ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ С ОПЕРАТОРОМ Российский патент 2020 года по МПК F16K37/00 G05B19/42 

Область техники, к которой относится настоящее изобретение

Настоящее изобретение относится к системе и способу обеспечения обратной связи с оператором. В частности, настоящее изобретение относится к системе и способу обеспечения обратной связи с оператором для ручного управления трубопроводной арматурой, в частности, помимо прочего, к арматурным устройствам для контроля, подачи, нагнетания и/или регулирования расхода порошков, жидкостей, суспензий, таблеток и/или текучих сред.

Предшествующий уровень техники настоящего изобретения

Трубопроводная арматура, такая как составные дисковые затворы (двустворчатые клапаны типа «бабочка»), присутствует во многих конструкциях и широко используются в технологических процессах, где требуется изоляция продуктов для предотвращения их негативного воздействия на окружающую среду и на персонал, работающий в непосредственной близости от этих продуктов. Конструкция составных дисковых затворов позволяет такому затвору разделяться при открытии на две части, называемые активной и пассивной частями. Конструкция затвора такова, что после его разделения содержимое затвора герметично и изолированно удерживается в разделенных частях с обеих сторон.

В производстве лекарственных препаратов, химикатов, биологических материалов и пищевых продуктов важно обеспечить надежную герметизацию для безопасного и гигиеничного обращения с такими соединениями и материалами. На каждой стадии технологического процесса транспортировка материалов должна контролироваться и управляться таким образом, чтобы обеспечить оптимальную защиту оператора и сохранение целостности продукта.

Материалы, подвергаемые переработке и транспортировке, часто представляют опасность для здоровья из-за повышенной активности многих новых фармакологических ингредиентов. Производство лекарственных препаратов и биопрепаратов часто проходит под строгим контролем с целью предотвращения их загрязнения. Это обусловлено тем фактом, что эти продукты зачастую предназначены для потребления человеком, и деятельность соответствующих отраслей жестко регламентирована такими органами, как FDA (Управление по контролю за качеством пищевых продуктов и лекарственных средств) в Соединенных Штатах и MHRA (Агентство по регулированию лекарственных средств и медицинских товаров) в Соединенном Королевстве. Более того, фармацевтические препараты, такие как активные фармацевтические ингредиенты и/или впоследствии разжижаемые порошки, в определенной концентрации могут представлять угрозу здоровью оператора. Следовательно, необходимо избегать прямого контакта оператора с потенциально опасными материалами. Благодаря таким строгим требованиям в части обеспечения надежного уплотнения между активной и пассивной частями составного трубопроводной арматуры во избежание негативного воздействия транспортируемых продуктов на окружающую среду и персонал, работающий в непосредственной близости от этих продуктов, изготовление элементов трубопроводной арматуры происходит с соблюдением жестких требований, гарантирующих изготовление элементов точно по размерам с неукоснительным соблюдением требуемых допусков.

При эксплуатации трубопроводной арматуры важно обеспечить, чтобы его открытие или закрытие происходило рекомендуемым и заданным образом, как это указано в руководстве по эксплуатации, которое входит в комплект поставки трубопроводной арматуры. Однако плохая связь и низкий уровень подготовки оператора, иногда в сочетании с его недостаточной внимательностью, часто означают, что трубопроводная арматура эксплуатируется неправильно, что существенно повышает риск его критических отказов, ненадлежащего использования или внепланового технического обслуживания.

Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы устранить или частично снять одну или несколько проблем, связанных с эксплуатацией трубопроводной арматуры известного уровня техники.

Краткое раскрытие настоящего изобретения

Согласно настоящему изобретению предложено устройство, обеспечивающее обратную связь с оператором по факту открытия или закрытия трубопроводной арматуры или соединения.

В предпочтительном варианте описываемое устройство дополнительно содержит следующие элементы:

запоминающее устройство для хранения, по меньшей мере, одного рекомендуемого события открытия или закрытия трубопроводной арматуры;

воспринимающее устройство для считывания активации оператором трубопроводной арматуры или соединения; и

устройство обработки данных для сравнения распознанной активации трубопроводной арматуры или соединения с рекомендуемым событием открытия или закрытия в реальном масштабе времени или в масштабе времени, близком к реальному, и выдачи оператору, по меньшей мере, одного сигнала обратной связи, исходя из результатов сравнения.

В еще более предпочтительном варианте трубопроводная арматура или соединение представляет собой трубопроводную арматурудля транспортировки порошков.

В работе трубопроводная арматура или соединение выбирается из группы, включающей в себя составной дисковый затвор, составную шиберную задвижку, составной шаровой кран, сдвоенный затвор, порт быстрой передачи и альфа/бета порт.

В предпочтительном варианте способ активации оператором трубопроводной арматуры или соединения выбирается из группы, включающей в себя ручную активацию, активацию с помощью пневмопривода и активацию электроприводом.

В еще более предпочтительном варианте воспринимающее устройство для считывания активации оператором трубопроводной арматуры или соединения выбирается их группы, включающей в себя многокомпонентный акселерометр, кодовый датчик угла поворота и двоичный датчик.

В работе воспринимающее устройство для считывания активации оператором трубопроводной арматуры или соединения может считывать угловое положение запирающего элемента трубопроводной арматуры относительно корпуса трубопроводной арматуры.

В предпочтительном варианте воспринимающее устройство для считывания активации оператором трубопроводной арматуры или соединения располагается на исполнительном механизме.

В предпочтительном варианте исполнительный механизм представляет собой удлиненную рукоятку с удлиненным валом, один конец которого образует головку, а другой конец - центральный узел.

В еще более предпочтительном варианте центральный узел может характеризоваться наличием первой поверхности для соединения с арматурным устройством или муфтой и противоположной второй поверхностью, видимой оператору.

В работе первая поверхность центрального узла содержит гнездо, размеры которого позволяют принять шпенек квадратного сечения, предусмотренный на трубопроводной арматуре или устройстве.

В предпочтительном варианте центральный узел задает, в общем, круглое тело, заключающее в себе печатную плату, аккумуляторную батарею и жидкокристаллический дисплей, который виден сквозь вторую поверхность.

В еще более предпочтительном варианте центральный узел задает герметичный пылевлагозащищенный корпус.

В работе запоминающее устройство и устройство обработки данных могут располагаться на печатной плате.

В предпочтительном варианте запоминающее устройство и устройство обработки данных реализованы в маломощном микроконтроллере.

В еще более предпочтительном варианте устройство обработки принимает запускающий сигнал, вводимый пользователем с помощью кнопок; и/или получаемый с воспринимающего устройства для считывания активации оператором трубопроводной арматуры или соединения; и/или получаемый с одного или нескольких датчиков, встроенных в печатную плату или располагаемых отдельно от указанной печатной платы.

В работе устройство обработки данных может принимать запускающий сигнал, генерируемый входными воздействиями, такими как вращения, пульсации, удары, толчки и/или вибрации, распознаваемые воспринимающим устройством для считывания активации оператором трубопроводной арматуры или соединения.

В предпочтительном варианте, по меньшей мере, один сигнал обратной связи с оператором выбирается из группы, включающей в себя аудиовизуальный сигнал, буквенно-цифровую информацию и тактильную отдачу.

В еще более предпочтительном варианте, по меньшей мере, один сигнал обратной связи с оператором представляет собой аварийный сигнал.

В работе на цветном дисплее может отображаться, по меньшей мере, один сигнал обратной связи с оператором.

В предпочтительном варианте, по меньшей мере, один сигнал обратной связи с оператором отображает угол, который образует запирающий элемент трубопроводной арматуры относительно корпуса трубопроводной арматуры, или процентное значение, характеризующее положение запирающего элемента трубопроводной арматуры в диапазоне между полностью открытым и полностью закрытым положением.

В еще более предпочтительном варианте, по меньшей мере, одно рекомендуемое событие открытия и/или закрытия трубопроводной арматуры задает открытие или закрытие запирающего элемента трубопроводной арматуры по заданной шкале времени; и/или закрытие запирающего элемента трубопроводной арматуры с его переводом в заданное первое положение и последующее открытие запирающего элемента трубопроводной арматуры с его переводом, по меньшей мере, во второе положение перед полным закрытием запирающего элемента трубопроводной арматуры; и/или открытие запирающего элемента трубопроводной арматуры с его переводом в заданное первое положение и последующее закрытие запирающего элемента трубопроводной арматуры с его переводом, по меньшей мере, во второе положение перед полным открытием запирающего элемента трубопроводной арматуры.

В работе, по меньшей мере, одно рекомендуемое событие открытия или закрытия трубопроводной арматуры может задавать перевод запирающего элемента трубопроводной арматуры в заданное положение или последовательность положений для проведения технического обслуживания, чистки или стерилизации.

В предпочтительном варианте, по меньшей мере, одно рекомендуемое событие закрытия трубопроводной арматуры задает сверх-поворот запирающего элемента трубопроводной арматуры на угол свыше 90° относительно плоскости корпуса трубопроводной арматуры.

В еще более предпочтительном варианте, по меньшей мере, одно рекомендуемое событие открытия или закрытия трубопроводной арматуры, распознанная активация оператором трубопроводной арматуры или соединения и/или, по меньшей мере, один выданный оператору сигнал обратной связи записывается для отображения по месту или дистанционно.

В работе, по меньшей мере, одно рекомендуемое событие открытия или закрытия трубопроводной арматуры, распознанная активация оператором трубопроводной арматуры или соединения и/или, по меньшей мере, один выданный оператору сигнал обратной связи может быть передан обратно на удаленный сервер с помощью проводного или беспроводного устройства связи.

В предпочтительном варианте устройство обработки данных содержит модуль GPS, фиксирующий местоположение трубопроводной арматуры или соединения.

В еще более предпочтительном варианте устройство обработки данных содержит уникальный идентификатор продуктов.

Настоящим изобретением также предложен способ обеспечения обратной связи с оператором по открытию и/или закрытию трубопроводной арматуры или соединения, предусматривающий выполнение следующих стадий:

сохранения, по меньшей мере, одного рекомендуемого события открытия иди закрытия трубопроводной арматуры;

считывания активации оператором трубопроводной арматуры или соединения;

сравнения распознанной активации трубопроводной арматуры или соединения с рекомендуемым событием открытия или закрытия трубопроводной арматуры или соединения в реальном масштабе времени или в масштабе времени, близком к реальному; и

выдачи оператору, по меньшей мере, одного сигнала обратной связи, исходя из результатов сравнения.

Настоящим изобретением также предложен компьютерный программный продукт для обеспечения обратной связи по открытию или закрытию трубопроводной арматуры или соединения, содержащий следующие элементы:

средство компьютерного программного продукта для хранения, по меньшей мере, одного рекомендуемого события открытия или закрытия трубопроводной арматуры;

средство компьютерного программного продукта для считывания активации оператором трубопроводной арматуры или соединения;

средство компьютерного программного продукта для сравнения распознанной активации трубопроводной арматуры или соединения с рекомендуемым событием открытия или закрытия трубопроводной арматуры или соединения в реальном масштабе времени или в масштабе времени, близком к реальному; и

средство компьютерного программного продукта для выдачи оператору, по меньшей мере, одного сигнала обратной связи, исходя из результатов сравнения.

Считается, что система и способ обеспечения обратной связи с оператором по открытию и/или закрытию трубопроводной арматуры или соединения согласно настоящему изобретению, по меньшей мере, устраняют проблемы, обозначенные выше. Преимущества настоящего изобретения состоят в том, что предложена система и способ, которые обеспечивают ручное управление арматурным устройством или муфтой безопасным и эффективным образом; а также в том, что обеспечена транспортировка продукта из одной емкости или технологического аппарата в другую емкость или аппарат с минимальным уровнем выброса пыли в окружающую среду. Обеспечение обратной связи с оператором по открытию и/или закрытию эффективно снижает количество критических отказов трубопроводной арматуры, а также может уменьшить чрезмерный износ вязкоупругих элементов и седел арматуры, вследствие чего сокращается запланированное время простоя и снижается вероятность непредвиденного выхода из строя элементов арматуры.

Специалистам в данной области техники очевидно, что возможны различные варианты осуществления настоящего изобретения; при этом предполагается, что заявленное изобретение может быть использовано иным образом, чем это предусмотрено описанием, представленном в настоящем документе.

Краткое описание фигур

Ниже будут подробно описаны конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, которые не носят ограничительного характера и представлены исключительно в иллюстративных целях с привязкой к прилагаемым чертежам, где:

На фиг. 1 показан перспективный вид сбоку в разрезе настоящего изобретения, реализованного в виде рукоятки для приведения в действие трубопроводной арматуры, обеспечивающей ручное управление арматурным устройством согласно настоящему изобретению;

На фиг. 2 представлено покомпонентное изображение рукоятки для приведения в действие трубопроводной арматуры, показанной на фиг. 1;

На фиг. 3 и 4 проиллюстрировано, как рукоятка для приведения в действие трубопроводной арматуры, показанная на фиг. 1 и 2, может быть соединена с трубопроводной арматурой или соединением для обеспечения ручного управления указанным устройством или соединением; а

На фиг. 5 представлена высокоуровневая блок-схема, иллюстрирующая реализацию настоящего изобретения в микроконтроллере.

Подробное раскрытие настоящего изобретения

Система обеспечения обратной связи с оператором по открытию и/или закрытию трубопроводной арматуры или соединения показана на фиг. 1 и 2. На фиг. 1 и 2 проиллюстрировано, как настоящее изобретение может быть реализовано в виде рукоятки 10 для приведения в действие трубопроводной арматуры, обеспечивающей ручное управление составными затворами в сборе.

Как показано на фиг. 1, рукоятка 10 для приведения в действие трубопроводной арматуры содержит цельный вал-ручку или рычаг 22, один конец которого образует головку 24. Другой конец вала рукоятки или рычага 22 соединен с узлом 20, который выполнен в виде цельной механически отработанной детали. Как лучше всего видно на фиг. 1, задняя поверхность узла 20, т.е. поверхность, входящая в соприкосновение с составным затвором 50 в сборе, задает гнездо, размеры которого позволяют войти в него шпеньку 52 квадратного сечения, который предусмотрен на составном затворе 50 в сборе, как это хорошо видно на фиг. 3.

Лицевая поверхность узла 20, т.е. поверхность, видимая оператору, обычно имеет круглую форму.

Как лучше всего видно на фиг. 2, узел 20 содержит по существу кольцеобразный корпус 36, в который заключена печатная плата (РСВ) 30 с источником питания или аккумуляторной батареей 32; при этом указанные элементы закреплены с помощью соединительных винтов 34. Цветной жидкокристаллический дисплей (ЖК-дисплей) 38 располагается в отверстии корпуса 36 напротив РСВ 30. Цветной ЖК-дисплей 38 закреплен в экранном узле 40, который содержит защитный прозрачный экран или окошко 42, расположенное по центру, а также рабочие или функциональные кнопки 44, размещенные по окружности экранного узла 40 с целью облегчения доступа. В число кнопок 44 входит кнопка включения/выключения питания, кнопка режима ожидания и/или одна или несколько функциональных кнопок.

Поскольку рукоятка 10 для приведения в действие трубопроводной арматуры предназначена для использования в условиях агрессивной окружающей среды, в том числе для удерживания опасных для здоровья порошкообразных, пылеобразных, гранулированных и/или полутвердых ингредиентов, а также для их регулирования и управления этими ингредиентами, корпус 36 и экранный узел 40 соединяются друг с другом с помощью установочных винтов 46 и внутренних кольцевых уплотнений 28, которые соединяют корпус 36 и экранный узел 40 с узлом 20, прижимая их к кольцевому уплотнению 26.

Для обеспечения обратной связи с оператором по открытию и/или закрытию составного затвора 50 в сборе РСВ 30 содержит различные аппаратные средства, программное обеспечение, датчики и элементы, что лучше всего проиллюстрировано на схеме, представленной на фиг. 5, и подробно описано в привязке к фиг. 5.

На фиг. 1 и 2 показано, как настоящее изобретение может быть реализовано в виде рукоятки 10 для приведения в действие трубопроводной арматуры, обеспечивающей ручное управление трубопроводной арматурой или соединением, в частности, составным затвором 50 в сборе, предназначенным для удерживания опасных для здоровья порошкообразных, пылеобразных, гранулированных и/или полутвердых ингредиентов, а также для их регулирования и управления этими ингредиентами. В процессе эксплуатации задняя поверхность узла 20, т.е. поверхность, входящая в соприкосновение с составным затвором 50 в сборе, содержит гнездо 48, размеры которого позволяют войти в него шпеньку 52 квадратного сечения, который предусмотрен на составном затворе 50 в сборе, как это показано на фиг. 3 и 4. За счет вращения оператором рукоятки 10 для приведения в действие трубопроводной арматуры осуществляется управление поворотными запорными элементами (не показаны) внутри составного затвора 50 в сборе.

В одном из альтернативных вариантов осуществления настоящего изобретения узел 20 соединяется с составным затвором 50 в сборе через рукоятку 10 для приведения в действие трубопроводной арматуры, которая выполнена с возможностью вращения в корпусе узла 20 для приведения во вращение гнезда 48. За счет этого обеспечивается фиксированная ориентация ЖК-дисплея 38 и рабочих и/или функциональных кнопок 44, расположенных по окружности экранного узла 40, относительно пользователя.

Как показано на фиг. 3 и 4, составной затвор 50 в сборе состоит из двух частей, а именно из верхней пассивной части 56 и нижней активной части 54. Пассивная часть 56 затвора задает корпус 57 затвора, который обычно имеет кольцеобразную форму, существу также кольцеобразную форму. Две части 54 и 56 затвора характеризуются дополняющей друг друга формой, вследствие чего одна часть может герметично входить в соединение и взаимодействовать с другой частью, обеспечивая прохождение материала между указанными двумя частями затвора. Хотя это и не показано на фиг. 3 и 4, каждая часть затвора содержит запирающий элемент затвора, установленный с возможностью поворота в корпусах 55 и 57. Каждый запирающий элемент затвора имеет форму кольцеобразного диска; при этом каждый из них снабжен шпинделем, за счет которого обеспечивается поворотное вращение каждого запирающего элемента затвора.

Хотя это и не показано на фиг. 3 и 4, шпиндель нижней активной части 54 затвора соединен со шпеньком 52 или выполнен с ним заодно. Таким образом, вращение шпинделя инициируется вращением шпенька 52. Со шпеньком 52 соединен шпиндель верхней пассивной части 56 затвора. Механическая предохранительная блокировка обеспечивает безопасную работу составного затвора 50 в сборе. Если две части затвора состыкованы правильно, штифт 60 механической блокировки на активной части 54 затвора высвобождает профилированный освобождающий штифт 62 на активной части 54 затвора, что обеспечивает открытие диска затвора за счет вращения шпинделя 52.

Запорные элементы затвора располагаются в кольцеобразных седлах (не показаны), заданных в корпусах 55 и 57 затвора. Седла затвора выполнены упруго деформируемыми; и обычно они располагаются в соответствующих выемках для приема седел, которые выполнены с возможностью вхождения в соединение в процессе эксплуатации с твердотельными частями корпусов 55 и 57 затвора.

Запорные элементы затвора выполнены с возможностью поворота на 90° или больше. Таким образом, в полностью открытом положении затвора профиль поверхности его запорных элементов совпадает с профилем сквозных отверстий в корпусах 55 и 57 затвора, вследствие чего максимально расширяется канал для прохождения потока рабочей среды или иного материала.

На фиг. 3 и 4 также показано, что две части 54 и 56 составного затвора 50 в сборе могут смыкаться и разъединяться за счет вращения ручки 58. Это можно сделать только в том случае, если составной затвор 50 в сборе закрыт.

Две части 54 и 56 составного затвора 50 в сборе выполнены с возможностью установки на емкости (не показана) для удерживания материала; на средстве транспортировки, таком как шланг, для переноса материала; и/или на ином технологическом оборудовании, известном на в данной области техники. К способам крепежа частей затвора могут относиться любые способы, известные в данной области техники, в том числе, например, соединение с помощью винтовой резьбы, посадка с натягом, байонетное соединение и т.п. В альтернативном варианте части 54 и 56 затвора могут быть выполнены заодно с емкостью или средством транспортировки.

Хотя выше описано, как настоящее изобретение может быть реализовано в виде рукоятки 10 для приведения в действие трубопроводной арматуры с целью осуществления ручного управления трубопроводной арматурой или соединением, в частности, составным дисковым затвором 50 в сборе, специалисту в данной области техники понятно, что настоящее изобретение может быть реализовано в виде любой иной трубопроводной арматуры или соединения для транспортировки продуктов, например, в виде составных шиберных задвижек, составных шаровых кранов, сдвоенных затворов, портов быстрой передачи и альфа/бета портов.

На фиг. 5 представлена блок-схема, иллюстрирующая, как система и способ обеспечения обратной связи с оператором по открытию и/или закрытию трубопроводной арматуры или соединения могут быть реализованы в компактном блоке с автономным питанием, включающим в себя маломощный микроконтроллер 100. Как показано на фиг. 5, микроконтроллер 100 принимает ряд входных сигналов, в общем, обозначенных в правой части фигуры.

Микроконтроллер 100 может считаться автономной системой, снабженной процессором, запоминающим устройством и периферийными модулями; при этом он может быть использован для обеспечения обратной связи с оператором по открытию и/или закрытию трубопроводной арматуры или соединения посредством ряда выходных сигналов, в общем, обозначенных в левой части этой фигуры.

На фиг. 5 представлена упрощенная блок-схема, и для облегчения понимания многие другие компоненты схемы не показаны. Например, хотя это и не показано на фиг. 5, аналоговый сигнал, принимаемый с одного или нескольких датчиков 104 состояния окружающей среды, встроенных в печатную плату 30, сначала преобразуется в цифровой формат аналого-цифровым преобразователем (АЦП) любого пригодного для использования типа, применяемого в данной области техники. Аналогичным образом один или несколько цифровых выходных сигналов микропроцессора 100 могут быть преобразованы в аналоговый формат с использованием любого аналого-цифрового преобразователя (АЦП), применяемого в данной области техники. Например, такой аналоговый выходной сигнал может быть использован для запитывания аудиовыхода 116.

В процессе эксплуатации ряд команд или алгоритм, записанный в программе микроконтроллера 100, имеет возможность запрограммировать микроконтроллер 100. Микроконтроллер 100, содержащий процессор, запоминающее устройство и периферийные модули, сначала устанавливается в энергосберегающий режим ожидания запускающего сигнала. Запускающий сигнал может быть введен пользователем с помощью кнопок 102; и/или получен с одного или нескольких датчиков 104 состояния окружающей среды, встроенных в печатную плату 30; и/или получен с одного или нескольких датчиков 106 оборудования. В своем базовом режиме работы микроконтроллер 100 может быть оперативно активирован с выведением из режима ожидания посредством нажатия оператором кнопки включения/выключения питания или кнопки 102 режима ожидания, расположенной на экранном узле 40.

Дополнительно или в альтернативном варианте микроконтроллер 100 может быть эффективно выведен оператором из энергосберегающего режима ожидания просто путем захвата вала 22 рукоятки или головки 24, или же посредством определения близости оператора к составному затвору 50 в сборе. В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения один из датчиков 106 оборудования, расположенных на печатной плате 30, представляет собой датчик положения, который считывает угловое положение рукоятки 22 относительно составного затвора 50 в сборе. В процессе эксплуатации датчик положения представляет собой трехкомпонентный акселерометр, реагирующий на самые незначительные входные воздействия, включающие в себя вращения, пульсации, удары, толчки и/или вибрации, с целью начальной активации микроконтроллера 100.

После активации микроконтроллера 100 он считывает выходные сигналы с трехкомпонентного акселерометра для определения ориентации и углового положения рукоятки 10 для приведения в действие трубопроводной арматуры. Поскольку положение рукоятки 10 для приведения в действие трубопроводной арматуры управляет положением поворотных запорных элементов внутри составного затвора 50 в сборе, микроконтроллер 100 способен определять положение поворотных запорных элементов внутри составного затвора 50 в сборе в реальном масштабе времени или в масштабе времени, близком к реальному.

В основном режиме работы ЖК-дисплей 38 может быть использован для демонстрации пользователю действий, перемещений или команд, например, путем отображения слов «ОТКРЫТЬ» и «ЗАКРЫТЬ». Дополнительно или в качестве альтернативы демонстрации пользователю действий, перемещений или команд может быть отображено состояние трубопроводной арматуры. Например, дисплей 38 мог бы показать, что запорные элементы трубопроводной арматуры полностью открыты, отобразив на экране слово «ОТКРЫТ» или «0», или просто за счет высвечивания экрана зеленым цветом. Аналогичным образом, если микроконтроллер 100 определяет, что поворотные запорные элементы трубопроводной арматуры находятся в полностью закрытом положении относительно их соответствующих седел, то дисплей 38 мог бы отобразить слово «ЗАКРЫТ» или «90» или просто светиться красным цветом.

Для определения положения запорных элементов трубопроводной арматуры в пределах от полностью открытого до полностью закрытого положения отображается угол от 0° до 90° и больше, если для управления запирающими элементами трубопроводной арматуры используется способ «сверх-поворота» для очистки указанных элементов и седел трубопроводной арматуры (как это описано в опубликованной заявке заявителя WO 2012/007732 А1). Аналогичным образом может отображаться процентное значение, характеризующее положение запорных элементов трубопроводной арматуры в пределах от полностью открытого до полностью закрытого. Например, на дисплее могло бы отображаться «100%», если запорные элементы трубопроводной арматуры полностью открыты, и «0%» в том случае, если они полностью закрыты; а также иные процентные значения, отображающие распознанные между ними углы.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения считывается положение запорных элементов трубопроводной арматуры относительно заданных или рекомендуемых параметров его открытия или закрытия; и на основании результатов этого сравнения оператору выдается, по меньшей мере, один сигнал обратной связи.

Специалисту в данной области техники станет понятно, что при эксплуатации составного затвора 50 в сборе с целью контроля, подачи, нагнетания и/или регулирования расхода жидкостей, суспензий, таблеток и/или опасных текучих сред, а также потенциально опасных для жизни лекарственных порошков и пылеобразных веществ, совершенно необходимо, чтобы между запорным элементом затвора и его седлом было предусмотрено надежное уплотнение на каждой из частей 54 и 56 затвора. На практике это достигается за счет эксплуатации затвора в сборе согласно заданным или рекомендуемым параметрам открытия и/или закрытия, которые записаны в программе микроконтроллера 100.

Заданное или рекомендуемое условие или событие открытия и/или закрытия может предусматривать, например, полное закрытие или открытие запирающего элемента трубопроводной арматуры по определенной шкале времени, например, каждые 10 секунд; или закрытие запирающего элемента трубопроводной арматуры с его поворотом на определенный первый угол с последующим открытием запирающего элемента трубопроводной арматуры с его поворотом на второй угол перед полным закрытием запирающего элемента трубопроводной арматуры. Эта операция влечет за собой удаление излишков порошка с поверхности запорных элементов трубопроводной арматуры. Аналогичным образом выполнение сверх-поворота запирающего элемента на угол свыше 90° относительно плоскости седла трубопроводной арматуры может помочь обеспечить надежное уплотнение. Сверх-поворот на угол свыше 90° позволяет очистить запирающий элемент трубопроводной арматуры от любых остатков, таких как порошок, которые могут осаждаться на уплотняющей поверхности седла трубопроводной арматуры. Это делается для того, чтобы обеспечить надежное уплотнение между седлом и запорным элементом трубопроводной арматуры, когда этот запирающий элемент находится по существу в закрытом положении, т.е. перпендикулярно соответствующему седлу трубопроводной арматуры. Подробное описание выполнения сверх-поворота запирающего элемента трубопроводной арматуры на угол свыше 90° можно найти в предыдущей публикации заявителя WO 2012/007732 А1.

Составные затворы 50 в сборе могут стерилизоваться или дезинфицироваться рядом известных способов, включающих в себя автоклавирование, пропускание пара через открытый затвор или продувку их иным газом, таким как испаряемая перекись водорода, до того, как какой-либо лекарственный препарат войдет в соприкосновение с внутренними поверхностями или частями затвора, контактирующими с этим продуктом. Такая стерилизация паром на месте (SIP) часто требует заданного или рекомендуемого условия или события открытия и/или закрытия затвора.

Специалисту в данной области техники станет понятно, что оператор может активировать оптимизированные или рекомендуемые параметры открытия или закрытия в первую очередь посредством выбора соответствующей пользовательской кнопки 44, например, путем выбора просто открытия, закрытия или SIP. Затем микроконтроллер 100 сравнивает распознанное угловое положение запирающего элемента трубопроводной арматуры в реальном масштабе времени или в масштабе времени, близком к реальному, относительно рекомендуемого условия или события открытия или закрытия трубопроводной арматуры. После этого микроконтроллер 100 выдает оператору, по меньшей мере, один сигнал обратной связи, исходя из результатов этого сравнения. Сигнал обратной связи для оператора может представлять собой один из следующих видов сигналов или любое сочетание таких сигналов: выходные сигналы на устройство 118 отображения, звуковой выходной или аварийный сигнал 116 и тактильная отдача 114 определенного вида.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения при закрытии или открытии пользователем затвора используется простой режим «светофора», предусматривающий, что если рукоятка 10 приведения в действие трубопроводной арматуры вращается таким образом, что это удовлетворяет или почти удовлетворяет рекомендуемому условию или событию открытия или закрытия трубопроводной арматуры, то оператору должен быть выдан, по меньшей мере, один сигнал обратной связи, освещающий экран дисплея 38 зеленым цветом. Если оператор закрывает трубопроводную арматуру или слишком быстро, или слишком медленно, экран дисплея 38 светится оранжевым или красным цветом, указывая оператору на его невнимательность или то, что трубопроводная арматура работает некорректно.

В сочетании с этими визуальными цветовыми сигналами оператору могут быть показаны различные слова, такие как «ЗАМЕДЛИТЬ», «УСКОРИТЬ», «ПРАВИЛЬНО» и пр. Звуковой выходной или аварийный сигнал 116 также может быть использован в тех случаях, когда изменяется шаг или объем, указывая на необходимость сравнения распознанного углового положения запирающего элемента трубопроводной арматуры с рекомендуемым условием или событием открытия или закрытия трубопроводной арматуры. Для того чтобы показать оператору, что рукоятка 10 приведения в действие трубопроводной арматуры вращается таким образом, что это удовлетворяет или почти удовлетворяет рекомендуемому условию или событию открытия или закрытия трубопроводной арматуры, может быть использована тактильная отдача 114, например, в виде вибрации, передаваемой через ручку 22.

Помимо выдачи микроконтроллером 100, по меньшей мере, одного сигнала обратной связи для оператора, исходя из сравнения распознанного углового положения запирающего элемента трубопроводной арматуры с рекомендуемым условием или событием открытия или закрытия трубопроводной арматуры, предусмотрено сохранение этой информации в локальной памяти для последующего анализа. К этой информации, поступающей в порядке обратной связи, может быть обеспечен локальный доступ; и/или же она может передаваться обратно на центральный сервер (не показан) с помощью устройства 112 связи, которое может представлять собой пригодный для использования протокол проводной или беспроводной связи, в том числе, например, Bluetooth и ZigBee, или по сети сотовой связи.

Кроме того, предусмотрено, что микроконтроллер 100 может также содержать или включать в себя встроенный модуль 108 GPS, который фиксирует фактическое местоположение составного затвора 50 в сборе, вместе с прочими датчиками состояния окружающей среды, которые регистрируют такие параметры, как температура наружного воздуха/внутри помещения, интенсивность освещения, влажность, атмосферное давление, измеренное усилие и время 110 срабатывания. Эти параметры могут сохраняться в локальной памяти и передаваться обратно на центральный сервер (не показан) с помощью устройства 112 связи.

Желательно также, чтобы беспроводная сеть характеризовалась малым потреблением мощности с тем, чтобы аккумуляторная батарея могла проработать без замены несколько лет.

В качестве альтернативы беспроводной сети, описанной выше в настоящем документе, передача данных может осуществляться по сети WiFi.

Кроме того, благодаря определению состояния окружающей среды, в которой работает затвор 50 в сборе, например, не подвергается ли он чрезмерным вибрациям или ударным воздействиям, не испытывает ли он избыточное давление в ходе выполнения технологического процесса, не подвергается ли он вредному воздействию растворителей, не испытывает ли он чрезмерные усилия со стороны сопредельного оборудования и не подвергается ли он иным негативным воздействиям, полученная информация может быть использована наряду с данными об использовании для прогнозирования и предотвращения критических отказов или внепланового технического обслуживания.

Описываемое устройство запитывается от аккумуляторной батареи; при этом оно герметично защищено от воздействий окружающей среды (т.е. является пылевлагозащищенным) и выполнено безопасным для эксплуатации в опасной и/или потенциально взрывоопасной среде (например, классифицировано согласно Европейскому стандарту взрывобезопасности (АТЕХ)). Микроконтроллер 100 использует элементы с низким потреблением мощности, вследствие чего система выполнена с возможностью обеспечения длительного срока службы аккумуляторной батареи.

В настоящее изобретение могут быть внесены различные изменения и модификации без отступления от его объема. Например, хотя конкретные варианты осуществления настоящего изобретения относятся к его реализации на примере составного дискового затвора, это никоим образом не следует рассматривать в качестве ограничения, поскольку в работе заявленное изобретение может быть реализовано в любой машине или оборудовании, где требуется информация об использовании. Настоящее изобретение не ограничено деталями описанных вариантов его осуществления. Например, управляемая вручную рукоятка может быть заменена другим исполнительным механизмом, например, пневматическим, электрическим или иным приводом; при этом также могут считываться данные о состоянии для выдачи указаний о режиме работы или необходимости проведения технического обслуживания.

Настоящее изобретение относится к системе и способу обеспечения обратной связи с оператором для ручного управления трубопроводной арматуры, в частности к арматурным устройствам для контроля, подачи, нагнетания и/или регулирования расхода порошков, жидкостей, суспензий, таблеток и/или текучих сред. Устройство обеспечения обратной связи с оператором по факту открытия или закрытия трубопроводной арматуры или соединения, в котором трубопроводная арматура или соединение представляет собой арматуру для транспортировки порошков, содержит: запоминающее устройство для хранения рекомендуемого события открытия или закрытия трубопроводной арматуры; воспринимающее устройство для считывания активации оператором трубопроводной арматуры или соединения; и устройство обработки данных для сравнения распознанной активации трубопроводной арматуры или соединения с рекомендуемым событием открытия или закрытия трубопроводной арматуры или соединения в реальном масштабе времени или в масштабе времени, близком к реальному, и выдачи оператору сигнала обратной связи, исходя из результатов сравнения, при этом воспринимающее устройство для считывания активации оператором трубопроводной арматуры или соединения располагается на исполнительном механизме. Технический результат настоящего изобретения направлен на снижение количества критических отказов трубопроводной арматуры, а также уменьшение степени износа вязкоупругих элементов и седел арматуры. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство обеспечения обратной связи с оператором по факту открытия или закрытия трубопроводной арматуры или соединения, в котором трубопроводная арматура или соединение представляет собой арматуру для транспортировки порошков, при этом устройство содержит:

запоминающее устройство для хранения, по меньшей мере, одного рекомендуемого события открытия или закрытия трубопроводной арматуры;

воспринимающее устройство для считывания активации оператором трубопроводной арматуры или соединения; и

устройство обработки данных для сравнения распознанной активации трубопроводной арматуры или соединения с рекомендуемым событием открытия или закрытия трубопроводной арматуры или соединения в реальном масштабе времени или в масштабе времени, близком к реальному, и выдачи оператору, по меньшей мере, одного сигнала обратной связи, исходя из результатов сравнения, при этом воспринимающее устройство для считывания активации оператором трубопроводной арматуры или соединения располагается на исполнительном механизме.

2. Устройство по п. 1, в котором трубопроводная арматура или соединение выбирается из группы, включающей в себя составной дисковый затвор, составную шиберную задвижку, составной шаровой кран, сдвоенный затвор, порт быстрой передачи и альфа/бета порт.

3. Устройство по любому из пп. 1, 2, в котором активация оператором трубопроводной арматуры или соединения выбирается из группы, включающей в себя ручную активацию, активацию с помощью пневмопривода и активацию электроприводом.

4. Устройство по любому из пп. 1-3, в котором воспринимающее устройство для считывания активации оператором трубопроводной арматуры или соединения выбирается из группы, включающей в себя многокомпонентный акселерометр, кодовый датчик угла поворота и двоичный датчик.

5. Устройство по любому из пп. 1-4, в котором воспринимающее устройство для считывания активации оператором трубопроводной арматуры или соединения считывает угловое положение запирающего элемента трубопроводной арматуры относительно корпуса трубопроводной арматуры.

6. Устройство по п. 1, в котором исполнительный механизм представляет собой удлиненную рукоятку с удлиненным валом, один конец которого образует головку, а другой конец - центральный узел.

7. Устройство по п. 6, в котором центральный узел характеризуется наличием первой поверхности для соединения с трубопроводной арматурой или соединением и противоположной второй поверхностью, видимой оператору.

8. Устройство по п. 7, в котором первая поверхность центрального узла содержит гнездо, размеры которого позволяют принять шпенек квадратного сечения, предусмотренный на трубопроводной арматуре или соединении.

9. Устройство по любому из пп. 6-8, в котором центральный узел представляет собой по существу цилиндрическое тело, заключающее в себе печатную плату, аккумуляторную батарею и жидкокристаллический дисплей, который виден сквозь вторую поверхность.

10. Устройство по любому из пп. 6-9, в котором центральный узел представляет собой герметичный пылевлагозащищенный корпус.

11. Устройство по п. 1, в котором запоминающее устройство, воспринимающее устройство и устройство обработки данных располагаются на печатной плате.

12. Устройство по п. 11, в котором и запоминающее устройство, и устройство обработки данных реализованы в маломощном микроконтроллере.

13. Устройство по п. 12, в котором устройство обработки данных принимает запускающий сигнал, вводимый пользователем с помощью кнопок, и/или получаемый с воспринимающего устройства для считывания активации оператором трубопроводной арматуры или соединения, и/или получаемый с одного или нескольких датчиков, встроенных в печатную плату или располагаемых отдельно от указанной печатной платы.

14. Устройство по п. 11 или 12, в котором устройство обработки данных принимает запускающий сигнал, генерируемый входными воздействиями, такими как вращения, пульсации, удары, толчки и/или вибрации, распознаваемые воспринимающим устройством для считывания активации оператором трубопроводной арматуры или соединения.

15. Устройство по п. 1, в котором, по меньшей мере, один сигнал обратной связи с оператором выбирается из группы, включающей в себя аудиовизуальный сигнал, буквенно-цифровую информацию и тактильную отдачу.

16. Устройство по п. 1, в котором, по меньшей мере, один сигнал обратной связи с оператором представляет собой аварийный сигнал.

17. Устройство по п. 15 или 16, в котором, по меньшей мере, один сигнал обратной связи с оператором отображается на цветном дисплее.

18. Устройство по любому из пп. 15-17, в котором, по меньшей мере, один сигнал обратной связи с оператором отображает угол, который образует запирающий элемент трубопроводной арматуры относительно корпуса трубопроводной арматуры, или процентное значение, характеризующее положение запирающего элемента трубопроводной арматуры в диапазоне между полностью открытым и полностью закрытым положением.

19. Устройство по п. 1, в котором, по меньшей мере, рекомендуемое событие открытия или закрытия трубопроводной арматуры задает открытие или закрытие запирающего элемента трубопроводной арматуры по заданной шкале времени; и/или закрытие запирающего элемента трубопроводной арматуры с его переводом в заданное первое положение и последующее открытие запирающего элемента трубопроводной арматуры с его переводом, по меньшей мере, во второе положение перед полным закрытием запирающего элемента трубопроводной арматуры; и/или открытие запирающего элемента трубопроводной арматуры с его переводом в заданное первое положение и последующее закрытие запирающего элемента трубопроводной арматуры с его переводом, по меньшей мере, во второе положение перед полным открытием запирающего элемента трубопроводной арматуры.

20. Устройство по п. 1, в котором, по меньшей мере, рекомендуемое событие открытия или закрытия трубопроводной арматуры задает перевод запирающего элемента трубопроводной арматуры в заданное положение или последовательность положений для проведения технического обслуживания, чистки или стерилизации.

21. Устройство по п. 1, в котором, по меньшей мере, одно рекомендуемое событие закрытия трубопроводной арматуры задает сверх-поворот запирающего элемента трубопроводной арматуры на угол свыше 90° относительно плоскости корпуса трубопроводной арматуры.

22. Устройство по п. 1, в котором, по меньшей мере, одно рекомендуемое событие открытия или закрытия трубопроводной арматуры, распознанная активация оператором трубопроводной арматуры или соединения и/или, по меньшей мере, один выданный оператору сигнал обратной связи записывается для отображения по месту или дистанционно.

23. Устройство по любому из пп. 15-21, в котором, по меньшей мере, одно рекомендуемое событие открытия или закрытия трубопроводной арматуры, распознанная активация оператором трубопроводной арматуры или соединения и/или, по меньшей мере, один выданный оператору сигнал обратной связи может быть передан обратно на удаленный сервер с помощью проводного или беспроводного устройства связи.

24. Устройство по п. 1, в котором устройство обработки данных содержит модуль GPS, фиксирующий местоположение трубопроводной арматуры или соединения.

25. Способ предоставления обратной связи по открытию или закрытию трубопроводной арматуры или соединения, в котором трубопроводная арматура или соединение представляет собой арматуру для транспортировки порошков в устройстве по п. 1, предусматривающий выполнение следующих стадий:

сохранения, по меньшей мере, одного рекомендуемого события открытия или закрытия трубопроводной арматуры;

считывания активации оператором трубопроводной арматуры или соединения;

сравнения распознанной активации трубопроводной арматуры или соединения с рекомендуемым событием открытия или закрытия трубопроводной арматуры или соединения в реальном масштабе времени или в масштабе времени, близком к реальному; и

выдачи оператору, по меньшей мере, одного сигнала обратной связи, исходя из результатов сравнения.