Багатоканальний контролер станції катодного захисту

Реферат: Багатоканальний контролер станції катодного захисту містить мікроконтролер, клавіатуру, модуль індикації, модуль пам'яті, годинник реального часу, джерело живлення годинника, джерело резервного живлення, аналого-цифровий перетворювач, модуль вимірювання поточного значення захисного потенціалу, модуль зворотного зв'язку за захисним потенціалом та модуль передачі даних. Конструктивно виконаний з окремих функціональних блоків, а саме з блока універсального контролера та одного або декількох блоків розширення універсального контролера. До блока універсального контролера додатково введені модулі автоматичного вибору режимів роботи, модулі вимірювання потенціалу анода, модулі вимірювання поточного значення вихідного струму, модулі зворотного зв'язку за вихідним струмом, інтерфейси зв'язку між універсальним контролером та блоками розширення універсального контролера. Окремо до блока універсального контролера додатково введені модуль заряджання акумулятора резервного джерела живлення, модулі поточного та резервного програмного забезпечення, модуль визначення поточного значення споживаної потужності, модуль захисту від перевантаження, модуль пропорційно-інтегрально-диференційного (ПІД) регулювання, інтерфейс зв'язку з датчиком контролю відкриття дверей станції, інтерфейс зв'язку з електронним лічильником спожитої електроенергії, інтерфейс зв'язку з мобільними та стаціонарними пристроями, лічильник відпрацьованих годин, модуль вимірювання внутрішньої UA 93893 U (12) UA 93893 U температури, лінію зв'язку з датчиком контролю відкриття дверей станції та модуль зв'язку контролера, виконаний як уніфікований блок дистанційного передавання даних по цифровому каналу. UA 93893 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до промисловості і може бути застосована для підвищення ефективності захисту підземних комунікацій газотранспортної системи від корозії у часі за рахунок оптимізації та дистанційного контролю і регулювання захисних режимів установок катодного захисту. Корисна модель може знайти широке впровадження у інших галузях промисловості. Важлива роль у рішенні цього завдання лежить у площині уніфікації пристроїв автоматизації станцій катодного захисту (далі по тексту - СКЗ) в системі електрохімзахисту (далі по тексту ЕХЗ), що дозволяє скоротити час на проведення ремонтних робіт і відновлення необхідних захисних режимів на газопроводах, контролювати стан СКЗ та поточні режими їх роботи в реальному часі, дистанційно регулювати параметри їх роботи та при необхідності оперативно втручатися для своєчасного відновлення їх працездатності. Відомий пристрій безперервного контролю протикорозійного захисту магістрального трубопроводу, який має катодний перетворювач, електронний самописний блок пам'яті (див. патент України № 83617 МПК 23F 13/00, F17D 5/00). За допомогою цього пристрою періодично визначають поточне та інтегральне значення збільшення опору анодного заземлювача і контролюють порушення цих значень порівнянням їх з заданими значеннями вказаних параметрів, перевищення яких вказує на порушення протикорозійного захисту магістрального трубопроводу. Цей пристрій також вимірює з заданим інтервалом часу поточні значення струмів дренажного або катодного перетворювачів та різниці потенціалів "труба-земля" за допомогою електронного самописного приладу, фіксують ці одержані впродовж вибраного часу значення вказаних параметрів у блоці пам'яті і безперервно контролюють шляхом порівняння одержаних поточних або попередньо розрахованих допустимих значень вказаних параметрів стан корозійного захисту всього магістрального трубопроводу у часі або його окремої ділянки, незалежно від наявності у ній засобів ЕХЗ, час та ефективність роботи катодного перетворювача, час та ефективність роботи дренажної установки, швидкість поляризації або деполяризації магістрального трубопроводу, час максимального і мінімального впливу джерела блукаючих струмів на магістральний трубопровід та деградацію його протикорозійного покриття. Але цей пристрій, головним призначенням якого є інженерні вишукування корозійного стану трубопроводу та стану його ізоляції, не пристосований до автоматичного дистанційного регулювання параметрів роботи перетворювача катодного захисту. Відомий також пристрій для безперервного контролю протикорозійного захисту магістральних трубопроводів, що має аналого-цифровий перетворювач, індикатор, блок пам'яті, годинник реального часу, блок живлення, мікропроцесор (див. деклараційний патент України № 7065, МПК C23F 17/00). Пристрій також додатково містить модуль блискавкозахисту каналу напруги, з'єднаний з модулем керованих вхідних фільтрів каналу напруги, який з'єднаний з мікропроцесором та модулем масштабуючого керованого підсилювача каналу напруги, який з'єднаний з мікропроцесором та модулем аналого-цифрового перетворення каналу напруги, який з'єднаний з мікропроцесором. Модуль блискавкозахисту каналу струму з'єднаний з модулем керованих вхідних фільтрів каналу струму, який з'єднаний з мікропроцесором та модулем масштабуючого керованого підсилювача каналу струму, який з'єднаний з мікропроцесором та модулем аналого-цифрового перетворення каналу струму, який з'єднаний з мікропроцесором, перетворювач-стабілізатор живильної напруги з'єднаний з мікропроцесором та джерелом основного живлення та з джерелом додаткового живлення. До мікропроцесора також під'єднано: блок пам'яті, модуль індикації, клавіатуру, модуль зв'язку та годинник реального часу, до якого під'єднано джерело живлення годинника реального часу. Цей пристрій показав низьку експлуатаційну надійність і не отримав подальше впровадження при автоматизації перетворювачів катодного захисту, крім того він не пристосований до сумісного захисту багатониткових систем газопроводів. Відоме обладнання катодного захисту для сумісного захисту багатониткових систем газопроводів складається з перетворювача катодного захисту і резистивного блока спільного захисту (БЗК) з необхідною кількістю каналів захисту. Установка режимів роботи катодного захисту на нитку газопроводу виконана безпосередньо на самій станції переключенням комбінацій перемичок на регулюючому резисторі для регулювання величини захисного струму на відповідну нитку газопроводу. Кожна комбінація перемичок або положення змінного резистору відповідає визначеним необхідним захисним параметрам. Процес регулювання параметрів роботи перетворювачів катодного захисту з застосуванням БЗК виключно ручний, що потребує систематичного (періодичного) виїзду персоналу на місця розташування установок катодного захисту і аналізу ситуації захисних режимів на місцевості у польових умовах. 1 UA 93893 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Наявне обладнання не дозволяє оперативно реагувати на зміни захисних режимів газопроводів або параметри роботи установки катодного захисту на декілька ниток системи газопроводів одночасно, оцінювати їх працездатність, що значно позначається на корозійному стані газопроводів у часі. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення ефективності керування системою ЕХЗ за рахунок організації дистанційного контролю режимів СКЗ та керування ними на багатониткових газопроводах шляхом додаткового введення у пристрій нових блоків і взаємозв'язку між блоками пристрою, що дозволить керувати режимами роботи СКЗ та змінювати принцип регулювання захисними потенціалами від одного перетворювача на двох і більше точках дренажу одночасно. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в установках катодного захисту, які містять електрод порівняння довготривалої дії (ЕП), блок живлення, блок керування джерелом живлення анодного поля, що є перетворювачем катодного захисту, лічильник електроенергії та контролер використовують електронний лічильник електроенергії, що забезпечує цифрову передачу даних, модуль зв'язку контролера виконують у вигляді уніфікованого блока дистанційного передавання даних по цифровому каналу через наявні канали операторів стільникового зв'язку, для управління захисними потенціалами від одного перетворювача одночасно на двох і більше точках дренажу додатково введені виконані як комплектуючі елементи у вигляді окремих уніфікованих блоків розширення універсального контролера, до складу яких входять мікропроцесор, клавіатура, модуль індикації, модуль пам'яті, аналогоцифровий перетворювач, модуль автоматичного вибору режимів роботи, модуль вимірювання поточного значення захисного потенціалу, модуль вимірювання потенціалу анода, модуль вимірювання поточного значення вихідного струму, модуль зворотного зв'язку за вихідним струмом, модуль зворотного зв'язку за захисним потенціалом та інтерфейс зв'язку з універсальним контролером, до складу якого входять мікроконтролер, клавіатура, модуль індикації, модуль пам'яті, аналого-цифровий перетворювач, годинник реального часу, джерело живлення годинника реального часу, модуль аналого-цифрового перетворення каналу напруги, що є модулем вимірювання поточного значення захисного потенціалу, модуль масштабуючого керованого підсилювача каналу напруги, що є модулем зворотного зв'язку за захисним потенціалом та додатково введені до універсального контролера інтерфейс зв'язку з блоками розширення універсального контролера, інтерфейс зв'язку з електронним лічильником електроенергії, інтерфейс зв'язку з датчиком контролю відкриття дверей станції для повідомлення про не санкціоноване її відкриття, інтерфейс зв'язку з мобільними та стаціонарними пристроями, лічильник відпрацьованих годин, модуль автоматичного вибору режимів роботи, модуль вимірювання внутрішньої температури універсального контролера, модуль визначення поточного значення споживаної потужності, модуль вимірювання потенціалу анода, модуль вимірювання поточного значення вихідного струму, модуль зворотного зв'язку за вихідним струмом, модуль захисту від перевантаження, модуль пропорційно-інтегральнодиференційного (ПІД) регулювання, модулі поточного та резервного програмного забезпечення, джерело додаткового живлення, модуль заряджання акумулятора додаткового джерела живлення, при цьому універсальний контролер, до якого можуть бути підключені лінії зв'язку з датчиком контролю відкриття дверей станції катодного захисту та з електронним лічильником спожитої електроенергії, виконаний як комплектуючий елемент у вигляді уніфікованого блока, придатного до модернізації існуючих СКЗ без демонтажу або заміни будь-яких блоків або частин цих СКЗ. Структурна схема багатоканального контролера станції катодного захисту п'ятиниткового газопроводу пояснюється функціональною блок-схемою Фіг. 1, на якій схематично зображені універсальний контролер та блоки розширення універсального контролера, об'єднані через їх інтерфейси зв'язку. Структурна схема універсального контролера пояснюється функціональною блок-схемою, яку наведено у Фіг. 2. Структурна схема блока розширення універсального контролера пояснюється функціональною блок-схемою, яку наведено у Фіг. 3. Мікроконтролери блоків розширення універсального контролера з'єднані з мікроконтролером універсального контролера через відповідні інтерфейси зв'язку типу RS-485, що забезпечує передачу команд та даних між ними. У кожному блоці розширення універсального контролера та в універсальному контролері до мікроконтролера підключені клавіатура, модуль індикації, модуль пам'яті та аналого-цифровий перетворювач, які є апаратними складовими цих блоків та універсального контролера; модулі зворотного зв'язку за захисним потенціалом та за вихідним струмом, модуль автоматичного вибору режимів роботи 2 UA 93893 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 та всі модулі вимірювання, що є складовими частинами і універсального контролера, і блоків розширення універсального контролера, реалізовані програмно та зберігаються у відповідних енергонезалежних модулях пам'яті. Універсальний контролер на відміну від блоків розширення універсального контролера має такі додаткові складові частини: підключені до мікроконтролера годинник реального часу з власним джерелом живлення, модулі поточного та резервного програмного забезпечення, реалізований на базі цифрового сигнального процесора модуль пропорційно-інтегрально-диференційного (ПІД) регулювання, модуль заряджання акумулятора додаткового джерела живлення, уніфікований блок дистанційного передавання даних по цифровому каналу на базі GSM-модему з використанням діючих каналів стільникового зв'язку, інтерфейси зв'язку з датчиком контролю відкриття дверей станції та з електронним лічильником спожитої електроенергії, інтерфейс зв'язку з мобільними та стаціонарними пристроями, які можуть бути використані для контролю та програмування багатоканального контролера станції катодного захисту; реалізовані програмно модуль визначення поточного значення споживаної потужності, модуль захисту від перевантаження та лічильник відпрацьованих годин; підключений до аналого-цифрового перетворювача модуль вимірювання внутрішньої температури із зазвичай розташованим всередині універсального контролера датчиком, який у разі потреби може бути розміщеним у потрібній точці станції катодного захисту, наприклад, для контролю поточної температури силових елементів живлення контуру захисту. Електроди порівняння встановлюють над трубами газопроводу як давачі захисного потенціалу трубопроводів. Багатоканальний контролер станції катодного захисту передбачає такі режими роботи: A) ручний режим - виставлення рівня вихідної напруги перетворювача для забезпечення необхідних захисних потенціалів або струмів у точках дренажу на місці розтушування СКЗ. Б) автоматичний режим - автоматична підтримка, архівація та дистанційний контроль усіх параметрів роботи СКЗ - захисних потенціалів, вихідних струмів та напруг, внутрішньої температури, напруги живлячої мережі, спожитої електроенергії, кількості відпрацьованих годин, відкриття дверей СКЗ та інше. B) телеметричний режим - автоматична підтримка заданих параметрів і корегування параметрів роботи перетворювача з АРМ ЕХЗ. Г) регулювання параметрів протикорозійного захисту ниток багатониткового газопроводу відповідно до індивідуальних особливостей кожної з них. Д) сервісний режим - передача поновленого програмного забезпечення контролера через інтерфейс зв'язку з мобільними та стаціонарними пристроями або уніфікований блок дистанційного передавання даних по цифровому каналу та запис цього програмного забезпечення у модуль поточного або резервного програмного забезпечення. В усіх зазначених вище режимах йде запам'ятовування виставленого режиму роботи перетворювача. При зникненні напруги основного джерела живлення перетворювача, а потім його відновленні режим роботи виставляється відповідно останньому режиму, що був запам'ятований. Контролер автоматично вибирає один із трьох режимів керування, а саме: з телеметричного режиму при відсутності зв'язку з АРМ ЕХЗ контролер виходить в автоматичний режим, а при відмові сигнальних кіл з автоматичного режиму переходить до ручного режиму з підтримкою останнє заданих захисних параметрів роботи перетворювача. Функціонально елементи структурної схеми виконують наступне: 1. З АРМ ЕХЗ або за допомогою клавіатур універсального контролера та блоків розширення контролера задаються необхідні параметри захисту підземних споруд. 2. Модулі контролера та блоків його розширення виконують вимірювання поточного значення потенціалів ЕП, обчислюють різниці між ними та заданим значенням потенціалу, належним чином за програмою обробляють ці різниці, перетворюючи їх значення у сигнали, які передаються на модулі керування живленням відповідних ниток газопроводів. 3. Кожний з блоків розширення контролеру має свої масштабні коефіцієнти перетворення, які налагоджуються індивідуально для кожного каналу захисту відповідно властивостей кожної окремої нитки газопроводу або іншої підземної споруди. 4. При неможливості установлення заданого значення потенціалу контролер надає аварійне повідомлення на АРМ ЕХЗ та автоматично підтримує потенціал максимально близьким до заданого. 5. При раптовому зникненні сигналу від ЕП контролер виробляє аварійне повідомлення про розрив лінії зв'язку з ЕП та продовжує підтримувати той режим живлення відповідної нитки газопроводу, що був на момент зникнення сигналу від ЕП. 3 UA 93893 U 5 10 6. При відчиненні дверей СКЗ контролер виробляє та передає на АРМ ЕХЗ аварійне повідомлення про доступ до приміщення СКЗ. 7. У внутрішній пам'яті контролера архівуються по кільцевому графіку параметри роботи та аварійні повідомлення з СКЗ. 8. З АРМ ЕХЗ контролюють поточні параметри роботи СКЗ та при необхідності весь архів. 9. При необхідності виконують дистанційне регулювання параметрів перетворювача з АРМ ЕХЗ або через наявні SCADA-системи з застосуванням уніфікованого блока дистанційного передавання даних по цифровому каналу через діючий канал зв'язку. 10. Зчитування поточної інформації та регулювання параметрів перетворювача може виконуватись також безпосередньо на СКЗ у ручному режимі або за допомогою мобільних чи стаціонарних пристроїв, підключених до відповідного інтерфейсу зв'язку. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 30 35 Багатоканальний контролер станції катодного захисту, що містить мікроконтролер, клавіатуру, модуль індикації, модуль пам'яті, годинник реального часу, джерело живлення годинника, джерело резервного живлення, аналого-цифровий перетворювач, модуль вимірювання поточного значення захисного потенціалу, модуль зворотного зв'язку за захисним потенціалом та модуль передачі даних, який відрізняється тим, що конструктивно виконаний з окремих функціональних блоків, а саме з блока універсального контролера та одного або декількох блоків розширення універсального контролера, причому як до блока універсального контролера, так і до блоків розширення універсального контролера входять перелічені вище складові, та додатково введені модулі автоматичного вибору режимів роботи, модулі вимірювання потенціалу анода, модулі вимірювання поточного значення вихідного струму, модулі зворотного зв'язку за вихідним струмом, інтерфейси зв'язку між універсальним контролером та блоками розширення універсального контролера, а також окремо до блока універсального контролера додатково введені модуль заряджання акумулятора резервного джерела живлення, модулі поточного та резервного програмного забезпечення, модуль визначення поточного значення споживаної потужності, модуль захисту від перевантаження, модуль пропорційно-інтегрально-диференційного (ПІД) регулювання, інтерфейс зв'язку з датчиком контролю відкриття дверей станції, інтерфейс зв'язку з електронним лічильником спожитої електроенергії, інтерфейс зв'язку з мобільними та стаціонарними пристроями, лічильник відпрацьованих годин, модуль вимірювання внутрішньої температури, лінію зв'язку з датчиком контролю відкриття дверей станції та модуль зв'язку контролера, виконаний як уніфікований блок дистанційного передавання даних по цифровому каналу. 4 UA 93893 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5