Монитор питания 13 отслеживает состояние батареи основного блока питания 10, батареи дополнительного источника питания 14 и буфера питания 15 и передает эту информацию через блок управления и связи 12 на блок ввода-вывода 17 и центральный диспетчерский пункт. После поступления сигнала о недостаточности питания на блоке питания 10, монитор питания 13 вырабатывает управляющий сигнал для блока управления режимами 11. Как только управляющий сигнал поступает на вход блока управления режимами 11, активизируется алгоритм экстренного сохранения записанной информации из основной памяти в энергонезависимую. Данный алгоритм позволяет активизировать буфер питания 15, который поддерживает работоспособность блока управления и связи 12 (в том числе и энергонезависимой памяти 16), блока ввода-вывода 17, блока управления режимами 11 в течение времени разряда конденсатора. Информация о недостаточности питания выводится на блок ввода-вывода 17 и передается на центральный диспетчерский пункт. Наличие данного алгоритма позволяет предохранить информацию от потерь, а саму систему - от значительных сбоев в работе и непредвиденных отключений питания.

По запросу пользователя, поданному на блок ввода-вывода 17 или на центральный диспетчерский пункт, данные извлекаются из памяти и переправляются через блок управления и связи 12 по месту поданного запроса. Автоматизированное рабочее место на центральном диспетчерском пункте позволяет установить авторизированные разрешенные (или запрещенные) воздействия на блок ввода-вывода 17, позволяет сохранять информацию и контролировать все действия, производимые непосредственно на месте установки каждого из N устройств 18.

Каждое из N устройств 18 системы автоматизированного контроля параметров окружающей среды комплектуется различным набором датчиков 1, 2, 3, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36 в зависимости от ожидаемых условий и необходимости замеров конкретных факторов среды, устройства могут располагаться на различных участках предприятия и охватывать весь технологический процесс, проводимый на нем. Это позволяет оценивать не только экологический ущерб, наносимый деятельностью промышленности в целом или конкретного предприятия, но и оценить в совокупности воздействие всех факторов среды - производственной и окружающей.

Система автоматизированного контроля параметров окружающей среды позволит проводить контроль не только за экологической составляющей деятельности целого предприятия, такими как выбросы, их рассеивание, но и непосредственно за производственной средой, в которой также постоянно находятся люди, поскольку конструкция системы предусматривает установку во многих местах предприятия.

Таким образом, в системе автоматизированного контроля параметров окружающей среды имеются блок ввода-вывода, обеспечивающий удобство управления и контроля работой устройства, энергонезависимая память, дополнительный источник питания, буфер питания, обеспечивающая сохранение информации, монитор питания, позволяющий отслеживать состояние основного и дополнительного источников питания, задатчики предельно допустимых значений каждого фактора среды, позволяющие отследить превышение какого-либо фактора, интеграторы значений, проводящие первичную суммацию, блоки сравнения, позволяющие зафиксировать превышение значения фактора, а также датчики измерения показателей производственной среды.

Включенные в состав системы дополнительный источник питания, буфер питания, монитор питания и энергонезависимое запоминающее устройство обеспечивают бесперебойную работу устройства и системы и повышают надежность получения и хранения накопленной информации.

Предложенное изобретение позволило контролировать превышение предельно-допустимых концентраций в атмосферном воздухе и воздухе рабочей зоны, производить измерения параметров вибрации и величину атмосферного давления.

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для контроля параметров окружающей среды. Сущность: система состоит из энергонезависимых устройств, соединенных с центральным диспетчерским пунктом. Каждое из упомянутых энергонезависимых устройств содержит метеорологические датчики (1), датчики (2) экологического мониторинга, датчики (3) измерения показателей производственной среды, интеграторы (4), преобразователи (5), общий блок (6) измерений, блоки (7) сравнения, задатчики (8) ПДК, блок (9) сопряжения, блок (10) питания, блок (11) управления режимами, блок (12) управления и связи, монитор (13) питания, дополнительный источник (14) питания, буфер (15) питания, энергонезависимую память (16), блок (17) ввода-вывода информации, барометр (20), анализатор (21) аэрозолей, датчик (22) концентрации ацетона, датчик (23) ПДК ацетона, датчик (24) концентрации фенола, датчик (25) ПДК фенола, делители (26), сумматоры (27), датчик (28) концентрации этилена, датчик (29) ПДК этилена, датчик (30) концентрации пропилена, датчик (31) ПДК пропилена, датчик (32) концентрации бутилена, датчик (33) ПДК бутилена, датчик (34) концентрации амилена, датчик (35) ПДК амилена, виброметр (36). Технический результат: расширение функциональных возможностей. 1 ил.

Система автоматизированного контроля параметров окружающей среды, содержащая N энергонезависимых устройств для автоматизированного дистанционного мониторинга окружающей среды, каждое из которых содержит метеорологические датчики Х, датчики экологического мониторинга Y, датчики измерения показателей производственной среды Z, блок измерения, блок сопряжения с внешними устройствами, блок управления и связи, включающий в себя модем сотовой связи, антенну и запоминающее устройство, блок энергонезависимой памяти, дополнительный источник питания, монитор питания, буфер питания, блок ввода-вывода, преобразователь сигнала на каждый интегратор, задатчик предельно допустимых показателей на каждый датчик, блок сравнения на каждый датчик и задатчик, N энергонезависимых устройств для автоматизированного дистанционного мониторинга окружающей среды соединены различными линиями связи с центральным диспетчерским пунктом и составляют систему автоматизированного контроля параметров окружающей среды, блок энергонезависимой памяти соединен с буфером питания, присоединен к блоку управления и связи, блок управления и связи соединен обратными связями с блоком сопряжения, дополнительный источник питания соединен с монитором питания и буфером питания, основной блок питания также соединен с монитором питания, а монитор питания, в свою очередь, соединен с блоком управления и связи, блок ввода-вывода соединен обратными связями с блоком управления режимами и блоком управления и связи, блок управления режимами соединен с блоком сопряжения, который соединен с блоком питания и блоком измерения, каждый из датчиков измерения показателей X, Y, Z среды соединен с собственным интегратором, позволяющим оценить дозу воздействия каждого из показателей, интегратор, в свою очередь, соединен с блоком измерений и с преобразователем, преобразователь соединен с блоком измерений и блоком сравнения, блок сравнения также соединен с блоком измерения, предельно допустимое значение для каждого из блоков сравнения для показателей с датчиков X, Y, Z вырабатывает каждый задатчик, соединенный с каждым отдельным блоком сравнения, группы датчиков территориально разнесены, при этом каждое из N энергонезависимых устройств скомпоновано различным набором датчиков X, Y, Z и задатчиков в зависимости от условий в каждой точке замеров, связанных в систему при помощи линий связи, антенны или модема через центральный диспетчерский пункт, оснащенный автоматизированным рабочим местом, отличающаяся тем, что в систему добавлены датчики измерения атмосферного давления - барометр и виброметр, который предназначен для контроля и регистрации виброскорости, виброускорения, амплитуды и частоты синусоидальных колебаний различных объектов, соединенные с интегратором, преобразователь сигнала на каждый интегратор, задатчик предельно допустимых концентраций на каждый датчик, блок сравнения на каждый датчик и задатчик, введен комбинированный полуавтоматический анализатор аэрозолей, предназначенный для измерения массовой концентрации аэрозольных частиц различного происхождения и химического состава при контроле превышения предельно-допустимых концентраций в атмосферном воздухе и воздухе рабочей зоны, который соединен с интегратором, преобразователь сигнала на каждый интегратор, задатчик предельно допустимых концентраций на каждый датчик, блок сравнения на каждый датчик и задатчик, для контроля эффекта суммации однонаправленного действия таких веществ, как ацетон и фенол, этилен, пропилен, бутилен, амилен, введены датчики ПДК для каждого из веществ, которые соединены с делителем, соединенным с датчиком сумматора концентрации, который передает информацию на интегратор, преобразователь сигнала на каждый интегратор, задатчик предельно допустимых концентраций на каждый датчик, блок сравнения на каждый датчик и задатчик.