Descrição
[0001] A presente invenção refere-se a uma disposição e a um mé todo para transmitir sinais de medição nas redes de abastecimento es-pacialmente extensas tendo pelo menos um sensor para transmitir valores característicos estatísticos ou valores de medição referentes ao comportamento operacional a pelo menos uma estação de controle que é usada para monitorar e controlar a respectiva rede de abastecimento.
Técnica Anterior
[0002] Para monitorar o estado atual das redes de abastecimento, particularmente das redes de abastecimento espacialmente extensas, particularmente para meio de fluição como, por exemplo, para fornecer água, gás ou óleo, uma multiplicidade de dispositivos de medição é fornecida e são instaladas em posições precisamente predefinidas a fim de medir, e transportar a uma estação de controle, os valores de medição atuais como, por exemplo, a pressão, o fluxo e a vazão.
[0003] A estação de controle é geralmente uma sala de controle central ou descentralizada que compreende dispositivos apropriados, da sala de controle a rede de abastecimento é gerenciada, ou seja, o moni- toramente o controle da operação da rede é realizado de lá. Na sala de controle, os sinais de medição e valores de medição transportados são correspondentemente processados para exibição adicional e visual.
[0004] Devido à extensão espacial frequentemente grande de re des de abastecimento, a transmissão de dados dos muitos sensores é frequentemente não fornecida por cabo, mas sim por rádio à estação de controle. Isto dispensa colocar e manter as instalações de cabo caras ao longo das linhas de abastecimento.
[0005] Os valores de medição determinados em cada caso pelos sensores são transmitidos por rádio, por exemplo, por meios de GPRS (General Packet Radio Service) a um receptor compatível que então encaminha estes à estação de controle.
[0006] A fonte de alimentação para os dispositivos de medição e dispositivos de transmissão e recepção é geralmente fornecida localmente por bateria a partir da energia obtida no ambiente do sensor, por exemplo, corrente solar.
[0007] Para economizar energia, os itens de dados individuais a ser transmitidos são combinados e/ou processados também em pacotes de dados, por exemplo, valores médios são formados, comprimidos e transmitidos por rádio, preferencialmente em períodos fixos, por exemplo, a cada 30 minutos.
[0008] Entretanto, isto tem a desvantagem que as informações atuais sobre o status da rede estão disponíveis em períodos particulares e no caso de problemas na rede, um atraso ocorre na transmissão de informações.
[0009] Por outro lado, um aumento inapropriado na frequência de transmissão de dados no caso de sensores operados puramente por bateria levaria à capacidade de bateria acabando precocemente e as baterias, então, tendo que ser substituídas mais frequentemente, de modo que uma parte os operadores de manutenção apenas seriam usados para esta finalidade e não poderiam ser usados para outras medidas de manutenção. As despesas adicionais resultantes na equipe ou atrasos de tempo ao realizar tais medidas representam um fator de custo considerável.
[00010] Outro aspecto que exerce uma função nesta conexão e deve ser levado em consideração se refere à abundância de sensores usados. Durante a abundância, e assim a distribuição de sensores, é limitada, por causa dos custos de compra e manutenção naquele momento, particularmente, em vários sistemas de fornecimento já exis- tentes por um período relativamente longo, significantemente mais sensores podem ser encontrados em sistemas instalados mais recentemente, particularmente em grandes sistemas de abastecimento menos espacialmente extensivos, por causa dos custos comparavelmente baixos recentemente para comprar e operar os sistemas do sensor. É particularmente esta circunstância que levou à mais e mais sistemas de sensor sendo usados no campo.
[00011] Os volumes de dados transmitidos à estação de controle neste contexto são muito grandes, por um lado, mas por outro lado, também frequentemente de baixa qualidade, com a consequência que os dados não podem ser usados para finalidades de análise, ou apenas em uma forma muito restrita.
[00012] Com base nesta técnica anterior, a invenção tem como objetivo desenvolver uma nova estratégia de transmissão de dados que fornece uma transmissão de dados simplificada e não muito cara e que evita as desvantagens demonstradas.
[00013] De acordo com a invenção, este objetivo é obtido por meios das funções caracterizantes. Correspondentemente, a frequência de transmissão dos sinais de medição não é fornecida estatisticamente conforme anteriormente, mas sim dinamicamente. Neste contexto, a abordagem básica é ter os dados corretos disponíveis para finalidades de análise no tempo correto na quantidade e qualidade corretas.
[00014] De acordo com uma modalidade preferida da invenção, para esta finalidade os dispositivos de medição são fornecidos com uma unidade de avaliação que permite que cada sensor analise as variações do e tendências do sinal medido. Neste contexto, os algoritmos de avaliação usados não são restritos apenas ao monitoramento de vários limites, mas também incluem os métodos de avaliação e classificação estatísticos complexos e do sinal com base no modelo.
[00015] Em uma melhoria da invenção, as variações do sinal são alocadas em diferentes classes com base no resultado da avaliação. Para explicar isto, por exemplo, com referência às redes de abastecimento para meio de fluição, é possível classificar os critérios de pressão da seguinte forma: "variação normal de pressão", "pressão fora da faixa permitida", "pequena mudança na pressão", grande mudança anormal na pressão".
[00016] De acordo com um desenvolvimento da invenção, uma frequência de transmissão é alocada preferencialmente em cada variação do sinal na dependência desta classificação. Se as funções do sinal são localizadas, por exemplo, na classe "variação normal de pressão", a frequência de transmissão pode ser reduzida a fim de economizar energia. Os valores medidos são então apenas temporariamente armazenados na memória do sensor e expedidos em cada caso após um tempo fixo.
[00017] Entretanto, de acordo com outra modalidade da invenção, também é fornecido que no caso onde uma variação do sinal exibe um grande gradiente de queda, que resulta em estar alocado na classe de "grande mudança anormal", o respectivo sensor transmite os sinais em intervalos de tempo mais curto. Os valores de medição então não serão transmitidos, por exemplo, em intervalos maiores do que 30 minutos conforme previamente, mas, por exemplo, a cada 10 minutos ou até em períodos mais curtos, à sala de controle.
[00018] Transmitir os dados em períodos correspondentemente reduzidos também fornece uma imagem muito mais precisa da situação atual na rede de abastecimento visto que tipicamente apenas valores médios, por exemplo, sobre um período de 15 minutos, que são determinados pelos sensores, são transmitidos ao sistema de controle. Quanto menor o intervalo de tempo da transmissão do sinal, mais precisa a imagem de condições será.
[00019] Isto tem a vantagem que muda na rede de abastecimento envolvida que tem consequências graves para operação ou a segurança pode ser determinada mais rapidamente, visto que os valores de medição são transmitidos mais frequentemente à estação de controle no caso de uma falha.
[00020] De acordo com outra modalidade preferida da invenção, o sensor transmite as informações de classificação determinada adicionalmente ao sinal transmitido a um sistema de suporte de decisão localizado na estação de controle.
[00021] De acordo com uma modalidade da invenção, este sistema de suporte de decisão pode no caso mais simples ser um sistema de alarme convencional com limites de alarme e relatório de falha correspondente e instruções simples para eliminar o problema, cujo sistema de alarme apenas considera cada sinal individual.
[00022] Neste contexto, é considerado vantajoso que o sistema de suporte de decisão analisa o status do sistema em sua complexidade completa e suporta a equipe operacional seletivamente pelas propostas para ação de acordo com os valores de medição do sinal individual e misturado, os estados do sistema individual, os itens de informações obtidos dele, e o conhecimento técnico aprendido.
[00023] De acordo com outra melhoria da invenção, é fornecido adicionalmente ainda falhas e itens de informações de diagnóstico dos sensores e itens de informações de status dos sensores como, por exemplo, o status da bateria são transmitidos ao sistema de controle e sistema de suporte de decisão e são processados lá.
[00024] Outra modalidade vantajosa da invenção é que o sistema de controle e sistema de suporte de decisão, além de avaliar as informações do sinal medido, por exemplo, identificar um sensor com defeito ou a redução da energia de sua bateria, também gera ordens de trabalho.
[00025] Para esta finalidade, é vantajoso que os sensores, de acordo com outra modalidade da invenção, em cada caso tenha seu pro- cessamento de sinal especialmente alocado e unidade diagnóstica que pode detectar e classificar estados do sinal defeituosos a partir dos sinais medidos e monitorar o estado do sensor incluindo os componentes conectados a ele, como as baterias.
[00026] Neste contexto, é considerado ser particularmente vantajoso que as classificações inapropriadas ou inadequadas, e assim as falsas classificações, são evitadas por uma escolha adequada das características de classificação e limites de classificação. Caso contrário, isto levaria a uma transmissão de sinal indesejavelmente frequente que reduziria significantemente a vida útil da bateria do sensor. As características de classificação são entendidas como as características do sinal extraído e/ou processado do sinal medido.
[00027] Embora não seja absolutamente necessário para a operação normal que os sensores descritos aqui também podem receber dados, é vantagem se uma comunicação bidirecional pode ocorrer entra a estação de controle e os sensores. Isto tem a vantagem que, por exemplo, a configuração do sensor também pode se realizada pela manutenção remota a partir da estação de controle, ou seja, a configuração da frequência de transmissão, os limites de classificação, as características de classificação e outros.
[00028] Outra vantagem também consiste no fato de que desde que um alarme gerado por um sensor tenha sido detectado e reconhecido pela equipe operacional, este é informado de volta ao sensor e o último pode então reduzir a frequência de transmissão novamente a fim de economizar energia.
[00029] Para economizar a capacidade da bateria, ou seja, para aumentar sua vida útil, os sensores são fornecidos em um outro desenvolvimento de acordo com a invenção, na qual é possível escolher entre várias opções de transmitir e receber. Certamente, a frequência de transmissão e recepção e ainda a duração da recepção podem ser ajustadas.
[00030] Por exemplo, na operação normal, a recepção pode ser fornecida a cada x minutos por uma duração de y minutos ou, por exemplo, a recepção ocorre por z minutos após a transmissão. Em contraste, a recepção é fornecida por uma duração de yF ou, respectivamente, de zF minutos no caso de uma falha (n) detectada no sinal e/ou no sensor.
[00031] Além disso, uma rotina de sincronização que permite que as informações de configuração sejam confiavelmente transmitidas do sistema de controle é adequadamente fornecida entre o sensor e o sistema de controle.
[00032] A invenção, modalidades vantajosas e melhorias da invenção e particular vantagens da invenção serão explicadas e descritas em mais detalhes com referência a uma modalidade exemplar mostrada no desenho anexo, no qual:
[00033] A figura 1 mostra um sensor de acordo com a invenção em uma representação diagramática com especificação das sequências individuais.
[00034] A figura 2 mostra uma rede de abastecimento que compreende sensores e uma estação de controle.
[00035] Na figura 1, um sensor 10 de acordo com a invenção é re produzido em uma representação diagramática como uma forma oval, os pontos de sequência individuais marcados pelos números sendo especificados na forma oval. Estes pontos de sequência correspondem a um fluxograma com uma caixa de decisão na qual a decisão sobre o procedimento adicional deve ser tomada por meios dos valores de medição ou itens de informações recebidos aqui.
[00036] Neste contexto, 12 denota o sinal do sensor medido que atinge a unidade de avaliação 20, não representada em mais detalhes, no sensor 10. O número de referência 14 denota as informações de diagnóstico dos itens do sensor.
[00037] Na caixa 16, o sinal do sensor pego pelo sensor 10 é classi ficado, as informações correspondentes de diagnóstico dos itens de classificação sendo detectadas e avaliadas para esta finalidade na caixa 18.
[00038] Na caixa 20, a unidade de avaliação fornecida no sensor está disposta e a unidade de avaliação prepara e implementa a decisão se um aumento ou redução automático na frequência de transmissão dos sinais a serem transmitidos deve ser realizada.
[00039] Certamente, a caixa 22 apoia a redução da frequência de transmissão e temporariamente armazena os valores de medição e itens de informações de diagnóstico, enquanto a caixa 24 suporta a frequência de transmissão constante do sinal e itens de informações de diagnóstico e a caixa 26 suporta o aumento das frequências de transmissão do sinal e itens de informações de diagnóstico.
[00040] A figura 2 mostra em uma representação diagramática de uma rede de abastecimento 28 que compreende sensores 10 ou sensores com a unidade de transmissão 32, respectivamente, e que compreende uma estação de controle 30, a fim de ilustrar a interação dos sensores individuais 10, 32 com a estação de controle 30.
[00041] Quando as perturbações ocorrem na rede de abastecimento como, por exemplo, possíveis vazamentos, fraturas de cano ou remoções muito altas nas redes de abastecimento de água, estas propagam, em alguns casos com um atraso de tempo, através das linhas de abastecimento como, por exemplo, ao longo das linhas de abastecimento de água contíguas. Neste contexto, ocorre frequentemente que estas perturbações são primeiro detectadas por um sensor e então também diagnosticadas por outros sensores com um atraso de tempo. Neste contexto, os métodos com base no sinal ou no modelo permitem que as conclusões sejam extraídas com relação a perturbação atual dos sinais medidos ou dos sinais simulados, respectivamen- te, e permite que a fonte da perturbação seja localizada.
[00042] Se um sensor diagnostica uma perturbação ou uma anormalidade, é apropriado, dependendo da classificação, aumentar não apenas a frequência de transmissão de um sensor, mas sim os sensores adjacentes, mesmo se estes ainda não diagnosticaram uma perturbação devido ao atraso de tempo na propagação da perturbação. Isto fornece uma detecção mais confiável, localização de falha mais rápida e intervenção do que previamente.
[00043] Os sensores adjacentes são aqueles sensores que, embora eles estejam localizados longe ou do outro são, por exemplo, conectados um ao outro por uma linha de água comum através do qual um meio está fluindo e medem uma quantidade semelhante idêntica ou física. A base para uma rede do sensor inteligente é a modelagem das relações entre as posições do sensor e a rede que pode ser armazenada tanto no sistema de controle quanto na unidade de avaliação do sensor.
[00044] Por exemplo, é possível que os sensores se tornem sincronizados um com o outro, seja diretamente ou através do sistema de controle, cujo contexto eles sempre transmitem quando os sensores adjacentes não estão transmitindo, a fim de evitar longas pausas. Isto significa que os sinais de medição dos dois sensores adjacentes, por exemplo, nem sempre chegam no sistema de controle na hora cheia ou na meia hora mas, na operação normal, o sensor um, por exemplo, sempre transmite na hora cheia e na meia hora enquanto o sensor adjacente dois, em operação normal, sempre transmite a compensação por um quarto de hora deste, ou seja, o quarto de hora e o terço de hora. Assim, por exemplo, na operação normal, nem todo sensor fornecido na rede receberá pelo menos um valor de medição em cada hora cheia, mas ainda os sinais relevantes dos vários sensores sempre chegar com uma compensação de tempo. Isto significa que a es- tação de controle recebe mais rapidamente os sinais de medição atuais, mas estes representam apenas alguns dos sensores na rede. Entretanto, a equipe operacional especializada pode detectar pelo menos parcialmente destes valores de medição atuais se toda a rede estiver operando dentro da sua faixa normal confiável.
[00045] A comunicação para ativar os sensores adjacentes pode ocorrer diretamente entre os sensores ou por meios do sistema de controle. A comunicação através do sistema de controle tem a vantagem que os links de comunicação existentes podem ser usados e os itens de informações adicionais estão presentes referentes às posições do sensor adjacente, a rede da linha, áreas de abastecimento e direções da propagação com falha. A configuração de que sensores adjacentes estão ativos durante quanto tempo, com que frequência de transmissão com perturbações que podem ser realizadas mais facilmente e adaptada dinamicamente com uma comunicação por meios do sistema de controle. Além disso, o sistema de controle conhece as janelas de recepção dos sensores individuais para a transmissão de dados.
[00046] Entretanto, também é possível que os sensores troquem informações um com o outro, especialmente quando eles estão dentro da faixa de rádio um do outro, os dados então sendo encaminhados através de um sistema de controle possivelmente existente de, por exemplo, um sensor central a um sistema de controle ligado sem usar diretamente a infraestrutura de comunicação. Dependendo do uso com relação a transmitir e receber a energia necessária ou os custos de comunicação, isto pode ser vantajoso desde que os protocolos de rádio locais sejam pelo menos parcialmente mais eficientes quanto a energia do que uma transmissão à estação de controle e também podem ser mais caros durante a transmissão.
[00047] Embora o aumento da frequência de transmissão reduza a vida útil da bateria, este tem a vantagem que as perturbações podem ser detectadas mais rapidamente e assim também eliminadas mais ra-pidamente, o que leva a um aumento na qualidade do abastecimento.
[00048] Aqui é essencial encontrar o equilíbrio apropriado que, por sua vez, é possível por uma configuração flexível dos sensores. Dependendo do grau de integração dos sensores ao sistema de controle, os sensores podem ser configurados diretamente do sistema de controle ou os sensores podem ser remotamente configurados pelo software adicional.
[00049] Neste contexto, a presente invenção também compreende quaisquer combinações das modalidades preferidas e funções do desenho individual ou desenvolvimentos a menos que sejam mutuamente exclusivas. Listagem de referência 10 Sensor 12 Sinal do sensor medido 14 Informações de diagnóstico do sensor 16 Sinal do sensor de classificação 18 Informações de diagnóstico de classificação 20 Unidade de avaliação para decidir com relação ao aumento ou redução automática na frequência de transmissão 22 Redução na frequência de transmissão e armazenamento tem porário dos valores de medição e itens de informações de diagnóstico 24 Frequência de transmissão constante (sinal + itens de informa ções de diagnóstico) 26 Aumento na frequência de transmissão (sinal + itens de infor mações de diagnóstico) 28 Rede de abastecimento 30 Estação de controle 32 Sensor com unidade de transmissão