УСТРОЙСТВО СОПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ СТАНЦИЙ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ

Полезная модель относится к электронике и может быть использована для телемеханизации процессов контроля и управления оборудованием электрохимической защиты трубопроводов и других подземных металлических сооружений.
Безаварийная работа трубопроводов зависит от надежной и бесперебойной работы средств электрохимической защиты от коррозии, надежность работы которых в свою очередь зависит от своевременного и регулярного контроля.
Устройства и системы коррозионного мониторинга и электрохимической защиты магистральных трубопроводов и подземных сооружений различной сложности известны, например, по патенту РФ №59071 (опубл. 10.12.2006) [1].
Известные устройства являются технически сложными и могут работать только с новыми станциями катодной защиты.
Актуальной задачей является создание компактных автономных устройств, устанавливаемых в СКЗ, служащих для автоматизации оперативного контроля параметров электорохимической защиты и дистанционного управления работой устройств КЗ подземных сооружений.
Известен автономный контроллер ROC809 компании Emerson, объединяющий в себе функции контроллера телемеханики (RTU), вычислителя расхода и программируемого логического контроллера (ПЛК) (Интернет-ресурс: www.automatization.ru) [2].
Автономный контроллер имеет многомодульную конструкцию, настенный монтаж, единый системный интерфейс, гальваническую изоляцию каналов.
Открытая конструкция не позволяет использовать этот контроллер без дополнительной оболочки в станциях катодной защиты, для цифрового интерфейса Ethernet требуется установка дополнительного модуля, увеличивающего стоимость изделия.
Известен контроллер (патент на полезную модель RU 64403U1) [3], содержащий брызгозащищенный корпус с кроссплатой, объединяющей набор модулей, решающий задачи автоматизации станций катодной защиты. Известный контроллер является избыточным для целей автоматизации станций катодной защиты. Использование его с полным набором функций для целей катодной защиты является маловероятным ввиду ограниченности набора контролируемых параметров в СКЗ (выходные ток и напряжение, величина защитного потенциала, количество электроэнергии со счетчика). Вследствие избыточности известный контроллер имеет габариты, ограничивающие его возможности по установке внутрь станций катодной защиты.
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание компактного универсального устройства сопряжения станции катодной защиты с внешними устройствами, устанавливаемого внутрь как новых, так и действующих СКЗ.
Технический результат, достигаемый полезной моделью - обеспечение преобразования аналоговых сигналов от СКЗ в цифровые, прием и обработка дискретных сигналов, а также реализация обмена данными с внешними устройствами по цепям последовательного цифрового интерфейса, как в новых, так и в действующих СКЗ.
Сущность полезной модели состоит в том, что устройство сопряжения для СКЗ, представляет собой системный модуль, включающий вычислительное ядро системы, устройства для выполнения основных функций изделия и цифровой последовательный интерфейс, при этом системный модуль выполнен в виде центрального процессора со встроенным аналого-цифровым преобразователем, соединенным с нормирующим устройством, к входу которого подключены цепи аналоговых и дискретных сигналов от СКЗ, обеспечивающим гальваническую изоляцию входных дискретных сигналов, при этом к ЦП подключены цифро-аналоговый преобразователь и устройство коммутации, выходы которых соединены с управляющими входами СКЗ
Сущность полезной модели поясняется следующими графическими материалами.
На фиг.1 показана блок схема заявляемого устройства сопряжения.
На фиг.2 показан общий вид устройства сопряжения.
На фиг.3 показан вид А устройства сопряжения (обрезано).
Устройство сопряжения для СКЗ представляет собой:
присоединяемый к СКЗ системный модуль (СМ) 11, выполненный в виде центрального процессора (ЦП) 2, содержащего вычислительное ядро системы и необходимые устройства (оперативную память, память программ, память данных, таймер реального времени) для выполнения основных функций изделия, встроенные аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3 и цифровой последовательный интерфейс (ЦПИ) 4, посредством которого обеспечивается взаимодействие с внешними устройствами (ВУ) 13;
в системный модуль входят также соединенные с ЦП 2 нормирующее устройство (НУ) 1, устройство коммутации (УК) 5, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 6, формирующий сигналы регулирования, с соответствующими связями.
Общий вид устройства сопряжения для СКЗ приведен на фиг.2 и 3. Оно выполнено в пластмассовом корпусе 14, на боковых торцах которого расположены клеммные соединители 9, при помощи которых осуществляется соединение со станцией катодной защиты 12 (поз.16, 17) и внешними устройствами 13(поз.15). Устройство крепится на DIN-рейку.
Работа устройства сопряжения для СКЗ.
Нормирующее устройство 1 осуществляет приведение разноуровневых аналоговых входных сигналов ТИ 8.1 к единому уровню - входному напряжению аналогово-цифрового преобразователя 3 и гальваническую изоляцию каналов дискретных сигналов ТС 8.2 и ТС 8.3. Нормирующее устройство 1 выполнено с использование точных делителей и усилителей постоянного тока. Гальваническая изоляция осуществляется с использованием оптронов. Центральный процессор 2 с загруженным программным обеспечением, выполняет основные функции заявляемого устройства - прием дискретных сигналов 1.2 и аналоговых сигналов 1.1, поступающих с выхода нормирующего устройства 1, преобразование аналоговых сигналов во встроенном аналого-цифровом преобразователе 3, хранение и передачу данных на внешние устройства 13, обеспечивая по последовательному цифровому интерфейсу 4.1 (RS485) поддержку коммуникационных протоколов в стандарте ModBus RTU. Центральный процессор 2 под управлением загруженного программного обеспечения в соответствии с алгоритмом работы устройства формирует код для цифроаналогового преобразователя 6 и устройства коммутации 5. Цифроаналоговый преобразователь 6 вырабатывает управляющий сигнал на вход 7 управления СКЗ, а устройство коммутации осуществляет коммутацию цепей управления 10.
Каналы телеизмерения устройства рассчитаны на прием либо сигналов напряжения, снимаемых непосредственно с контрольных точек СКЗ в диапазоне от 75 мВ до 100 В, либо унифицированных сигналов (ток 4-20 мА, напряжение 0-10 В,), а также счетных импульсов от счетчика электроэнергии.
Питание устройства сопряжения осуществляется от встроенного в станцию катодной защиты источника постоянного напряжения.
Устройство устанавливают в корпус СКЗ. Цепи 8 контролируемых параметров станции подключают к клеммным соединителям 9 устройства таким образом, что на вход каналов телеизмерения подключают цепи аналоговых сигналов ТИ 8.1 (выходного тока, выходного напряжения, защитного потенциала), а на вход каналов телесигнализации подключают цепи дискретных сигналов ТС 8.2 от датчиков положения дверей, обрыва электрода, неисправности СКЗ. На вход канала счетных импульсов подключают цепи ТС 8.3 с выхода счетчика электроэнергии.
Аналоговые сигналы с выхода СКЗ (выходное напряжение, напряжение с шунта в цепи выходного тока, и напряжение защитного потенциала) по цепям ТИ 8.1 поступают на вход нормирующего устройства 1, где преобразуются к нормальному уровню (0...5 В), и с его выхода нормированные сигналы 1.1 поступают на вход аналого-цифрового преобразователя 3, где преобразуются в цифровой код.
Дискретные сигналы с выхода СКЗ (от датчиков положения дверей, обрыва электрода, неисправности СКЗ) по цепям ТС 8.2, а счетные импульсы от счетчика
электроэнергии по цепи ТС 8.3 поступают на вход нормирующего устройства 1, обеспечивающего их гальваническую изоляцию, преобразование в цифровой код и передачу их по цепям 1.2 на центральный процессор 2.
Центральный процессор 2, содержащий вычислительное ядро системы и необходимые устройства (оперативную память, память программ, память данных, таймер реального времени) для выполнения основных функций изделия, выполняет все вычисления и преобразования данных в требуемый формат, обеспечивает хранение данных, подсчет и накопление импульсов от счетчика электроэнергии, а также поддержку коммуникационных протоколов с внешними устройствами.
В соответствии с алгоритмом работы устройства ЦП 2 выдает команды на коммутационное устройство 5, обеспечивающие включение или отключение управляющих сигналов 10 для цепей телеуправления или на цифро-аналоговый преобразователь 6, формирующий управляющий сигнал 7 на станцию катодной защиты 12.
По цепям 4.1 цифрового последовательного интерфейса устройство может быть соединено с различными устройствами передачи данных 13 (модемы), подключено к устройствам автоматики и телемеханики.
Благодаря своей компактности заявляемое устройство сопряжения для СКЗ может быть использовано с любыми станциями катодной защиты, как выпущенными ранее, так и выпускаемыми в настоящее время. Компактность устройства достигается за счет реализации необходимого и достаточного набора функций в заявляемом устройстве. Устройство обеспечивает прием и преобразование входных сигналов, прием команд управления и передачу данных по последовательному интерфейсу.
Конструктивно устройство выполнено в виде единого модуля, устанавливаемого на DIN рейку и размещаемого внутри СКЗ.
Довольно просто монтируется в уже действующую СКЗ без разборки последней, что позволяет устанавливать устройство в станцию непосредственно на объекте, не останавливая его работу на длительное время.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.
1. Патент на полезную модель РФ №59071. Система коррозионного мониторинга и электрохимической защиты магистральных трубопроводов и подземных сооружений (опубл. 10.12.2006).
2. Автономный контроллер ROC809 компании Emerson. Интернет-ресурс: www.automatization.ru
3. Патент на полезную модель РФ №64403111. Контроллер (опубл.27.06.2007) - прототип.