устройство контроля параметров производственной среды

Классы МПК:G05D27/02 с использованием электрических средств 
Автор(ы):, , , , ,
Патентообладатель(и):Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2008-04-14
публикация патента:

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для контроля и управления уровнями физических факторов производственной среды. Устройство содержит блок контроля, блок управления, датчик температуры, датчик шума и датчик освещенности, преобразователи сигналов температуры, шума, освещенности на каждый датчик, задатчики максимальных и минимальных значений температуры, задатчик предельно допустимого уровня шума, задатчик предельно допустимого уровня освещенности, компаратор на каждый задатчик предельно допустимых значений измеряемых параметров температуры, шума, освещенности, логические элементы на каждый контролируемый фактор. Также оно содержит первый логический элемент, второй логический элемент, третий логический элемент, четвертый логический элемент, постоянно-запоминающее устройство максимальных значений температуры, постоянно-запоминающее устройство минимальных значений температуры, постоянно-запоминающее устройство уровней шума, постоянно-запоминающее устройство уровней освещенности, сдвиговые регистры, счетчик максимальных значений температуры, счетчик минимальных значений температуры, счетчик значений уровней шума, счетчик значений уровней освещенности, генератор сигналов. Дополнительно в устройство введены блок ввода, блок вывода, блок связи, блок спутникового приемника, монитор питания, буфер питания, аналого-цифровой преобразователь, блок часов реального времени, блок оперативной памяти, блок энергонезависимой памяти, батарея питания часов реального времени, датчик относительной влажности, усилитель сигнала датчика относительной влажности, датчик скорости движения воздуха, усилитель сигнала датчика скорости движения воздуха, датчик интенсивности тепловой нагрузки среды, усилитель сигнала датчика интенсивности тепловой нагрузки среды, датчик концентрации оксида углерода, усилитель сигнала датчика концентрации оксида углерода, датчик концентрации диоксида серы, усилитель сигнала датчика концентрации диоксида серы, датчик концентрации оксида азота, усилитель сигнала датчика концентрации оксида азота, датчик концентрации озона, усилитель сигнала датчика концентрации озона, датчик концентрации городского газа, усилитель сигнала датчика городского газа, датчик напряжения источника питания, усилитель сигнала датчика напряжения источника питания, источник питания. Технический результат заключается в увеличении количества собираемой информации, повышении ее качества, повышении точности контроля фактического уровня физических факторов производственной среды. 1 ил. устройство контроля параметров производственной среды, патент № 2363031

Рисунки к патенту РФ 2363031

устройство контроля параметров производственной среды, патент № 2363031

Изобретение относится к области контроля параметров условий труда, в частности к контролю и управлению фактическими уровнями физических факторов производственной среды, таких как температура, интенсивность теплового излучения, относительная влажность воздуха, скорость движения воздушного потока, шум, освещенность, концентрация токсичных газов на рабочих местах промышленных предприятий.

Известно устройство для управления микроклиматом в хранилищах [А.с. 334559, МКИ G05D 23/19. Устройство для управления микроклиматом / Р.М.Славин - опубл. в БИ 12, 1972], содержащее блок задания, преобразователи, датчики температуры.

Недостатками его являются сложность прокладки значительного числа линий связи, понижение точности за счет погрешностей, вносимых линиями связи, отсутствие информации о влагосодержании контролируемой среды.

Известно также устройство для регулирования температуры и относительной влажности воздуха [А.с. 691812, МКИ G05D 27/02. Устройство для регулирования температуры и относительной влажности воздуха в помещении / П.Н.Гротов - опубл. в БИ 38, 1979], содержащее блок контроля, преобразователи, датчики температуры и влажности, каждый из которых соединен отдельной трехпроводной линией связи с блоком контроля.

Недостатками его является низкая точность контроля фактического уровня физических факторов производственной среды.

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

Недостатками его являются недостаточное количество собираемой информации, невозможность длительного хранения информации, отсутствие информации о химическом составе воздуха, отсутствие привязки замеренных значений производственных факторов к времени и координатам.

Подход, предлагаемый данным техническим решением, позволяет изменить методологию оценки показателей производственной среды. Показания регистрируются в памяти через малые дискретные промежутки времени, затем информация передается на ПК, где перерабатывается, а полученные результаты позволяют оценить не только единовременное состояние производственной среды, а изменения ее в течение рабочей смены. Предлагаемое устройство позволит фиксировать, долговременно хранить и выводить собранную информацию о состоянии производственной среды, а также о времени и координатах проводимых замеров как на блок вывода самого устройства, так и на персональный компьютер. Собранная информация также будет защищена от случайного удаления в случае потери питания.

Это достигается тем, что в устройство, содержащее датчик шума и датчик освещенности, преобразователи сигналов шума и освещенности на каждый датчик, задатчики максимальных и минимальных значений температуры, задатчик предельно допустимого уровня шума, задатчик предельно допустимого уровня освещенности, компаратор на каждый задатчик предельно допустимых значений измеряемых параметров (температуры, шума, освещенности), логические элементы на каждый контролируемый фактор (первый логический элемент, второй логический элемент, третий логический элемент, четвертый логический элемент), постоянно запоминающее устройство максимальных значений температуры, постоянно запоминающее устройство минимальных значений температуры, постоянно запоминающее устройство уровней шума, постоянно запоминающее устройство уровней освещенности, сдвиговые регистры, которые в свою очередь соединенные с блоком управления, и генератор сигналов, дополнительно введены датчик интенсивности тепловой нагрузки среды, датчик относительной влажности, датчик концентрации оксида углерода, датчик концентрации диоксида серы, датчик концентрации оксида азота, датчик концентрации озона, датчик концентрации городского газа, датчик напряжения источника питания, усилители сигнала на каждый измеряемый параметр (интенсивность тепловой нагрузки среды, относительной влажности, концентрации оксида углерода, концентрации диоксида серы, концентрации оксида азота, концентрации озона, концентрации городского газа, напряжения источника питания), аналого-цифровой преобразователь, спутниковый приемник, блок часов реального времени, блок ввода, блок вывода, блок связи с ПК, монитор питания, буфер питания, оперативно-запоминающее устройство, энергонезависимое запоминающее устройство.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена структурная схема устройства контроля параметров производственной среды.

Устройство содержит блок контроля 1, к входу 1 которого присоединены выходы сдвиговых регистров 2, 3, 4, 5.

К сдвиговым регистрам подсоединены элементы: к сдвиговому регистру 2 счетчик максимальных значений температуры 6 и постоянно-запоминающее устройство 7, к сдвиговому регистру 3 - счетчик минимальных значений температуры 8 и постоянно-запоминающее устройство 9, к сдвиговому регистру 4 - счетчик значений уровней шума 10 и постоянно запоминающее устройство 11, к сдвиговому регистру 5 - счетчик значений уровней освещенности 12 и постоянно-запоминающее устройство 13.

К входам счетчиков значений физических факторов производственной среды присоединены выходы следующих элементов: к счетчику 6 присоединен первый логический элемент 14, к счетчику 8 второй логический элемент 15, к счетчику 10 третий логический элемент 16, к счетчику 12 четвертый логический элемент 17, которые обеспечивают выталкивание сигнала на счетчик.

Входы счетчиков соединены проводными линиями с выходом блока управления 18, к входу 1 которого соответственно присоединен генератор сигналов 19.

Логические элементы, входящие в структуру системы 14, 15, 16, 17, объединены между собой, а также к ним присоединены следующие элементы: компаратор 20 имеет выход на первый логический элемент 14, компаратор 21 на второй логический элемент 15, компаратор 22 на третий логический элемент 16, компаратор 23 на четвертый логический элемент 17, входы логических элементов соединены с выходом 1 генератора сигналов 19.

В то же время к входам компараторов присоединены: к входу компаратора 20 - выход задатчика максимальных значений температуры 24, к входу компаратора 21 - выход задатчика минимальных значений температуры 25, а также к обоим входам компараторов 20, 21 преобразователь сигнала 26. Вход компаратора 22 соединен с выходом задатчика предельно допустимого уровня шума 27, преобразователя сигнала 28. На вход компаратора 23 есть выходы задатчика предельно допустимого уровня освещенности 29 и преобразователя сигнала 30.

Значения уровней факторов производственной среды фиксируются датчиками температуры 31, уровней шума 32, уровней освещенности 33. Сигнал с датчиков передается на преобразователи сигналов. Это обеспечивается соединением выхода датчика температуры 31 с преобразователем сигнала 26, выхода датчика уровня шума 32 с входом преобразователя сигнала 28, выхода датчика уровня освещенности 33 с входом преобразователя сигнала 30.

К блоку контроля 1 также присоединен блок ввода информации 34, блок вывода информации 35, посредством которого осуществляется визуализация полученной информации. Связь с компьютером осуществляется блоком связи с персональным компьютером 36, присоединенного к входу-выходу 1 блока контроля 1.

К входу-выходу 2 блока контроля присоединен вход-выход 1 блока управления 18, что позволяет осуществлять синхронизацию, получение данных и вывод их на блок вывода информации 35 и на блок связи с персональным компьютером 36.

К входу 2 блока управления 18 присоединен блок спутникового приемника 37, что позволяет фиксировать текущие координаты и выводить их при помощи блока контроля 1 на блок вывода информации 35.

К входу 3 блока управления 18 присоединен блок монитора питания 38.

К входу 4 блока управления 18 присоединен буфер питания 39.

К выходу 1 блока управления 18 присоединен вход 1 блока аналого-цифрового преобразователя 40.

Блок управления 18 через вход-выход 2 связан также с блоком часов реального времени 41, что позволяет непрерывно фиксировать текущее время и выводить его при помощи блока контроля 1 на блок вывода 35.

Все измеренные параметры фиксируются в блоке оперативной памяти 42, соединенном с блоком управления 18 через выход 2 блока управления и вход-выход 3 блока управления.

Блок управления 18 связан также с блоком энергонезависимой памяти 43 через выход 2 блока управления и вход-выход 4 блока управления.

Блок часов реального времени 41 связан с батареей питания часов реального времени 44, что обеспечивает сохранение временных данных.

Устройство содержит также датчик относительной влажности 45, к выходу которого присоединен вход усилителя сигнала датчика относительной влажности 46, датчик скорости движения воздуха 47, к выходу которого присоединен вход усилителя сигнала датчика скорости движения воздуха 48, датчик уровня интенсивности тепловой нагрузки среды 49, к выходу которого присоединен вход усилителя сигнала датчика уровня интенсивности тепловой нагрузки среды 50, датчик концентрации оксида углерода 51, к выходу которого присоединен вход усилителя сигнала датчика концентрации оксида углерода 52, датчик концентрации диоксида серы 53, к выходу которого присоединен вход усилителя сигнала датчика концентрации диоксида серы 54, датчик концентрации оксида азота 55, к выходу которого присоединен вход усилителя сигнала датчика концентрации оксида азота 56, датчик концентрации озона 57, к выходу которого присоединен вход усилителя сигнала датчика концентрации озона 58, датчик концентрации городского газа 59, к выходу которого присоединен вход усилителя сигнала датчика концентрации городского газа 60, датчик напряжения источника питания 61, к выходу которого присоединен вход усилителя сигнала датчика напряжения источника питания 62.

К входу 2 аналого-цифрового преобразователя 40 присоединен выход усилителя сигнала датчика относительной влажности 46, к входу 3 присоединен выход усилителя сигнала датчика скорости движения воздуха 48, к входу 4 присоединен выход усилителя сигнала датчика уровня интенсивности тепловой нагрузки среды 50, к входу 5 присоединен выход усилителя сигнала датчика концентрации оксида углерода 52, к входу 6 присоединен выход усилителя сигнала датчика концентрации диоксида серы 54, к входу 7 присоединен выход усилителя сигнала датчика концентрации оксида азота 56, к входу 8 присоединен выход усилителя сигнала датчика концентрации озона 58, к входу 9 присоединен выход усилителя сигнала датчика концентрации озона 60, к входу 10 присоединен выход усилителя сигнала датчика напряжения источника питания 62.

К входу-выходу 1 аналого-цифрового преобразователя 40 присоединен вход-выход 5 блока управления 18.

Монитор питания 38, буфер питания 39 и датчик напряжения источника питания 61 подключены к источнику питания 63.

Генератор сигналов 19 соединен с блоком аналого-цифрового преобразователя 40, а также с блоком часов реального времени 41, блоком оперативной памяти 42, блоком энергонезависимой памяти 43.

Буфер питания 39 обеспечивает питание блока управления 18, блока оперативной памяти 42, блока энергонезависимой памяти 43.

Устройство контроля параметров условий труда работает следующим образом.

После подачи питания генератор сигналов 19 начинает генерировать электрические сигналы, датчик температуры 31, уровня шума 32, уровня освещенности 33 начинают измерять фактический уровень физических факторов производственной среды. От них измерительная информация поступает на преобразователи сигналов датчиков температуры 26, шума 28, освещенности 30. Через определенный интервал времени на выходе преобразователей сигналов с датчиков температуры 31, шума 32, освещенности 33 появится цифровой код, соответствующий величине сигнала, считанного с датчиков. В этот момент компараторы 20, 21, 22, 23 сравнивают сигнал, полученный с первичных преобразователей сигнала, и информацию с задатчиков критических значений измеряемых факторов: максимального значения температуры 24, минимального значения температуры 25, максимального значения уровней шума 27, минимального значения уровней освещенности 29. В зависимости от результатов сравнения фактического уровня температуры, шума, освещенности с их критическими значениями, считанными с задатчиков, сигнал передается на логические элементы 14, 15, 16, 17, если фактический уровень фактора находится за пределами экстремальных значений и не передается, если они находятся в норме. Сигналы, поступающие с логических элементов, считываются счетчиками 6, 8, 10, 12. Полученная информация сохраняется постоянно-запоминающими устройствами 7, 9, 11, 13. Данные, сохраненные в постоянно-запоминающих устройствах, обрабатываются (масштабирование, фильтрация и др. необходимые преобразования), а затем записываются в сдвиговые регистры 2, 3, 4, 5, которые кодируют данные и передают их по линиям связи в блок контроля 1. Информация о превышениях допустимых уровней параметров среды из блока контроля поступают на блок вывода 35. После окончания передачи данных сдвиговые регистры переходят в режим ожидания.

Одновременно с измерением превышения допустимых уровней температуры, освещенности, шума, описанного выше, цифровой датчик относительной влажности 45, датчик скорости движения воздуха 47, датчик уровня интенсивности тепловой нагрузки среды 49, датчик концентрации оксида углерода 51, датчик концентрации диоксида серы 53, датчик концентрации оксида азота 55, датчик концентрации озона 57, датчик концентрации городского газа 59 измеряют фактические значения уровней факторов производственной среды, которые затем усиливаются на соответствующих преобразователях 50, 52, 54, 56, 58, 60 и передаются на соответствующие входы аналого-цифрового преобразователя 40. Датчик напряжения источника питания 61 измеряет значения напряжения источника питания 63, измеренные значения усиливаются в преобразователе 62 и передаются на вход 10 аналого-цифрового преобразователя 40.

Линии связи генератора сигналов 19 с блоком часов реального времени 41, с блоком оперативной памяти 42 и блоком энергонезависимой памяти 43 обеспечивают синхронизацию всей системы.

Обработанные в аналого-цифровом преобразователе 40 значения параметров среды в цифровом коде через вход-выход 1 аналого-цифрового преобразователя 40 передаются на вход-выход 5 блока управления 18. Блок управления 18 фиксирует каждое полученное значение с каждого датчика, полученное по соответствующему каналу аналого-цифрового преобразователя 40, а также координату проводимых замеров, полученную из блока спутникового приемника 37, и время замера, полученное из блока часов реального времени 41, а затем направляет данные в блок оперативной памяти 42.

По запросу пользователя, переданного блоком контроля 1 с блока ввода 34, блок управления 18 извлекает данные из блока оперативной памяти 42 и переправляет через блок контроля на блок вывода информации 35 или (по запросу ПК) на блок связи с персональным компьютером 36.

Сигнал о состоянии источника питания 63 подается на монитор питания 38, в случае пропадания напряжения, зафиксированного датчиком напряжения источника питания 61 на источнике питания 63, монитор питания 38 вырабатывает управляющий сигнал для блока управления 18. После поступления этого сигнала на вход 3 блока управления 18 блок управления 18 переключается на алгоритм экстренного сохранения записанной информации из блока оперативной памяти в блок энергонезависимой памяти. Алгоритм экстренного сохранения позволяет блоку управления 18 активизировать буфер питания 39, который поддерживает работоспособность блока управления 18, блока энергонезависимой памяти 43 и блока оперативной памяти 42 в течение времени разряда конденсатора буфера питания 39. Наличие алгоритма экстренного сохранения информации позволяет в течение времени разряда конденсатора сохранить информацию из блока оперативной памяти 42 в блок энергонезависимой памяти 43, что позволяет предохранить полученные данные от потери.

Батарея питания часов реального времени 44 позволяет сохранять установленные отсчеты даты и времени даже в случае пропадания напряжения в источнике питания 63 и буфере питания 39.

Таким образом, в устройстве дистанционного контроля параметров производственной среды имеются блоки ввода и вывода информации, блок связи с ПК, блок часов реального времени, обеспечивающий синхронизацию поступающей информации, блок спутникового приемника, фиксирующий координаты производимых измерений, аналого-цифровой преобразователь, блоки оперативной и энергонезависимой памяти, обеспечивающие сохранение информации, усилители сигнала соответствующих датчиков и датчики параметров производственной среды.

Датчики концентраций токсических газов позволяют оценить химический состав воздуха производственной среды.

Включенные в состав устройства источник питания, буфер питания, монитор питания, датчик напряжения на источнике питания и энергонезависимое запоминающее устройство обеспечивают бесперебойную работу устройства и повышают надежность получения и хранения накопленной информации.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство контроля параметров производственной среды, содержащее блок контроля, блок управления, датчик температуры, датчик шума и датчик освещенности, преобразователи сигналов температуры, шума, освещенности на каждый датчик, задатчики максимальных и минимальных значений температуры, задатчик предельно допустимого уровня шума, задатчик предельно допустимого уровня освещенности, компаратор на каждый задатчик предельно допустимых значений измеряемых параметров температуры, шума, освещенности, логические элементы на каждый контролируемый фактор, первый логический элемент, второй логический элемент, третий логический элемент, четвертый логический элемент, постоянно-запоминающее устройство максимальных значений температуры, постоянно-запоминающее устройство минимальных значений температуры, постоянно-запоминающее устройство уровней шума, постоянно-запоминающее устройство уровней освещенности, сдвиговые регистры, счетчик максимальных значений температуры, счетчик минимальных значений температуры, счетчик значений уровней шума, счетчик значений уровней освещенности, генератор сигналов, отличающееся тем, что в него введены блок ввода, блок вывода, блок связи, блок спутникового приемника, монитор питания, буфер питания, аналого-цифровой преобразователь, блок часов реального времени, блок оперативной памяти, блок энергонезависимой памяти, батарея питания часов реального времени, датчик относительной влажности, усилитель сигнала датчика относительной влажности, датчик скорости движения воздуха, усилитель сигнала датчика скорости движения воздуха, датчик интенсивности тепловой нагрузки среды, усилитель сигнала датчика интенсивности тепловой нагрузки среды, датчик концентрации оксида углерода, усилитель сигнала датчика концентрации оксида углерода, датчик концентрации диоксида серы, усилитель сигнала датчика концентрации диоксида серы, датчик концентрации оксида азота, усилитель сигнала датчика концентрации оксида азота, датчик концентрации озона, усилитель сигнала датчика концентрации озона, датчик концентрации городского газа, усилитель сигнала датчика городского газа, датчик напряжения источника питания, усилитель сигнала датчика напряжения источника питания, источник питания, причем блок управления соединен со сдвиговыми регистрами, входы которых соединены с выходами постоянно-запоминающих устройств, а входы сдвиговых регистров соединены соответственно с выходами счетчика максимальных значений температуры, счетчика минимальных значений температуры, счетчика значений шума, счетчика значений освещенности, к входам которых присоединен выход первого логического элемента, второго логического элемента, третьего логического элемента, четвертого логического элемента, а на входы логических элементов соответственно присоединены выходы компараторов, в свою очередь, все четыре логических элемента соединены между собой и с выходом генератора сигналов, выходы сдвиговых регистров соединены со входом блока контроля, выходы блока управления соединены также со входом счетчика максимальных значений температуры, счетчика минимальных значений температуры, счетчика значений уровней шума, счетчика значений уровней освещенности, с входами постоянно-запоминающего устройства максимальных значений температуры, постоянно-запоминающего устройства минимальных значений температуры, постоянно запоминающего устройства шума, постоянно-запоминающего устройства значений освещенности, входы преобразователей, в свою очередь, соединены с выходами датчиков, а именно: выход датчика температуры соединен с входом преобразователя сигналов температуры, выход датчика шума с входом преобразователя сигналов шума, выход датчика освещенности с входом преобразователя сигналов освещенности, последние же соединены на входы соответствующих компараторов, с которыми также соединены преобразователи и выходы задатчиков, а именно: выход задатчика максимальных значений температуры, выход задатчика минимальных значений температуры, выход задатчика максимальных значений шума, выход задатчика минимальных значений освещенности выходы блока управления соединены со входом аналого-цифрового преобразователя, со входом блока оперативной памяти, блока энергонезависимой памяти, входы блока управления соединены с выходом блока спутникового приемника, монитора питания, буфера питания, выход последнего соединен с входом блока оперативной памяти, с входом блока энергонезависимой памяти, а ко входам монитора питания и буфера питания присоединен источник питания, к выходу последнего присоединен датчик напряжения источника питания, блок управления также соединен с выходом генератора сигналов, который, в свою очередь, соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, со входом блока часов реального времени, со входом блока оперативной памяти, со входом блока энергонезависимой памяти, входы-выходы блока управления соединены с блоком контроля, а также вход последнего соединен с выходом блока ввода, выход блока контроля соединен с входом блока вывода, а входы-выходы блока контроля соединены с входом-выходом блока связи с персональным компьютером, входы-выходы блока управления соединены также с входами-выходами аналого-цифрового преобразователя, блока оперативной памяти, блока энергонезависимой памяти, блока часов реального времени, ко входу последнего присоединен выход батареи питания, ко входам аналого-цифрового преобразователя присоединены выходы усилителей сигнала датчиков, входы усилителей, в свою очередь, соединены соответственно с выходами датчиков.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2363031

patent-2363031.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс G05D27/02 с использованием электрических средств 

Патенты РФ в классе G05D27/02:
информационно-измерительная система контроля параметров условий труда -  патент 2514100 (27.04.2014)
устройство контроля параметров условий труда -  патент 2477876 (20.03.2013)
способ автоматического контроля и управления процессом подготовки утфеля к кристаллизации охлаждением -  патент 2342438 (27.12.2008)
устройство дистанционного контроля параметров условий труда -  патент 2335795 (10.10.2008)
устройство дистанционного контроля параметров условий труда -  патент 2335794 (10.10.2008)
система топливопитания двигателя -  патент 2325547 (27.05.2008)
способ управления процессом декомпозиции алюминатного раствора в производстве глинозема -  патент 2310607 (20.11.2007)
способ стабилизации сливочного масла по влажности -  патент 2302108 (10.07.2007)
способ стабилизации процесса нормализации сливочного масла по влажности -  патент 2298918 (20.05.2007)
устройство дистанционного контроля параметров производственной среды -  патент 2279704 (10.07.2006)


Наверх