阀的监控方法

技术领域

本主题涉及一种用于监视阀和/或压力缸的方法。

背景技术

迄今为止，对广泛分支的管道系统中的阀，例如，隧道或轨道车辆的消防设备中的阀和/或压力缸的监视需要大量的人工。在定期维护期间内，必须至少对阀门进行视觉检查。这是由于对这些与安全相关的组件的可用性高要求以及相关标准和法规。在此，维修技术人员必须检查每个单独的阀门，以确保在发生火灾时阀门也能正常工作。这也适用于长期充满灭火液的压力缸。

这种维护工作既费时又费钱。另外，所描述的检查并不总是确保在着火情况下阀确实是起作用的。在两个维护期间之间，阀门和/或压力缸可能会出现故障。但是，这种故障仅在下一次检查期间才被检测到。如果在发生故障和检查之间起火，则所涉及的阀或压力缸可能无法工作，从而妨碍灭火。

发明内容

因此，本发明的目的在于增加阀和/或压力缸的功能可靠性，尤其是在消防设备中。另一个目的在于延长两个维护期间之间的距离。

根据本发明，该目的通过根据权利要求1的方法解决。

已经认识到，阀和/或压力缸中的故障通常导致特征化阀和/或压力缸的特征的变化。这样的特征可以例如涉及阀的外观。例如，在泄漏的情况下，在泄漏点周围会形成结垢，这可以通过目视检查来检测。同样，在泄漏点区域中，阀和/或压力缸上可能会发生颜色变化，或者阀材料的反射性能可能会发生变化。在阀的电动调节过程中的振动和振荡行为例如在阀体内出现结垢或其他机械故障的情况下与完好的阀相比可能改变。由于故障引起的摩擦增加，与完好的阀相比，阀或其电机上的温度曲线可能会发生变化。由于在阀的调节期间扭矩增加，与完好的阀上的调节马达相比，位于故障阀上的调节马达可能会承担增加的功率。当阀出现故障时，其也可能无法完全移动到其最终位置或返回其初始位置。

这些和其他特征都可以通过适当的传感器进行检测。为了能够确定阀和/或压力缸是否有故障，提出在处于完好状态的阀和/或压力缸处用传感器检测第一传感器信号。为每个传感器读取这些第一传感器信号，并将这些第一传感器信号教授给监视系统。这意味着来自阀和/或压力缸的第一传感器信号可用于监视，通过该信号可以将阀和/或压力缸识别为完好。第一传感器信号可以被一个或不同的传感器探测。如果通过不同的传感器检测到第一传感器信号，则在可能情况下可以更可靠或更早地检测到阀和/或压力缸中的故障。

利用教授后的第一传感器信号，可以通过利用传感器在处于未知状态下的阀和/或压力缸处探测第二传感器信号，从而在以后的任何时间点检查阀和/或压力缸。这意味着，通过其获取第一传感器信号的同一传感器测量在未知状态下的阀和/或压力缸。如果在最后一次检查和第二传感器信号的当前读取之间经过了一段时间，则始终会出现未知状态。第二传感器信号也可以通过彼此不同的传感器来检测。

教授后的第一传感器信号的存在使得可以首先将第一传感器信号与第二传感器信号进行比较以进行检查。如果第二传感器信号与第一传感器信号出现偏差，并且如果该偏差大于预定临界值，则可以输出信号。该信号可用于启动阀门的手动检查和/或发出警告信号。在此手动检查范围内，可以检查阀和/或压力缸以确定其是否确实存在故障，并可以开始更换或维修。

尤其地，来自不同传感器的传感器信号的组合可以是有意义的。由此，可以对来自不同传感器的传感器信号进行联合的，可能情况下加权的评估，从而一起评估阀和/或压力缸的不同机械特性的变化。已经认识到故障通常会导致多个特性的变化。来自不同传感器的多个传感器信号的评估可以考虑到此现象。

特别地，所述评估在预测性维护领域中可能是有用的。提出在对传感器信号进行评估时，超过可能小于上述极限值的极限值时就已经给出了维护信号。传感器信号的偏差在此可以表示磨损，而阀和/或压力缸实际上没有故障。由此，可以在故障发生之前进行维护，从而进一步提高了部件的故障安全性。如果以下提到的是故障，那么所说的内容也适用于磨损，而组件还未发生故障。

用传感器探测到的传感器信号可以多种多样。尤其地，声音传感器，图像传感器，热传感器，振动传感器，湿度传感器，压力传感器，电流传感器和/或位置传感器可以单独使用或与这些传感器中的任何其他传感器组合使用。

阀可以是马达驱动的，并且由此阀可以通过马达来调节。为了维护目的，例如以一定的时间间隔进行阀的调节，尤其是为了防止结垢。在通过用于检查目的而借助于马达调节阀的期间，可以通过声音传感器和/或振动传感器来检测阀的机械特性。与完好的阀相比，带有结垢或其他机械故障的阀上的振动和/或结构声可能改变。可以使用声音传感器和/或振动传感器在阀上探测振动和噪声。可以将这些与教授后的第一传感器信号进行比较，从而可以识别出故障阀。

阀通常封闭在阀柜(阀箱)中。因此，阀的环境条件在壳体内部始终相对恒定。压力缸也可以封闭在包围件，例如设备室中。如果使用图像传感器探测阀和/或压力缸的图像，则该图像可能已经显示了有关阀和/或压力缸的变化的情况。如果发生泄漏或其他结垢，则可以在阀门和/或压力缸的外壳上目视识别到变化。用图像传感器探测的图像显示了这些变化，因此可以检测出阀和/或压力缸有故障。可以在监视器上目视或通过适当的数字图像处理来检测变化。图像传感器可以位于阀柜或壳体内部。

图像传感器也可以布置在阀箱/壳体的外部并且以内窥镜的方式通过开口，尤其是钻孔被引入到阀箱/壳体的内部。然后借助内窥镜光学装置，可以通过布置在阀箱或壳体外部的摄像机来探测阀箱或壳体的内部。在这种情况下，开口可以以防潮的方式封闭，例如通过环绕密封件，尤其是通过密封唇边，例如橡胶密封件。密封件的材料可以这样形成，使得其在水的作用下和/或在升高的温度下增加其体积，尤其是膨胀，以便在发生火灾的情况下可靠地将阀箱或壳体的内部相对于外部密封。密封件在此可以布置在开口的内部和/或外部和/或开口的内壁的区域中。

根据一个实施例，图像传感器可以是移动的。由此实现了用一个系统顺序检查多个阀柜/外壳。维护人员可以将系统插入为此目的而设置的开口中。该开口可以这样形成，以使壳体中的光学传感器的视角始终完全相同。

如果在调节阀期间由于阀中的机械故障而产生增大的摩擦，则这种增大的摩擦也导致阀，其马达和/或马达的馈电线中的温度升高。可以使用热传感器，尤其是红外传感器，例如在阀的电动调节期间检测阀的热分布。

如果阀和/或压力缸尤其是在受保护的环境中，例如阀箱(壳体，外壳)中，则也可以通过湿度传感器检测泄漏。

在所谓的湿式系统中，在阀的入口处存在灭火流体，例如水。在湿式系统中，灭火流体也存在于阀的出口。借助于阀入口和/或出口处的压力传感器，可以检测压力变化和/或压力差。因此可以将阀检测为有故障的。即使在干式预加压系统中，管道中也存在气压，可以通过压力传感器检测该气压。

阀出口处的湿度传感器还可用于检测干式系统中阀中的未密封位置，因为水分通过阀从其可能是湿的入口到达本应是干燥的出口。

例如，通过电流传感器，可以在调节阀时检测到调节马达在阀处的电流消耗。可能由于结垢而产生的摩擦增加，例如会导致扭矩增加，从而导致电动机的电流消耗增加。这可以借助电流传感器来检测。

最后，还可以通过位置传感器探测阀门的最终位置。位置传感器可以是限位开关，接近传感器，例如电感式接近传感器或类似。由于结垢或其他机械故障，阀门可能无法完全打开和/或完全关闭，因此阀门可能无法到达其最终位置。这可以借助位置传感器来检测。终端位置开关尤其可以检测阀门的位置。阀的位置也可以借助于图像评估来确定并且相应地评估。

检测传感器信号的时间演变通常是有用的。传感器信号尤其是随时间变化的。可以在较长的时间内探测传感器信号。为了能够将教授的第一传感器信号与第二传感器信号进行比较，尤其提出了第一和第二传感器信号之间的互相关，例如SSD相关。传感器信号之间的相关性越低，它们的偏差就越大。还可以对已经由图像传感器，例如CCD传感器，CMOS传感器等捕获的图像信号，例如各个单独的图像进行互相关。

也可以以如下方式比较所获取的第一图像信号和第二图像信号，即，比较像素值，例如像素的色度和/或亮度分量的值，并确定它们的偏差。可以检测图像上所有偏差的数值。如果该数值超出极限值，则可以得出结论，传感器上或其外观有所变化。

如已经说明的，阀和/或压力缸可以布置在为此目的而提供的阀箱/外壳中。这些阀箱/外壳将阀与调节马达，电源以及必要时的通讯总线上的接头集合在一起。安装后关闭阀箱/外壳。在这样的阀箱/外壳中，环境条件持续保持相对相同，尤其在这种阀箱/外壳中没有外部光源会影响图像信号的探测。为了在图像信号的探测中获得良好的结果，提出了在图像信号的探测期间通过照明装置对阀/压力缸进行照明。照明装置可以与图像传感器一起设置在一个结构单元中，并且在图像被探测的时刻照亮阀/压力缸。照明装置可以发射可见范围和/或红外范围和/或紫外范围的光。

根据一个实施例提出，阀和/或压力缸和传感器被封闭在共同的壳体中。在该壳体中，例如阀箱，环境条件保持足够恒定以进行评估。传感器信号在壳体内部探测。壳体确保传感器信号的改变只能由在壳体内部存在的组件的改变引起。尤其是阀和/或压力缸，其在本发明中被监控。

第一传感器信号与第二传感器信号的比较应以规律的间隔或连续地进行。因此提出，第二传感器信号在一定的期间中，尤其是在规律的期间中来探测。在探测之后，在例如布置在阀箱中的处理器中直接将第二传感器信号与第一传感器信号进行现场比较。第一和第二传感器信号也可以通过无线或有线的通信线路，尤其是通过光纤，从传感器传输到中央监控单元。在这里，可以如所说明的那样评估检测到的传感器信号。

因此，提出将传感器信号通过有线方式，尤其是通过光纤，或者通过无线方式，尤其是通过LoRa或Wlan从传感器传输到远离传感器的、并与多个传感器通信的评估装置。因此，中央评估装置可以通过设备，尤其是消防设备的多个传感器，优选所有传感器进行评估。

根据一个实施例提出，在直接布置在阀上和/或在壳体和/或压力缸中的处理器中，将第一传感器信号和第二传感器信号相互比较，并且将比较结果通过有线的方式，尤其是通过光纤或无线地，尤其是通过LoRa或Wlan发送到远程的评估设备。这大大减少了通信成本。用于比较传感器信号的处理器价格便宜，并且可以安装在每个阀/压力缸上。因此，阀/压力缸与传感器一起执行自检，并将自检结果提供给评估设备。

如已经说明的，这些阀尤其是消防设备的区域阀。同样，阀可以是主阀或截止阀，尤其是在消防设备中。

另一个方面是根据权利要求11的系统。

该阀可以是消防设备的阀。其尤其可以是区域阀或主阀。消防设备的以水运行的设备装置也可以根据本发明进行监控。尤其地，可以监视压力缸(水缸)而不是阀。为此目的，提出了一种用于监视压力缸，尤其是消防设备的压力缸的方法，该方法包括利用传感器在处于完好状态的压力缸处探测第一传感器信号，并以在处于完好状态的压力缸处探测的第一传感器信号教授监视系统，通过传感器在未知状态下的压力缸处探测第二传感器信号，将所教授的第一传感器信号与第二传感器信号进行比较，并在第二传感器信号与第一传感器信号的偏差超过极限值的情况下输出信号。

压力缸可固定安装在消防设备区域内，并装有灭火液，尤其是水，在发生火灾时，这些液体会从压力缸排出。然而，压力缸也可以是可移动的，尤其是安装在轨道车辆的区域中，例如安装在轨道车辆的车顶或设备室中，并根据本发明进行监控。

在该文件中也与阀的监视有关的所有实施方式也可以应用于压力缸，并且由此也要求权利。

附图说明

在下文中，参考示出实施例的附图更详细地说明本发明。图中：

图1示出了消防系统的概略结构；

图2示出了阀箱的概略结构；

图3a示出了阀箱中的传感器的布置；

图3b示出了壳体中的压力缸的布置；

图4示出了阀上不同传感器的布置；

图5a，b示出了图像信息的变化；

图6a，b示出了热信息的变化；

图7a-c示出了随时间变化的传感器信号的比较。

具体实施方式

图1示出了具有主分配管线4以及区域管线6的消防系统2。根据需要在区域管线6上布置了灭火喷嘴/灭火雾喷嘴8。区域管线6通过区域阀10连接到主管线4。区域阀10和用于监视和控制区域阀10的装置通过通信总线12与控制中心14相连。通信总线可以是CAN总线。

经由通信总线12，控制中心14可以控制阀10或阀马达，并且在必要时接收传感器信号。

在静止状态下，区域阀10处于静止位置，其可以是打开位置或关闭位置。

在维护期间中，控制中心14控制区域阀10的电动机从静止位置移动到维护位置和/或活动位置，该位置可以是打开位置或关闭位置，以检查阀10的功能。在湿式系统的情况下，区域阀10在静止位置中关闭。为了维护，关闭下游维护阀，打开并再次关闭区域阀10，然后再次打开维护阀。

发生火灾时，可通过火灾报警控制中心，视频监控器或操作员来检测发生火灾的区域。取决于此，将一个或多个区域阀10打开，使得灭火流体可以在必要时首先流入主管线，然后在必要时从主管线4流入相应的区域管线6，并在此处可以通过相应的灭火喷嘴8引出。当然，区域阀10的功能对于灭火系统2的功能是至关重要的。然而，手动检查阀既昂贵又费时。

在图2中，示出了在阀箱16中的区域阀10。阀箱16是可封闭的壳体，主管线4的管道通入其中，而区域管线6的管道从中引出。阀10布置在阀箱16的内部。在阀10上设置有调节马达18，利用该调节马达可以以电动方式打开和关闭阀10。代替调节马达18，也可以在电磁阀10中设置电磁驱动器。因此，这里介绍的示例也适用于电磁阀。

调节马达18经由处理器20控制。阀10，调节马达18和处理器20经由通信装置22与通信总线12连接。

为了检查的目的，如图3a所示，除了上述部件之外，还可以在阀箱16中设置例如图像传感器24。图像传感器24例如可以是CCD传感器或CMOS传感器。图像传感器24可以被定向为使得其视场24a覆盖阀10包括马达18，并且可能情况下还覆盖主管线4和区域管线6的管道的某些部分。传感器24连接至处理器20。除了图像传感器24之外，可以在阀箱16中设置光源，该光源在探测图像的时刻至少部分地照亮阀箱16。

为了检查的目的，如图3b所示，除了上述部件之外，还可以在壳体16a中设置例如图像传感器24。图像传感器24例如可以是CCD传感器或CMOS传感器。图像传感器24可以定向成使得其视场24a覆盖压力缸10a包括阀10，并且可能情况下还覆盖主管线4和区域管线6的某些部分。传感器24连接到处理器20。除了图像传感器24之外，可以在壳体16中设置光源，该光源在探测图像的时刻至少部分地照亮壳体16。尤其可以将湿度传感器布置在壳体10a的底部以检测压力缸10a的区域中的湿度。根据本发明的阀10可以被布置在压力缸10a上并被监控。

可以将各种类型的传感器叠加地或彼此替代性地布置在阀10处以及马达18处和在连接至阀10的管线处以及在压力缸处。图4示例性示出了许多不同的传感器。

例如，固体声传感器26可以布置在阀10上。此外，运动传感器28可以布置在阀10上。此外，湿度传感器30可以布置在阀箱16中。此外，温度传感器或热图像传感器32也可以布置在壳体16中。位置传感器34(或位置开关)可以设置在马达18处，其可以探测阀位置的状态/定位。电流传感器36也可以设置在马达18的馈电线上。此外，压力传感器38和/或湿度传感器可以设置在管道4、6中。可以使用各种各样的传感器24-38在阀10和调节马达18处探测传感器信号。

在阀10的完好状态下，传感器可以探测第一传感器信号。这种传感器信号示例性地在图5a，6a，7a中示出。这些传感器信号可用于教授监视系统。然后在运行过程中可以使用相同的传感器再次检测第二传感器信号，如图5b，6b，7b所示。可以将这些第二传感器信号与第一传感器信号进行比较，并且可以检测到偏差。这样的偏差可以指示阀10中的故障。

例如，图5a示出了阀10的图像传感器24的图像。在阀10上没有看到结垢或其他沉积物。经过一定时间，例如几年之后，例如可以以同样的图像传感器24拍摄根据图5b所示的图像。可以在阀10的底面上看到沉积物，这例如可能是由泄漏或冷凝水引起的。

通过将根据图5a的图像的像素与根据图5b的图像的像素进行像素比较，可以确定多个像素具有不同的色度和/或亮度值。如果不同的像素数大于极限值，则可以输出信号。

图6a和b示出了温度传感器32的示例性图像。出于维护目的，驱动调节马达18以将阀10例如移动到维护位置。这会产生摩擦热，如图6a所示，其可以在温度图像中看到。温度传感器32的图像6b示出了处于未知状态的阀10。该图像同样在将调节马达器18移动到维护位置期间拍摄。可以看到热分布已改变。通过比较图6a和b中所示的热图像，可以确定阀10处的温度分布是不同的，这也可以指示需要维护。

图7a和b示出了当马达18将阀10从关闭位置移动到维护位置时在阀10处的例如固体声的变化。图7a示出了完好状态下的声音轮廓，图7b示出了相同阀10上处于未知状态下的声音轮廓。通过使根据图7a和b的变化互相关，可以确定，如图7c所示，声音信号随时间的变化在某些时间不再相关。在这种情况下，相关值下降到极限值以下。这样的低于极限值可能表明需要维护。

如上所述，利用传感器在阀箱16中进行传感器信号的探测。处理器20可以将这些传感器信号传输至控制中心14，或者独立地评估第一和第二传感器信号，并仅在检测到维护需要时将信号传输至控制中心14。

借助于所示的方法，可以以特别简单的方式自动检查在大面积区域中空间分布的阀10。

附图标记说明

2 消防系统

4 主管线

6 区域管线

8 灭火喷嘴

10 阀

10a 压力缸

12 通讯总线

14 控制中心

16 阀箱

16a 壳体

18 调节马达

20 处理器

22 通讯装置

24 图像传感器

26 声音传感器

28 运动传感器

30 湿度传感器

32 温度传感器

34 位置传感器

36 电流传感器

38 压力传感器