автоматическая противогололедная обработка что это
Способ автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным реагентом и система для осуществления способа
Владельцы патента RU 2673193:
Изобретение относится к автоматизированным техническим средствам обеспечения противодействия гололедным явлениям и может быть использовано для борьбы с гололедом на крупных дорожных магистралях. Система для автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным реагентом включает связанные между собой автоматические дорожные метеорологические станции, функционирующие в автоматическом режиме, и стационарные системы противогололедной обработки. При этом автоматические дорожные метеорологические станции выполнены с возможностью определения параметров окружающей среды и/или параметров дорожного покрытия обрабатываемого участка дороги и направления полученных параметров на обработку. Стационарные системы противогололедной обработки включают гидравлические линии с расположенными на них исполнительными механизмами и устройствами для разбрызгивания реагента, центральную насосную станцию, представляющую собой контейнер с размещенными внутри насосом с частотным приводом для управления давлением в гидравлических линиях. Кроме того, система включает механические шаровые краны для обеспечения проведения технологических работ, управляемые шаровые краны для подключения и отключения выходных гидравлических линий, центральный контроллер и оборудование связи для передачи данных. Автоматические дорожные метеорологические станции и стационарные системы противогололедной обработки связаны также с программным комплексом и метеорадаром. Причем автоматические дорожные метеорологические станции выполнены с возможностью направления полученных параметров на программный комплекс. При этом по концам гидравлических линий, расположенных вдоль обрабатываемых участков дороги, установлены оконечные коробки с возможностью осуществления автоматического наполнения или сброса, или замены реагента в гидравлических линях, а каждая из оконечных коробок содержит электромеханический клапан и датчик давления, подключенные к центральному контроллеру через линии управления. Изобретение обеспечивает повышение эффективности обработки дорожного полотна противогололедным реагентом. 1 ил.
Изобретение относится к автоматизированным техническим средствам обеспечения противодействия гололедным явлениям и может быть использовано для борьбы с гололедом на крупных дорожных магистралях.
Известна система обработки дорожного покрытия противогололедным реагентом (патент RU 83074, МПК Е01Н 10/00, опубл. 20.05.2009 г.), включающая связанные между собой по меньшей мере один контейнер для противогололедного реагента, гидравлическое оборудование с насосом, аппаратуру управления и разбрызгивающие головки, объединенные в по меньшей мере одну гидравлическую магистраль, контейнер для противогололедного реагента, гидравлическое оборудование с насосом и аппаратура управления объединены в модуль, выполненный с возможностью его транспортабельности и установки вблизи обрабатываемого дорожного участка.
Известна система централизованного управления обработкой дорог противогололедным реагентом (патент RU 63091, МПК G08B 19/02, Е01Н 10/00, опубликовано 10.05.2007 г.), включающая связанные между собой центральный терминал управления, автоматические метеорологические станции, стационарные и/или мобильные системы противогололедной обработки, при этом автоматические метеорологические станции выполнены с возможностью определения параметров окружающей среды и/или параметров дорожного покрытия определенного участка дороги и направления полученных параметров на центральный терминал, выполненный с возможностью определения на основании полученных параметров вероятности возникновения гололедной обстановки на соответствующем участке дороги, а стационарные системы и/или мобильные средства нанесения реагента выполнены с возможностью упреждающего нанесения противогололедного реагента на упомянутый соответствующий участок.
Известен способ автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным реагентом и стационарная система для его осуществления (патент RU 2287635, МПК Е01Н 10/00, опубликовано 20.11.2006 г.). В известном способе измеряют на контролируемом участке дороги параметры окружающей среды и/или состояние дорожного покрытия посредством установленных вдоль дороги метеорологических датчиков и/или датчиков состояния дорожного покрытия, направляют полученные данные на терминал управления, ведут обработку и анализ полученных параметров с последующим определением нарастания вероятности возникновения гололеда на контролируемом участке и, в случае нарастания такой вероятности, ведут расчет заданной плотности распределения реагента, направляя посредством терминала управления адресный сигнал на исполнительные механизмы разбрызгивающих головок, обеспечивающие их включение в любой последовательности для нанесения противогололедного реагента с заданной плотностью. Система включает связанные между собой терминал управления, расположенные вдоль определенных участков дороги метеорологических датчиков и/или датчиков состояния дорожного покрытия и разбрызгивающие головки, при этом разбрызгивающие головки установлены на проложенных вдоль дороги гидромагистралях, упомянутые датчики выполнены с возможностью измерения на контролируемом участке дороги параметров окружающей среды и/или состояния дорожного покрытия и передачи полученных данных на терминал управления, выполненный с возможностью определения на основании обработки и анализа упомянутых данных нарастания вероятности возникновения гололедной обстановки на контролируемом участке и, в случае определения нарастания такой вероятности, расчета заданной плотности распределения реагента и направления адресного сигнала на исполнительные механизмы разбрызгивающих головок для нанесения реагента с заданной плотностью, а упомянутые головки выполнены с возможностью включения в любой последовательности. Известный способ принят за прототип.
Близкой по сущности к заявляемой является система для автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным реагентом, включающая автоматические дорожные метеорологические станции, функционирующие в автоматическом режиме, размещенные на мачтах или кронштейнах, расположенных вдоль обрабатываемого участка дороги, гидравлические линии с расположенными на них исполнительными механизмами и устройствами для разбрызгивания реагента, центральную насосную станцию, представляющую собой контейнер с размещенными внутри насосом с частотным приводом для управления давлением в гидравлических линиях, механическими шаровыми кранами для обеспечения проведения технологических работ, управляемыми шаровыми кранами для подключения и отключения выходных гидравлических линий, а также центральным контроллером и оборудованием связи для передачи данных (патент RU 81735, МПК Е01Н 10/00, опубликовано 27.03.2009 г.).
Известные способы и системы не позволяют производить автоматическую смену противогололедного реагента на воду и обратно при переходе зима\лето, а также автоматическое наполнение\сброс противогололедного реагента\воды в гидравлических магистралях, и недостаточно эффективны для обработки дорожного полотна противогололедным реагентом.
Задачей изобретения является эффективная обработка дорожного полотна противогололедным реагентом.
Задача решается, а технический результат достигается системой для автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным реагентом, включающей связанные между собой автоматические дорожные метеорологические станции, функционирующие в автоматическом режиме, стационарные системы противогололедной обработки, при этом автоматические дорожные метеорологические станции выполнены с возможностью определения параметров окружающей среды и/или параметров дорожного покрытия обрабатываемого участка дороги и направления полученных параметров на обработку, причем стационарные системы противогололедной обработки включают гидравлические линии с расположенными на них исполнительными механизмами и устройствами для разбрызгивания реагента, центральную насосную станцию, представляющую собой контейнер с размещенными внутри насосом с частотным приводом для управления давлением в гидравлических линиях, кроме того, система включает механические шаровые краны для обеспечения проведения технологических работ, управляемые шаровые краны для подключения и отключения выходных гидравлических линий, центральный контроллер и оборудование связи для передачи данных. В отличие от прототипа автоматические дорожные метеорологические станции и стационарные системы противогололедной обработки связаны также с программным комплексом и метеорадаром, причем автоматические дорожные метеорологические станции выполнены с возможностью направления полученных параметров на программный комплекс, при этом по концам гидравлических линий, расположенных вдоль обрабатываемых участков дороги, установлены оконечные коробки с возможностью осуществления автоматического наполнения или сброса, или замены реагента в гидравлических линях, причем каждая из оконечных коробок содержит электромеханический клапан и датчик давления, подключенные к центральному контроллеру через линии управления.
Технический результат достигается следующим.
Расположенные в конце гидравлических линий оконечные коробки имеют электромеханические клапаны и датчики давления. Электромеханические клапаны позволяют подавать воздух в систему для того, чтобы рабочая жидкость самотеком поступала в емкости, а также быстро удалять воздух из системы при наполнении. Датчики давления позволяют определить окончание наполнения системы для закрытия электромеханических клапанов в оконечных коробках. Данные с метеорадара позволяют программному комплексу дополнительно прогнозировать начало\окончание и интенсивность осадков. Эти особенности обеспечивают автоматическую смену противогололедного реагента на воду и обратно при переходе зима\лето, а также автоматическое наполнение\сброс противогололедного реагента\воды в гидравлических магистралях с возможностью упреждающего нанесения реагента при повышении точности прогнозирования осадков и образования зимней скользкости.
Сущность изобретения поясняет структурная схема системы для автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным реагентом.
Автоматическая противогололедная система фирмы Boschung Mecatronic
Рубрика: Архитектура, дизайн и строительство
Дата публикации: 08.07.2019 2019-07-08
Статья просмотрена: 557 раз
Библиографическое описание:
Гуляев, К. М. Автоматическая противогололедная система фирмы Boschung Mecatronic / К. М. Гуляев, И. С. Григорьев. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 27 (265). — С. 46-52. — URL: https://moluch.ru/archive/265/61453/ (дата обращения: 01.12.2021).
Очевидно, что за последние годы в Москве существенно увеличились транспортные потоки и возрос скоростной режим движения машин, поэтому всегда актуальная проблема обеспечения безопасности в неблагоприятных погодных условиях, к примеру, во время гололеда, стала достаточно сложной. Этот вопрос так же требует особого внимания в случае с искусственными сооружениями, такими как мосты, эстакады и путепроводы. Скорость промерзания дорожной конструкции на подобного рода объектах значительно выше, чем на автомобильной дороге, потому что они находятся в подвешенном состоянии и охлаждаются одновременно со всех сторон. Кроме того, искусственные сооружения обладают более низкими теплоинерционными свойствами по сравнению с основной автомобильной дорогой, которая представляет собой более массивное сооружение, в результате чего скорость промерзания дорожной одежды происходит в среднем в 2,5 раза быстрее.
Наиболее эффективным способом решения данной проблемы является установка автоматических противогололедных систем (АПС), отвечающих современным требованиям экологии и интегрированных в уже сложившийся облик города. Такие системы способны не просто ликвидировать образовавшееся обледенение, а заблаговременно его предотвратить, что чрезвычайно важно для обеспечения безопасности дорожного движения. [1]
На данный момент все большее распространение в России и за рубежом получила автоматическая противогололедная система швейцарской фирмы Boschung Mecatronic. Эта установка позволяет на основе данных от метеорологических датчиков и датчиков покрытия в автоматическом режиме заранее распределять противогололедный материал на проезжую часть посредством форсунок, тем самым предотвращая образование гололеда. На рисунке 1 схематично показана общая схема работы системы.
Рис. 1. Общая схема работы противогололедной установки с различными распределяющими узлами: 1 — бак для жидких реагентов, 2 — насос, 3 — блок обработки данных, 4 — блок управления АПС, 5 — дорожная станция с подключенными метеодатчиками и датчиками покрытия, 6 — дорожные датчики, 7 — разбрызгивающая головка, 8 — распределяющая тарелка, 9 — гидравлические соединения
От дорожных датчиков и датчиков на метеостанции, в блок обработки данных поступает информация о состоянии покрытия и о метеорологических условиях. Если зафиксирована вероятность образования гололеда, то на блок управления АПС поступает сигнал о необходимости обработки подконтрольного участка. Включается насос, который подает реагент к разбрызгивающим элементам по гидравлическим соединениям и противогололедный материал распределяется по покрытию. Разбрызгивание происходит с конца участка обработки и по направлению движения транспорта, чтобы исключить совпадение частоты проезда автомобиля с частотой разбрызгивания и исключить попадание реагента на проезжающие автомобили.
Автоматическая противогололедная система Boschung Mecatronic состоит из измерительной и исполнительной части.
К измерительной части относится система раннего оповещения об образовании гололеда GFS 3000 (Рис. 2.), в состав которой входит блок обработки данных, автоматическая дорожная метеостанция (АДМС) со своими метеорологическими датчиками и датчиками покрытия.
Рис. 2. Общий вид АДМС с подключенными датчиками
Метеодатчики могут измерять скорость и направление ветра, интенсивность и количество осадков, относительную влажность воздуха и его температуру, но особое внимание стоит уделить работе активных дорожных датчиков, поскольку они являются наиболее эффективными элементами измерительной системы.
Рис. 3. Датчик BOSO II в покрытии
Рис. 4. Датчик ARCTIS в покрытии
Датчик BOSO II (BOden SOnde) производит цикл охлаждения-нагревания жидкости на своей поверхности с целью определения точки замерзания и прогнозирования возможного образования гололеда. Охлаждение происходит на 2 градуса ниже температуры покрытия, в то время как датчик ARCTIS (Active Road/Runway Condition Temperature of Ice Formation Sensor) охлаждает жидкость на 15 градусов ниже температуры покрытия для более глубокого прогнозирования.
Рис. 5. Цикл измерения дорожных датчиков BOSO II и ARCTIS: 1 — температура покрытия, 2 — температура жидкости на поверхности датчика
Датчики BOSO II и ARCTIS работают совместно и устанавливаются между полосами движения, чтобы свести к минимуму воздействие автомобильного транспорта. На сегодняшний день эти активные датчики фирмы Boschung Mecatronic не имеют аналогов в мире и являются запатентованной технологией.
Главным достоинством активной технологии является не вычисление, а непосредственное измерение точки замерзания жидкости. Высокоточная электронная система воспроизводит циклы измерения точки замерзания путем периодического охлаждения и нагрева активной поверхности дорожного датчика с помощью работы элемента Пельтье и последующей фиксации температуры, при которой жидкость, находящаяся на измерительной части, кристаллизуется. Преимуществом этого метода является именно измерение точки замерзания, независимо от типа применяемого реагента.
К исполнительной части относится система распределения жидких противогололедных материалов TMS 2000. Она состоит из насосной станции, которая включает в себя гидравлическую часть с емкостями и электрическую часть в виде блока управления АПС, а также из внешней части установки, в которую входят разбрызгивающие форсунки, клапанные панели и трубопроводы, по которым подается реагент.
Насосная станция представляет собой некапитальное строение 12х5м и размещается вблизи обрабатываемого участка с заездным карманом для подъезда автомобилей с целью обслуживания и заправки баков с реагентом. В помещении предусмотрены химически-стойкие наливные полы и приемная ванна высотой 10см для сбора реагента в случае аварийной разгерметизации емкости.
Рис. 6. Емкости и фильтр для реагента
Для хранения реагента используется емкость из стеклопластика объемом 8000л с заправочным узлом и с фильтром для реагента. Внутри так же устанавливается емкость для воды объемом 1000л с целью промывки или настройки системы. Все емкости оснащены поплавковыми выключателями, которые отключают насос при понижении уровня жидкости до 10 %.
Разбрызгивающие элементы могут быть трех видов: головка, тарелка и форсунка MicroFAST.
Разбрызгивающая головка размерами 108х62мм имеет 4 (при необходимости 3) сопла и обеспечивает оптимальное распределение реагента на покрытии на расстояние до 11,5м. Головки могут устанавливаться под железным ограждением на техническом тротуаре искусственного сооружения или быть вмонтированы в заранее выполненные технологические отверстия в монолитном железобетонном ограждении. Крепеж из нержавеющей стали позволяет проводить точную настройку головки, регулируя наклон и направление струи. В основном принимается шаг установки головок 15м, а высота установки от верха покрытия проезжей части — не более 20см.
Рис. 7. Разбрызгивающая головка
Преимуществом разбрызгивающих головок является то, что сами головки и подходящие к ним трубопроводы и кабели крепятся по краям проезжей части, что удобно и не требует их прокладки под покрытием, как в случае с тарелками или форсунками MicroFAST. Сопла головок почти не загрязняются, а также практически исключено механическое повреждение автотранспортом.
Ко второму виду распределяющих противогололедный материал элементов относится разбрызгивающая тарелка размерами 250х40мм. Она имеет 6 (при необходимости 8) сопел, которые позволяют охватить большую площадь обработки и распределить реагент на расстояние до 10м. Тарелки фиксируются в дорожном покрытии с помощью специальной заливочной массы и устанавливаются между или по центру полос движения. В основном, они применяются в аэропортах или на автомагистралях с большим количеством полос и высокой интенсивностью движения. Устройство такого типа распределяющих элементов представляет собой трудоемкий процесс за счет пропуска трубопроводов и кабелей под покрытием проезжей части. Существенным недостатком разбрызгивающих тарелок являются значительные затраты на эксплуатацию и ремонт, который часто необходим из-за механических повреждений автомобилями.
Рис. 8. Разбрызгивающая тарелка
Еще одним разбрызгивающим элементом является форсунка MicroFAST, которая применяется для встраивания в дорожное полотно, и может устанавливаться как между полосами на одной оси с линией разметки, так и по центру полосы движения. Форсунка имеет два миниатюрных сопла, которые практически не требуют ухода и не загрязняются.
Рис. 9. Форсунка MicroFAST
Профиль форсунки монтируется в дорожное покрытие на глубину 40мм при ширине 10мм, а расстояние между форсунками составляет 5 метров. При разбрызгивании, время которого может варьироваться от 30 секунд до 3 минут, происходит тонкодисперсный выброс реагента, который практически не видим участниками движения.
У форсунки MicroFast достаточно точная и однородная картина распределения реагента при одновременно меньших затратах на техническую часть. Однако, в России такие форсунки еще не применялись ввиду того, что покрытие отечественных автомобильных дорог приходится часто заменять и ремонтировать, поэтому сейчас разрабатывается возможность размещения MicroFAST на краю проезжей части, как в случае с разбрызгивающими головками, с целью снижения затрат на монтаж и эксплуатацию.
Клапанная панель монтирована в защитном шкафу и оснащена ресивером на 4л реагента, от нее противогололедный материал поступает на две разбрызгивающие головки. При обработке участка поочередно открываются электромагнитные клапаны клапанных панелей и реагент подается к разбрызгивающему элементу. При частичном опустошении ресивера, через обратный клапан к нему по трубопроводу поступает реагент из насосной станции до полного заполнения.
Рис. 10. Клапанная панель в защитном шкафу
Автоматическая противогололедная система фирмы Boschung Mecatronic имеет более чем полувековую историю развития в странах Европы. На сегодняшний день она получила наибольшее распространение в Германии, Швейцарии, Швеции, Австрии и Франции. Так же имеется опыт эксплуатации таких установок и в нашей стране. Первая АПС появилась в России в 1998 году на МКАД, где зарекомендовала себя с наилучшей стороны и функционирует до сих пор [2]. Позже система была установлена в Кутузовском тоннеле в центре Москвы, недавно на эстакадах Северо-Восточной и Северо-Западной хорды и на многих других искусственных сооружениях в Москве. [4]
Автоматическая противогололедная система для автодорог Москвы и Московской области
Компания: Научно-техническая фирма «Микроникс»
Город: Омск
Используемая продукция ОВЕН:
Научно-техническая фирма «Микроникс» разработала автоматическую противогололедную систему для автодорог Москвы и Московской области.
В состав системы входят:
Система диспетчерского управления АПС обеспечивает выполнение следующих функций:
Программное обеспечение (ПО) АРМ диспетчера построено на базе SCADA-системы «Круг-2000», входит в состав эксплуатационного ПО и осуществляет:
На АРМ диспетчера поступает и отображается следующая информация:
Система связи обеспечивает обмен технической информацией между АПС и АРМ диспетчера. Обмен данными с АПС осуществляется по каналам связи с выходом в Интернет, с использованием стандартов мобильной связи GSM в формате 4G.
Технические данные, передаваемые с АПС на АРМ диспетчера содержат следующие параметры:
Шкафы автоматического управления (ШАУ) установки разбрызгивания выполняют следующие команды управления:
ШАУ установки разбрызгивания реализованы на базе программируемого логического контроллера ОВЕН ПЛК160 и укомплектованы специализированным прикладным ПО. В случае любого системного аварийного сигнала или сбоя контроллер уведомляет удаленный АРМ диспетчера сообщением, сопровождаемым звуковым сигналом.
События, которые требуют появления тревожного сообщения, включают:
В случае аномальной потери давления в линии химического распределения контроллер автоматически отключает насос и закрывает клапан, управляющий подачей реагента в насос после выдачи тревоги.
Контроллер автоматически поддерживает базу данных истории включающей в себя данные о дате и времени распыления реагента, расходе реагента за цикл, причину срабатывания и активация системы (автоматический или ручной), а также данные МИК. Данные автоматически передаются по линии связи удаленному АРМ диспетчера.
ШАУ установки разбрызгивания имеет в своём составе терминал управления для контроля параметров системы и управления работой установки. Система имеет возможность перевода АПС из автоматического режима работы в ручной и обратно с внутреннего терминала шкафа управления. Отображение информации на панели шкафа управления организовано как система экранов. При включении шкафа на панели отображается основная мнемосхема (рис. 3).
Рис. 3. Основная мнемосхема панели шкафа управления
1 – текущие дата и время; 2 – всплывающее окно управления клапаном; 1, 3 – индикатор состояния клапана и кнопка управления всплывающим окном; 4 – индикатор режима работы и кнопка управления всплывающим окном; 5 – всплывающее окно выбора режима работы; 6 – значение давления; 7 – индикатор состояния (норма/авария); 8 – окно управления клапаном 2 (аналогично клапану 1); 9 – кнопка аварийного останова; 10 – индикатор уровня реагента; 11 – кнопка перехода на экран меню; 12 – кнопки управления насосом; 13 – кнопки управления регулятором; 14 – индикатор состояния насоса и кнопка управления всплывающим окном, 15 – дополнительная кнопка закрытия окна; 16 – кнопки управления заданием частоты в ручном режиме; 17 – значение расхода реагента; 18 – задание давления для регулятора насоса.
Для перехода на другие экраны следует нажать кнопку «Меню» (рис. 4) и затем – кнопку, соответствующую нужному экрану.
Рис. 4. Мнемосхема меню панели шкафа управления
1 – кнопка перехода на экран данных с метеостанции; 2 – кнопка перехода на экран имитации данных с метеостанции; 3 – кнопка перехода на экран состояния БУФ и ручного управления; 4 – кнопка перехода на экран задания параметров аналоговых датчиков и других уставок; 5 – кнопка перехода на экран настройки ПИД-регулятора; 6 – кнопка перехода на экран поиска БУФ; 7 – кнопка управления всплывающим окном регистрации пользователя; 8 – окно регистрации пользователя; 9 – номер и пароль пользователя; 10, 11 – кнопки перехода на экраны графика и таблицы расхода реагента за каждый цикл; 12 – кнопки перехода на экраны задания адресов БУФ; 13 – кнопка отмены регистрации пользователя; 14 – кнопка перехода на экран мнемосхемы; 15 – кнопка перехода на предыдущий экран.
Для изменения параметров системы оператору необходимо ввести номер пользователя и пароль. Для проверки поведения системы в различных погодных условиях существует режим имитации, в котором можно задавать произвольные метеоданные и видеть реакцию системы. Расход реагента за цикл обработки отображается на экранах с графиком и таблицей. Для поддержания заданного давления реагента используется ПИД-регулятор. Экран настройки регулятора позволяет вводить параметры ПИД-регулятора, видеть результаты его работы и управлять насосом. Настройку ПИД-регулятора должен осуществлять персонал, имеющий соответствующею квалификацию и права доступа к системе.
Шкафы управления установки разбрызгивания противогололедного реагента автоматической противогололедной системы на территории Москвы и Московской области установлены и введены в эксплуатацию на следующих объектах:
В настоящее время (на декабрь 2018 г.) вводятся в эксплуатацию на следующих объектах: