井戸保護システムの開発の歴史：いばらからインテリジェントなセンサーまで

今日、私は、通信事業者によって管理されているケーブル監視井戸の保護システムの開発における当社の経験についてお話したいと思います。 9年間、この複雑なトピックを扱ってきました。 この間にテストされた技術的ソリューションの数、「壊れた」コピーの数、および以下の理由によります。

第一に、井戸の攻撃的な環境（温度変化、洪水）は、あらゆる電子機器にとって有害で​​す。
第二に、井戸への設置は便利ではありません-さまざまな段階のシーリングと、メーカーからの思いやりのある推奨事項が必要です。

これに加えて、低い収益性（各ブランチ内に少なくとも数百の井戸があるため、技術的な解決策は安価でなければなりません）と、そのような状況ではほとんど予測できない結果に対して責任を負う必要があります-ここでは、少数のメーカーのみがこの分野に従事している理由のセットです世界。


私たちは「歴史の風」によってこのトピックに「もたらされ」ます。 歴史的に、ハードウェアとソフトウェアの複雑な「検閲技術」は線形ケーブル構造の監視から始まりましたが、その一部は十分な保護です。 そのため、私たちはこの問題に関与しましたが、今では、製品の収益性のレベルよりも、多数のユーザーに対する責任とプロの誇りによって、私たちの関心が大きく決定されています。

参考までに、なぜケーブルウェルを保護する必要があるのですか？

このトピックから遠く離れている人のために、ケーブルダクトの井戸がソビエト時代から電気通信事業者によって運営されている直線ケーブル構造の一部であることを明確にしたいと思います。 ケーブルウェルを介してトランクケーブルにアクセスします。これはホームレスの人々や他の攻撃者にとって歓迎すべき餌食です。 さらに、鋳鉄の蓋自体はスクラップを求める人にとって興味深いものです。 そして最後に、信号用の井戸の設置を排除する最後の危険は、独自のインフラストラクチャ（ケーブルダクト）を持たない競合するオペレーターによるケーブルの無許可の敷設です。

最初のパンケーキはゴツゴツしている

2000年代初頭に市場に存在し、私たちが作成した最初のソリューションは、USI96Kコントローラーに基づくウェルの制御でした。 運用中、信頼性の基準（井戸に置かれたデバイスは湿度と洪水のために故障することが多い）または設置の容易さの基準を完全には満たしていないことが判明しました。 実際には、1ペアのワイヤ（1つのデバイスにそのようなペアの6つの入力があった）には16のウェルしか存在できないため、ルートに分岐トポロジがあり、1つのルートに16を超えるウェルがある場合、追加のワイヤを敷設する必要がありました。ほとんどの場合、これはまさにそうです。

2007-井戸を監視するためのマトリックス法

2007年、以前の経験にもかかわらず、当社は独自の技術を開発しました。これは、井戸を監視するためのマトリックス法です。 マトリックス方式では、アクティブな電子機器をウェルに設置する必要がなかったため、可能な限り信頼性が高く、単に壊れるものはありませんでした。 このシステムでは、CCIケーブル（または別のケーブル）を通信回線として使用し、オープニングセンサーを電話交換機にあるMAKS LKSコントローラーに接続しました。 マトリックス方式では、開いた井戸のアドレス識別子はアクティブな電子機器ではなく、特定の方法で接続された特定のペアのワイヤーでした。 ここではテクノロジーの本質を説明しません。理解するのが最も簡単ではなく、別の議論が必要ですが、理解したい人はリンクをたどることができます 。 ロシアでの人気の明らかな利点があるため、この方法は得られなかったとしか言えません。 理由の中で、顧客は理解が困難であり、ケーブルを大量に消費することを訴えました。 しかし、カザフスタンでは、マトリックス方式が認知されています。カザフテレコムはこの方法で井戸を制御し、線路の改良を続けています。

2009-2011 -インテリジェントリードセンサー（IHD）の開発

したがって、すべての人に適した解決策が見つからなかったため、検索を続けました。 そして2009年には、新しい要素ベース（必要な特性を備えたマイクロプロセッサ）が世界に登場し、 インテリジェントリードスイッチ（IHD）の開発が可能になりました。 IHDは、通常電子交換機にあるMAKS LKSまたはMiniMAKSコントローラーにステータスに関するデータを常に送信する内蔵電子ボードを備えた磁気接触検出器です。 IHDは、その速度（タンパーエビデント時間-0.1秒、ディスパッチセンターへのデータ配信時間-1秒）、干渉への抵抗、雷ピックアップ、内部短絡によって区別されます。 さらに、IHDの1つまたは複数のセンサーの障害は、他のセンサーの動作に影響しません。 しかし、IGDベースのシステムの主な利点は、インストールの容易さでした。 この技術により、1ペアのワイヤで少なくとも64個のウェルを対象に監視できるため、複雑な分岐トポロジでも、あらゆるルートに最適です。



図 1.インテリジェントリードセンサー（IHD）に基づくセキュリティシステムのスキーム

このように、電子充填と設置技術の両方ですべてが素晴らしく、たった一つの質問がありました-電子機器の信頼性の高いシーリング。 センサーはもともとよく知られているタンパースイッチタイプのリードマグネットIO102-20に基づいて作成されていたため、これらのセンサーの取り付けを電子回路基板のボディとシールに割り当てました。 シーリングの第2段階は、インストール中にユーザーが実行することでした-センサーワイヤとループの接合部をシールする必要がありました。 私たちは開発に非常に満足していましたが、最初の洪水でセンサーが故障し始めました。 専門家の旅行に基づいて判明したように、一部のセンサーまたはセンサーワイヤーとルートとの接続部は、浸水した井戸での数日間の水中滞在に耐えることができませんでした。 特に問題となったのは、このシステム用に開発された設置規則を適切に遵守せずに取り付けられたトラックでした。 一般に、すべてのルールに従ってマウントされたルートは適切に機能しました。


写真1.古い建物のIHDのインテリジェントリードスイッチ。 2009年。

ただし、インストールの欠陥を非難することは解決策ではありません。 開発者は、センサー自体とワイヤの設計をシーリングに関して根本的に修正し、システムのパフォーマンスに対する「設置品質」要因の影響を最小限に抑えるようにする必要があることを理解していました。

また、信頼性の高いシーリングソリューションは、まったく異なる分野で求められる必要があることを理解しました。センサーのメーカーではなく、このトピックの基礎を築く必要はありません。 まず、石油およびガス産業または防衛産業向けの製品のメーカーについて考えました。 そして私たちは幸運です！ 私たちは、シーリングの独自の開発が問題をできるだけ解決するのに適したパートナーを見つけました。 ちょっとした発言：競合他社が技術ソリューションをコピーするのを困難にするために、パートナーの組織名を開示したくない。

まだ将来のパートナーは、「ウェル」センサーとそれに接続されたケーブルを密閉する問題を解決するという提案に熱心に対応しました。 そして、仕事は沸騰し始めました：多数の承認、出張、テスト、構造のさらなる強化、何度も何度もテストをテストします。 そして最後に、私たちの前にIGDが封印されており、「妄想」自体が封印されているため、単一の「妄想」が失敗することはありませんでした。 以下は、私たちの共同の取り組みの結果です。

モノリシックポリウレタン「coco」



写真2、図 2.最新のインテリジェントリードスイッチ

デバイスの本体とルートに接続されているセンサーケーブルは、ポリウレタン製の単一ユニットです。 ポリウレタンは合成ポリマー素材であり、「無限の可能性を持つ素材」と呼ばれています。

- まず、完全に密閉されており、防水に広く使用されています。
- 第二に、ポリウレタン製品の動作温度はマイナス70〜100°Cの範囲ですが、弾性は実際には変化しません。
- 第三に 、ポリウレタンには高い誘電特性があり、これは電子機器の絶縁に非常に重要です。
- 第四に 、ポリウレタンは高い機械的強度を持っています。なぜなら、高い動的荷重を受ける部品や機械部品を作るのは何のためでもないからですが、ポリウレタンの靴底とかかとの製造については何も言えません。

センサーケーブルには4度の保護があります


図 3.ケーブル絶縁の層

センサーで使用されるポリウレタンケーブルは、パートナーの開発であり、その最初の用途は、水に常時浸漬する条件下での動作です（水中敷設用のケーブルシステムで使用されました）。 したがって、このケーブルの抵抗と締め付けについて話す必要はありません-これは明らかです。 当初、このケーブルは湿気の侵入に対して2度の保護がありましたが、私たちの要求で3番目と4番目が追加されました。

そのため、 まず 、IGDポリウレタンケーブル内の各銅線コアには独自の絶縁があります（電源用とディスパッチセンター（DC）に情報を送信するためのケーブルには2本のデータワイヤがあり、センサーを再起動するためにDCからIGDを制御するためにも使用されます）。

第二に 、上に断熱材の別の層があります-ポリウレタン、私はすでに上で説明したユニークな物理的および機械的特性について。

リクエストに応じて実行される保護の3番目と4番目のレベルは、最初にケーブル内に配置された2つの特殊な水遮断スレッドであり、ワイヤとの信頼性を高めるために絡み合っています.2番目に、強力なストッキングのスレッドでワイヤを包む水遮断シース。 防水材料の主なタスク-スレッドとシース-水分を吸収することです。突然、理解できない方法でポリウレタン断熱材が破損した場合。 この場合、疎水性材料は水分を蓄積してゲルになり、水のさらなる浸透を防ぎ、損傷した場所で断熱材の層になります。

したがって、IHDのすべての構成部品（ケースとケーブル）は同じ材料でシールされます。これは、シール技術の主な利点です。 材料の均一性は優れた接着性を提供します。つまり、センサーシェルと接続ケーブルは非常にはんだ付けされています。 ちなみに、シーリングは非常に優れているため、最大200 mの水柱、つまり20気圧の圧力に耐えることができます。 これは、圧力容器内でセンサーを圧着することにより確立されました。

最後の疑問が残った-センサーとトラックワイヤーの接合部をシールする技術。 そして徹底的に考えました。


写真3.センサーとPRPPMのようなケーブルとの緊密な接続の外観

まず 、センサーワイヤの直径は0.78 mmです。 ほとんどのお客様は、このシステムを低ペアのトレース形成材料、つまり、最も一般的な直径が0.9、時には0.7であるPRPPMケーブルにインストールすることを好みます。 したがって、接続されたワイヤの直径はほぼ同じであり、クリップで簡単に結合できます（ワイヤを接続するために使用されるクリップは、相互接続されているコアの直径の変動に対して一定の許容差があり、この許容差に完全に適合します）。

第二に 、当社の専門家は、ワイヤを接続するために利用可能なすべての技術の中で最適なものを選択し、高い気密性と最小の人件費を提供します-インストーラーの間で知られている3M技術によるコールドシーリング

OJSC Morionの実験室でのフィールドテスト

あらゆる点で私たちに合ったIGDの最初の実験バッチを受け取ったらすぐに、Morion Permプラントでセンサーの動作テストを組織しました。 モリオンは、通信機器の製造における主要な工場の1つであり、その試験所は、使用するサードパーティ製品を含む、試験のためのロシア国家規格の証明書に従って認定されています。

そのため、2011年1月、IGDセンサーはMorion OJSCの信頼性および認証試験局（BINiS）の「試験」に合格しました。 もちろん、テストの目的は、過酷な動作条件でIHDの気密性をチェックすることと、動作温度の範囲を決定することでした。

テクノトロニクスの開発者とMorionテストの専門家が出席して、IGDセンサーを数時間チェックしました：それらは完全に水に浸され、温度チャンバーに置かれ、温度を大幅に変化させ、IGDの動作を常にチェックしました。 IHDは、最初にMAX LKSコントローラーに接続され、次にMiniMAKSに接続されました 。 Technotronics.SOLソフトウェアは、センサーからコントローラーを介してデータを表示しました。


写真4、5 .水に完全に浸したサーマルチャンバーでのIHDのテスト。 センサーは水中にあり、センサーは凍結しています。


写真6.温度の異なる恒温槽内にあるIHDの動作をテストします。 センサーはMiniMAKSコントローラーに接続されています。

テストの後、Morion OJSCの専門家は次のように結論付けました。
-IHDの推奨動作温度範囲は（-40 ... + 50）°です。 これは、ロシアの気候の屋外条件でのセンサーの使用、特にKKS井戸の保護に十分です。
-センサーが温度範囲（-40〜+ 50）°で数時間水に完全に浸されたときに行われたリークテストは、成功を収めました。 IHDはパフォーマンスを完全に維持しました。 さらに、専門家が測定したIGDの絶縁抵抗は30,000メガオームを超え、KKSの井戸に横たわるCCIケーブル信号機の「ネイティブ」ケーブルの通常の抵抗の30倍です。
すべてのステージとテスト結果は、法とテストのレポートに公式に記録されます。

証明書、IPDの特許

運用テストの後、新しいセンサーの設計は既にシーリング方法であり、本当に優れたソリューションであることを確信し、センサーの認証プロセスを開始しました。 そして2011年3月、テクノトロニクス社は、品質の保証としてIGDセンサーのGOST Rシステムで証明書を受け取りました。

さらに、IHDには最大3つの特許があります。 ご存知のとおり、開発は2年（2009-2011）続き、最初にシステム自体、次にセンサーの密閉設計、最後にIHDセンサーの短絡に対する保護方法の特許を取得しました。


経営成績

現在、すべての人に適したソリューションを見つけてから3年後に、完了したプロジェクトの大規模なデータベースが蓄積され、システムの正常な運用に関する公式レビューがあります。 誰も気にしないでください、読んでください 。

2012-インテリジェントフォトセンサーまたは「暗黒の王国の光線」

写真7.インテリジェントフォトセンサー（IFD）

しかし、成功を収めた後、私たちは研究を続け、インテリジェントフォトセンサー（略してIFD）の開発に至りました。 センサーの本質は何ですか？

プライマリコンバーターはすべてより効果的であり、そのコンバーター（コンバーター）が反応する環境条件がより急激に変化します。 したがって、 最も重要な方法で変化するのは、「閉じたハッチ/開いたハッチ」の条件での照明です。 理解しやすいように、井戸の中に閉じたハッチがあると、完全な暗闇が24時間支配します。 この事実を利用して、「閉じた」状態での誤警報を恐れることなく、最も弱い光に敏感なセンサーに注目しました。 夜でもマンホールカバーを開くと、センサーは外部環境の背景照明を受信します。これは、都市の状況では常に利用可能です。 そして、その高感度によるセンサーがトリガーされます。 これが最初です。 そして第二に、井戸を開けた人はケーブルを盗むか、許可されていないルートを敷設しようとします。 懐中電灯やその他の照明器具を使用せずに、両方を行うことは不可能です。

また、IDFは、「それを取り、センサーをすぐにキャップで覆いました-それだけです」などの妨害の余地を残していません。 センサーは、短期間の剖検も検出して記憶します。 そして、もちろん、監視センターに警告情報を送信します。

従来のHDIとの違いは、受光光束の分散の影響がある半透明の場合です。 まあ、そしてもちろん、後半の欠如-通常の磁石。 そして、ここにその主な利点があります。 インストールと操作が非常に簡単です。 結局のところ、磁石の取り付け、リードスイッチへの取り付け、衝撃や投球中の破損などの問題はありません。 ユーザーはすでにこれらのメリットを評価しています。



マウントされたIFDの写真は 、当社のWebサイトでさらに見つけることができます。 IFDベースのシステムの操作に関する通信からのフィードバックを読みたい人は、ここをクリックしてください

2012-2013 IFD-R、IGD-R-ルートの短絡セクションを無効にするインテリジェントなセンサー。

インテリジェントフォトセンサーの開発とほぼ並行して、改ざん制御の主な機能に加えて、トラックの短絡セクションを無効にする追加機能を提供するIHDの修正作業を開始しました。

ルートは、2つの理由で短絡する可能性があります。1）ウェルモニタリングセンサー自体の閉鎖、または2）センサーとルートの漏れやすいジョイント。

IHDを使用する場合、最初のオプションはほとんどありません。 これはIHDセンサーの回路によるものです。センサー自体の内部での短絡のリスクが最小限に抑えられるように構成されています。 そして、この事実はRF特許番号116671によって公式に確認されています。 したがって、最も可能性の高い理由は、設置中のセンサーとトラックの接合部の漏れです。

もちろん、短絡をなくすことは解決可能な課題です。 しかし、パラレル接続スキームで問題の発生場所を見つけるのは非常に難しい場合があります。 実際、ほとんどの場合、ルートのタイトさの違反はインストール後すぐには発生せず、どのウェルでショートしたかを見つけることは容易ではありません。 井戸はかなり長い距離にわたって、しばしば届きにくい場所にあります。

IGD-Rセンサーの開発前は、このような状況から抜け出す方法は、損傷領域を見つけるためのかなり複雑な方法でした-半分割法です。 この方法の本質は、損傷の場合、最初にケーブル接続の1つを中央付近で分解し、次にMAKS LKSまたはMiniMAKSモジュールから最も遠い部分を切断し、ケーブルの電圧が増加したかどうかを確認することです。 電圧が増加した場合、損傷は遠い部分にあり、増加していない場合は-モジュールに最も近い部分にあります。 次に、損傷が検出されたループのその部分に対して手順が繰り返されます...

この方法の欠点は明らかです。 まず、多数の無傷の「無実の」化合物を破壊する必要があります。 第二に、この方法は非常に時間がかかり、工数、ひいては「財務」にかなりの費用がかかります。 一般に、障害の場所を特定するためのこのような非最適な方法では、明らかに代替手段を作成する必要がありました。 そして、 IGD-Rセンサーを開発しました。

IGD-Rは、井戸の保護に加えて、断熱キットの機能を実行します 。つまり、このセクションで短絡が発生した場合、このIGD-Rに続くルートのセクションを切断（強制的に開放）します。 切断は、センサー内の対応する電子キーを開くことで発生します。したがって、このデバイスの名前には接頭辞「P」が付きます。

ルートを開いた後、お客様は、このIGD-Rと次のIGD-Rの間にあるルートのセクションのみのリークをチェックする必要があります。 したがって、IGD-Rはお客様にとってルートをセグメント化するためのツールとなり、ルートが破損した場合や短絡が発生した場合は問題のある場所またはセクションを示します。 さまざまなタイプのルートでのIGD-Rの配置、IGD-R接続図、およびその他の多くの詳細の例は、このデバイスに関する記事に記載されています 。

IGD-Rの開発後すぐに、もちろん、IFDに対して同様の変更を行いました。 したがって、この方向のための最後のデバイスであるIFD-Rセンサーが開発されました。

要約すると...

現在、お客様には4種類のセンサーを選択できます。これらのセンサーは、相互に完全に互換性があり、任意の組み合わせで使用できます。
-IHDのインテリジェントリードスイッチは、上記の利点をすべて備えたリードマグネットタイプのセンサーです。
-IGD-Rインテリジェントリードスイッチは、IGDセンサーの修正版であり、短絡が発生したルートのセクションを指定できます。
- インテリジェントフォトセンサーIFD-写真の原理で動作するユニークなセンサー。 IFDは、夜間でも開口部に入ると、ウェルに入る光に即座に反応します。
- インテリジェントなIFD-Rフォトセンサーは、IFDセンサーを修正したもので、短絡が発生したルートの部分を指定できます。
それらはすべて、PBXにあるMAKS LKSまたはMiniMAKSコントローラーで動作します。

要約すると、 スマートセンサーの利点をもう一度リストしたいと思います。

• 速度： IGDおよびIGD-Rは、0.1秒でウェルの開口部を記録し、IPD、IFD-R-0.3秒で、IGDおよびIGD-Rを使用する場合のディスパッチセンターへの配達時間-1秒、IPD- 5秒
• 干渉、雷、および内部短絡に対する耐性 。
• ターゲティング：開いた場合の各ウェルの正確な識別。
• 中断があっても効率： IHDまたはIFDの1つ以上のセンサーの中断は、残りのセンサーの動作に影響を与えません。
• 情報の配信の保証：複数のセンサーを同時に起動しても、各センサーからの信号がディスパッチセンターに届きます。
• 動作温度範囲： -40°から+ 50°まで、これはKKS井戸の動作条件に対応します..
• 完全な気密性：
  
  • センサー電子回路基板は、モノリシックポリウレタンハウジングに密封されています。
  • センサーハウジングとケーブルの信頼性の高いタイトな接続。
  • 銅線のペアには、4レベルの防湿性があります：ポリウレタン絶縁体、防水スレッド、防水シース、銅導体の独自の絶縁。

センサーIGD、IFDのコスト-1534 p。 VAT付き。