Система и способ мониторинга использования
Изобретение относится к системам контроля. Устройство мониторинга использования ремонтопригодной части или детали трубопроводной арматуры или соединения для транспортировки продуктов, содержит запоминающее устройство для хранения данных, характеризующих признак ремонтопригодной части или соединения; устройство мониторинга для отслеживания использования трубопроводной арматуры или соединения, расположенное на приводе трубопроводной арматуры и/или на ее запирающем элементе. Также имеется устройство обработки данных для сравнения отслеженного использования трубопроводной арматуры или соединения с признаком ремонтопригодной части или детали трубопроводной арматуры. Устройство обработки данных определяет положение запирающего элемента трубопроводной арматуры в реальном масштабе времени. Повышается безопасность работы. 3 н. и 26 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники, к которой относится настоящее изобретение
Настоящее изобретение относится к системе и способу мониторинга использования. В частности, настоящее изобретение относится к системе и способу мониторинга использования запорно-регулировочной арматуры, 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
Арматурные устройства, такие как составные дисковые затворы (двустворчатые клапаны типа «бабочка»), присутствуют 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 составной 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.
Гарантирование надежного уплотнения между активной и пассивной частями составной трубопроводной арматуры и между ее элементами во избежание негативного воздействия транспортируемых продуктов на окружающую среду и персонал, работающий в непосредственной близости от этих продуктов, возможно только в том случае, если используются элементы трубопроводной арматуры, изготовленные точно по размерам, и если эти элементы проходят надлежащее техническое обслуживание. Основной причиной критических отказов в арматурных узлах с составными запорно-регулирующими устройствами является чрезмерный износ вязкоупругих элементов и седел арматуры. Физический износ или постепенное ухудшение свойств этих элементов может быть обусловлено рядом факторов или параметров, включающих в себя, в произвольном порядке, выбранный вязкоупругий материал и его срок службы, меняющиеся условия окружающей среды и технологического процесса, физические признаки (т.е. крупность, расход и температура) проходящего через трубопроводную арматуру продукта, а также технический уход и внимательность оператора. В настоящее время сложно отслеживать эти факторы в небольшом компактном устройстве таким образом, чтобы это помогло обеспечить безопасную работу трубопроводной арматуры на протяжение всего срока ее службы и существенно снизить риск ее 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 запорно-регулировочной арматуры известного уровня техники.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
Согласно настоящему изобретению предложено устройство мониторинга использования, по меньшей мере, одной ремонтопригодной части или детали трубопроводной арматуры или соединения для транспортировки продуктов, содержащее следующие элементы:
запоминающее устройство для хранения данных, характеризующих, по меньшей мере, один признак ремонтопригодной части иди детали трубопроводной арматуры или соединения;
устройство мониторинга, предназначенное для отслеживания использования трубопроводной арматуры или соединения; и
устройство обработки данных для сравнения отслеженного использования трубопроводной арматуры или соединения, по меньшей мере, с одним из признаков его ремонтопригодной части или детали.
В предпочтительном варианте трубопроводная арматура или соединение представляет собой затвор для транспортировки порошков.
В еще более предпочтительном варианте трубопроводная арматура или соединение выбирается из группы, в которую входит составной дисковый затвор, составная шиберная задвижка, составной шаровой кран, сдвоенный затвор, порт быстрой передачи и альфа/бета порт.
В работе использование трубопроводной арматуры или соединения может включать в себя событие открытия и/или закрытия, событие запирания и/или отпирания или событие стыковки и/или расстыковки трубопроводной арматуры или соединения.
В предпочтительном варианте устройство мониторинга, предназначенное для отслеживания использования трубопроводной арматуры или соединения, выбирается их группы, включающей в себя многокомпонентный акселерометр, кодовый датчик угла поворота и двоичный датчик.
В еще более предпочтительном варианте устройство мониторинга, предназначенное для отслеживания использования трубопроводной арматуры или соединения, считывает угловое положение запирающего элемента трубопроводной арматуры относительно корпуса трубопроводной арматуры.
В работе, по меньшей мере, одним из признаков ремонтопригодной части или детали трубопроводной арматуры или соединения могут служить данные об эксплуатационной долговечности.
В предпочтительном варианте устройство мониторинга использования трубопроводной арматуры или соединения располагается на приводе трубопроводной арматуры и/или на его запирающем элементе.
В еще более предпочтительном варианте привод трубопроводной арматуры содержит управляемую вручную рукоятку с удлиненным валом; при этом один конец вала образует головку, а другой конец вала образует центральный узел.
В работе центральный узел может характеризоваться наличием первой поверхности для соединения с трубопроводной арматурой или соединением и противоположной второй поверхностью, видимой оператору.
В предпочтительном варианте первая поверхность центрального узла содержит гнездо, размеры которого позволяют принять шпенек квадратного сечения, предусмотренный на трубопроводной арматуре или соединении.
В еще более предпочтительном варианте указанный узел задает, в общем, круглое тело, заключающее в себе печатную плату, аккумуляторную батарею и жидкокристаллический дисплей.
В работе центральный узел может задавать герметичный пылевлагозащищенный корпус.
В предпочтительном варианте запоминающее устройство и устройство обработки данных располагаются на печатной плате.
В еще более предпочтительном варианте запоминающее устройство и устройство обработки данных реализованы в маломощном микроконтроллере.
В работе устройство обработки данных может принимать запускающий сигнал, вводимый пользователем с помощью кнопок; и/или получаемый с устройства мониторинга, предназначенного для отслеживания использования трубопроводной арматуры или соединения; и/или получаемый с одного или нескольких датчиков, встроенных в печатную плату или располагаемых отдельно от указанной печатной платы.
В предпочтительном варианте устройство обработки данных принимает запускающий сигнал, генерируемый входными воздействиями, такими как вращения, пульсации, удары, толчки и/или вибрации, распознаваемые устройством мониторинга, предназначенным для отслеживания использования трубопроводной арматуры или соединения.
В еще более предпочтительном варианте устройство обработки данных определяет положение запирающего элемента трубопроводной арматуры в реальном масштабе времени или в масштабе времени, близком к реальному.
В работе описываемое устройство может дополнительно содержать устройство отображения, предназначенное для представления оператору, по меньшей мере, одного выходного сигнала в виде аудиовизуальной информации, буквенно-цифровых данных и/или тактильной отдачи.
В предпочтительном варианте, по меньшей мере, один выходной сигнал выбирается из группы, включающей в себя отслеженное использование трубопроводной арматуры или соединения; данные, характеризующие, по меньшей мере, один признак ремонтопригодной части или детали трубопроводной арматуры или соединения; дату замены или технического обслуживания одной или нескольких ремонтопригодных частей или деталей трубопроводной арматуры или соединения; и один или несколько рабочих параметров вблизи трубопроводной арматуры или соединения.
В еще более предпочтительном варианте один или несколько рабочих параметров вблизи трубопроводной арматуры или соединения выбирается из группы, включающей в себя температуру окружающей среды/внутри помещения, интенсивность освещения, влажность, атмосферное давление, усилие, крутящий момент, механическое напряжение и общее время работы.
В работе один или несколько рабочих параметров может считываться с использованием одного или нескольких датчиков состояния окружающей среды.
В предпочтительном варианте один или несколько датчиков состояния окружающей среды выбираются из группы, включающей в себя фотодиод, фоторезистор, фотодетектор, резистивный датчик температуры, термопару, термистор, пьезоэлектрический датчик, потенциометр, тензодатчик, датчик расхода воздуха, анемометр, микрофон, бесконтактный датчик приближения, датчик движения и датчик на эффекте Холла.
В еще более предпочтительном варианте, по меньшей мере, одна ремонтопригодная часть или деталь в трубопроводной арматуре или соединении выбирается из группы, включающей в себя седло трубопроводной арматуры, запорный элемент трубопроводной арматуры, части корпуса трубопроводной арматуры, уплотнения, высокоэластичные уплотнительные кольца, втулки и штифты механического стопора, или любой механический элемент механизма блокировки.
В работе такие данные, как отслеженное использование трубопроводной арматуры или соединения; данные, характеризующие, по меньшей мере, один признак ремонтопригодной части или детали трубопроводной арматуры или соединения; дата замены или технического обслуживания одной или нескольких ремонтопригодных частей или деталей трубопроводной арматуры или соединения; и/или один или несколько рабочих параметров вблизи трубопроводной арматуры или соединения могут отображаться по месту или дистанционно.
В предпочтительном варианте такие данные, как отслеженное использование трубопроводной арматуры или соединения; данные, характеризующие, по меньшей мере, один признак ремонтопригодной части или детали трубопроводной арматуры или соединения; дата замены или технического обслуживания одной или нескольких ремонтопригодных частей или деталей трубопроводной арматуры или соединения; и/или один или несколько рабочих параметров вблизи трубопроводной арматуры или соединения передаются обратно на удаленный сервер через проводное или беспроводное устройство связи.
В еще более предпочтительном варианте данные, характеризующие, по меньшей мере, один признак ремонтопригодной части или детали трубопроводной арматуры или соединения, и/или дата замены или технического обслуживания одной или нескольких ремонтопригодных частей или деталей трубопроводной арматуры или соединения, конфигурируются пользователем.
В работе описываемое устройство может дополнительно содержать модуль GPS, фиксирующий местоположение трубопроводной арматуры или соединения.
В предпочтительном варианте маломощный микроконтроллер содержит уникальный идентификатор продуктов.
Настоящим изобретением также предложен способ мониторинга использования, по меньшей мере, одной ремонтопригодной части или детали трубопроводной арматуры или соединения для транспортировки продуктов; при этом указанный способ предусматривает выполнение следующих стадий:
сохранения данных, характеризующих, по меньшей мере, одного признака ремонтопригодной части или детали трубопроводной арматуры или соединения;
отслеживания использования трубопроводной арматуры или соединения; и
сравнения отслеженного использования трубопроводной арматуры или соединения, по меньшей мере, с одним признаком ремонтопригодной части или детали трубопроводной арматуры.
Настоящим изобретением также предложен блок с автономным источником питания, установленный на исполнительном механизме трубопроводной арматуры или соединения и предназначенный для мониторинга использования, по меньшей мере, одной ремонтопригодной части или детали, содержащий:
запоминающее устройство для хранения данных, характеризующих, по меньшей мере, один признак ремонтопригодной части или детали трубопроводной арматуры или соединения;
устройство мониторинга для отслеживания использования трубопроводной арматуры или соединения;
устройство обработки данных для сравнения отслеженного использования трубопроводной арматуры или соединения, по меньшей мере, с одним признаком ремонтопригодной части или детали трубопроводной арматуры; и
устройство отображения, предназначенное для отображения информации, по меньшей мере, по одной ремонтопригодной части или детали трубопроводной арматуры или соединения для транспортировки порошков.
Настоящим изобретением также предложен компьютерный программный продукт для мониторинга использования, по меньшей мере, одной ремонтопригодной части или детали трубопроводной арматуры или соединения для транспортировки продуктов, содержащий:
средство компьютерного программного продукта для хранения данных, характеризующих, по меньшей мере, один признак ремонтопригодной части или детали трубопроводной арматуры или соединения;
средство компьютерного программного продукта для мониторинга использования трубопроводной арматуры или соединения; и
средство компьютерного программного продукта для сравнения отслеженного использования трубопроводной арматуры или соединения, по меньшей мере, с одним признаком ремонтопригодной части или детали трубопроводной арматуры.
Считается, что система и способ мониторинга использования согласно настоящему изобретению, по меньшей мере, устраняют проблемы, обозначенные выше. Преимущества настоящего изобретения состоят в том, что предложена система и способ, которые обеспечивают точный текущий контроль использования (т.е. каждого срабатывания) трубопроводной арматуры, после чего эта отслеженная информация об использовании сравнивается с сохраненными атрибутивными данными, которые могут включать в себя данные об эксплуатационной долговечности различных элементов трубопроводной арматуры. Предоставление оператору визуальной информации об использовании эффективно снижает количество критических отказов элементов и седел арматуры и, соответственно, сокращает запланированное время простоя и снижает вероятность непредвиденного выхода из строя элементов арматуры. Обеспечивается преимущество, состоящее в том, что система и способ мониторинга использования для отслеживания состояния трубопроводной арматуры или соединения и, при необходимости, выдачи указаний о необходимости его технического обслуживания снижают вероятность того, что трубопроводная арматура станет опасной или небезопасной для использования или неспособной выполнять свои функции надлежащим образом.
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 арматурным устройством 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 предоставления оператору информации об арматурном устройстве или соединении 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. Специалисту в данной области техники понятно, что настоящее изобретение не ограничено деталями приведенных выше вариантов его осуществления. Например, управляемая вручную рукоятка 10 может быть заменена другим исполнительным механизмом, например, пневматическим, электрическим или иным приводом, а данные, полученные в результате ее использования, могут послужить основанием для выдачи указания о необходимости проведения технического обслуживания или замены.
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 обработанной 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 предоставления оператору трубопроводной арматуры или соединения информации об использовании РСВ 30 содержит различные датчики, элементы, аппаратные средства и программное обеспечение, 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 работе 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. Активная часть 54 затвора задает корпус 55 затвора, который по существу также имеет 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 запорный элемент затвора, установленный с возможностью поворота в корпусах 55 и 57. Каждый запорный 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 - в работе - выполнены с возможностью вхождения в соединение 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 находится в закрытом положении.
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 арматурным устройством или соединением, в частности, составным дисковым затвором 50 в сборе, специалисту в данной области техники понятно, что настоящее изобретение может быть реализовано в виде любого иного арматурного устройства 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 предоставления оператору информации об использовании трубопроводной арматуры или соединения могут быть реализованы в небольшом 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 мониторинга использования и предоставления оператору соответствующей информации 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 работе 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 работе 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. Специалисту в данной области техники очевидно, что датчик положения может быть также реализован с использованием иных многокомпонентных акселерометров, таких как шестикомпонентный акселерометр, или за счет использования оптических кодовых датчиков угла поворота или двоичных датчиков и переключателей.
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.
Микроконтроллер 100, способный определять положение поворотных запорных элементов внутри составного затвора 50 в сборе в реальном масштабе времени или в масштабе времени, близком к реальному, может определять и регистрировать положение запорных элементов затвора в диапазоне от полностью открытого положения (в котором поворотные запорные элементы затвора максимально расширяют канал для прохождения потока рабочей среды или иного материала) до полностью закрытого положения (в котором поворотные запорные элементы затвора располагаются перпендикулярно своим соответствующим седлам).
В своем базовом режиме работы микроконтроллер 100 может просто фиксировать приведение составного затвора 50 в сборе в определенное положение в диапазоне от полностью открытого положения до полностью закрытого положения или наоборот как одно событие срабатывания. В этом варианте осуществления настоящего изобретения приращение данных об использовании затвора, которые сохраняются в запоминающем устройстве микроконтроллера 100, происходит всякий раз, когда затвор переходит в полностью открытое или полностью закрытое положение. В альтернативном варианте событием срабатывания считается только каждое дискретное открытие запорных элементов затвора относительно седел затвора (когда вязкоупругие элементы и седла затвора входят в соприкосновение под углом 90° к плоскости корпуса затвора), а угол, который образует запорный элемент затвора при частичном открытии, т.е. менее или более 90°, не фиксируется.
Дисплей 118 может быть использован для показа оператору сохраненных данных об использовании трубопроводной арматуры и/или выведения на устройство 118 отображения одного выходного сигнала или любой комбинации выходных сигналов в виде звукового выходного сигнала или сигнала тревоги 116 или в виде определенной формы тактильной отдачи 114.
К примеру, дисплей 72 может быть использован для отображения того, сколько раз открывалось и закрывалось трубопроводная арматура, а также для отображения дополнительной информации, например, данных об эксплуатационной долговечности или даты, когда в последний раз была выполнена замена одного или нескольких элементов трубопроводной арматуры, и прочей информации.
Поскольку каждое открытие и закрытие затвора отслеживается и сохраняется в локальной памяти, эти данные об использовании затвора могут быть также использованы для предоставления оператору указаний или рекомендаций в отношении того, следует ли провести замену или техническое обслуживание уплотнений или иных ответственных быстроизнашивающихся деталей; или же равным образом для ограничения режимов работы или областей применения затвора с целью обеспечения его корректного функционирования и/или эксплуатации в безопасных режимах работы. Эти данные об использовании могут быть также проверены, например, после отказа с тем, чтобы помочь определить его причину аналитическим способом.
Специалисту в данной области техники станет понятно, что при эксплуатации составного затвора 50 в сборе с целью мониторинга, 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 безопасным и заданным способом, а не за счет продления эксплуатационной долговечности ответственных быстроизнашивающихся деталей и/или ремонтопригодных частей или деталей затвора.
Как было указано выше, микроконтроллер 100 определяет, сколько циклов срабатывания было выполнено затвором с момента последней проверки или замены его седел (или иных ответственных быстроизнашивающихся деталей), и сравнивает эти данные с сохраненными данными об эксплуатационной долговечности определенной ответственной быстроизнашивающейся детали.
Используя сохраненные данные об эксплуатационной долговечности ответственной быстроизнашивающейся детали в качестве ориентира, описываемые система и способ предоставляют оператору информацию и указания в отношении того, когда в компактном блоке с автономным питанием следует провести замену ответственных быстроизнашивающихся деталей.
Кроме того, настоящим изобретением может быть предложена еще более надежная и функциональная система и способ мониторинга использования арматуры за счет дополнительного учета внутренних и внешних факторов, обусловленных условиями окружающей среды (например, температурой, освещенностью, влажностью и давлением) и параметрами технологического процесса (например, типом и зернистостью порошка, значениями расхода). Следовательно, этот один или несколько рабочих параметров вблизи затвора также могут учитываться при оценке информации об использовании затвора.
Таким образом, система и способ согласно настоящему изобретению предоставляют точные данные об использовании заданной трубопроводной арматуры или соединения также с учетом одного или нескольких внешних факторов или рабочих параметров, описанных выше. Физический износ или постепенное ухудшение свойств ответственных быстроизнашивающихся деталей может быть обусловлено рядом факторов или параметров, включающих в себя, например, меняющиеся условия окружающей среды и технологического процесса, фактические физические признаки проходящего через трубопроводную арматуру продукта, а также технический уход и внимательность оператора. Все эти факторы будут влиять на приемлемый и безопасный период использования по назначению трубопроводной арматуры или соединения.
Микроконтроллер 100 регистрирует общее время эксплуатации затвора и температуру, воздействию которой подвергается затвор. Это может выполняться с помощью одного или нескольких датчиков 104 состояния окружающей среды, встроенных в печатную плату 30 или расположенных отдельно от затвора, но в непосредственной близости от него. Также отслеживается и сохраняется взаимодействие оператора с устройством посредством кнопок 44 (или через иные средства ввода/вывода).
Помимо выдачи микроконтроллером 100, по меньшей мере, одного сигнала оператору, исходя из сравнения измеренного использования затвора с сохраненными данными об эксплуатационной долговечности, предусмотрено сохранение этой информации в локальной памяти для последующего локального или дистанционного анализа. К этой информации может быть обеспечен локальный доступ; и/или же она может передаваться обратно на центральный сервер (не показан) с помощью устройства 112 связи, который может представлять собой пригодный для использования протокол проводной или беспроводной связи, в том числе, например, Bluetooth и ZigBee, или по сети сотовой связи.
Полученная информация может передаваться с микроконтроллера 100 на центральный или выделенный интернет-сервер или на устройство с возможностью выхода в Интернет. Хотя передача данных может осуществляться по проводной сети, в одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения передача данных выполняется по беспроводной сети, что обеспечивает преимущество, состоящее в снижении затрат и сокращении времени на установку. После этого данные становятся доступными пользователю в режиме онлайн через интерфейс, поддерживающий веб-доступ. За счет этого один или несколько надлежащим образом авторизованных пользователей могут получить доступ к информации, полученной с составного затвора 50 в сборе, а также обеспечить дополнительные функциональные возможности без вмешательства производителя.
Специалист в данной области техники может также предположить, что настоящее изобретение может быть реализовано в ряде автономных блоков, которые отслеживают множество арматурных устройств или соединений, расположенных вдоль всей технологической линии или разбросанных по всему производственному объекту. Следовательно, каждое устройство 112 связи может быть выполнено в виде узла беспроводной ячеистой сети, представляющей собой чрезвычайно устойчивую сеть, так как каждому ее узлу нужно лишь передавать данные только на следующий узел. Указанные узлы выполняют функцию маршрутизаторов для передачи данных с ближайших узлов на одноранговые узлы, которые находятся слишком далеко, чтобы их можно было достичь одним скачком, в результате чего образуется сеть, способная покрывать большие расстояния.
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, 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.
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.
1. Устройство мониторинга использования, по меньшей мере, одной ремонтопригодной части или детали трубопроводной арматуры или соединения для транспортировки продуктов, содержащее:
запоминающее устройство для хранения данных, характеризующих, по меньшей мере, один признак ремонтопригодной части или детали трубопроводной арматуры или соединения;
устройство мониторинга для отслеживания использования трубопроводной арматуры или соединения, расположенное на приводе трубопроводной арматуры и/или на ее запирающем элементе; и
устройство обработки данных для сравнения отслеженного использования трубопроводной арматуры или соединения, по меньшей мере, с одним признаком ремонтопригодной части или детали трубопроводной арматуры, при этом устройство обработки данных определяет положение запирающего элемента трубопроводной арматуры в реальном масштабе времени или в масштабе времени, близком к реальному.
2. Устройство по п. 1, в котором трубопроводная арматура или соединение представляет собой трубопроводную арматуру для транспортировки порошков.
3. 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.
4. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором использование трубопроводной арматуры или соединения включает в себя событие открытия и/или закрытия, событие запирания и/или отпирания или событие стыковки и/или расстыковки трубопроводной арматуры или соединения.
5. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором устройство мониторинга, предназначенное для отслеживания использования трубопроводной арматуры или соединения, выбирается их группы, включающей в себя многокомпонентный акселерометр, кодовый датчик угла поворота и двоичный датчик.
6. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором устройство мониторинга, предназначенное для отслеживания использования трубопроводной арматуры или соединения, считывает угловое положение запирающего элемента трубопроводной арматуры относительно корпуса трубопроводной арматуры.
7. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором, по меньше мере, одним из признаков ремонтопригодной части или детали трубопроводной арматуры или соединения служат данные об эксплуатационной долговечности.
8. Устройство по п. 7, в котором привод трубопроводной арматуры содержит управляемую ручную рукоятку с удлиненным валом; при этом один конец вала образует головку, а другой конец вала образует центральный узел.
9. Устройство по п. 8, в котором центральный узел характеризуется наличием первой поверхности для соединения с трубопроводной арматурой или соединением и противоположной второй поверхностью, видимой оператору.
10. Устройство по п. 9, в котором первая поверхность центрального узла содержит гнездо, размеры которого позволяют принять шпенек квадратного сечения, предусмотренный на трубопроводной арматуре или соединении.
11. Устройство по любому из пп. 8-10, в котором центральный узел задает, в общем, круглое тело, заключающее в себе печатную плату, аккумуляторную батарею и жидкокристаллический дисплей.
12. Устройство по любому из пп. 8-11, в котором центральный узел задает герметичный пылевлагозащищенный корпус.
13. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором запоминающее устройство и устройство обработки данных располагаются на печатной плате.
14. Устройство по п. 13, в котором запоминающее устройство и устройство обработки данных реализованы в маломощном микроконтроллере.
15. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором устройство обработки данных принимает запускающий сигнал, вводимый пользователем с помощью кнопок, и/или получаемый с устройства мониторинга, предназначенного для отслеживания использования трубопроводной арматуры или соединения, и/или получаемый с одного или нескольких датчиков, встроенных в печатную плату или располагаемых отдельно от указанной печатной платы.
16. Устройство по п. 15, в котором устройство обработки данных принимает запускающий сигнал, генерируемый входными воздействиями, такими как вращения, пульсации, удары, толчки и/или вибрации, распознаваемые устройством мониторинга, предназначенным для отслеживания использования трубопроводной арматуры или соединения.
17. Устройство по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащее устройство отображения, предназначенное для представления оператору, по меньшей мере, одного выходного сигнала в виде аудиовизуальной, буквенно-цифровой и/или тактильной информации.
18. Устройство по п. 17, в котором, по меньшей мере, один выходной сигнал выбирается из группы, включающей в себя отслеженное использование трубопроводной арматуры или соединения; данные, характеризующие, по меньшей мере, один признак ремонтопригодной части или детали трубопроводной арматуры или соединения; дату замены или технического обслуживания одной или нескольких ремонтопригодных частей или деталей трубопроводной арматуры или соединения; и один или несколько рабочих параметров вблизи трубопроводной арматуры или соединения.
19. Устройство по п. 18, в котором один или несколько рабочих параметров вблизи трубопроводной арматуры или соединения выбираются из группы, включающей в себя температуру окружающей среды/внутри помещения, интенсивность освещения, влажность, атмосферное давление, усилие, крутящий момент, механическое напряжение и общее время работы.
20. Устройство по п. 18, в котором один или несколько рабочих параметров считываются с использованием одного или нескольких датчиков состояния окружающей среды.
21. Устройство по п. 20, в котором один или несколько датчиков состояния окружающей среды выбираются из группы, включающей в себя фотодиод, фоторезистор, фотодетектор, резистивный датчик температуры, термопару, термистор, пьезоэлектрический датчик, потенциометр, тензодатчик, датчик расхода воздуха, анемометр, микрофон, бесконтактный датчик приближения, датчик движения и датчик на эффекте Холла.
22. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором, по меньшей мере, одна ремонтопригодная часть или деталь в трубопроводной арматуре или соединении выбирается из группы, включающей в себя седло трубопроводной арматуры, запорный элемент трубопроводной арматуры, части корпуса трубопроводной арматуры, уплотнения, высокоэластичные уплотнительные кольца, втулки и штифты механического стопора, или любой механический элемент механизма блокировки.
23. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором отслеженное использование трубопроводной арматуры или соединения, данные, характеризующие, по меньшей мере, один признак ремонтопригодной части или детали трубопроводной арматуры или соединения; дата замены или технического обслуживания одной или нескольких ремонтопригодных частей или деталей трубопроводной арматуры или соединения; и/или один или несколько рабочих параметров вблизи трубопроводной арматуры или соединения отображаются по месту или дистанционно.
24. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором отслеженное использования трубопроводной арматуры или соединения; данные, характеризующие, по меньшей мере, один признак ремонтопригодной части или детали трубопроводной арматуры или соединения; дата замены или технического обслуживания одной или нескольких ремонтопригодных частей или деталей трубопроводной арматуры или соединения; и/или один или несколько рабочих параметров вблизи трубопроводной арматуры или соединения передаются обратно на удаленный сервер через проводное или беспроводное устройство связи.
25. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором данные, характеризующие, по меньшей мере, один признак ремонтопригодной части или детали трубопроводной арматуры или соединения, и/или дата замены или технического обслуживания одной или нескольких ремонтопригодных частей или деталей трубопроводной арматуры или соединения, конфигурируются пользователем.
26. Устройство по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащее модуль GPS, фиксирующий местоположение трубопроводной арматуры или соединения.
27. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором маломощный микроконтроллер содержит уникальный идентификатор продуктов.
28. Способ мониторинга использования, по меньшей мере, одной ремонтопригодной части или детали трубопроводной арматуры или соединения для транспортировки продуктов, предусматривающий выполнение следующих стадий:
сохранения данных, характеризующих, по меньшей мере, один признак ремонтопригодной части или детали трубопроводной арматуры или соединения;
отслеживания использования трубопроводной арматуры или соединения; и сравнения отслеженного использования трубопроводной арматуры или соединения, по меньшей мере, с одним признаком ремонтопригодной части или детали трубопроводной арматуры, путем определения положения запирающего элемента трубопроводной арматуры в реальном масштабе времени или в масштабе времени, близком к реальному.
29. Блок с автономным питанием, расположенный на исполнительном механизме трубопроводной арматуры или соединения и предназначенный для мониторинга использования, по меньшей мере, одной ремонтопригодной части или детали трубопроводной арматуры или соединения для транспортировки продуктов, содержащий следующие элементы:
запоминающее устройство для хранения данных, характеризующих, по меньшей мере, один признак ремонтопригодной части или детали трубопроводной арматуры или соединения;
устройство мониторинга для отслеживания использования трубопроводной арматуры или соединения;
устройство обработки данных для сравнения отслеженного использования трубопроводной арматуры или соединения, по меньшей мере, с одним признаком ремонтопригодной части или детали трубопроводной арматуры, при этом устройство обработки данных определяет положение запирающего элемента трубопроводной арматуры в реальном масштабе времени или в масштабе времени, близком к реальному; и
устройство отображения, предназначенное для отображения информации, по меньшей мере, по одной ремонтопригодной части или детали трубопроводной арматуры или соединения для транспортировки порошков.
