УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА

Полезная модель относится к устройствам для измерения постоянного или медленно меняющегося давления газообразных веществ с помощью электрических или магнитных элементов, чувствительных к механическому давлению, с дальнейшей передачей измеренных значений давления удаленной системе мониторинга по каналу беспроводной связи, и может использоваться для контроля давления газа на автоматических редуцирующих пунктах.
Из уровня техники известно устройство для дистанционного контроля давления жидкостей и газов (RU 45527U1, МПК G01L 9/10, опубликовано 10.05.2005). По одному из вариантов устройство содержит приемник давления и соединенный с ним внешней электрической цепью указатель, при этом приемник давления включает чувствительный элемент, кинематически связанный с блоком изменения электрического сопротивления, и указатель включающий логометр и установленные на основании регулировочные катушки.
Недостатком известного технического решения является его низкая технологичность, связанная со сложностью устройства и наличием большого числа механических узлов, что также снижает его надежность. Кроме того, в устройстве не предусмотрено узлов, обеспечивающих передачу измеренного давления удаленным системам контроля и мониторинга технологических процессов.
Наиболее близким техническим решением к заявленной полезной модели и выбранным в качестве прототипа признан GSM-транслятор показаний приборов учета потребляемых ресурсов (RU 153771U1, МПК G08C 19/00, опубликовано 27.07.2015). Устройство содержит PIC-контроллер, к которому подключено электронное счетное устройство, на которое подаются импульсы счета от прибора учета потребляемых ресурсов. К контроллеру подключен GSM-модуль, с подключенной к нему GSM-антенной, снабженный SIM-картой обеспечивающей связь GSM-модуля с базовыми станциями оператора сотовой связи. Дополнительно к контроллеру подключен таймер, обеспечивающий активацию отправки SMS-сообщений с информацией о потребляемых ресурсах на запрограммированные номера абонентов.
Недостатком GSM-транслятора является сложность его адаптации для использования в составе системы контроля давления газа автоматического редуцирующего пункта. Кроме того, в GSM-трансляторе отсутствует узел, обеспечивающий автоматическую перезагрузку PIC-контроллера в случае его зависания из-за неблагоприятных погодных условий, что снижает надежность устройства.
Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является повышение надежности устройства для контроля давления газа.
Указанная задача решена тем, что устройство для контроля давления газа содержит корпус, в котором смонтированы электроконтактный манометр с подключенным к нему блоком питания, блок передачи извещений и модуль принудительной перезагрузки. При этом блок передачи извещений выполнен с возможностью автоматической передачи сообщений удаленной системе мониторинга, первый управляющий выход манометра подключен к управляющему входу первого реле, выход которого подключен к ключу первой сигнальной линии блока передачи извещений, а второй управляющий выход манометра подключен к управляющему входу второго реле, выход которого подключен к ключу второй сигнальной линии блока передачи извещений, при этом в цепь питания блока передачи извещений включен модуль принудительной перезагрузки упомянутого блока.
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытой выше совокупностью признаков полезной модели, является повышение надежности контроля давления в магистральной газовой линии за счет применения в устройстве электроконтактного манометра с двумя управляющими выходами, позволяющим контролировать два уровня давления, блока передачи извещений, обеспечивающего отправку сообщений о давлении газа в линии при срабатываниях манометра, а также модуля принудительной перезагрузки, позволяющего исключить сбои в работе блока передачи извещений и обеспечить автоматический сброс его таймеров.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 представлена упрощенная структурная схема модуля принудительной перезагрузки; на фиг. 3 представлен пример сообщений, передаваемых удаленной системе мониторинга и контроля.
Устройство для контроля давления газа имеет следующую конструкцию.
K
K
1
2
Основой устройства является электроконтактный манометр 1 с подключенным к нему блоком питания U1. Первый управляющий выход 2 манометра подключен к управляющему входу первого реле 3 (), выход которого подключен к ключу первой сигнальной линии 4 блока передачи извещений 5, а второй управляющий выход 6 манометра 1 подключен к управляющему входу второго реле 7 (), выход которого подключен к ключу второй сигнальной линии 8 блока передачи извещений 5, при этом в цепь питания блока передачи извещений 5 включен модуль принудительной перезагрузки 9.
Блок передачи извещений 5 выполнен с возможностью отправки данных по радиоканалу или по каналам сотовой связи, а модуль принудительной перезагрузки 9 может быть снабжен микросхемой часов реального времени 10, при этом блок передачи извещений 5 и модуль принудительной перезагрузки 9 целесообразно выполнить на основе восьми- или тридцатидвухразрядных микроконтроллеров.
В качестве микроконтроллеров указанных узлов устройства могут быть применены, например, микросхемы серии Atmel AVR ATMega, выполненные на основе высокопроизводительного процессорного ядра 11, соединенного с внутренней системной шиной 12 микроконтроллера, к которой подключены его FLASH-память программ 13 и SRAM-память данных 14, а также периферийные устройства, включающие в себя универсальные восьмиразрядные двунаправленные порты ввода-вывода (GPIO) 15, 16, 17, 18, многоканальный десятиразрядный аналого-цифровой преобразователь (ADC) 19, восьми- и шестнадцатиразрядные таймеры-счетчики 20 и универсальный синхронно-асинхронный приемопередатчик (USART) 21.
В качестве блока передачи извещений 5 целесообразно применить устройство оконечное системы передачи извещений по каналам сотовой связи GSM УО-4С (Устройство оконечное системы передачи извещений по каналам сотовой связи GSM УО-4С // BOLID. Системы безопасности. URL: https://bolid.ru/production/orion/signal-transfer/uo-4s_02.html#download (дат обращения 21.05.2022)), а модуль принудительной перезагрузки 9, построенный, например, на основе микроконтроллера Atmel AVR ATMega128L, может иметь следующую конструкцию.
2
Четыре младших линии первого GPIO-порта ввода-вывода 15 микроконтроллера подключены к силовым выходам (OUT0 … OUT3) модуля принудительной перезагрузки, выполненным на основе транзисторов, обеспечивающих возможность управления с помощью модуля внешними электрическими цепями, три линии второго GPIO-порта ввода-вывода 16 реализуют интерфейс IC, включающий в себя линии передачи данных (I/O), синхронизации (SCLK) и линию сброса (RST), и подключены к аналогичным входам микросхемы часов реального времени 10, в качестве которой может применяться сборка DS1302, а третий и четвертый GPIO-порты ввода-вывода 17 и 18 выполнены с возможностью подключения к ним текстового LCD-индикатора 22 и шестнадцатикнопочной клавиатуры 23, которые могут использоваться для настройки устройства. Дополнительно к одной из линий аналого-цифрового преобразователя (ADC) 19 посредством операционного усилителя может быть подключен резистивный датчик температуры 24 для контроля температурного режима работы прибора.
К
D
К
3
1
3
Для обеспечения возможности управления питанием блока передачи извещений 5 силовой выход OUT0 модуля принудительной перезагрузки 9 подключен к базе транзистора NPN-типа через сопротивление 4,7 КОм, эмиттер транзистора подключен к GND-выводу источника питания U2, а его коллектор подключен к управляющему входу третьего реле  (25), соединенного с цепью +12В источника питания U2 и шунтированого диодом , при этом выход реле подключен к ключу цепи питания блока передачи извещений 5.
Устройство для контроля давления газа работает следующим образом.
1
2
3
4
Первоначально на щите автоматического редуцирующего пункта газа монтируют корпус устройства, при этом электоконтактный манометр 1 подключают к магистральной газовой линии, а его первый и второй управляющий выходы 2 и 6 подключают, соответственно, к сигнальным линиям 4 и 8 блока извещений 5, при этом в случае использования в качестве блока 5 устройства GSM УО-4С сигнальную линию 4 коммутируют с шинами сигнализации ШС и ШС прибора, а сигнальную линию 8 коммутируют с шинами сигнализации ШС и ШС. Далее устанавливают в блок извещений 5 основную SIM-карту сотового оператора «Мегафон» и резервную SIM-карту «Мотив».
P
P
P
P
1
2
1
2
2
2
После выполнения указанных действий настраивают параметры замыкания контактов манометра 1 на две величины  и . При апробации устройства в реальных условиях работы на площадке редуцирующего пункта (РП-10СА) 258 км магистрального газопровода Уренгой-Ужгород в качестве уставок манометра 1 использовались следующие величины: =1,2 кгс/см, =0,8 кгс/см. Далее к цепи питания блока передачи извещений 5 подключают модуль принудительной перезагрузки 9 согласно схеме, приведенной на фиг. 1.
K
3
Для настройки времени автоматической перезагрузки блока передачи извещений 5 к третьему и четвертому GPIO-портам 17 и 18 модуля 9 подключают LCD-индикатор 22 и клавиатуру 23 или подключают модуль к персональному компьютеру с помощью универсального синхронно-асинхронного приемопередатчика USART 21 посредством физического интерфейса RS-232. После выполнения подключения модуль автоматической перезагрузки настраивают на требуемое время срабатывания реле  (25), программируя для этого микросхему часов реального времени 10, после чего устройство для контроля давления газа готово к работе.
P
K
P
P
K
P
1
1
1
2
2
1
2
2
Во время работы устройства электроконтактный манометр 1 непрерывно измеряет давление в выходной линии РП-10СА. При падении выходного рабочего давления РП-10СА до значения  первая управляющая линия 2 манометра подает управляющий сигнал на первое реле  (3), обеспечивая замыкание первой сигнальной линии 4, в результате чего блок передачи извещений 5 по GSM-каналу связи отправляет сообщение удаленной системе мониторинга и контроля о срабатывании первой уставки (=1,2 кгс/см). При дальнейшем снижении выходного рабочего давления до значения  вторая управляющая линия 6 манометра подает управляющий сигнал на второе реле  (7), обеспечивая замыкание второй сигнальной линии 8, в результате чего блок передачи извещений 5 по GSM-каналу связи отправляет сообщение удаленной системе мониторинга и контроля о срабатывании второй уставки (=0,8 кгс/см).
K
K
2
1
Восстановление рабочего давления в выходной линии РП-10СА приводит к последовательному переключению второго и первого реле  и  и размыканию сигнальных линий 8 и 4, при этом блок передачи извещений 5 устройства регистрирует их размыкание и отправляет сообщения по GSM-каналу связи удаленной системе мониторинга и контроля о последовательном восстановлении значений уставок.
Кроме упомянутых событий, наступление которых вызывает передачу сообщений системе мониторинга и контроля, блок передачи извещений 5 отправляет тестовые сообщения через заданный промежуток времени, отсчитываемый таймером блока 5 от последнего переключения состояния сигнальных линий 4 и 8.
К
3
Синхронизацию передачи тестовых сообщений системе мониторинга и контроля по времени осуществляет модуль принудительной перезагрузки 9, на основе управляющей программы, выполняемой процессорным ядром 11, хранящейся во FLASH-памяти программ 13 и использующей для буферизации данных SRAM-память программ 14. Синхронизация осуществляется за счет разрыва цепи питания блока передачи извещений 5 и его временного выключения с помощью третьего реле  (25), управляемого GPIO-портом 15 через силовой выход OUT0 модуля 9 по будильнику, установленному в микросхеме часов реального времени 10, опрашиваемому с помощью линий SCLK и I/O через GPIO-порт 16, что позволяет автоматически сбрасывать таймер блока передачи извещений 5. В случае обеспечения надежной бесперебойной работы микроконтроллера модуля 5 и применения для его тактирования внешнего кварцевого резонатора для синхронизации передачи тестовых сообщений могут использоваться также шестнадцатиразрядные таймеры-счетчики 20 микроконтроллера.
Таким образом, рассмотренное в настоящей заявке устройство является высокотехнологичным прибором, обеспечивающим контроль давления в выходных линиях редуцирующих пунктов магистральных газопроводов, и может применяться для повышения надежности газового оборудования и облегчения работы аварийных ремонтных бригад.