Einrichtung zur Erkennung und näherungsweisen Ortung eines Lecks in einem Trinkwasserversorgungsnetz
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erkennung und näherungsweisen Ortung eines Lecks in einem Trinkwasserversorgungsnetz mit einer Mehrzahl von ADL-Einheiten (akustischen Daten-Loggern) zur Ermittlung von a- kustischen Daten, die für Leckgeräusche charakteristisch sind und zur Speicherung der Daten für eine Auswertung im Sinne der Leckerkennung in einer Zentrale, in der eine weitergehende Auswertung der Daten durchführbar ist, wobei die ADL-Einheiten (14) als Analogsignale anfallende Mikrofonsignale in ein für die Verarbeitung zur Leckerkennung geeignetes digitales Format wandeln.
Eine Einrichtung dieser Art ist durch die DE 39 11 648 C2 bekannt. Bei der bekannten Einrichtung werden in den Schallsensoren (Datenloggern) generierte akustische Daten über ein Netzwerk, das als ein leitungsgebundenes Datenübertragungsnetz ausgebildet ist, zu einer Auswertungszentrale übertragen. Da ein solches Übertragungsnetz in aller Regel nicht zur Verfügung steht und daher zusammen mit dem Installieren der Schallsensoren verlegt werden muss, ist die bekannte Einrichtung nur mit einem unverhältnismäßig hohen Aufwand realisierbar.
Dies gilt sinngemäß auch für eine durch die DE 195 23 710 A1 bekannte Vorrichtung zur Fehlererkennung bei Fernwärme-Leitungsrohren, bei der die Fehlererkennung anhand der Reflexion elektrischer Testimpulse an fehlerbedingten Inhomogenitäten einer elektrischen Testleitung erfolgt.
Zwar ist es auch bekannt (DE 195 28 287 A1) eine Abfrage der in solchen ADL-Einheiten gespeicherten Signaldaten dadurch zu realisieren, dass diese Schallsensor-Einheiten mit Sendern bestückt sind, die über eine relativ kurze
Distanz eine drahtlose Datenübertragung ermöglichen und diese Sender mit einem Empfangsfahrzeug nacheinander abzufragen und so die Daten zu sammeln, die danach in der Zentrale ausgewertet werden können.
Nachteilig ist hierbei jedoch, dass ein erheblicher Zeitaufwand erforderlich und eine zeitnahe Auswertung der Daten nicht möglich ist. Meist muss auch eine Beschränkung hinsichtlich der Senderleistüng hingenommen werden, wenn die Realisierung der Datenübertragung per Funk noch kostengünstig erfolgen können soll.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern bzw. zu schaffen, die einerseits mit geringerem technischem Aufwand realisierbar ist gleichwohl mit geringeren Verzögerungen zwischen Datenerzeugung und Datenverarbeitung der gespeichterten Daten auskommt, und demgemäß signifikante Verringerungen von Lecklaufzeiten - Wasserverlusten - ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 durch eine Gestaltung der Einrichtung dahingehend gelöst, dass zur Da- tenübertragung von den Schallsensoren zur Zentrale drahtlose Übertragungskanäle vorgesehen sind, wobei die Datenübertragung von den Schallsensoren zur Zentrale jeweils über mindestens einen weiteren Schallsensor erfolgt und die akustischen Daten in vorgebenen oder vorgebbaren Zeitfenstern zur Zentrale übertragbar und mittels dieser einer selbsttätigen Auswer- tung unterwerfbar sind.
Hieraus ergeben sich zumindest die folgenden technischen Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung:
1. Dadurch, dass die Schallsensoren sowohl die Fähigkeit zur Aussendung von Daten als auch die Fähigkeit zum Empfang und zur Speicherung von Daten haben, die von weiteren Schallsensoren generiert und
ausgesandt werden, bildet sich im Leckerkennungsbetrieb der Anlage ein Datennetz, in dem an mehreren verschiedenen Stellen die von einer Mehrzahl von Schalldetektoren generierte Information gespeichert ist. Dies hat zur Folge, dass die Einrichtung eine sehr zuverlässige Le- ckerkennung vermitteln kann, da ein Ausfall einzelner Detektoren sich nicht dahingehend auswirkt, dass die durch ein Leck erzeugte Geräusch-Information verloren geht. Die Datenübertragungskette zwischen den Detektoren und der Zentraleinheit wird dadurch nicht unterbrochen.
2. Der installationstechnische Aufwand ist im Vergleich zu einem leitungsgebundenen Übertragungskanal erheblich reduziert.
3. Durch den automatischen Sende- und Verarbeitungsbetrieb wird Per- sonal gespart.
4. Im Ergebnis werden deutlich reduzierte Leck-Laufzeiten erreicht.
In einer bevorzugten Gestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung werden die Daten von den Schallsensoren (AD-Loggern) zu einer impulsformenden und -regenerierenden Relaisstation übertragen und von dieser zur Auswertungszentrale weitergeleitet. Eine derartige Relaisstation kann in der Weise realisiert sein, dass sie eine Vor-Verarbeitung der Daten durchführt, dahingehend, dass sie diejenigen Daten, die in einer Hauptmesszeit ermittelt wer- den, z. B. zwischen 2.00 und 4.00 Uhr nachts an die Zentrale weiterleiten, die die inhaltliche Auswertung der Daten durchführt - Leckerkennung und ungefähre Ortung.
Die Relaisstation ist auch dahingehend nutzbar, dass in der so genannten Nebenzeit, d. h. der Zeit außerhalb der Kernmesszeit auftretende Signale ebenfalls zur Zentrale weitergeleitet werden, wenn solche "Nebensignale" darauf hin deuten, dass ein Leck auftritt. Diese Betriebsart ist für den Fall
denkbar und auch vorgesehen, dass die Schallsensor-Einheiten nur in einem Sendebetrieb arbeiten können, d. h. unter der Nebenbedingung, dass ein Sendetakt vorgesehen ist, der eine geordnete Sendung der Datenlogger- Signale ermöglicht. Besonders zweckmäßig ist es jedoch, wenn die Schall- sensoren und deren Speichereinheiten auch einem Empfangsbetrieb zugängig sind, so dass eine von der Relaisstation oder der Zentrale aus gesteuerte Abfrage der Daten möglich ist.
In spezieller Gestaltung ist es dann auch möglich, von der Zentrale aus ein- zelne Schallsensoren anzusprechen.
Eine derartige Möglichkeit ist auch in der Weise implementierbar, dass die Relaisstation von der Zentrale aus ansprechbar ist, wobei die Relaisstation die akustischen Daten sensorbezogen speichert.
Besonders vorteilhaft kann es auch sein, wenn eine Übertragung der gespeicherten Daten von Schallsensor zu Schallsensor möglich ist, derart, dass ein "weit entfernter" Schallsensor die in ihm gespeicherten Daten auf einen nächsten Schallsensor überträgt und dieser die empfangenen und die von ihm selbst generierten und gespeicherten Daten weiterleitet und so weiter, bis nach einer Übertragung über eine Vielzahl von Schallsensoreinheiten hinweg die Daten der Übertragungskette insgesamt zu einer Relaisstation gelangen, die die weitere Übertragung zur Zentrale hin vermittelt und auch den Datenverkehr mit den weiteren Sensoren.
Möglich ist auch eine Betriebsweise einzelner oder mehrerer Schallsensoren einer Übertragungslinie dahingehend, dass diese die Daten kapazitätsgerecht bündeln, d. h. die Daten paketweise weiterleiten, bevor sie ihre eigenen Daten hinzufügen oder separat weitergeben.
Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Einrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematisch vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung
Fig. 2 eine schematisch vereinfachte Darstellung eines Ausführungsbeispiels mit Datenübertragung von Schallsensor zu Schallsensor und
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel mit vernetzten Schallsensoren, zur Vereinfachung ohne Darstellung der Wasser-Versorgungsleitungen.
Das in der Fig. 1 insgesamt mit 10 bezeichnete Trinkwasserversorgungsnetz umfasst eine Vielzahl von Leitungsabschnitten 11 , die sich jeweils zwischen zwei Hydranten 12 erstrecken, mittels derer einander benachbarte Leitungsabschnitte gegeneinander absparbar bzw. im Sinne einer erwünschten "Ver- sorgungs" - Topologie miteinander kommunizierend verbindbar sind, so dass beispielsweise sternförmige oder rechenförmige oder maschenförmige Leitungstopologien realisierbar sind. Um in einem solchen Netz 10 das Auftreten eines Lecks feststellen und dieses mindestens ungefähr lokalisieren zu können, ist mindestens eine Teilzahl der Hydranten 12 mit Schallsenso- ren 14 bestückt, die für die im Trinkwasser- Versorgungsnetz 10 ausbreitungsfähigen Schallwellen, die durch das ausströmende Wasser angeregt werden, charakteristische elektrische Ausgangssignale erzeugen, aus deren kombinierter Auswertung nach Schalldruckpegel, Frequenz der angeregten Schallwellen und gegebenenfalls der zeitlichen Korrelation solcher Signale sowohl auf das Vorhandensein einer oder mehrerer Leckstellen 13 als auch zumindest näherungsweise auf deren Anordnung geschlossen werden kann.
Die Schallsensoren 14 sind entlang der durch die Leitungsabschnitte 11 gebildeten "Längs" - und Quer-Leitungen des Trinkwasser-Versorgungsnetzes 10 - zweckmäßigerweise äquidistant - so angeordnet, so dass ihre Empfindlichkeit ausreicht, die in den benachbarten Leitungsabschnitten auftretenden Geräusche mit einem hineinreichenden Ausgangssignalpegel zu erfassen.
Für das zur Erläuterung gewählte Ausführungsbeispiel sei angenommen, dass sämtliche Hydranten mit Schallsensoren bestückt sind.
Die Schallsensoren umfassen je ein Mikrofon, das heißt einen Schalldruckpegel-Spannungs-Wandler, der ein Spannungs-Ausgangssignal erzeugt, dessen Amplitude ein direktes Maß für den Schalldruckpegel ist, der vom jeweiligen Schallsensor erfasst wird. Die Schallsensoren 14 sind als so genannte akustische Datenlogger ausgelegt, die eine Vor-Verarbeitung der a- kustischen Signale ermöglichen, derart, dass die akustischen Daten vorab in ein für eine Weiterverarbeitung geeignetes - digitales - Format gebracht werden, indem sie noch in den Sensor - Einheiten gespeichert werden, bevor diese Daten einer Verarbeitungszentrale 16 zugeleitet werden, die aus einer vergleichenden und/oder analysierenden Verarbeitung der Signale die Leck- Erkennung und/oder Leckortung letztlich vermittelt.
Die Datenübertragung der auszuwertenden akustischen Daten von den Schallsensoren zu der Zentraleinheit 16 erfolgt per Funk in drahtlosen Übertragungskanälen, entweder von den Schallsensoren direkt zu der Zentralein- heit 16 oder von den Schalsensoren 14 zu einer oder mehreren Relaisstationen 17 und von dieser erst zur Zentraleinheit 16, wobei die Relaisstation 17 eine Impulsform-Regenerierung der von den Schallsensoren 14 ihr zugesandten Datenimpulsen vermittelt und/oder auch eine Datenkompression und/oder eine weitere Vorauswertung der akustischen Daten vermitteln kann, bevor diese in der Zentrale 16 zur Leckerkennung ausgewertet werden.
Erforderlichenfalls sind mehrere Relaisstationen 17 vorgesehen, denen jeweils Gruppen von Schallsensoren 14 zugeordnet sind, deren Daten von den jeweiligen Relaisstationen zur Zentrale 16 geleitet werden.
Eine durch die Schallsensoren 14, eine oder mehrere Relaisstation(en) 17 und die zentrale Einheit 16 gebildete Einrichtung zur Leckerkennung in einem Trinkwasseπ/ersorgungsnetz kann zweckmäßigerweise so implementiert sein, dass von der Zentraleinheit 16 aus die in den einzelnen Schallsensor-Einheiten gespeicherten akustischen Daten in geordneter Folge zyklisch abgerufen und in einem vorgegebenen Zeittakt verarbeitet werden. Zweckmäßigerweise werden diejenigen Messungen, die für eine Leckerkennung herangezogen werden, in den frühen Morgenstunden eines Tages durchgeführt, in denen das Trinkwasser-Versorgungsnetz minimaler Gebrauchs- Belastung ausgesetzt ist und die Geräuschpegel innerhalb des Netzes nied- rig sind.
Bei der Gestaltung der Leckerkennungs-Einrichtung gemäß Fig. 2 ist eine Gestaltung des über mehrere Schallsensoren 14 hinweg zur Zentraleinheit 16 führenden drahtlosen Übertragungskanals dahingehend vorgesehen, dass die Geräuschsignaldaten von einem von der Zentraleinheit 16 am weitesten entfernt angeordneten Schallsensor 14ι zunächst zu dem ihm nächstgelegenen Schallsensor gesendet werden. Dieser sendet seinerseits die vom entfernten Sensor 14 empfangenen Daten und die von ihm selbst generierten Daten an den wiederum noch näher zur Zentrale gelegenen Sensor 143 aus und dieser weiter zu einem geometrisch noch näher an der Zentrale gelegenen Sensor, usw., bis schließlich ein der Zentrale nächstgelegener Sensor die von ihm selbst generierten Geräuschsignaldaten und die insgesamt von ihm empfangen Daten schließlich an die Zentrale 16 weiterleitet, gegebenenfalls über eine Relaisstation 17. Ist nur eine solche Sensorkette vorhanden, kann die Relaisstation in die Zentrale 16 integriert oder in den dieser nächstgelegenen Sensor 144 integriert sein. Diese Gestaltung der Leckerkennungseinrichtung ist mit einem günstig geringen Kostenaufwand rea-
lisierbar. Es versteht sich, dass auch bei dieser Gestaltung der Einrichtung die Abfrage der Geräuschsignaldaten von der Zentrale her gesteuert sein kann.
Zur Erläuterung einer weiteren Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Leckerkennung sei nunmehr auf die Fig. 3 Bezug genommen, in der eine Leckerkennungseinrichtung für ein Wasserversorgungsnetz lediglich durch eine schematisch vereinfachte Anordnung von Schallsensoren 14, einer Zentrale 16 und zweier Relaisstationen 17/1 und 17/2 repräsentiert ist. Die Versorgungsleitungen des Wasserversorgungsnetzes und dessen Hydranten sind der Einfachheit halber nicht dargestellt.
Für die Schallsensoren 14 ist die anhand der Fig. 2 geschilderte Ausbildung dahingehend vorausgesetzt, dass sie sowohl Daten aussenden als auch Da- ten empfangen können. Die möglichen Kommunikationskanäle sind durch Doppelpfeile 18 veranschaulicht.
Soweit ein Schallsensor innerhalb der Reichweite von weiteren Schallsensoren liegt, kann er deren Ausgangs-Signale empfangen, speichern und sei- nerseits wieder weiterleiten. Nur ein Teil der Schallsensoren, beim dargestellten Ausführungsbeispiel die Schallsensoren 14/1 , 14/2 und 14/3 sind so angeordnet, dass ihre Signale die Relaisstation 17/1 bzw. 17/2 erreichen können, die ihrerseits als "oberirdische" Sende- und Empfangseinrichtungen über Datenleitungen oder über Funkstrecken mit der Zentrale 16 kommuni- zieren.
Dadurch dass die Schallsensoren 14 mindestens gruppenweise untereinander kommunizieren können, bildet sich im Überwachungsbetrieb selbsttätig ein Netz aus, in dem Akustik-Daten in mehreren Schallsensoren gespeichert werden. Diese sich gleichsam selbsttätig ergebende Redundanz hat zur Folge, dass einzelne Schallsensoren 14 ausfallen können, ohne dass die Lecküberwachung hierunter leidet. In einer typischen Auslegung eines solchen
Netzes können beispielsweise 100 Detektoren zu einer Gruppe von mindestens teilweise untereinander vernetzten Einheiten zusammengefasst sein, die über relaisstationnahe Schallsensoren 14/1 und 14/2 bzw. 14/3 mit den zugeordneten Relaisstationen 17/1 bzw. 17/2 kommunizieren.
Es versteht sich, dass die Leck-Erkennungseinrichtung auch einzelne Schallsensoren haben kann, die "direkt" mit der Zentrale 16 kommunikationsfähig sind.