КОМПЛЕКС ТЕЛЕМЕХАНИКИ

Полезная модель относится к области автоматизации управления технологическими процессами и может быть применена в магистральных трубопроводах, пунктах коммерческого учета газа, пунктах коммерческого учета коммунального хозяйства, электроэнергетике и предприятиях промышленности.
Известны комплексы телемеханики для магистральных газопроводов, обеспечивающие непрерывное дистанционное измерение и контроль технологических параметров рабочего газа (температуры, давления и перепада давления), потенциала катодной защиты, напряжения, выходного тока станций катодной защиты, а также управление и регулирование исполнительными механизмами и телесигнализацию состояния технологических объектов [1] (Москад), [2] (Магистраль-2), [3] (СТН-3000), [4] (УНК ТМ).
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является информационно-измерительный комплекс УНК ТМ на базе КП МР [4], состоящий из аппаратуры пункта управления (ПУ), которая устанавливается в диспетчерском пункте газотранспортного предприятия (на компрессорной станции линейно-производственного управления магистральными газопроводами ЛПУ МГ), аппаратуры нижнего уровня управления - контролируемого пункта (КП), которая устанавливается на линейной крановой площадке магистрального газопровода и аппаратуры канала связи.
ПУ представляет собой комплекс программно-технических средств состоящий из нескольких ПЭВМ (диспетчера, инженера и руководителя), файл-сервера и концентратора информации и обеспечивающий выполнение в автоматическом непрерывном режиме функций измерения технологических параметров, управления выходными параметрами станций катодной защиты,
контроля состояния и управления технологическими объектами на крановых площадках магистрального газопровода.
ПУ обеспечивает:
- автоматический сбор данных и их обработку в соответствии с заданными алгоритмами;
- регистрацию, архивирование и хранение в течение не менее 30 суток информации о действиях оператора и других системных событиях;
- отображение на экране монитора текущей и ретроспективной информации о состоянии контролируемого процесса (объекта) в виде мнемосхем, таблиц, графиков;
- выдачу и отслеживание этапов выполнения команд телеуправления и телерегулирования технологическими процессами (объектами);
- звуковую и цветовую аварийную и предупредительную сигнализации;
- контроль доступа к функциям управления и изменения параметров конфигурации;
- включение/выключение из режима опроса как конкретных датчиков, так и полностью КП;
- сбор и отображение данных с вычислителей расхода газа;
- синхронизацию времени ПУ и КП;
- вывод на печать протоколов (журналов) событий с выборкой по типам событий и времени их возникновения;
- взаимодействие с системами управления вышестоящего уровня.
КП состоит из устройства связи, микропроцессорного контроллера, устройства согласования с объектом и устройства бесперебойного питания.
Комплекс телемеханики, состоящий из ПУ и нескольких КП, функционирует под управлением программного обеспечения, обеспечивающего непрерывный сбор технологической информации, ее отображение и архивирование на ПЭВМ.
Связь между верхним уровнем (ПУ) и нижним уровнем (КП) осуществляется по каналам связи, организованным из модемов, радиостанций и радиомодемов. Структура каналов связи с КП может быть радиальная, цепочная или их комбинация.
Недостатками известного комплекса являются: существенное увеличение времени доставки сообщения об аварийном изменении параметров при увеличении числа КП, отсутствие в комплексе функций кодирования/декодирования передаваемой информации с исправлением ошибок, что снижает достоверность передаваемой информации, уровень криптографической защиты, а также увеличивает погрешность измерений при работе комплекса вблизи различных источников помех.
Техническим результатом полезной модели являются:
- расширение функциональных возможностей и, как следствие, области применения комплекса телемеханики, а именно использование его для автоматического управления газораспределительными станциями (ГРС), объектами коммунального хозяйства и промышленности, автоматического регулирования исполнительными механизмами, охраны и видеонаблюдения;
- повышение надежности управления технологическим оборудованием;
- повышение достоверности передаваемой информации;
- повышение криптографической защиты информации;
- повышение точности измерения и уменьшение погрешности измерений технологических параметров;
- повышение надежности работы в жестких климатических условиях.
Технический результат достигается тем, что в комплекс телемеханики, состоящий из пункта управления, подключенного через модемы к контролируемым пунктам и через радиостанции к другим контролируемым пунктам, в том числе сателлитным контролируемым пунктам, подключенным к удаленному технологическому оборудованию и к основному контролируемому пункту, радиостанции выполнены двухканальными и соединены с телефонными аппаратами, введены устройства кодирования/декодирования передаваемой информации с возможностью использования числового кодирования с дополнительной информационной избыточностью при передаче старших битов сообщений, обеспечивающего высокую точность телеизмерений, подключенные к пункту управления и модемам и радиостанциям; в состав контролируемого пункта введены устройство сбора и обработки информации (УСОИ), содержащее микропроцессорное устройство и устройство защиты от помех (клеммник), через которое УСОИ подключено к технологическому оборудованию; устройство сопряжения с системой коррозионного мониторинга (СКМ), подключенное к системе коррозионного мониторинга и микропроцессорному устройству; система автоматического регулирования расхода САУр, подключенная к блоку управления краном-регулятором и к микропроцессорному устройству; система автоматического управления газораспределительными станциями (ГРС), подключенная к аппаратуре управления ГРС и к микропроцессорному устройству; система охраны и видеонаблюдения подключенная к охранным датчикам и камерам
видеонаблюдения и к микропроцессорному устройству, причем микропроцессорное устройство содержит управляемый операционной системой реального времени QNX микропроцессорный контроллер, плату питания, плату расширения портов и функциональные модули аналогового и дискретного ввода/вывода, объединенные пассивной шиной управления/данных ISA.
На фиг.1 показана общая структурная схема построения комплекса телемеханики.
Комплекс телемеханики (фиг.1) состоит из аппаратуры пункта управления (ПУ) 1, подключенного через устройства кодирования/декодирования (кодек) 2 передаваемой информации и радиостанции (PC) 3 и модемы 4 к контролируемым пунктам (КП) 5, расположенным на крановых площадках магистральных газопроводов. К радиостанциям 3 подключены телефонные аппараты (ТЛФ) 6. К КП 5 может быть подключен переносной компьютер типа Notebook 7.
Аппаратура КП 5 построена по функционально-модульному принципу.
Микропроцессорное устройство состоит из микропроцессорного контроллера (МПК) 8 и функциональных модулей.
- МПК 8 является интеллектуальным ядром УСОИ (и КП), который подключен через пассивную шину управления/данных ISA к плате расширения портов 9, плате питания 10 и функциональным модулям аналогового и дискретного ввода/вывода, к которым подключено технологическое оборудование 11.
- модуль AI 12 аналогового ввода/вывода выполняет функции телеизмерения (ТИ) и телерегулирования (ТР). Модуль AI обеспечивает преобразование сигналов ТИ в цифровой код, которые поступают по шине ISA на МПК. В каналах измерения защитного потенциала (ПКЗ) и напряжений питания
(сетевого и резервного) установлены преобразователи аналоговых сигналов, которые помимо преобразования входных сигналов в унифицированное напряжение (или ток) обеспечивают межканальную гальваническую изоляцию по каждому входу ТИ. Модуль AI обеспечивает преобразование цифрового кода ТР, поступающего по шине ISA из микропроцессорного контроллера, в пропорциональное напряжение от 0 до 5 В. Сигнал ТР в виде напряжения поступает на преобразователь аналоговых сигналов, преобразуется в унифицированный токовый сигнал от 0 до 20 мА и через устройство грозо-(помехо-)защиты (выход ТР) подается на вход объекта телерегулирования;
- модуль DO 13 дискретного вывода выполняет функции телеуправления (ТУ). Сигнал ТУ от МПК по шине ISA поступает на модуль DO, включенный в режим с открытым коллектором, затем через клеммную плату на исполнительные реле. Исполнительные реле подключаются к исполнительным механизмам и обеспечивают коммутацию постоянного напряжения 24±3 В, или 110±11 В;
- модуль DI 14 дискретного ввода выполняет функции телесигнализации (ТС). Модуль DI производит опрос «сухих контактов» токовым сигналом 5 мА, преобразование сигнала ТС в цифровой код и последующую передачу на микропроцессорный контроллер по шине ISA;
- плата питания 10 выполняет функции электропитания МПК 8 и модулей 9, 12, 13, 14.
Все внешние входные и выходные сигналы поступают к функциональным модулям аналогового и дискретного ввода/вывода через устройства грозо-(помехо-)защиты или клеммник 15.
Кроме того, в состав КП 5 входит:
- источник бесперебойного электропитания (ИБП) 16, обеспечивающий электропитанием всю аппаратуру КП, и состоящий из преобразователя переменного напряжения сети 220 В в постоянное напряжение 24 В и аккумуляторных батарей;
- счетчик сигналов (СС) 17, выполняющий считывание сигналов от турбинных и ротационных счетчиков расхода газа 18, и состоящий из входных узлов опторазвязки, программируемой схемы антидребезга, делителей и регистров хранения информации.
К МПУ по интерфейсу удаленного доступа RS-485 подключены:
- сателлитный контролируемый пункт (СКП) 19, предназначенный для контроля малоинформативных объектов (например, отдельностоящего удаленного от КП 5 крана 20);
- контроллер СКЗ 21, осуществляющий контроль параметров удаленных от КП 5 станций катодной защиты (СКЗ) 22, а именно выходного напряжения, выходного тока и потенциала катодной защиты;
- система автоматического регулирования расхода САУр 23, осуществляющая автоматическое регулирование исполнительными механизмами (клапанами регуляторами) по ПИД закону;
- система автоматического управления газораспределительными станциями САУ ГРС 24.
- система охраны и видеонаблюдения.
В КП 5 также входит блок контроля конечных положений запорной арматуры (БКП) 25, выполненный на базе оптоэлектронной пары, поток инфракрасного излучения через которую прерывается шторкой, механически соединенной с валом запорной арматуры.
Функционирование комплекса телемеханики осуществляется следующим образом. От технологического оборудования 11 сигналы ТИ 0-20 мА, пропорциональные физическим параметрам (давление, температура) поступают на устройство защиты от помех (клеммник) 15 и через него на модули AI 12, которые осуществляют их преобразование в цифровую форму и программную обработку (усреднение и сравнение с заданным значением).
Схема построения каналов ТИ обеспечивает прием и преобразование в цифровой код аналоговых сигналов от датчиков физических параметров температуры, давления, перепада давления и датчиков измерения потенциала «труба-земля». С целью уменьшения погрешностей при передаче телеизмерений используется числовое кодирование с индивидуальными битовыми сигналами с дополнительной информационной избыточностью при передаче старших битов.
При отклонении от заданного значения сигналы ТИ преобразуются в помехоустойчивый цифровой код, который передается через PC 3 или модем 4 на ПУ 1. На ПУ 1 производится обратное преобразование из цифрового кода в значения ТИ физической размерности (давление, температура), которое отображается и архивируется ПУ 1.
Расчет расхода газа производится на основе данных, полученных от счетчиков расхода газа 18. Сигналы со счетчиков расхода газа 18 в виде импульсов поступают на вход модуля СС 17, где происходит их преобразование в код, который передается в МПК 8. Вычисление расхода производится программным обеспечением КП 5, записанным в МПК 8.
Аналогичным образом с КП 5 на ПУ 1 передаются сигналы ТС и контроля целостности цепей соленоидов (КС). Отличие состоит в различном уровне омического сопротивления проверяемых цепей. Принятые ПУ 1 сигналы ТИ, ТС, КС передаются на верхний уровень компрессорной станции.
Команды телеуправления (ТУ) и телерегулирования (ТР) передаются с ПУ 1 в виде помехоустойчивого цифрового кода через PC 3 или модем 4 на КП 5. В МПК 8 происходит дешифрация кода принятых команд ТУ и ТР, которые через модули DO 13 и AI 12 преобразуются в соответствующие силовые сигналы телеуправления с напряжением 0-24 В или 0-110 В и сигналы телерегулирования 0-20 мА, подаваемые на объекты управления технологического оборудования.
Сигналы диспетчерской (речевой) связи передаются/принимаются через телефонные аппараты ТЛФ 6 на PC 3 (по отдельному каналу).
Текстовые сообщения (телеграммы) передаются/принимаются через переносной компьютер типа Notebook 7, подключаемый к одному из КП 5.
Контроль отдельно-стоящих удаленных технологических объектов ведется через СКП 19. Сигналы ТИ, ТС от объекта типа кран 20 поступают на СКП 19, где производится их программная обработка и преобразование в цифровой код, который по интерфейсу RS485 поступает на УСОИ из состава КП 5. С КП 5 цифровой код ретранслируется на ПУ 1 через PC 3 или модем 4. Сигналы ТУ от ПУ 1 до объекта кран 20 передаются в обратной последовательности.
Контроль станций катодной защиты 22 осуществляется специализированным контроллером СКЗ 21. Сигналы телеизмерений и телесигнализации с СКЗ 22 поступают на контроллер СКЗ 21, где производится их обработка и преобразование в цифровой код. Далее эти сигналы передаются по интерфейсу RS485 на УСОИ из состава КП 5, который как ретранслятор передает их дальше на ПУ 1. Команды ТУ и ТР передаются от ПУ 1 через PC 3 или модем 4 на КП 5 и от него в виде цифрового кода на контроллер СКЗ 21, который преобразует их в управляющие сигналы, подаваемые на СКЗ 22.
Улучшенные технико-экономические показатели полезной модели достигаются за счет оптимизации структуры комплекса телемеханики, что исключает избыточность технических средств, уменьшения затрат на кабельную продукцию, снижения трудоемкости на ввод в эксплуатацию, техническое и ремонтное обслуживание.
Таким образом, использование заявляемой полезной модели позволит существенно (не менее чем в 1,5 раза) сократить затраты на комплексную автоматизацию ЛПУ МГ, с учетом ГРС и СКЗ.
Литература:
1. Системы диспетчерского контроля и управления. Каталог. ООО «НПА ВИРА РЕАЛТАЙМ»
2. Комплекс телемеханики «Магистраль-2». Руководство по эксплуатации
3. Рекламно-информационные материалы АО «Атлантиктрансгазсистема» по системе телемеханики СТН-3000.
4. Патент на полезную модель RU 29594 U1. Комплекс телемеханики (прототип).