СТАНЦИЯ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ

Полезная модель относится к области защиты сооружений от коррозии, может быть также использована в других применениях, требующих мощных источников постоянного тока.
Известна станция катодной защиты по патенту РФ на полезную модель №61714, C23F 13/00, 2007. Станция содержит выпрямители, силовой преобразователь, трансформатор, фильтры, измерительный блок, соединенный с блоком управления станции. Недостатком станции является то, что она не содержит устройства связи (модуль связи) обеспечивающего взаимодействие с удаленными системами АСУ ТП по проводным линиям связи, каналам связи GSM и каналам низовой радиосвязи УКВ, что снижает ее функциональные возможности.
Известна станция катодной защиты по патенту РФ на полезную модель №23439, C23F 13/00, F16L 58/00, 2002. Станция содержит фильтры, выпрямители, источник питания, измеритель, корректор коэффициента мощности с датчиком тока и схемой управления, ШИМ-преобразователь напряжения со схемой управления. Недостатком станции является то, что ее конструктивное исполнение не позволяет подключать датчики температуры, давления, вязкости, расхода и т.п. Кроме того, станция не содержит устройства, осуществляющего сбор, обработку и хранение (архивирование) информации, что снижает ее функциональные возможности.
В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбран адаптер телеметрический по патенту РФ на полезную модель №90278, Н03М 1/00, 2009. Адаптер содержит управляющий контроллер с АЦП и ЦАП, ОЗУ и ПЗУ, встроенный загрузчик, технологический TTL порт, модуль питания, функциональные модули, модуль дискретного ввода, модуль ввода аналоговых сигналов, модуль дискретных выходов с гальванической развязкой, модуль аналогового входа, модуль интерфейса «аналоговая токовая петля», модуль цифровых интерфейсов, модуль связи. Недостатком адаптера является невозможность оперативно контролировать и изменять параметры его модулей, использовать любой из имеющихся в нем модулей ведущим, что ограничивает возможность применения адаптера.
Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей, в том числе в обеспечении возможности функционирования станции катодной защиты с неисправным или отсутствующим модулем управления.
Технический результат обеспечивается тем, что станция катодной защиты содержит модуль управления, модуль аналоговых интерфейсов, модуль цифровых интерфейсов, модуль связи, согласно полезной модели, станция дополнительно содержит интегрированную аналого-цифровую шину управления, объединяющую модуль управления, модуль цифровых интерфейсов, модуль связи, силовые модули аналоговые и силовые модули цифровые, связанные с быстродействующим ключом. Модуль управления станции содержит встроенные АЦП и ЦАП, процессор с ОЗУ и ПЗУ.
Технический результат достигается за счет того, что интегрированная аналого-цифровая шина управления позволяет объединять в одну систему силовые и исполнительные модули. Кроме того, интегрированная аналого-цифровая шина управления объединяет в себе все сигналы, необходимые для контроля и управления модулями. Силовые модули аналоговые обеспечивают генерацию постоянного тока по сигналам от модуля управления. В интегрированной аналого-цифровой шине управления имеются сигналы управления, обеспечивающие выравнивание выходных токов от нескольких силовых модулей аналоговых при их параллельной работе на общую нагрузку. Силовые модули цифровые имеют в своем составе программируемые источники тока, встроенные управляющие контроллеры и АЦП, органы управления и отображения, что позволяет оперативно контролировать и изменять параметры модулей, назначать любой из силовых модулей ведущим, обеспечивая, таким образом, возможность функционирования станции катодной защиты с неисправным или отсутствующим модулем управления. При выходе из строя модуля управления ведущим назначается модуль, имеющий наименьший адрес на интегрированной аналого-цифровой шине управления. Встроенные управляющие контроллеры, объединенные в сеть интегрированной аналого-цифровой шиной управления, а также входящие в состав силовых модулей цифровых АЦП позволяют объединять несколько модулей для работы на общую нагрузку, обеспечивая при этом равномерное распределение мощностей модулей, а также обеспечивать «горячее резервирование» системы или распараллеливание модулей для работы на разные нагрузки в пределах одной станции катодной защиты. «Горячее резервирование» означает, что «резервные» модули (силовые модули аналоговые и силовые модули цифровые) постоянно находятся во включенном состоянии и при отказе модуля управления мгновенно в работу включается один из «резервных» модулей. Наличие быстродействующего ключа, связанного с силовыми модулями аналоговыми и силовыми модулями цифровыми обеспечивает программно управляемое подключение/отключение объекта защиты к станции катодной защиты, что позволяет формировать циклы поляризации длительностью менее 1 мс. Высокое проходное сопротивление ключа (десятки МОм) в выключенном состоянии обеспечивает высокую точность измерения поляризационного потенциала объекта.
На фигуре представлена блок-схема станции катодной защиты.
Станция катодной защиты содержит модуль управления 1, модуль аналоговых интерфейсов 2, модуль цифровых интерфейсов 3, модуль связи 4, интегрированную аналого-цифровую шину управления 5, силовые модули аналоговые 6 и 7, силовые модули цифровые 8 и 9, связанные с быстродействующим ключом 10.
Станция катодной защиты работает следующим образом.
Модуль управления 1 с встроенными АЦП и ЦАП, процессором с ОЗУ и ПЗУ осуществляет контроль и управление работой станции катодной защиты, преобразует аналоговые и цифровые сигналы, осуществляет обмен данными по аналоговым и цифровым интерфейсам. Измерение уровней контролируемых аналоговых сигналов осуществляется встроенными 10-ти разрядными АЦП. Для управления внешними устройствами с помощью 10-ти разрядного ЦАП формируется программируемое постоянное выходное напряжение. Оперативная рабочая информация хранится во встроенном в модуль управления 1 ОЗУ. Внутренняя карта памяти ПЗУ с перепрограммируемой памятью программ (32 KB Flash) с встроенным универсальным загрузчиком и технологическим портом позволяют обновлять программное обеспечение. Возможность установки в модуль управления 1 сменной карты памяти SD емкостью не менее 4 Гб позволяет вести архивы параметров системы ЭХЗ (электрохимическая защита) длительностью не менее 3-х месяцев. Модуль аналоговых интерфейсов 2 обеспечивает работу станции в составе стандартных промышленных систем телемеханики, использующих для передачи данных токовые сигналы в диапазоне 0…20 и/или 4…20 мА. Модуль аналоговых интерфейсов 2 обеспечивает формирование в трех выходных каналах токовых сигналов, пропорциональных параметрам системы ЭХЗ, а также управление выходным током станции по сигналам с центра управления. Модуль цифровых интерфейсов 3 предназначен для подключения к станции дополнительных устройств, а также объединения нескольких станции катодной защиты в пределах одного объекта в единую систему. Модуль связи 4 содержит гальванически развязанные от всех цепей станции катодной защиты интерфейсы RS-485 и/или CAN, дополнительный сервисный интерфейс RS-232 и оптронный выход управления «прием-передача», что позволяет подключать станцию к компьютеру через «нуль-модемный» кабель для настройки и диагностики, а также использовать для передачи данных любой стандартный проводной GSM или радиомодем. Модуль связи 4 обеспечивает взаимодействие станции катодной защиты с удаленными АСУ ТП по проводным линиям связи, каналам связи GSM и каналам низовой радиосвязи УКВ. Модуль связи 4 поддерживает стандартные функции протокола ModBus. Поддержка встроенным программным обеспечением модуля связи 4 «двойной» адресации регистров, доступных функциям протокола ModBus происходит за счет того, что регистры модуля имеют по несколько уникальных адресов в различных областях внутренней карты памяти и доступны всем обрабатываемым модулем функциям протокола ModBus. Это обеспечивает возможность чтения или записи всего набора входов/выходов и регистров протокола ModBus в одном запросе, что позволяет уменьшить время реакции системы телемеханики, что особенно актуально при работе на низких скоростях обмена, например, на двухпроводных линиях связи большой протяженности, на каналах ТЧ (тональная частота). Интегрированная аналого-цифровая шина управления 5 позволяет объединять в одну систему силовые и исполнительные модули различной конструкции. Силовые модули аналоговые 6 и 7 обеспечивают генерацию постоянного тока по сигналам от модуля управления 1. В составе интегрированной аналого-цифровой шины управления 5 имеются сигналы управления, обеспечивающие выравнивание выходных токов от нескольких силовых модулей аналоговых 6 и 7 при их параллельной работе на общую нагрузку. Силовые модули цифровые 8 и 9, имеющие в своем составе программируемые источники тока, встроенные управляющие контроллеры и АЦП, органы управления и отображения, позволяют оперативно контролировать и изменять параметры модулей, назначать любой из силовых модулей ведущим, обеспечивая, таким образом, возможность функционирования станции катодной защиты с неисправным или отсутствующим модулем управления 1. Быстродействующий ключ 10 обеспечивает программно управляемое подключение/отключение объекта защиты к станции катодной защиты, что позволяет формировать циклы поляризации длительностью менее 1 мс, высокое проходное сопротивление ключа (десятки МОм) в выключенном состоянии обеспечивает высокую точность измерения поляризационного потенциала защищаемого объекта.
При необходимости, путем изменения программных настроек станция катодной защиты может быть перенастроена для других применений, требующих использования управляемых источников тока большой мощности (гальванические процессы, заряд аккумуляторных батарей и т.п.).
Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет расширить функциональные возможности устройства, в том числе обеспечить возможность функционирования станции катодной защиты с неисправным или отсутствующим модулем управления. Кроме того, заявляемая полезная модель позволяет изменять модульную систему ЭХЗ без остановки оборудования, подключать к системе различные дополнительные датчики и устройства, производить сбор и накопление данных, обеспечивать передачу данных и управление объектом в системе АСУ ТП.