ES3060360T3 - Continuous dust accumulation monitoring system - Google Patents

Continuous dust accumulation monitoring system

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ES3060360T3
ES3060360T3 ES20845851T ES20845851T ES3060360T3 ES 3060360 T3 ES3060360 T3 ES 3060360T3 ES 20845851 T ES20845851 T ES 20845851T ES 20845851 T ES20845851 T ES 20845851T ES 3060360 T3 ES3060360 T3 ES 3060360T3
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George T Armbruster
Bruce Ferris
Shane Diller
Slava Orlov
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Industrial Intelligence Inc
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Ind Intelligence Inc
Industrial Intelligence Inc
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Abstract

Un sistema de monitorización continua de la acumulación de polvo comprende una carcasa adaptada para su uso en zonas con riesgo eléctrico, una zona de muestreo para la recogida de polvo ambiental, un sensor de acumulación de polvo instalado en la carcasa y configurado para generar una señal en función de la cantidad de polvo ambiental recogido en la zona de muestreo, y una placa de circuito impreso dentro de la carcasa configurada para recibir la señal del sensor. El sistema de monitorización continua de la acumulación de polvo puede conectarse al hardware de control del sistema. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo
[0003] CAMPO DE LA INVENCIÓN
[0004] La presente invención se refiere a un monitor para acumulación de polvo, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
[0005] ANTECEDENTES
[0006] El polvo combustible y el polvo peligroso permanecen como un gran problema en las industrias globalmente. Como se define por el Código Eléctrico Nacional, las ubicaciones de Clase II son aquellas que son peligrosas debido a la presencia de polvo combustible. Las ubicaciones de Clase II además son divididas en subdivisiones, en donde las ubicaciones de la División 1 son definidas como un área donde la cantidad de polvo combustible está o bien suspendida en el aire o acumulada en superficies en una concentración suficiente para permitir el encendido. Los tipos de polvo combustible son clasificados bajo los Grupos E, F y G. Los polvos de los Grupos E y F son considerados conductivos, mientras que los polvos del Grupo G no lo son.
[0007] Se requiere que las industrias con peligros de polvo potenciales realicen el análisis de peligro de polvo en sus plantas para identificar y documentar peligros de polvo potenciales y desarrollar un plan para mitigar los fuegos y peligros. La Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA) tiene un estándar de que las industrias deben mantener la limpieza de la planta con acumulaciones de polvo combustible de menos de 0.79375 mm (1/32") sobre cualquier área continua de 92.903 metros cuadrados (1,000 pies cuadrados).
[0008] Hasta la fecha, la única manera para medir la acumulación de polvo es visualmente efectuando inspecciones y verificando los niveles de acumulación de polvo utilizando una herramienta de medición de calibre o capacidad que es típicamente el espesor de un cuarto de dólar USA. El personal debe medir físicamente el polvo para determinar el espesor de acumulación de polvo, luego estimar si el nivel de polvo sobre un área de 92.903 metros cuadrados (1,000 pies cuadrados) está ascendiendo por encima de los límites permisibles OSHA de 0.79375 mm (1/32"). El monitoreo físico de la acumulación de polvo en áreas de riesgo de una planta de fabricación utilizando ya sea el personal de planta de auto-vigilancia o el personal regulador consume tiempo y es una manera poco realista para monitorear continuamente los niveles de acumulación de polvo 24/7.
[0009] Actualmente no hay monitores continuos de acumulación de polvo que estén empaquetados en un recinto certificado por la Asociación de Estándares Canadienses (CSA) o Laboratorios Aseguradores (UL) clasificado para el uso en recintos de Clase II, División I Grupos E, F y G para uso continuo en áreas de polvo combustible. Tampoco hay un monitor continuo de acumulación de polvo que esté certificado para ser utilizado en áreas de polvo peligroso de ATEX (una directiva de la Unión Europea para protección contra atmósferas explosivas). De esta manera, aún permanece una necesidad por sistemas de monitoreo continuos de acumulación de polvo en una instalación que cumpla con los estándares tanto de EE. UU. como europeos y no requiera personal para monitorear físicamente las instalaciones. La solicitud de patente WO 98/48261 A1 divulga íntegramente las características recogidas en el preámbulo de la reivindicación independiente 1. La solicitud de patente WO 2020/010450 A1 constituye asimismo un documento muy interesante del estado de la técnica.
[0010] RESUMEN
[0011] Con este fin, se proporciona un sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo de acuerdo con la reivindicación 1. Las realizaciones ventajosas del sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo son proporcionadas por las reivindicaciones dependientes.
[0012] Múltiples sistemas de monitoreo continuos de acumulación de polvo pueden ser instalados por toda una instalación industrial para recolectar continuamente los niveles de acumulación de polvo y retransmitir esta información al control del sistema por la vía de un nodo de red utilizando una tecnología de comunicación alámbrica o inalámbrica tal como, pero sin limitación, Ethernet, fibra óptica, Wi-Fi, LoRa, radiofrecuencia (RF) o Bluetooth. Una vez que los puntos de datos están en el control del sistema, los datos pueden ser analizados utilizando algoritmos para determinar las acumulaciones de polvo promedio continuas en áreas de riesgo identificadas en una planta industrial. Las alarmas pueden ser activadas una vez que las acumulaciones de polvo son incrementadas a unos niveles inaceptables. En una realización, el sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo puede incluir un recinto adaptado para el uso en ubicaciones peligrosas eléctricas, un área de muestra (por ejemplo, un área de muestra en una superficie externa del recinto) para recolectar el polvo ambiental, un conjunto de sensor de acumulación de polvo instalado en el recinto configurado para generar una señal basada en la cantidad de polvo ambiental recolectado en el área de muestra y un tablero de circuitos dentro del recinto configurado para recibir la señal del conjunto de sensor de acumulación de polvo. Un conjunto de montaje puede ser incluido para montar el recinto en una superficie. Las superficies pueden incluir superficies planas (por ejemplo, el suelo, espacios de trabajo, etc.) o superficies curvas (por ejemplo, tubos, rieles, etc.). En algunas realizaciones, el área de muestra puede estar dentro del recinto.
[0013] El sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo también puede incluir una o más terminales de comunicación en conexión con el tablero de circuitos. Por ejemplo, la una o más terminales de comunicación pueden incluir una terminal de comunicación inalámbrica. En algunas realizaciones, la terminal de comunicación inalámbrica utiliza un protocolo de comunicación tal como Wi-Fi, LoRa, radiofrecuencia y Bluetooth.
[0014] En algunas realizaciones, el sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo puede incluir una antena para transmitir la señal a otro dispositivo. Por ejemplo, la antena puede transmitir la señal a un nodo de red. El nodo de red puede comprender un repetidor inalámbrico adaptado para retransmitir la señal a otro repetidor inalámbrico o un enrutador inalámbrico instalado en un computador. La señal puede ser cargada a un servidor tal como un sistema de adquisición de datos en base a la nube.
[0015] El sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo además puede incluir uno o más puertos de comunicación locales conectados al tablero de circuitos adaptado para comunicar con un dispositivo de computación conectado al puerto de comunicación local. Por ejemplo, el puerto de comunicación local puede ser un puerto Ethernet, HDMI o USB.
[0016] El sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo puede incluir un sistema de alarma conectado al tablero o placa de circuitos, en donde el tablero de circuitos proporciona una señal de alerta al sistema de alarma cuando el polvo acumulado en el área de muestra ha excedido un umbral. Por ejemplo, el tablero de circuitos puede proporcionar una señal de alerta al sistema de alarma cuando el polvo acumulado en el área de muestra ha excedido un umbral de aproximadamente 0.079375 cm (1/32 pulgadas).
[0017] Estos y otros aspectos de la invención llegarán a ser evidentes para aquellos expertos en la técnica después de una lectura de la siguiente descripción de las realizaciones cuando se consideran con los dibujos.
[0018] BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
[0019] La FIG.1 es una vista en perspectiva frontal de un sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo de acuerdo con una realización;
[0020] la FIG.2 es una vista en planta del fondo del sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo mostrado en la FIG.1 con el recinto retirado;
[0021] la FIG.3 es una vista en planta superior del sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo mostrado en la Figura 1 con el recinto retirado;
[0022] la FIG.4 es una vista en perspectiva frontal agrandada de un área de muestra con una escala para medir la altura de polvo de acuerdo con una realización;
[0023] la FIG.5 es una vista en planta superior de un sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo que no forma parte de la invención;
[0024] la FIG. 6 es una vista en perspectiva frontal de un sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo con un conjunto de limpieza automatizado de acuerdo con una realización;
[0025] la FIG. 7 es una vista en elevación frontal agrandada del área de muestra y el conjunto de limpieza automatizado mostrado en la FIG.6;
[0026] la FIG. 8 es una vista en perspectiva frontal de un sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo con un conjunto de limpieza automatizado de acuerdo con una realización;
[0027] la FIG.9 es una vista en planta de fondo del sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo mostrado en la FIG.8 con el recinto retirado;
[0028] la FIG.10 es una vista en perspectiva del lado derecho de un sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo con un conjunto de limpieza automatizado de acuerdo con una realización;
[0029] la FIG.11 es una vista en perspectiva del lado izquierdo del sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo mostrado en la FIG.10;
[0030] la FIG.12 es una vista en planta de fondo del sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo mostrado en la FIG.10 con el recinto retirado;
[0031] la FIG.13 es una vista en perspectiva frontal de un sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo con un láser de línea de acuerdo con una realización;
[0032] la FIG.14 es una gráfica que describe las diferencias para medir la altura de polvo acumulado en un área de muestra utilizando un láser colimado contra no colimado;
[0033] la FIG. 15 es una gráfica que mide las alturas de varios tipos de polvo acumulados en un área de muestra de un sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo;
[0034] la FIG.16 es una vista en elevación lateral de un repetidor inalámbrico de acuerdo con una realización; y la FIG.17 es una vista en elevación lateral de un enrutador inalámbrico de acuerdo con una realización.
[0035] DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES
[0036] De acuerdo con la presente invención, se proporciona un sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo. Como se observa en las FIGS. 1-3, el sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo 10 comprende un recinto 12 y un área de muestra 14 para recolectar polvo ambiental. La cantidad de polvo ambiental recolectada en el área de muestra 14 es medida utilizando un conjunto de sensor de acumulación de polvo 16 instalado dentro del recinto 12.
[0037] El recinto 12 se puede configurar para ser certificado por UL/CSA para el uso en por lo menos las siguientes categorías peligrosas eléctricas: Grupos B, C y D de Clase 1; Subgrupos E, F y G de División 1, de Clase 2; Tipo 4X de Clase 3; Zona 1 AEx d IIC de Clase 1; y Ex d IIC IEC 60529 IP66. En una realización, recinto 12 puede ser de aproximadamente 3-6" de diámetro en un recinto de metal. El recinto 12 alternativamente puede configurarse como una forma de tipo caja. El recinto 12 además puede incluir un conjunto de montaje 22 para montar el recinto 12 sobre una superficie. El encerramiento 12 además puede incluir conductos 21 como conexiones físicas para la unión y/o correr alambres hacia/desde el sistema continuo de acumulación de polvo.
[0038] Como se observa en la FIG.2, el sistema de monitoreo 10 además incluye un tablero de circuitos 20. El tablero de circuitos puede incluir un procesador, memoria, relés de contacto seco, fusibles para potencia de 24 VCC, filtro de atenuación, circuitos de alarma, una o más terminales de comunicación, fusibles de antena y software incrustado. El software incrustado puede incluir bloques funcionales tales como la instrumentación de prueba y de medición, procesamiento de imagen, gestión de comunicación, auto-prueba y calibración, generación/gestión de alarma, etc. Un sistema de batería de respaldo también puede ser alojado dentro del recinto 12. Ejemplos de terminales de comunicación incluyen terminales de comunicación de señal de 4...20 mA, terminales de comunicación RS 485, terminales de comunicación Ethernet IP, y terminales de comunicación inalámbrica tales como terminales de comunicación RF, terminales de comunicación Wi-Fi y terminales de comunicación Bluetooth.
[0039] Una antena puede ser unida al exterior del recinto 12 para la comunicación RF, Wi-Fi y/o Bluetooth a un nodo de red. En una realización, el nodo de red puede comprender un repetidor inalámbrico (o alámbrico) 30 y un enrutador inalámbrico (o alámbrico) 50 (mostrado en las FIGS. 16 y 17, respectivamente) ubicado en un cuarto de control del cliente. Las realizaciones del exterior del recinto 12 pueden emplear uno o más puertos alambrados para permitir que la potencia 24 VCC y el cableado de comunicación se cableen al sistema de monitoreo 10. Adicionalmente, el sistema de monitoreo 10 puede incluir un puerto de comunicación local 24 ubicado en el exterior del recinto 12 para conexión de computadora local. El puerto de comunicación local 24 puede ser unido en el tablero o placa de circuitos 20 y permitir a los clientes programar localmente y monitorear cada sistema de monitoreo 10 en una ubicación instalada. Los indicadores de estado visual 23 (por ejemplo, luces LED) pueden ser incluidos para indicar varios estados del sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo, que incluye pero no limitado a un estado de potencia, conexión al puerto alámbrico y/o puerto de comunicación local 42, conectividad a un PLC/servidor y un estado de error/mal funcionamiento.
[0040] Uno o más sistemas de alarma 31 puede estar en comunicación con el tablero de circuitos 20, en donde el tablero de circuitos 20 proporciona una señal de alerta al sistema de alarma 31 cuando el polvo acumulado en el área de muestra 14 ha excedido un umbral o límite. Por ejemplo, el tablero o placa de circuitos puede proporcionar una señal de alerta al sistema de alarma 31 cuando el polvo acumulado en el área de muestra ha excedido un umbral. Por ejemplo, el umbral puede ser definido por una altura de polvo de aproximadamente 1/32, 1/16 o 1/8 pulgadas. Los umbrales o límites se pueden predefinir por un fabricante o ajustar por un usuario final. En tal realización, el sistema de alarma 31 puede incluir una alarma de sonido tal como una alarma piezoeléctrica.
[0041] En algunas realizaciones, el conjunto de sensor de acumulación de polvo 16 puede comprender un sensor óptico 17 con un detector correspondiente 18. Por ejemplo, el sensor óptico 17 puede ser una cámara digital infrarroja, una luz de láser LED a un receptor, una luz de láser a un receptor de fibra de carbono, o una luz de láser a un receptor de cable de fibra óptica. El sensor óptico 17 puede detectar y medir la cantidad de polvo acumulado en el área de muestra utilizando la tecnología de dispersión de luz, tecnología de retrodispersión o tecnología de absorción de luz.
[0042] El conjunto de sensor 16 puede ser adaptado para medir de manera precisa el nivel de acumulación de polvo entre el intervalo de 0 pulgada a 1 pulgada y 0 mm a 25 mm y monitorear las partículas de polvo tan bajas como 0.1 micrones. En algunas realizaciones, el conjunto de sensor de acumulación de polvo 16 puede comprender uno o más sensores 17. Por ejemplo, el conjunto de sensor 16 puede comprender dos o más sensores. En algunas realizaciones, los dos o más sensores 17 pueden comprender un solo tipo de sensor (por ejemplo, un sensor óptico), mientras que en otras realizaciones los dos o más sensores pueden comprender múltiples tipos de sensores (por ejemplo, un sensor óptico en combinación con una célula de carga).
[0043] En algunas realizaciones, una cámara digital puede ser utilizada en combinación con uno o más sensores para medir y/o verificar la cantidad de polvo acumulado en el área de muestra. Por ejemplo, puede ser utilizada una cámara digital y láser. En algunas realizaciones, la cámara digital también puede ser configurada para medir propiedades adicionales del polvo en el medio ambiente. Por ejemplo, la cámara digital puede ser configurar para medir el tamaño de partículas de polvo y/o la concentración de polvo que es portado por el aire cerca del área de muestra.
[0044] La FIG.3 es un ejemplo de un sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo 10 que tiene múltiples sensores. Como se observa en la FIG.3, el conjunto de sensor de acumulación de polvo 16 está comprendido de un láser 17a y una cámara 17b. El láser 17a es detectado por el fotorresistor 18. A medida que el polvo se acumula en el área de muestra 14, la altura del polvo puede ser medida mediante la reducción en la opacidad del láser 17a como es detectado por el fotorresistor 18. La cámara 17b puede ser utilizada para determinar visualmente la altura de polvo acumulado 11 en el área de muestra. Como se observa en la FIG. 4, una escala 13 puede ser incluida para medir la altura del polvo acumulado 11. En algunas realizaciones, el tablero de circuitos 20 además puede incluir software que utiliza visión de máquina/computadora y aprendizaje en máquina para detectar automáticamente cuando la altura del polvo alcanza y/o excede un umbral de nivel de polvo. El sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo 10 puede incluir una pantalla (por ejemplo, LCD, LED, OLED, etc.), como se muestra en la FIG. 3, la cual puede ser utilizada para proporcionar una escala 13. Un sistema óptico 25 comprendido de una o más lentes (por ejemplo, lentes cóncavas y/o convexas) puede ser utilizado para proporcionar una longitud focal deseada.
[0045] En una realización, el conjunto de sensor de acumulación de polvo continuo 16 comprende un sensor 17 en donde la altura del sensor es ajustable. Por ejemplo, el sensor 17 puede ser montado sobre una plataforma 19 que tiene una altura ajustable. La altura ajustable puede ser útil para modificar los umbrales de nivel de polvo o para proporcionar una medición para niveles de polvo presentes en el área de muestra 14. En algunas realizaciones, el área de muestra 14 puede comprender una plataforma 19 con roscas internas para recibir un tornillo 33 en el fondo del área de muestra 14 como se observa en la FIG. 1. La altura de la plataforma 19 puede ser ajustada al girar el tornillo en la dirección deseada.
[0046] La FIG.5 representa una realización de un sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo 10', que no forma parte de la invención, con sensores de láser 17a, 17b y 17c y detectores correspondientes 18a, 18b y 18c. Los sensores de láser pueden ser colocados en alturas diferentes para indicar umbrales de nivel de polvo específicos. En algunas realizaciones, los sensores de láser y detectores pueden cada uno ser montados en una plataforma 19 que presenta una altura ajustable. En otras realizaciones, el sensor de acumulación de polvo puede comprender un único sensor de láser con un conjunto de diferentes detectores colocados en diferentes alturas designadas.
[0047] El sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo 10 además puede incluir un conjunto de limpieza automatizado configurado para retirar el polvo acumulado del área de muestra 14. En algunas realizaciones, el conjunto de limpieza automatizado puede utilizar uno o más mecanismos para retirar el polvo acumulado afuera del área de superficie, tal como acústico, vibratorio, flujo de aire (por ejemplo, por la vía de ventiladores) y/o aire comprimido. Por ejemplo, el conjunto de limpieza automatizado puede ser un conjunto de vibración que utiliza una o más de altas frecuencias para causar que el polvo acumulado en el área de superficie llegue a ser portador por el aire. Un impulso de aire puede ser utilizado en conjunción con el conjunto de vibración para retirar el polvo portado por el aire y acumulado del área.
[0049] Las FIG.6 y 7 ilustran una realización de un sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo con un conjunto de limpieza automatizado que comprende un conjunto de tapa 27. El conjunto de tapa 27 comprende un área de muestra 14 en la parte superior de y conectada a una plataforma 19 mediante bisagra 37. El polvo es recolectado en el área de muestra 14 y puede ser retirado al girar el área de muestra 14 hacia arriba del polvo para caer en su parte superior. Por ejemplo, el fondo del área de muestra 14 puede ser golpeado por un solenoide dentro de la plataforma, que impulsa el área de muestra 14 hacia arriba. Puesto que el área de muestra 14 es conectada articuladamente a la plataforma (por ejemplo, por la vía de un tornillo o un perno), la tapa gira y eventualmente se detiene (por ejemplo, por la vía de un tope físico). Aunque el área de muestra 14 es detenido de la rotación adicional, el polvo recolectado en la superficie de área de muestra 14 continuará moviéndose debido a la inercia y por lo tanto es removida de la superficie del área de muestra 14.
[0051] Otra realización de un conjunto de limpieza automatizado es mostrado en las FIGS. 8 y 9. En esta realización, el conjunto de limpieza automatizado es un conjunto de limpieza en base a flujo de aire. El conjunto de limpieza en base a flujo de aire comprende un ventilador 29 dentro de un canal 28. Durante la operación del conjunto de limpieza, el ventilador 29 sopla el aire fuera del canal 28 para remover el polvo del área de muestra 14.
[0053] Las FIGS.10-12 ilustran otra realización de un conjunto de limpieza en base a flujo de aire con ventilaciones de aire dobles en cada lado del área de muestra 14. Como se observa en la Figura 12, el conjunto de limpieza en base a flujo de aire comprende un primer canal 28a y un segundo canal 28b diagonalmente opuestos entre sí. Un primer ventilador 29a es posicionado dentro de un interior de la primera ventilación 28a y un segundo ventilador 29b es posicionado dentro de un interior de la segunda ventilación 28b. Cada ventilador puede ser un ventilador centrífugo y una toma de aire puede ser incluida en el fondo de cada ventilador centrífugo. Durante la operación del conjunto de limpieza en base a flujo de aire, el primero y segundo ventiladores centrífugos extraen el aire de sus tomas de aire respectivas para soplar el aire fuera de sus canales respectivos para crear una corriente cíclica de aire que sopla el polvo lejos del área de muestra 14.
[0055] El conjunto de limpieza automatizado permite al sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo auto-limpiar el área de muestra y eliminar la necesidad para la limpieza manual por el personal. En ciertas realizaciones, la cámara digital puede ser configurada para monitorear y verificar si el área de muestra ha sido limpiada por el conjunto de limpieza automatizado. Además, la cámara digital puede ser configurada para medir una o más propiedades del polvo portado por el aire causado por un conjunto de vibración, que incluye medir el tamaño de las partículas de polvo y/o la concentración de polvo como se ha discutido anteriormente.
[0057] En algunas realizaciones, el sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo además incluye uno o más sensores adicionales configurados para medir propiedades adicionales en el área ambiental. Por ejemplo, los sensores pueden ser empleados para medir la humedad, el flujo de aire y/o temperatura del medio ambiente circundante.
[0058] En algunas realizaciones, el sensor de acumulación de polvo 16 puede ser un sistema de láser. Por ejemplo, el sistema puede utilizar un láser de puntos para medir la altura del polvo en un área de muestra. Las realizaciones preferidas de un sistema de láser utilizan un láser de línea tal como muestra la FIG.13, la cual proporciona una mayor precisión y confiabilidad en determinar la altura de polvo acumulado. El sistema de láser de línea puede estar orientado verticalmente, horizontalmente o en un ángulo.
[0060] La FIG.14 compara el desempeño de un láser colimado contra un láser no colimado. El láser colimado es representado por la curva inferior y el láser no colimado es representado por la curva superior. La gráfica muestra que los láseres colimados tienen una sensibilidad útil para cambios pequeños en altura de polvo (aproximadamente 0.381 mm (0.015 pulgadas)). La señal del láser no colimado no es notablemente inferior hasta que se alcanza una altura de polvo de 0.1905 cm (0.075 pulgadas). Esta altura es más que el doble que el límite permisible de OSHA. De esta manera, las realizaciones preferidas de un sensor de láser utilizan un láser colimado aunque algunas realizaciones todavía pueden emplear un láser no colimado. En algunas realizaciones, la colimación puede ser lograda utilizando una lente o un espejo. En otras realizaciones, la colimación se puede lograr al colocar el receptor 18 en un rebajo del recinto 12. El rebajo puede comprender un orificio que presenta un diámetro proporcional al umbral para una altura de polvo.
[0061] La FIG.15 compara las alturas del polvo para una variedad de diferentes tipos de polvo y patrones de acumulación, que incluyen la harina distribuida uniformemente a lo largo de la superficie de área de muestra, la harina distribuida no uniformemente a lo largo de la superficie de área de muestra, aserrín distribuido uniformemente a lo largo de la superficie de área de muestra y aserrín distribuido no uniformemente a lo largo de la superficie de área de muestra. Los resultados indican que esta realización es capaz de medir precisamente alturas para una variedad de tipos de polvo y patrones de distribución a lo largo de la superficie de área de muestra.
[0062] En funcionamiento, el conjunto de sensor 16 está adaptado para medir continuamente niveles de polvo a medida que acumulado en el área de muestra 14 y retransmitir esta información por comunicación inalámbrica utilizando RF, Wi-Fi o Bluetooth a un repetidor inalámbrico 30 o un enrutador inalámbrico central 50 ubicado en un cuarto de control del cliente. Adicionalmente, es posible la comunicación cableada (señal de 4…20 mA, RS-485 o Ethernet/IP). Uno o más repetidores inalámbricos 30 pueden ser instalados en una ubicación para retransmitir señales de los sistemas de monitoreo individuales 10 a un enrutador inalámbrico central en un cuarto de control si son detectadas interrupciones de señal entre el sistema de monitoreo 10 y un enrutador inalámbrico central 50.
[0064] La FIG. 16 representa una realización de un repetidor inalámbrico 30 con un tablero de circuitos 36 adaptado para retransmitir señales inalámbricas del sistema de monitoreo 10 nuevamente a un enrutador inalámbrico central 50. El repetidor inalámbrico 30 puede estar encerrado en un encerramiento de metal 32 con dos puertos de acceso. Un puerto puede estar configurado para aceptar un suministro de potencia de 24 VCC entrante al repetidor inalámbrico 30. El segundo puerto puede ser un puerto de comunicación 40 ubicado en el exterior del encerramiento 32 para conectar el tablero de circuitos 36 a una computadora local. El repetidor inalámbrico 30 además puede incluir una antena 42 conectada a un tablero de circuitos 36 y montada externamente al encerramiento de metal 32. El encerramiento 32 además puede incluir un conjunto de montaje 34 con orificios 35 para montar el encerramiento 32 sobre una superficie.
[0066] La FIG. 17 ilustra una realización de un enrutador inalámbrico central 50 adaptado para comunicar con un repetidor inalámbrico 30 y/o el sistema de monitoreo 10. El enrutador inalámbrico 50 incluye un recinto 52 que presenta las mismas certificaciones de UL/CSA como el sistema de monitoreo 10. El recinto 52 además puede incluir un conjunto de montaje 62 con orificios 63 para montar el recinto 52 sobre una superficie. Un tablero de circuitos incorporados 54 instalado en el recinto puede ser software incrustado para permitir la comunicación RF, Wi-Fi y Bluetooth con el repetidor inalámbrico 30 y/o el sistema de monitoreo 10 por la vía de la antena 56. El enrutador inalámbrico central 50 también puede incluir un puerto de comunicación 60 configurado para recibir comunicación cableada por la vía de 4...20mA, RS 485, IP de Ethernet. El enrutador inalámbrico 50 también puede estar conectado a la Internet permitiendo a los datos ser enrutados al control del sistema. Adicionalmente, el tablero de circuitos 54 puede incluir un filtro de atenuación, una fuente de potencia o energía y fusibles de antena.
[0068] Una vez que el enrutador inalámbrico 50 recibe datos del sistema de monitoreo 10 o el repetidor inalámbrico 30, el enrutador inalámbrico 50 puede utilizar una conexión de Internet para mover los datos de sensor a un control del sistema comprendido del software de control del sistema y el hardware de control del sistema. En una realización, el software de control del sistema puede incluir componentes de software tal como un sistema de adquisición de datos (por ejemplo, datos de sensor que incluye polvo, temperatura, humedad, flujo de aire, etc.), análisis de datos, base de datos y gestión de base de datos, mantenimiento predictivo e interconexión con otros sistemas industriales. En una realización, el hardware de control del sistema puede ser un servidor. Por ejemplo, el servidor puede estar en una ubicación tal como un centro de datos de la empresa o puede estar en base a la nube.
[0070] Un cliente puede ingresar al servidor remotamente y programar los sistemas de monitoreo individuales 10 y ajustar parámetros de alarma del dispositivo. Los clientes también pueden monitorear remotamente las acumulaciones de polvo promedio sobre áreas o zonas específicas o en las unidades de sistema de monitoreo individuales. El software de control de sistema también puede ser adaptado para permitir a los clientes enrutar los datos nuevamente del servidor a una planta o servidor corporativo.
[0072] En varias realizaciones, cada sensor está adaptado para ser programado a los umbrales de alarma de ajuste cuando los niveles de acumulación de polvo promedio alcanzan niveles inaceptables. Por ejemplo, dos relés de contacto seco en el tablero de circuito 20 podrían ser utilizados para activar bocinas, luz o el equipo de encendido y apagado cerca del sensor individual. Adicionalmente, el software de control del sistema en base a la nube puede ser configurado para alertar al personal de la planta y corporativo cuando son alcanzados niveles de alarma. Las herramientas analíticas de datos también pueden ser utilizados para analizar los datos de acumulación de polvo utilizando el software de control del sistema en base a la nube. En algunas realizaciones, el software de control del sistema puede tener bloques funcionales que incluyen aprendizaje de máquina AI, mantenimiento predictivo, analítica de datos y visualización, etc. El software de control del sistema además puede estar configurado para realizar tareas al nivel del sistema tal como la prueba y calibración del sistema, gestión de base de datos, interfaz e integración con otros sistemas industriales (que incluyen sistemas de alarma y monitoreo), interfaz e integración con dispositivos móviles, etc. El software de control del sistema puede ser configurado para realizar la automatización de tareas de cumplimiento regulador, que incluyen el mantenimiento de registro requerido, generación de forma, etc.
[0074] El control del sistema puede ser configurado para determinar la velocidad de cambio de acumulación de polvo durante intervalos de tiempo de ajuste y representar gráficamente la acumulación de polvo para determinar si la velocidad de cambio es permanente, lineal o exponencial de modo que una instalación puede hacer inferencias acerca del funcionamiento del equipo en un cuarto o sala donde se instala el sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo. Por ejemplo, un mal funcionamiento del equipo puede ser indicado por un cambio repentino en la velocidad en que el polvo se acumula en un área de muestra. Por ejemplo, un sistema de acumulación de polvo que típicamente acumula 1/64" de polvo durante 3 meses puede experimentar una acumulación repentina de polvo que tiene una altura de aproximadamente 0.25" durante 2 horas, lo cual puede indicar un mal funcionamiento del equipo cercano al sistema de monitoreo de acumulación de polvo (por ejemplo, una manguera suelta).
[0076] Posibles aplicaciones del sistema anterior pueden incluir el monitoreo de áreas de polvo combustible encerradas en el interior de instalaciones de manufactura tales como áreas de plataforma de molino de granos, cuartos de molino de martillos, áreas de recepción de camiones y ferrocarriles y descarga, túneles, ejes de elevador, acanaladuras eléctricas y estructuras de soporte de trabajo de conductos, vigas I y de construcción, aplicaciones de minas subterráneas. Otras aplicaciones también pueden incluir cuartos de cribado, cuartos de mezclado, cuartos de procesamiento, celdas de prueba para impresión 3D, monitoreo arriba de losetas del techo y áreas de manufactura de proceso en las siguientes industrias: molinos de alimentos, molinos de granos, plantas de alimentos de mascotas, industrias farmacéuticas, productos forestales que incluyen madera terciada, OSB, tabla particulada y otros productos forestales de madera diseñada, plásticos, refinerías de azúcar, manufactura de fertilizantes, manufactura de químicos y polímeros, manufactura de municiones, manufactura de metales y operaciones de procesamiento, cervecerías, manufactura de etanol, manufactura de almidón y gluten, panaderías comerciales y servicios caldeados con carbón mineral. Otros usos podrían incluir el monitoreo para niveles de acumulación de polvo peligroso no combustible tal como aplicaciones de monitoreo de instalación militar y edificio gubernamental, instalaciones de investigación, hospitales, sitios de construcción relacionados con polvo molesto o peligroso tal como sílice. Las realizaciones descritas en lo anterior de la presente descripción pueden ser implementadas de acuerdo con o en conjunción con uno o más de una variedad de diferentes tipos de sistemas, tales como, pero no limitados a, aquellos descritos a continuación.
[0078] La presente descripción contempla una variedad de sistemas diferentes cada uno que tiene uno o más de una pluralidad de diferentes aspectos, atributos o características. Un "sistema" como se utiliza en la presente descripción se refiere a varias configuraciones de: (a) uno o más sistemas de monitoreo; y (b) uno o más dispositivos de computación personales, tales como computadoras de escritorio, computadoras portátiles, computadoras de tableta, asistentes digitales personales, teléfonos móviles y otros dispositivos de computación móviles. Muchas de las tareas, tales como el acceso remotamente al servidor, programación de sistemas de monitoreo individuales, ajuste de parámetros de alarma del dispositivo y monitoreo de acumulaciones de polvo pueden ser realizadas con dispositivos de computación personales.
[0080] De esta manera, en varias realizaciones, el sistema de la presente descripción incluye: (a) uno o más dispositivos de computación en combinación con uno o más sistemas de monitoreo; (b) uno o más dispositivos de computación personales, y uno o más sistemas de monitoreo, solos, o en combinación de uno con el otro; (c) un solo sistema de seguimiento; y/o (d) una pluralidad de sistemas de monitoreo en combinación de uno con el otro.
[0082] En ciertas realizaciones en las cuales el sistema incluye un dispositivo de computación personal en combinación con un sistema de monitoreo, el sistema de monitoreo incluye cualquier tablero o placa de circuitos adecuado que tiene por lo menos un procesador y por lo menos un dispositivo de memoria o dispositivo de almacenamiento de datos. Como es descrito adicionalmente aquí, el dispositivo de computación personal incluye por lo menos un procesador configurado para transmitir y recibir datos o señales que representan eventos, mensajes, órdenes, o cualquier otra información adecuada entre el dispositivo de computación personal y el sistema de monitoreo. El procesador del dispositivo de computación personal está configurado para ejecutar los eventos, mensajes o comandos representados por tales datos o señales en conjunción con la operación del dispositivo de computación personal. Además, el procesador del sistema de monitoreo está configurado para transmitir y recibir datos o señales que representan eventos, mensajes, órdenes o cualquier otra información adecuada entre el sistema de monitoreo y el dispositivo de computación personal. El procesador del sistema de monitoreo se configura para ejecutar los eventos, mensajes o comandos representados por tales datos o señales en conjunción con la operación del sistema de monitoreo.
[0084] En realizaciones en las cuales el sistema incluye un dispositivo de computación personal configurado para comunicar con un sistema de monitoreo a través de una red de datos, la red de datos es una red de área local (LAN), una red de área amplia (WAN), una red pública tal como la Internet, o una red privada. El sistema de monitoreo y el dispositivo de computación personal están configurados para conectar a la red de datos o el enlace de comunicaciones remoto en cualquier manera adecuada. En varias realizaciones, tal conexión es realizada por la vía de: una línea de teléfono convencional u otra línea de transmisión de datos, una línea de suscriptor digital (DSL), una línea T-l, un cable coaxial, un cable de fibra óptica, un dispositivo de itinerario inalámbrico o alámbrico, una conexión de red de comunicaciones móvil (tal como una red celular o red de Internet móvil) o cualquier otro medio adecuado.
[0086] Será apreciado que cualquier combinación de uno o más medios leíbles en computadora pueden ser utilizados. Los medios leíbles en computadora pueden ser un medio de señal leíble en computadora o un medio de almacenamiento leíble en computadora. Un medio de almacenamiento leíble en computadora puede ser, por ejemplo, pero no limitado a, un sistema, aparato o dispositivo electrónico, magnético, óptico, electromagnético o semiconductor, o cualquier combinación adecuada de los anteriores, que incluyen un disquete de computadora portátil, un disco duro, una memoria de acceso aleatorio (RAM), una memoria únicamente de lectura (ROM), una memoria únicamente de lectura programable borrable (EPROM o memoria instantánea), una fibra óptica apropiada con un repetidor, una memoria únicamente de lectura de disco compacto portátil (CD-ROM), un dispositivo de almacenamiento óptico, un dispositivo de almacenamiento magnético, o cualquier combinación adecuada de los anteriores. En el contexto de este documento, un medio de almacenamiento leíble en computadora puede ser cualquier medio tangible que puede contener, o almacenar un programa para el uso por o en conexión con un sistema, aparato o dispositivo de ejecución de instrucciones.
[0088] Un medio de señal leíble en computadora puede incluir una señal de datos propagada con el código de programa leíble en computadora incorporado en el mismo, por ejemplo, en banda de base o como parte de una onda portadora. Tal señal propagada puede tomar cualquiera de una variedad de formas, que incluyen, pero no limitadas a, electromagnéticas, ópticas o cualquier combinación adecuada de las mismas. Un medio de señal leíble en computadora puede ser cualquier medio leíble en computadora que no es un medio de almacenamiento leíble en computadora y que puede comunicar, propagar o transportar un programa para el uso por o en conexión con un sistema, aparato o dispositivo de ejecución de instrucciones. El código de programa incorporado en un medio de señal leíble en computadora puede ser transmitido utilizando cualquier medio apropiado, que incluyen pero no limitado a inalámbrico, alámbrico, cable de fibra óptica, RF, etc., o cualquier combinación adecuada de los anteriores.
[0090] Como será apreciado por un experto en la técnica, los aspectos de la presente descripción pueden ser ilustrados y descritos en la presente en cualquier número de clases patentables o contexto que incluye cualquier nuevo y útil proceso, máquina, manufactura o composición de materia, o cualquiera de una nueva y útil mejora del mismo. Por consiguiente, los aspectos de la presente descripción pueden ser implementados completamente en hardware, completamente en software (incluyendo firmware, software residente, micro-código, etc.) o combinación de implementación de software y hardware que todos pueden ser referidos generalmente en la presente como un "circuito", "módulo", "componente" o "sistema". Además, los aspectos de la presente descripción pueden tomar la forma de un producto de programa de computadora incorporado en uno o más medios leíbles en computadora que tienen código de programa leíble en computadora incorporado en los mismos.
[0092] Será apreciado que todos los métodos y procedimientos descritos en la presente pueden ser implementados utilizando uno o más programas o componentes de computadora. Estos componentes pueden ser proporcionados como unas series de instrucciones de computadora en cualquier medio leíble en computadora convencional, que incluye RAM, SATA DOM, u otros medios de almacenamiento. Las instrucciones pueden ser configuradas para ser ejecutadas por uno o más procesadores los cuales, cuando ejecutan la serie de instrucciones de computadora, realizan o facilitan el desempeño de todo o parte de los métodos y procedimientos descritos.
[0094] A menos que se establezca de otra manera, los dispositivos o componentes de la presente descripción que están en comunicación entre sí no necesitan estar en comunicación continua entre sí. Además, los dispositivos o componentes en comunicación con otros dispositivos o componentes pueden comunicarse directamente o indirectamente a través de uno o más dispositivos intermedios, componentes u otros intermediarios. Además, las descripciones de las realizaciones de la presente descripción en la presente en donde son descritos varios dispositivos y/ocomponentes como que están en comunicación uno con el otro no implica que todos los componentes son requeridos, o que cada uno de los componentes descritos deben comunicar con cada otro componente. Además, mientras que los algoritmos, etapas de proceso y/o etapas de método pueden ser descritos en orden secuencial, tales procedimientos pueden ser configurados para trabajar en órdenes diferentes. En otras palabras, cualquier ordenación de etapas aquí descritas no dicta, autónomamente, que las etapas sean realizadas en ese orden. Las etapas asociadas con métodos y/o procesos como se han descrito en la presente pueden ser realizadas en cualquier orden práctico. Adicionalmente, algunas etapas pueden ser realizadas simultáneamente o de manera sustancial simultáneamente a pesar de ser descritas o implicadas como que ocurren no simultáneamente.
[0096] Se apreciará que los algoritmos, etapas de método y etapas de proceso descritos en la presente descripción pueden ser implementados, por ejemplo, apropiadamente programados y dispositivos de computación. A este respecto, un procesador (por ejemplo, un microprocesador o dispositivo controlador) recibe instrucciones de una memoria o dispositivo de almacenamiento similar que contiene y/o almacena las instrucciones, y el procesador ejecuta esas instrucciones, para de esta manera realizar un proceso definido por esas instrucciones. Además, los aspectos de la presente descripción pueden tomar la forma de un producto de programa de computadora incorporado en uno o más medios leíbles en computadora que tienen código de programa leíble en computadora incorporado en los mismos.
[0097] El código de programa de computadora para llevar a cabo operaciones para aspectos de la presente descripción pueden ser escritos en cualquier combinación de uno o más lenguajes de programación, que incluyen un lenguaje de programación orientado al objeto tal como Java, Scala, Smalltalk, Eiffel, JADE, Emerald, C++, C#, VB.NET, Python o los similares, lenguajes de programación de procedimiento convencional, tal como el lenguaje de programación "C", Visual Basic, Fortran 2003, Perl, COBOL 2002, PHP, ABAP, lenguajes de programación dinámica tales como Python, Ruby y Groovy, u otros lenguajes de programación. El código de programa se puede ejecutar completamente en una computadora del usuario, parcialmente en una computadora del usuario, como un paquete de software autónomo, parcialmente en una computadora del usuario y parcialmente en una computadora remota o completamente en la computadora remota o servidor. En este último escenario, la computadora remota puede ser conectada a la computadora del usuario a través de cualquier tipo de red, que incluye una red de área local (LAN) o una red de área amplia (WAN), o la conexión puede hacerse a una computadora externa (por ejemplo, a través de la Internet utilizando un Proveedor de Servicios de Internet) o en un ambiente de computación de la nube u ofrecido como un servicio tal como un Software como un servicio (SaaS).
[0099] Donde se describen bases de datos en la presente descripción, será apreciado que las estructuras de base de datos alternativas aquellas descritas, así como otras estructuras de memoria además de las bases de datos pueden emplearse fácilmente. Las representaciones de figuras de dibujo y las descripciones acompañantes de cualquiera de las bases de datos ejemplares presentadas aquí son ilustrativas y no arreglos restrictivos para representaciones almacenadas de datos. Además, cualquiera de las entradas ejemplares de tablas y datos de parámetros representan información de ejemplo únicamente, y, a pesar de cualquier representación de las bases de datos como tablas, otros formatos (que incluyen bases de datos relacionales, modelos en base a objeto y/o bases de datos distribuidas) pueden ser utilizadas para almacenar, procesar y de otra manera manipular los tipos de datos descritos aquí. El almacenamiento electrónico puede ser almacenamiento local o remoto, como será entendido para aquellos expertos en la técnica. El encriptado apropiado y otras metodologías de seguridad también pueden ser empleados por el sistema de la presente descripción, como será entendido por uno de habilidad ordinaria en la técnica.

Claims (11)

1. REIVINDICACIONES
1. Un sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo (10), que comprende:
- un recinto (12) adaptado para uso en ubicaciones peligrosas eléctricas;
- un área de muestra (14) en una superficie externa del recinto (12) para recolectar polvo ambiental;
- un conjunto de sensor de acumulación de polvo (16) instalado en el recinto (12) configurado para generar una señal en base a la cantidad de polvo ambiental recolectado en el área de muestra (14); en donde el conjunto de sensor de acumulación de polvo (16) comprende un láser (17a) y un fotorresistor (18) para detectar el láser (17a); en donde el fotorresistor (18) está diametralmente opuesto al láser (17a) con respecto al área de muestra (14); y
- un tablero de circuitos (20) dentro del recinto (12) configurado para recibir la señal del conjunto de sensor de acumulación de polvo (16),
en donde la altura del polvo (11) acumulado en el área de muestra (14) es medida mediante la reducción en la opacidad del láser (17a) como es detectado por el fotorresistor (18);
caracterizado porqueel tablero de circuitos (20) está adaptado para comunicarse de manera inalámbrica con un control del sistema, en donde el control del sistema está configurado para determinar la velocidad de cambio de acumulación de polvo durante intervalos de tiempo definidos; y
porqueel conjunto de sensor de acumulación de polvo (16) además comprende una cámara (17b), asegurada dentro del recinto (12) y al lado del área de muestra (14), yporqueel sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo (10) además comprende una pantalla operable para proporcionar una escala (13);
en donde la cámara (17b) es utilizada para determinar visualmente la altura del polvo acumulado (11) en el área de muestra con la ayuda de la escala (13).
2. El sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo de la reivindicación 1, en donde el sensor de láser emite un láser de línea.
3. El sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo de la reivindicación 2, en donde la cámara además se utiliza para medir ya sea el tamaño de partícula del polvo o la concentración de polvo portado por el aire.
4. El sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo de la reivindicación 1, en donde la altura del área de muestra es ajustable.
5. El sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo de la reivindicación 1, que incluye además un conjunto de limpieza automatizado.
6. El sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo de la reivindicación 5, en donde el conjunto de limpieza automatizado es seleccionado del grupo que comprende un conjunto de vibración, un conjunto de tapa, un conjunto de impulso de aire o combinaciones de los mismos.
7. El sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo de la reivindicación 5, en donde el conjunto de limpieza automatizado es un conjunto de limpieza en base a flujo de aire que comprende uno o más ventiladores y uno o más canales mediante los cuales los ventiladores soplan aire del canal para retirar el polvo del área de muestra.
8. El sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo de la reivindicación 6, en donde el conjunto de tapa comprende una tapa unida a una parte superior de la plataforma mediante lo cual la tapa está configurada para girar hacia arriba para retirar el polvo del área de muestra.
9. El sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo de la reivindicación 1, que incluye además un puerto de comunicación local conectado al tablero de circuitos adaptado para comunicar con un dispositivo de computación conectado al puerto de comunicación local.
10. El sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo de la reivindicación 1, que incluye además un sistema de alarma conectado al tablero de circuitos, en donde el tablero de circuitos proporciona una señal de alerta al sistema de alarma cuando el polvo acumulado en el área de muestra ha excedido un umbral.
11. El sistema de monitoreo continuo de acumulación de polvo de la reivindicación 1, en donde el tablero de circuitos proporciona una señal de alerta cuando el polvo acumulado en el área de muestra ha excedido un umbral entre aproximadamente 0.3175 cm (= 1/8 pulgadas) a 0.079375 cm (= 1/32 pulgadas).
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