СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВНУТРИТРУБНЫМ ОБЪЕКТОМ
METHOD AND DEVICE FOR CONTROL OF IN-LINE UNIT

Заявленный способ относится к способам неразрушающего контроля качества магистральных газопроводов, в частности, к способам внутритрубной дефектоскопии газопроводов с помощью дефектоскопов-снарядов (см. «Техника и технология транспорта и хранения нефти и газа»/Под редакцией д.т.н. В.Ф. Новоселова. -М.: Недра, 1992, с.210).
Заявленное устройство относится к системам дистанционного управления дефектоскопом-снарядом путем передачи и приема низкочастотного информационного сигнала через стенку газопровода на низкочастотные приемо-передающие устройства, размещенные в камерах запуска-приема, и далее по линии связи, в качестве которой используется труба магистрального газопровода, на приемо-передающее устройство метрового диапазона, установленное на дефектоскопе-снаряде.
Известно «Устройство для определения местонахождения очистных и диагностических снарядов в трубопроводе» (патент RU 2110729, МПК F17D 5/00, дата публикации 10.05.1998). Устройство включает в себя передатчик, монтируемый на снаряде, и приемник с антенной для приема сигналов передатчика, располагаемый над трубопроводом. Передатчик излучает сигналы в диапазоне частот 7-11 Гц со скважностью, которая устанавливается в зависимости от скорости движения снаряда. Передатчик содержит герметичный контейнер, в котором размещены автономный источник питания, соединенный через электронный ключ, управляемый блоком контроля напряжения питания, с модулятором, выход которого соединен с генератором, выход последнего соединен с излучающей антенной. Приемник сигнала передатчика содержит дешифратор, вход которого соединен с выходом усилителя-преобразователя, а выход - с устройством контроля и индикации.
Известны «Способ и устройство для маркирования и управления внутритрубными объектами» (патент RU 2215932, МПК F17D 5/00, дата публикации 10.11.2003) с помощью низкочастотного передатчика электромагнитных колебаний, расположенного со стороны, противоположной расположению указанного устройства относительно стенки трубопровода.
Основным недостатком известных способов и устройств является ограниченное расстояние, на котором может поддерживаться обмен данными с внутритрубным объектом, т.е. наземный приемопередатчик должен находиться в непосредственной близости от объекта при его передвижении по трассе магистрального трубопровода
Известен «Способ обмена данными и управления внутритрубными объектами» (патент RU 2216686, МПК F17D 5/00, дата публикации 20.11.2003) путем излучения электромагнитных колебаний внутри или вне трубопровода и приема указанных колебаний с противоположной стороны относительно стенки трубопровода, при приеме электромагнитных колебаний формируют электрические сигналы, соответствующие принятым электромагнитным колебаниям, отличающийся тем, что излучают и принимают высокочастотные электромагнитные колебания частотой не менее 1 кГц, электромагнитные колебания излучают пачками в виде кодированных последовательностей импульсов излучения на расстоянии не более 100 м от арматуры трубопровода, образующей радиопрозрачную щель между полостью трубопровода и пространством вне трубопровода.
Основным недостатком указанного способа обмена данными с внутритрубным объектом является ограниченное расстояние, на котором может поддерживаться устойчивая радиосвязь, а также необходимость выбирать точки вне трубопровода для поддержания устойчивой радиосвязи в местах с предполагаемым наличием радиопрозрачной щели (в районах задвижек, клапанов, камер запуска-приема и т.д.).
Известен «Способ управления двухмодульным дефектоскопом-снарядом в процессе внутритрубной дефектоскопии и устройство для его осуществления» (патент RU 2425278, МПК F17D 5/00, дата публикации 27.07.2011), заключающийся в том, что информация о состоянии трубопровода, получаемая в процессе движения дефектоскопа-снаряда по трубопроводу в потоке транспортируемого газа, передается с борта дефектоскопа-снаряда по радиосвязи в метровом диапазоне длин волн по трубопроводу на насосные станции, расположенные на трубопроводе, между которыми находится дефектоскоп-снаряд, обрабатывается на насосных станциях, и по результатам обработки с насосных станций по радиолинии в этом же частотном диапазоне подаются команды на дефектоскоп-снаряд для его управления в процессе перемещения по трубопроводу.
Устройство для осуществления данного способа снабжено тремя комплектами приемников и передатчиков, первый комплект установлен на начальной насосной станции, в первом комплекте приемника на его выходе установлен и соединен с ним блок обработки информации, на входе первого комплекта передатчика установлен и соединен с ним блок формирования команд управления, а приемник и передатчик соединены с антенным коммутатором, обеспечивающим подключение антенны к приемнику или передатчику. При этом антенна имеет диаграмму направленности в сторону дефектоскопа-снаряда. Второй комплект приемника и передатчика выполнен аналогично первому комплекту и установлен на следующей насосной станции, в сторону которой двигается дефектоскоп-снаряд. На дефектоскопе-снаряде установлен третий комплект приемника и передатчика, на выходе приемника установлен дешифратор команд управления, последовательно соединенный с приемником и системой управления дефектоскопом-снарядом. На входе передатчика установлены и последовательно соединены с ним модулятор и локальный коммутатор опроса телеметрических параметров. Приемник и передатчик соединены с антенным коммутатором, коммутирующим две линейно-поляризованных антенны, каждая из которых выполнена в виде двух вибраторов, расположенных в одной плоскости в торцевой части дефектоскопа-снаряда.
Недостатком известного способа и устройства управления двухмодульным дефектоскопом-снарядом является необходимость доработки конструкции насосных станций по всем трассам магистральных трубопроводов, подлежащих внутритрубной дефектоскопии. Доработка конструкции насосных станций связана с необходимостью выноса антенных устройств приемников и передатчиков внутрь трубопровода, что требует применения соответствующих мер обеспечения взрывобезопасности.
Кроме этого, устройство для управления двухмодульным дефектоскопом-снарядом содержит аэродинамический винт, вращение которого в потоке транспортируемого газа будет оказывать экранирующее и модулирующее воздействие на радиосигнал, принимаемый и передаваемый приемником и передатчиком, установленными на дефектоскопе-снаряде.
Задачей группы изобретений является создание технологии, обеспечивающей устойчивую работы канала управления внутритрубным объектом без проведения доработки конструкции насосных станций.
Предлагаемый способ управления внутритрубным объектом с привязкой его положения к текущим координатам в процессе проведения диагностики трубопровода путем накопления диагностической и телеметрической информации заключается в управлении внутритрубным объектом с помощью команд управления по двум каналам управления - низкочастотному электромагнитному каналу и радиоканалу метрового диапазона волн, причем низкочастотные электромагнитные сигналы излучают и принимают с помощью приемо-передающего оборудования, установленного вне и внутри трубопровода, а сигналы, передающиеся по радиоканалу метрового диапазона волн, излучают и принимают с помощью приемо-передающего оборудования, установленного внутри трубопровода, используя его в качестве волновода, с размещением одного комплекта приемо-передающего оборудования метрового диапазона волн на внутритрубном объекте, передачу команды управления осуществляют последовательно по двум каналам управления, при этом первоначально команду управления по низкочастотному электромагнитному каналу с помощью приемо-передающего оборудования, установленного вне трубопровода, передают через стенку внутрь трубы и принимают приемо-передающим оборудованием, установленным внутри трубопровода, затем команду управления преобразуют и с помощью приемо-передающего оборудования метрового диапазона волн, размещенного внутри трубопровода, передают по радиоканалу на приемо-передающее оборудование, размещенное на внутритрубном объекте, передачу квитанции о выполнении внутритрубным объектом команды управления осуществляют последовательно по двум каналам управления, при этом первоначально квитанцию по радиоканалу метрового диапазона волн с помощью приемно-передающего оборудования, размещенного на внутритрубном объекте, передают на приемо-передающее оборудование метрового диапазона волн, размещенное внутри трубопровода, затем квитанцию преобразуют и по низкочастотному электромагнитному каналу с помощью приемо-передающего оборудования, установленного внутри трубопровода, передают через стенку трубы наружу и принимают приемо-передающим оборудованием, установленным вне трубы, а передачу накапливаемой на внутритрубном объекте, диагностической и телеметрической информации осуществляют с помощью приемо-передающего оборудования метрового диапазона волн, размещенного на внутритрубном объекте принимают приемо-передающим оборудованием, размещенным в трубопроводе, и фиксируют в запоминающем устройстве, входящем в его состав, для последующей обработки и расшифровки.
Устройство для управления внутритрубным объектом, содержащее три комплекта приемо-передающего оборудования метрового диапазона волн и четыре комплекта низкочастотного приемо-передающего оборудования, причем комплекты приемо-передающего оборудования метрового диапазона установлены один в начале и один в конце внутри контролируемого участка магистрального газопровода, а один комплект установлен на внутритрубном объекте, в составе которого имеются две антенны с диаграммами направленности в начало и в конец контролируемого участка, соединенные через антенный коммутатор с двумя ветвями приемной и передающей, в приемной ветви последовательно соединены антенный коммутатор, приемник, дешифратор, система управления внутритрубного объекта, блок обработки телеметрической информации, в передающей ветви последовательно соединены антенный коммутатор, передатчик, модулятор, система обработки информации, блок обработки диагностической информации, причем система управления внутритрубного объекта имеет связь с системой обработки информации, каждый из двух комплектов приемо-передающего оборудования метрового диапазона, установленных в начале или в конце внутри контролируемого участка магистрального газопровода, имеет в своем составе антенну и соединенные с ней через антенный коммутатор две ветви - приемную и передающую, в приемной ветви последовательно соединены антенный коммутатор, приемник, дешифратор, формирователь, причем с дешифратором соединено запоминающее устройство, в передающей ветви последовательно соединены антенный коммутатор, передатчик, модулятор, формирователь, из четырех комплектов низкочастотного приемо-передающего оборудования два комплекта установлены один в начале и один в конце вне контролируемого участка магистрального газопровода, а два других комплекта установлены один в начале и один в конце внутри контролируемого участка магистрального газопровода и имеют в своем составе антенну и соединенные с ней через антенный коммутатор две ветви: приемную и передающую, в приемной ветви последовательно соединены антенный коммутатор, усилитель преобразователь, дешифратор, формирователь, в передающей ветви последовательно соединены антенный коммутатор, генератор низкочастотный, модулятор, формирователь, каждый из двух комплектов низкочастотного приемо-передающего оборудования, установленных один в начале и один в конце вне контролируемого участка магистрального газопровода, имеют в своем составе антенну низкочастотную и соединенные через антенный коммутатор две ветви приемную и передающую, в приемной ветви последовательно соединены антенный коммутатор, усилитель преобразователь, дешифратор, устройство контроля и индикации, в передающей ветви последовательно соединены антенный коммутатор, генератор низкочастотный, модулятор, блок формирования команд управления, командная панель, комплект низкочастотного приемо-передающего оборудования и комплект приемо-передающего оборудования метрового диапазона волн, устанавливаемые в начале и в конце внутри контролируемого участка магистрального трубопровода, объединены попарно в комбинированные приемопередатчики, размещаемые в камере запуска и в камере приема внутритрубного объекта, а формирователь комбинированного приемопередатчика выполнен с возможностью преобразования сигнала из структуры низкочастотного сигнала в структуру сигнала метрового диапазона волн.
Комплекты низкочастотного приемо-передающего оборудования, устанавливаемые вне контролируемого участка магистрального трубопровода, могут быть выполнены в виде наземного пульта управления, размещаемого рядом с камерой запуска и с камерой приема внутритрубного объекта.
Заявленный способ управления заключается в управлении внутритрубным объектом по двум одновременно действующим информационным каналам:
- низкочастотному электромагнитному каналу между наземным пультом управления и комбинированным приемопередатчиком;
- радиоканалу в метровом диапазоне волн между комбинированным приемопередатчиком и объектом управления.
На внутритрубном объекте устанавливается приемопередатчик, работающий в метровом диапазоне волн, для приема команд управления и передачи телеметрической информации о выполнении штатных режимов работы на комбинированные приемопередатчики, установленные в камерах запуска и приема внутритрубного объекта в начале и в конце проверяемого участка магистрального трубопровода.
Комбинированный приемопередатчик объединяет в себе два канала приема и передачи информации:
- по низкочастотному электромагнитному каналу происходит обмен информацией через стенку трубы трубопровода между одним из наземных пультов управления, размещенных с наружной стороны трубопровода рядом с камерой запуска (или приема) объекта и (ближайшим) комбинированным приемопередатчиком, установленным в камере запуска (или приема) внутритрубного объекта;
- по радиоканалу в метровом диапазоне волн происходит обмен информацией между внутритрубным объектом, находящемся внутри магистрального трубопровода, и одним (ближайшим) комбинированным приемопередатчиком, установленным в камере запуска (или приема) внутритрубного объекта; при этом труба трубопровода используется в качестве волновода для передачи радиосигнала;
Таким образом, команда управления от пульта по низкочастотному электромагнитному каналу сначала поступает на комбинированный приемопередатчик и затем после преобразования по радиоканалу в метровом диапазоне волн - на внутритрубный объект. В обратном направлении от объекта следует квитанция о выполнении команды управления.
В состав приборного комплекта комбинированного приемопередатчика входит запоминающее устройство (ЗУ), используемое для временного хранения массивов диагностической и телеметрической информации, передаваемой с внутритрубного объекта по радиоканалу.
Команды управления внутритрубным объектом выдает оператор с приемопередатчика наземного пульта управления, размещаемого рядом с камерой запуска, по низкочастотному электромагнитному каналу в виде серии импульсов, модулированных по времени. Низкочастотный сигнал (~22 Гц) проходит через стенку камеры запуска и принимается приемником комбинированного приемопередатчика, размещаемого на днище камеры запуска после запасовки в нее внутритрубного объекта. После соответствующего преобразования, дешифрации, повторного преобразования и шифрации радиосигнал команды управления в виде серии импульсов, модулированных по времени и частоте, излучается антенной передатчика комбинированного приемопередатчика из камеры запуска внутрь трубопровода и принимается антенной приемника приемопередатчика, размещенного на внутритрубном объекте. Принятый сигнал команды управления после дешифрации передается в систему управления внутритрубного объекта для выполнения соответствующего режима работы. Радиосигнал квитанции о выполнении устройством принятой команды управления в виде серии импульсов, модулированных по времени и частоте, излучается антенной передатчика внутритрубного объекта и принимается антенной приемника комбинированного приемопередатчика в камере запуска. Приведенное направление обмена информацией между оператором и внутритрубным объектом от камеры запуска до объекта меняется, когда объект проходит половину контролируемого участка магистрального трубопровода, тогда оператор размещается у камеры приема объекта. Массивы диагностической и телеметрической информации, накапливаемые на внутритрубном объекте в процессе его перемещения по магистральному трубопроводу, передаются по радиоканалу и принимаются комбинированными приемопередатчиками, установленными в камерах запуска или приема объекта.
Запорные краны, установленные после камеры запуска и перед камерой приема внутритрубного объекта при проведении диагностики заданного участка магистрального трубопровода, открыты.
Предлагаемое устройство для управления внутритрубными объектами рассмотрено на примере аппарата внутритрубного контроля (патент RU 2451867, МПК F16L 55/26, F16L 101/30, дата публикации 27.05.2012).
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 изображен общий вид контролируемого участка магистрального трубопровода с находящемся в нем аппаратом внутритрубного контроля.
На фиг.2 представлена блок-схема наземного пульта управления.
На фиг.3 представлена блок-схема комбинированного приемопередатчика.
На фиг.4 представлена блок-схема приемопередатчика, устанавливаемого на аппарате внутритрубного контроля.
Аппарат внутритрубного контроля (далее по тексту - аппарат) 3, изображенный на фиг.1, показан в двух позициях. В позиции 3 аппарат находится в камере запуска 2, в позиции 3* аппарат находится внутри контролируемого участка магистрального трубопровода. Позиции 1, 7 - герметичные крышки камеры запуска 2 и камеры приема 6. Позиции 4, 5 - запорные краны магистрального трубопровода, расположенные после и перед камерами запуска и приема соответственно. Позиции 8, 9 - комбинированные приемопередатчики. Позиции 10, 11 - наземные пульты управления. В зонах А и Б размещаются антенны приемопередатчика, устанавливаемого на аппарате.
Наземный пульт управления (фиг.2) состоит из антенны низкочастотной 12, соединенной через антенный коммутатор 13 с двумя ветвями:
- передающей команды управления на аппарат, в которой последовательно соединены генератор низкочастотный 14, модулятор 15, блок формирования команд управления 16, командная панель 17;
- принимающей квитанции о выполнении аппаратом команд управления, в которой последовательно соединены усилитель преобразователь 18, дешифратор 19, устройство контроля и индикации 20.
Наземные пульты управления в своем составе имеют автономный источник питания 21.
Комбинированный приемопередатчик (фиг.3) состоит из двух ветвей:
- принимающей от внешнего пульта и передающей команды управления на аппарат, в которой последовательно соединены антенна низкочастотная 23, антенный коммутатор 24, усилитель-преобразователь 25, дешифратор 26, формирователь 27, модулятор 28, передатчик 29, антенный коммутатор 35, антенна 36;
- принимающей и передающей на внешний пульт управления квитанций о выполнении аппаратом команд управления, в которой последовательно соединены антенна 36, антенный коммутатор 35, приемник 34, дешифратор 33, формирователь 32, модулятор 31, генератор низкочастотный 30, антенный коммутатор 24, антенна низкочастотная 23.
Комбинированные приемопередатчики в своем составе имеют запоминающее устройство 37 и автономный источник питания 38.
Конструктивно комбинированный приемопередатчик выполняется в виде герметичного переносного устройства во взрывобезопасном исполнении.
Приемопередатчик, устанавливаемый на аппарате (фиг.4), состоит из двух ветвей:
- принимающей от комбинированных приемопередатчиков команды управления аппаратом, в которой последовательно соединены антенна 39 (или 40), антенный коммутатор 41, приемник 42, дешифратор 43, система управления внутритрубного объекта 44;
- передающей на комбинированные приемопередатчики квитанции о выполнении команд управления аппаратом, в которой последовательно соединены система управления внутритрубного объекта 44, система обработки информации 48, модулятор 47, передатчик 46, антенный коммутатор 41, антенна 40 (или 39).
Комбинированные приемопередатчики в своем составе имеют блок обработки телеметрической информации 45 и блок обработки диагностической информации 49.
Устройство работает следующим образом. Аппарат вводится в камеру запуска 2 (фиг.1), затем в камере устанавливается комбинированный приемопередатчик 8, крышка 1 закрывается, запорный кран 4 закрывается. В камере приема 6 устанавливается комбинированный приемопередатчик 9, крышка 7 закрывается. Запорный кран 5 открыт. Наземные пульты управления 10, 11 с обслуживающими их операторами размещаются рядом с камерой запуска 2 и камерой приема 6. В камере запуска 2 начинается замена воздуха газом.
При достижении рабочего давления в камере запуска, контролируемого манометром, запорный кран 4 открывается и оператор с помощью командной панели 17 начинает выдавать последовательность команд. Например, первой может быть выдана команда на включение электропитания приборного отсека аппарата. Команда набирается оператором на командной панели 17 наземного пульта управления 10, формируется в блоке формирования команд управления 16 в серию последовательных импульсов, модулируемых по времени и частоте модулятором 15 и генератором низкочастотным 14. Пачка электромагнитных низкочастотных импульсов, соответствующая указанной команде, поступает на антенный коммутатор 13 и излучается антенной низкочастотной 12 наземного пульта управления 10.
Далее сигнал принимается антенной низкочастотной 23 комбинированного приемопередатчика 8, установленного внутри камеры запуска 2, и через антенный коммутатор 24 поступает на усилитель-преобразователь 25. После усиления сигнал поступает в дешифратор 26, а затем в формирователь 27, в котором формируется пачка импульсов с параметрами, позволяющими осуществить модуляцию импульсов в метровом диапазоне модулятором 28. Далее сигнал поступает на передатчик 29 и через антенный коммутатор 35 излучается антенной 36 и принимается приемопередатчиком, установленным в приборном отсеке аппарата 3.
Сигнал от антенны 39, установленной в зоне А аппарата, через антенный коммутатор 41, подается на приемник 42, подвергается дешифрации в дешифраторе 43 и поступает в систему управления внутритрубного объекта 44. Команда выполняется - подается электропитание на аппаратуру приборного отсека аппарата.
Квитанция о выполнении аппаратом данной команды поступает из системы управления внутритрубного объекта 44 в блок обработки информации 48, из которого в виде серии последовательных импульсов поступает на модулятор 47, передатчик 46 и через антенный коммутатор 41 излучается антенной 39 в метровом диапазоне волн.
Сигнал принимается комбинированным приемопередатчиком 8, размещенным в камере запуска 2, на антенну 36 и через антенный коммутатор 35 поступает на вход приемника 34, подвергается дешифрации в дешифраторе 33, формируется в формирователе 32 в серию последовательных импульсов, модулируемых по времени и частоте модулятором 31 и генератором низкочастотным 30. Пачка электромагнитных низкочастотных импульсов, соответствующая данной квитанции, поступает на антенный коммутатор 24 и излучается антенной низкочастотной 23.
Сигнал принимается наземным пультом управления 10, размещенным рядом с камерой запуска 2, на антенну низкочастотную 12 и через антенный коммутатор 13 поступает на вход усилителя преобразователя 18, подвергается дешифрации в дешифраторе 19 и регистрируется устройством контроля и индикации 20.
Таким образом, завершается цикл: выдача команды управления аппаратом - прием квитанции от аппарата о выполнении команды управления.
Таким же образом по команде с внешнего пульта управления можно осуществить передачу информации с блока обработки телеметрической информации 45 и блока обработки диагностической информации 49.
Информация, накапливаемая в запоминающих устройствах этих блоков, может транслироваться по радиоканалу в метровом диапазоне волн на комбинированный приемопередатчик 8 и фиксироваться в запоминающем устройстве 37 для последующего считывания и обработки.
По мере прохождения контролируемого участка магистрального трубопровода и приближением аппарата к камере приема 6 управление аппаратом передается на наземный пульт управления 11, связанный по низкочастотному каналу с комбинированным приемопередатчиком 9, размещенным в камере приема 6.
Применение предлагаемого способа и устройства управления внутритрубными объектами позволяет оперативно вмешиваться в рабочий процесс их перемещения по магистральному трубопроводу, изменять режимы работы в случае возникновения нештатных ситуаций, а также получать оперативную информацию о координатах движения объекта.