Результат интеллектуальной деятельности: Система автоматизированного контроля параметров производственной среды

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

Известно устройство для автоматизированного контроля окружающей среды (Патент РФ 78334, МПК⁸ G01W 1/00, опубл. в бюл. №32, 2008), содержащее метеорологические датчики, датчики экологического мониторинга, первичный преобразователь измеренных сигналов, подключенный к каждому из датчиков, блок измерения, блок сопряжения с внешними устройствами, блок управления и связи, включающий в себя модем сотовой связи, антенну и запоминающее устройство, обрабатывающее информацию с блока измерения, пересылающий обработанные данные на диспетчерский пункт, оснащенный автоматизированным рабочим местом, блоком автономного питания и блоком управления режимами работы устройства.

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

Известно энергонезависимое устройство для автоматизированного контроля окружающей среды (Патент РФ 2392645, МПК⁸ G01W 1/00, опубл. в бюл. №17, 2010), содержащее метеорологические датчики, датчики экологического мониторинга, блок измерения, блок сопряжения с внешними устройствами, блок управления и связи. Блок управления и связи включает в себя модем сотовой связи, антенну и запоминающее устройство, обрабатывающее информацию с блока измерения. Блок управления пересылает обработанные данные на диспетчерский пункт с автоматизированным рабочим местом, блоком автономного питания и блоком управления режимами работы устройства. В энергонезависимое устройство дополнительно введены блок энергонезависимой памяти, дополнительный источник питания, монитор питания, буфер питания, Z датчиков измерения показателей производственной среды, блок ввода-вывода, интегратор показаний датчиков X, Y, Z, преобразователь сигнала на каждый интегратор, задатчик предельно допустимых показателей на каждый датчик, блок сравнения на каждый датчик и задатчик. Система содержит N энергонезависимых устройств для автоматизированного дистанционного мониторинга окружающей среды, соединенных различными линиями связи с центральным диспетчерским пунктом и составляющих систему автоматизированного контроля параметров окружающей среды.

Наиболее близким по технической сущности в заявляемой системе является система автоматизированного контроля параметров окружающей среды (Патент РФ 2674568, MПК⁸ G01W 1/04, опубл. в бюл. №35, 2018), содержащее метеорологические датчики, датчики экологического мониторинга, блок измерения, блок сопряжения с внешними устройствами, блок управления и связи, датчики барометра и виброметра, датчики, улавливающих вещества, обладающих эффектом суммации.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей путем контролирования превышения предельно-допустимых концентраций в воздухе рабочей зоны, а именно контроль концентраций веществ, обладающих аддитивным и потенцированным эффектом комбинированного действия вредных веществ.

Поставленная задача достигается тем, что система контроля параметров производственной среды, содержащая энергонезависимые устройства, каждое из которых содержит X метеорологических датчиков, Y датчиков экологического мониторинга, Z датчиков измерения показателей производственной среды в виде датчиков уровня шума, уровня освещённости, интенсивности тепловой нагрузки среды, а также барометр, виброметр, комбинированный полуавтоматический анализатор аэрозолей, датчик измерения фактической концентрации ацетона, задатчик ПДК ацетона, датчик измерения фактической концентрации фенола, задатчик ПДК фенола, делители, сумматор концентраций, датчик измерения фактической концентрации этилена, задатчик ПДК этилена, датчик измерения фактической концентрации пропилена, задатчик ПДК пропилена, датчик измерения фактической концентрации бутилена, задатчик ПДК бутилена, датчик измерения фактической концентрации амилена, задатчик ПДК амилена, интеграторы, преобразователи, блок измерения, блоки сравнения, задатчики, блок сопряжения, блок питания, блок управления режимами, блок управления и связи, дополнительный блок питания, батарею дополнительного блока питания, буфер питания, энергонезависимую память, блок ввода-вывода, модем сотовой связи и антенну, отличается тем, что в неё введены дополнительные делители для ацетона, фенола, этилена, пропилена, бутилена, амилена, соединённые с сумматором вредных веществ аддитивного действия, задатчик для эффекта аддитивного действия, соединённый с блоком сравнения для определения эффекта аддитивного действия, задатчики коэффициента комбинированного действия ацетона и фенола, соединённые с перемножителями для ацетона и фенола, которые соединены с делителями для определения потенцированного действия ацетона и фенола, соединёнными с сумматором вредных веществ потенцированного действия, соединённым с блоком сравнения для определения эффекта потенцированного действия, который связан с задатчиком эффекта потенцированного действия.

На Фиг. 1 представлена структурная схема предложенной системы автоматизированного контроля параметров производственной среды.

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

Вход-выход блока измерениям 6 соединен с входом-выходом блока сопряжения 9. Вход блока сопряжения 9 соединен с выходом блоком питания 10, входом блока управления режимами 11 и входом-выходом блока управления и связи 12. Выход блока питания 10 соединен с входом блоком питания 13, который обеспечивает контроль состояния основного и дополнительного источников питания. Вход блока питания 13 соединен с выходом батареи дополнительного источника питания 14, выход которой соединен с входом буфера питания 15. Вход блока питания 13 соединен с выходом буфера питания 15. Выход блока питания 13 соединен с входом блока управления и связи 12. Выход буфера питания 15 соединен с энергонезависимой памятью 16, соединенной с входом блока управления и связи 12 и обеспечивающей сохранение всей поступающей информации. Вход-выход блока управления режимами 11 соединен с блоком ввода-вывода 17, обеспечивающего вывод информации для пользователя на месте установки устройства и ручную настройку режимов управления. Вход-выход блока ввода-вывода 17 соединен с входом-выходом блока управления и связи 12.

Каждый из выходов датчиков барометра 20, комбинированного полуавтоматического анализатора аэрозолей 21 и датчика виброметра 36 соединены с входами интеграторов 4, выходы которых соединены с входами преобразователей 5 и общим блоком измерения 6. Выходы датчика измерения фактической концентрации ацетона 22, задатчика ПДК ацетона 23, датчика измерения фактической концентрации фенола 24, задатчика ПДК фенола 25, датчика измерения фактической концентрации этилена 28, задатчика ПДК этилена 29, датчика измерения фактической концентрации пропилена 30, задатчика ПДК пропилена 31, датчика измерения фактической концентрации бутилена 32, задатчика ПДК бутилена 33, датчика измерения фактической концентрации амилена 34, задатчика ПДК амилена 35 соединены с входами делителей 26, выходы которых связаны с сумматором концентрации 27, выход которого соединен с входом интегратора 4.

Выходы датчика измерения фактической концентрации ацетона 22 и задатчика ПДК ацетона 23 соединены с входом делителя для ацетона 37, выходы датчика измерения фактической концентрации фенола 24 и задатчика ПДК фенола 25 соединены с входом делителя для фенола 38, выходы датчика измерения фактической концентрации этилена 28 и задатчика ПДК этилена 29 соединены с входом делителя для этилена 39, выходы датчика измерения фактической концентрации пропилена 30 и задатчика ПДК пропилена 31 соединены с входом делителя для пропилена 40, выходы датчика измерения фактической концентрации бутилена 32 и задатчика ПДК бутилена 33 соединены с входом делителя для бутилена 41, выходы датчика измерения фактической концентрации амилена 34 и задатчика ПДК амилена 35 соединены с входом делителя для амилена 42. Выходы делителя для ацетона 37, делителя для фенола 38, делителя для этилена 39, делителя для пропилена 40, делителя для бутилена 41, делителя для амилена 42 соединены с входом сумматора вредных веществ аддитивного действия 43, выход которого соединен с входом блока сравнения для определения эффекта аддитивного действия 45. Выход задатчика для эффекта аддитивного действия 44 соединен с входом блока сравнения для определения эффекта аддитивного действия 45, выход которого соединен с входом блока управления и связи 12.

Выход датчика измерения фактической концентрации ацетона 22 соединен с входом перемножителя для ацетона 47, выход которого соединен с входом делителя для определения потенцированного действия ацетона 48. Вход перемножителя для ацетона 47 соединен с выходом задатчика коэффициента комбинированного действия ацетона 46. Выход датчика измерения фактической концентрации фенола 24 соединен с входом перемножителя для фенола 50, выход которого соединен с входом делителя для определения потенцированного действия фенола 51. Вход перемножителя для фенола 50 соединен с выходом задатчика коэффициента комбинированного действия фенола 49. Выходы делителя для определения потенцированного действия ацетона 48 и делителя для определения потенцированного действия фенола 51 соединены с входом сумматора вредных веществ потенцированного действия 52, выход которого соединен с входом блока сравнения для определения эффекта потенцированного действия 53. Выход задатчика для эффекта потенцированного действия 54 соединен с входом блока сравнения для определения эффекта потенцированного действия 53, выход которого соединен с входом блока управления и связи 12.

Вышеперечисленные блоки (1-17, 20-54) входят в состав энергонезависимого устройства контроля параметров производственной среды 18.

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

Система автоматизированного контроля параметров производственной среды работает следующим образом.

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

Для контроля концентраций веществ, обладающих аддитивным эффектом комбинированного действия вредных веществ (ацетон, фенол, этилен, пропилен, бутилен, амилен), вся информация, поступающая с датчиков фактической концентрации ацетона 22, фенола 24, этилена 28, пропилена 30, бутилена 32, амилена 34 делится в делителях 37, 38, 39, 40, 41, 42 на заданные значения ПДК ацетона 23, фенола 25, этилена 29, пропилена 31, бутилена 33, амилена 35 соответственно. Далее полученные значения суммируются на сумматоре 43 и для определения эффекта аддитивного действия сравниваются в блоке сравнения 45 с заданным значением для эффекта аддитивного действия 44 (≤1). Наличие данного алгоритма позволяет оценить суммарный эффект смеси вредных веществ однонаправленного действия, когда компоненты смеси оказывают влияние на одни и те же системы организма, причем при количественно одинаковой замене компонентов друг другом токсичность смеси не меняется.

Для контроля концентраций веществ, обладающих потенцированным эффектом комбинированного действия вредных веществ (ацетон, фенол), вся информация, поступающая с датчиков фактической концентрации ацетона 22, фенола 24, перемножается в перемножителях для ацетона 47 и для фенола 50 на значения коэффициентов комбинированного действия ацетона 46 и фенола 49. Полученные произведения делятся в делителях 48, 51 на заданные значения ПДК ацетона 23 и фенола 25 соответственно и затем суммируются на сумматоре 52 и для определения потенцированного эффекта сравниваются в блоке сравнения 53 с заданным значением для эффекта потенцированного действия 54 (≤1). Наличие данного алгоритма позволяет проанализировать гигиеническую ситуацию в конкретных производственных условиях, т.к. компоненты смеси действуют так, что одно вредное вещество усиливает действие другого.

Полученная информация из блоков сравнения 45, 53 поступает в блок управления и связи 12 для регулирования работы системы автоматизированного контроля параметров производственной среды.

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

Каждое из N устройств 18 системы автоматизированного контроля параметров производственной среды комплектуется различным набором датчиков 1, 2, 3, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37-54 в зависимости от ожидаемых условий и необходимости замеров конкретных факторов среды, устройства могут располагаться на различных участках предприятия и охватывать весь технологический процесс, проводимый на нем. Это позволяет оценивать не только экологический ущерб, наносимый деятельностью промышленности в целом или конкретного предприятия, но и оценить в совокупности воздействие всех факторов производственной среды.

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

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

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