Система управления водоподготовкой общественных бассейнов и аквапарков Российский патент 2023 года по МПК C02F9/00 G05B19/04 E04H4/12 

Изобретение относится к области водоподготовки, в частности, к устройствам и способам измерения, регистрации, автоматического регулирования и управления параметрами воды плавательных бассейнов и аквапарков. Предлагаемое техническое решение предназначено для управления ресурс снабжаемыми системами водоподготовки бассейнов и аквапарков на основе сбора и анализа информации по их посетителям.

Главной особенностью водоподготовки плавательных бассейнов, является большое количество взаимосвязанных объектов контроля и управления, надежное функционирование которых во многом определяется динамичным реагированием на быстроизменяющиеся показатели качества воды. Системы автоматизации призваны решать эту задачу максимально быстро и эффективно.

Развитие средств автоматизации плавательных бассейнов началось в Европе с конца прошлого века. Это направление активно развивалось на протяжении десятилетий и в начале второго десятилетия XXI века пришло в Россию. На текущий момент на территории РФ имеется ряд крупных производителей с опытом нахождения на рынке более 10 лет, активно продвигающих это направление. Среди них наиболее значимыми являются:

- компания АКОН (https://acon.ru/) - производитель широкого спектра микропроцессорной автоматики для бассейнов;

- компания «SmartPool» (http://smartpool.su/) - оборудование для комплексной автоматизации бассейнов и аквапарков;

- компания «Дарин» (https://darin7.ru/) - автоматические станции и блоки управления оборудованием бассейнов;

- компания «АКВА Хобби» (https://aqua-hobby.pro/) - разработка и создание систем для автоматизации очистки воды бассейнов.

Главным недостатком существующих систем автоматизации управления бассейнов и аквапарков является невозможность обеспечения требуемой надежности и безопасности работы бассейнов современных средств автоматизации связана с инерционностью работы систем водоподготовки бассейна. Так, согласно [СП 2.1.3678-20 Санитарно-эпидемиологические требования к эксплуатации помещений, зданий, сооружений, оборудования и транспорта, а также условиям деятельности хозяйствующих субъектов, осуществляющих продажу товаров, выполнение работ или оказание услуг. // Утв. Постановлением главного санитарного врача Российской Федерации от 24.12.2020 №44] нормативное время полного водообмена в бассейнах для оздоровительного плавания не более 6 ч. Действующие системы водоподготовки оценивают состояние воды как правило после очистки перед выпуском ее в чашу бассейна. При повышении количества загрязнений от большого числа посетителей система среагирует только через нормативное количество времени. Эффективность данного воздействия, как правило, бывает запоздалой. Ориентируясь на данные анализа [Беляев А.Н., Фалалеев А.В. Технологические риски при эксплуатации плавательных бассейнов. // Сборник материалов: Общество. Наука. Инновации (НПК-2020) XX Всерос. науч.-практ. конф., 17 февр. - 26 апр. 2020 г. Киров: Вятский государственный университет, Т.2, с. 213-219], более опасной ситуация может становиться от постпоследствий подачи реагентов. Повышенное их содержание, вызванное предыдущим потоком посетителей, вызывает интенсивное испарение реагентов в теплой воде бассейна и приводит к увеличению концентрации веществ в зоне дыхания у поверхности воды. Этим фактом можно объяснить именно случаи отравлений от ингаляционного воздействия [Belyaev A. Safe Operation of Recreational Swimming Pools with Silver-Copper-Ionized Water / A. Belyaev, V. Krasovsky, M. Yakhina, E. Kuts // Proceedings of ECSF 2021 Engineering, Construction, and Infrastructure Solutions for Innovative Medicine Facilities, 2022. - Vol.257.- s. 45-54 // doi.org/10.1007/978-3-030-99877-6_5].

В настоящее время на рынке отсутствуют готовые технические решения, позволяющие производить прямые и косвенные измерения показателей качества воды плавательных бассейнов и аквапарков комплексно во всем диапазоне контролируемых значений. Это служит причиной неконтролируемых расходов ресурсов, обусловленных стремлением обеспечить санитарно-гигиенические условия водных объектов и снизить риски возникновения чрезвычайных ситуаций. Анализ эксплуатационных показателей демонстрирует возможность снижения данных затрат не менее 20% практически на любом объекте.

Наиболее близкими аналогами, предлагаемого к созданию в рамках настоящего проекта, изделия можно считать продукцию российских и мировых брендов таких как NECON, Германия (https://www.necon.de/); Hydrover, Испания (https://www.hydrover.eu/); Clearwater Systems, США (https://www.clearwatersystems.com/); АКОН, Россия (http://acon.ru/); Фирма Альт Групп, Россия (http://www.altgroup.ru/). Все предложения, присутствующие на рынке, позволяют автоматизировать процессы управления бассейном без связи с количеством загрязнений находящимися в воде. Данная взаимосвязь является ключевым условием качественной и экономически обоснованной водоподготовки.

Наиболее близкой из уровня техники к предлагаемому техническому решению является система управления параметрами воды плавательного бассейна [RU 2782536 C1. МПК C02F 9/00, G01N 33/18, G01N 35/00, E04H 4/00. Заявка № 2021137260 от 15.12.2021, опубл.: 28.10.2022 в Бюл. № 31].

Система управления параметрами воды плавательного бассейна содержит: датчик свободного хлора в воде, датчик рН воды, датчик Redox-потенциала воды, датчик температуры воды, датчик уровня рН-корректора, датчик уровня хлорсодержащего реагента, измеритель роста посетителей, датчик веса, устройство расчета площади поверхности тела человека, устройство сравнения, таймер, сумматор, устройство управления световым табло, запоминающее устройство, световое табло, регистрирующий прибор, упреждающий регулятор, управляющее устройство, устройство, устройство, дозирующее рН-корректор. Упреждающий регулятор непрерывно обрабатывает измеряемые показатели качества воды, а также информацию о значении площади поверхности тела всех посетителей, сравнивает текущие показатели с заданными и подает сигналы на управляющее устройство, которое включает и отключает устройство, дозирующее хлорсодержащий реагент и устройство, дозирующее рН-корректор.

Недостатками данного изобретения являются: 1) корректировка в зависимости от посетителей только двух показателей: хлорсодержащего реагента и рН-корректора, при этом изменение других ключевых показателей таких как подача чистой воды и циркуляционный расход системы водоподготовки бассейна не производиться; 2) система имеет зависимость от посетителей и в случае их отсутствия добавление хлорсодержащих реагентов и рН-корректора не производиться, что не позволяет полноценно обеспечить гигиеническую надежность и безопасность бассейна в соответствии с требованиями СП 2.1.3678-20; 3) отсутствует контроль и регулирование подачи коагулянта в систему водоподготовки; 4) отсутствует контроль уровня хлорсодержащего реагента и рН-корректора в подающей емкости.

В настоящее время на рынке отсутствуют готовые технические решения, позволяющие производить прямые и косвенные измерения показателей качества воды плавательных бассейнов и аквапарков во всем диапазоне контролируемых значений, что в свою очередь не обеспечивает достаточной надежности и безопасности эксплуатации данных объектов по отношению к их посетителям.

Цель изобретения состоит в обеспечении контроля за загрязнением воды для автоматического моделирования его уровня в зависимости от количественных и качественных показателей состава пользователей водных объектов и оперативной настройке работы оборудования в зависимости от изменения внешних условий, позволяющих произвести существенную экономию ресурсов.

Технический результат заявленной системы заключается в осуществлении комплексной оценки степени загрязнения воды, контроля и управления водоподготовкой плавательных бассейнов и аквапарков.

Технический результат системы достигается тем, что заявленная система состоит из счетчика воды с импульсным выводом и соленоидным клапаном, устанавливаемых на водопроводе подпитки чистой водой, узла подачи коагулянта, включающего датчик уровня коагулянта, устанавливаемого на емкости с коагулянтом, и дозирующий насос коагулянта, узла подачи хлорсодержащего реагента с дозирующим насосом хлорсодержащего реагента и датчиком уровня, устанавливаемого на емкости с хлорсодержащим реагентом, датчика температуры, датчика кислотности, датчика окислительно-восстановительного потенциала, частотного преобразователя с контакторами для подключения циркуляционных насосов, 3D счетчики посетителей, шкафа управления, включающего водонепроницаемый металлический корпус с сенсорным панельным контроллером, блоком питания, картой памяти и сетевым шлюзом.

Состав системы представлен на Фигуре 1, где 1 - 3D счетчик посетителей, 2 - дозирующий насос хлорсодержащего реагента, 3 - датчик уровня, устанавливаемый на емкости с хлорсодержащим реагентом, 4 - дозирующий насос коагулянта, 5 - датчик уровня коагулянта, устанавливаемый на емкости с коагулянтом, 6 - соленоидный клапан, 7 - счетчик воды, 8 - частотный преобразователь, 9 - датчик температуры, 10 - датчик кислотности, 11 - датчик измерения окислительно-восстановительного потенциала, 12 - контактор, 13 - шкаф управления.

Основным оборудованием для осуществления сбора данных о пользователях бассейна или аквапарка является 3D счетчик посетителей 1, в качестве которого использовали 3D-сканер, позволяющий производить учет посетителей не только по количественному показателю, но и делать идентификацию по размеру и половой принадлежности.

3D-сканер проецирует тысячи точек по площади считывания и создает макет присутствующих объектов путем измерения высоты каждой точки, касающейся поверхности. По заданным точкам составляется изображение, и система определяет человека, его пол и размеры по антропометрическим данным (показано на фигуре 2).

Зоны сканирования при этом располагаются на месте выхода или входа посетителей в зависимости от планировки бассейна.

Основным устройством контроля и управления является шкаф управления 13, предназначенный для получения данных с внешних датчиков, обработки полученных данных, формирования управляющих сигналов для исполнительных устройств, инициирования и поддержания канала связи с облачным сервисом для обмена командами с автоматизированным рабочим местом диспетчера. Он состоит из набора плат с электронными компонентами, собранными в единый водонепроницаемый металлический корпус, и соответствующим программным обеспечением. В состав входит сенсорный панельный контроллер, блок питания, карта памяти для хранения настроек системы и данных, а также сетевой шлюз для доступа к облачному сервису.

Устройством для изменения циркуляционного расхода в системе водоподготовки бассейна является частотный преобразователь 8 с контакторами 12, управляющий частотой вращения циркуляционных насосов. Регулирование подачей подпитки чистой водой осуществляется шкафом управления 13 через соленоидный клапан 6 с контролем объема подпитки по счетчику воды 7 с цифровым выходом. Соленоидный клапан 6 и счетчик воды 7 устанавливаются последовательно на одном трубопроводе подачи чистой воды.

Изобретение работает следующим образом.

С двух графических сенсоров изображения 3D счетчиков 1 информация поступает в процессор счетчиков, где по алгоритму стереовидения создается 3D модель движения объектов, позволяющая с большой точностью определить положение и размер посетителя. Изображения пространства, через два объектива проецируются на графические сенсоры CMOS, где происходит первичная оцифровка видимой части изображений и передача их по шине данных в DSP процессор. Полученные два изображения процессор сравнивает и находит в них совпадающие части, на основании полученных данных о совпадающих частей, процессор вычисляет и воссоздает математическую модель 3D пространства. В дальнейшем, DSP процессор встроенным программным обеспечением, определяет головы проходящих под датчиком посетителей и считает сколько посетителей прошло через точку подсчета. Полученные данные процессор сохраняет на FLASH память и в дальнейшем передает через облачный сервис в карту памяти шкафа управления.

На основании полученной информации с 3D счетчиков 1 процессор шкафа управления 13 по установленному алгоритму дает команду на дозирующие насосы 2 и 4, осуществляющие подачу хлорсодержащего реагента и коагулянта в систему водоподготовки из соответствующих емкостей, оборудованных датчиками уровня 3 и 5. Система через контроллер шкафа управления 13 посредством установленных датчиков температуры 9, кислотности 10, окислительно-восстановительного потенциала 11, контролирует подачу реагентов и показатели качества воды и при необходимости производит изменения в дозировании хлорсодержащего реагента.

Подпитка чистой водой осуществляется по команде контроллера шкафа управления 13 в зависимости от количества посетителей бассейна через направление сигнала на соленоидный клапан 6 с контролем объема подпиточной воды по счетчику 7. В периоды снижения нагрузки по посетителям шкаф управления 13 производит снижение циркуляционного расхода через изменение частоты преобразователя 8, соединенного с циркуляционными насосами бассейна через контакторы 12.

Промышленная применимость.

В соответствии с изобретением был изготовлен опытный образец на базе следующих комплектующих: шкаф управления ПТКЭР, 3D счетчики посетителей MEGACOUNT, дозирующий насос хлорсодержащего реагента ETATRON B3-V PER 1-3 90/260V SANT, датчик уровня, устанавливаемый на емкости с хлорсодержащим реагентом eONE/eCONTROL, дозирующий насос коагулянта ETATRON B3-V PER 1-3 90/260V SANT, датчик уровня коагулянта eONE/eCONTROL, датчики кислотности рН и измерения окислительно-восстановительного потенциала Rx с контроллером, соленоидный клапан T-GP 104 230/50АС НЗ 3/4", счетчик воды крыльчатый СХВ-20Д с импульсным выходом, частотный преобразователь ELHART EMD-PUMP - 0037 T, контактор 40А 230В 4НО КМ40-40 IEK - 2 шт.; термометр сопротивления ТС.

Сборка комплектующих осуществлялась компактно на форматном щите 1500 х 750 мм за исключением 3D счетчиков 1, устанавливаемых отдельно, в зоне прохода посетителей, счетчика воды 7 с соленоидным клапаном 6, устанавливаемыми на водопроводе подпитки чистой водой и датчиков уровня рН и Rx, устанавливаемых в соответствующих емкостях. Монтаж датчиков осуществлялся на трубной рампе с шланговыми штуцерами под соединение с используемой системой водоподготовки.

В процессе изготовления проверена герметичность трубных соединений на рампе, электрическая связь всех элементов согласно их функциональному назначению, облачная связь шкафа управления 13 с 3D счетчиками 1.

Внедрение разработанной системы для общественных плавательных бассейнов от 200 куб.м позволяет определить гарантированный процент экономии:

- по хлорсодержащим реагентам - не менее 30%;

- по коагулянту/флокулянту - не менее 20%;

- по электроэнергии для циркуляционных насосов - не менее 20%, для нагрева - не менее 10%;

- по подпитке чистой водой из водопровода - не менее 10%.

Изобретение относится к области водоподготовки, в частности к устройствам и способам измерения, регистрации, автоматического регулирования и управления параметрами воды плавательных бассейнов и аквапарков на основе сбора и анализа информации по их посетителям. Система включает счетчик воды с импульсным выводом и соленоидным клапаном, устанавливаемые на водопроводе подпитки чистой водой, узел подачи коагулянта, узел подачи хлорсодержащего реагента с дозирующим насосом хлорсодержащего реагента и датчиком уровня, устанавливаемый на емкости с хлорсодержащим реагентом, датчик температуры, датчик кислотности, датчик измерения окислительного-восстановительного потенциала, частотный преобразователь с контакторами для подключения циркуляционных насосов, 3D счетчики посетителей, шкаф управления. Узел подачи коагулянта включает датчик уровня коагулянта, устанавливаемый на емкости с коагулянтом, и дозирующий насос коагулянта. Шкаф управления включает водонепроницаемый металлический корпус с сенсорным панельным контроллером, блок питания, карту памяти и сетевой шлюз. Контроллер шкафа управления выполнен с возможностью получения данных с датчиков температуры, кислотности и окислительно-восстановительного потенциала и 3D счетчиков посетителей и формирования управляющих сигналов на дозирующие насосы, соленоидный клапан и частотный преобразователь. Технический результат: комплексная оценка степени загрязнения воды, контроля и управления водоподготовкой плавательных бассейнов и аквапарков. 2 ил.

Система управления водоподготовкой общественных бассейнов и аквапарков, включающая

счетчик воды с импульсным выводом и соленоидным клапаном, устанавливаемые на водопроводе подпитки чистой водой,

узел подачи коагулянта, включающий датчик уровня коагулянта, устанавливаемый на емкости с коагулянтом, и дозирующий насос коагулянта,

узел подачи хлорсодержащего реагента с дозирующим насосом хлорсодержащего реагента и датчиком уровня, устанавливаемым на емкости с хлорсодержащим реагентом,

датчик температуры,

датчик кислотности,

датчик измерения окислительно-восстановительного потенциала,

частотный преобразователь с контакторами для подключения циркуляционных насосов,

3D счетчики посетителей,

шкаф управления, включающий водонепроницаемый металлический корпус с сенсорным панельным контроллером, блок питания, карту памяти и сетевой шлюз,

при этом контроллер шкафа управления выполнен с возможностью получения данных с датчиков температуры, кислотности и окислительно-восстановительного потенциала и 3D счетчиков посетителей и формирования управляющих сигналов на дозирующие насосы, соленоидный клапан и частотный преобразователь.