СИСТЕМА ПРЕДИКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩЕЙ АРМАТУРОЙ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ
PREVENTIVE CONTROL SYSTEM FOR GAS DISTRIBUTION NETWORK LOCKING AND CONTROL VALVES

Изобретение относится к технике распределения природного газа, а именно к автоматизированным системам управления процессом газораспределения объектами, и может быть использована для дистанционного мониторинга и управления запорно-регулирующей арматурой газораспределительной сети.
Известно устройство для контроля и управления запорно-регулирующей арматурой, содержащее диспетчерский пункт с контроллером и приемопередающими узлами диспетчерского пункта и модули управления запорно-регулирующей арматурой с контроллерами взаимосвязанными с приемопередающими узлами для обмена информацией с диспетчерским пунктом, аккумуляторные батареи с адаптерами и солнечными батареями, приводы для управления задорно-регулирующей арматурой, датчики давления на входе и выходе запорно-регулирующей арматуры соединенные с контроллерами (Патент РФ №93459, кл. 7 Е21В 47/00, 2010 г.).
Устройство имеет низкий уровень безопасности эксплуатации газораспределительных сетей и не обеспечивает своевременное закрытие запорно-регулирующего оборудования на ранних этапах проявления аварийной ситуации.
Известна автоматизированная система мониторинга и управления запорно-регулирующей арматурой газораспределительной сети, содержащая диспетчерский пункт с контроллером и приемопередающими узлами диспетчерского пункта и модули мониторинга и управления запорно-регулирующей арматурой с контроллерами взаимосвязанными с приемопередающими узлами модулей для обмена информацией с диспетчерским пунктом, аккумуляторные батареи с адаптерами и солнечными батареями, приводы для управления запорно-регулирующей арматурой, датчики давления на входе и выходе запорно-регулирующей арматуры соединенные с контроллерами, блоки регистрации давления на входах и выходах первой, второй и N-ой запорно-регулирующей арматуры, первые и вторые блоки сравнения давлений на первом, втором и N-ом участках газопроводов, задатчики допустимых перепадов давлений на участках газопроводов, блоки регистрации и управления положением заслонок первой, второй и N-ой запорно-регулирующей арматуры, блоки регистрации уровня сигнала связи, уровня заряда аккумулятора и состояния охранной сигнализации, датчики положения заслонки и охранной сигнализации запорно-регулирующей арматуры (Патент РФ №109211, кл. Е21В 47/00, 2011 г.).
Устройство не обеспечивает высокий уровень надежности и безопасности эксплуатации газораспределительных сетей, своевременное закрытие запорно-регулирующего оборудования на ранних этапах проявления аварийной ситуации.
Наиболее близким является система мониторинга и управления территориально-распределенной запорно-регулирующей арматурой газораспределительной сети, содержащая диспетчерский пункт с контроллером и приемопередающим узлом диспетчерского пункта и модули мониторинга и управления запорно-регулирующей арматурой с контроллерами, взаимосвязанными с приемопередающими узлами модулей для обмена информацией с диспетчерским пунктом, аккумуляторные батареи с адаптерами и солнечными батареями, привод управления запорно-регулирующей арматурой, датчики давления на входе и выходе запорно-регулирующей арматуры, соединенные с контроллерами, блоки регистрации давления на входах и выходах первой, второй и N-й запорно-регулирующей арматуры, блоки регистрации и управления положением заслонок первой, второй и N-й запорно-регулирующей арматуры, блоки регистрации уровня сигнала связи, уровня заряда аккумулятора и состояния охранной сигнализации, датчики положения заслонки и охранной сигнализации запорно-регулирующей арматуры, соединенные с контроллерами модулей мониторинга и управления запорно-регулирующей арматурой, информационные выходы контроллера диспетчерского пункта соединены с входами блоков регистрации положения заслонки, блоков регистрации уровня сигнала связи, уровня заряда аккумулятора и состояния охранной сигнализации первой, второй и N-й запорно-регулирующей арматуры, информационные входы контроллера диспетчерского пункта соединены с выходами блоков управления положением заслонки первой, второй и N-й запорно-регулирующей арматуры (Патент РФ №120462, кл. Е21В 47/00, 2012 г.).
Устройство не обеспечивает высокий уровень безопасности эксплуатации газораспределительных сетей и предотвращение развития аварий на газопроводах, своевременное закрытие запорно-регулирующего оборудования на ранних этапах проявления аварийной ситуации.
Задачей изобретения является повышение безопасности эксплуатации газораспределительных сетей и предотвращение развития аварий на газопроводах посредством предиктивного закрытия запорно-регулирующего оборудования при резком возрастании расхода и значительных отклонениях от штатного режима работы газораспределительной сети, что проявляется при разрывах газопроводов, нарушении их целостности при несанкционированных подключениях и возрастании утечек при коррозийных и иных повреждениях.
Поставленная цель достигается тем, что в систему предиктивного управления запорно-регулирующей арматурой газораспределительной сети, содержащую диспетчерский пункт с контроллером и приемопередающим узлом диспетчерского пункта и модули мониторинга и управления запорно-регулирующей арматурой с контроллерами, взаимосвязанными с приемопередающими узлами модулей для обмена информацией с диспетчерским пунктом, аккумуляторные батареи с адаптерами и солнечными батареями, привод управления запорно-регулирующей арматурой, датчики давления на входе и выходе запорно-регулирующей арматуры, соединенные с контроллерами, блоки регистрации давления на входах и выходах первой, второй и N-й запорно-регулирующей арматуры, блоки регистрации и управления положением заслонок первой, второй и N-й запорно-регулирующей арматуры, блоки регистрации уровня сигнала связи, уровня заряда аккумулятора и состояния охранной сигнализации, датчики положения заслонки и охранной сигнализации запорно-регулирующей арматуры, соединенные с контроллерами модулей мониторинга и управления запорно-регулирующей арматурой, информационные выходы контроллера диспетчерского пункта соединены с входами блоков регистрации положения заслонки, блоков регистрации уровня сигнала связи, уровня заряда аккумулятора и состояния охранной сигнализации первой, второй и N-й запорно-регулирующей арматуры, информационные входы контроллера диспетчерского пункта соединены с выходами блоков управления положением заслонки первой, второй и N-й запорно-регулирующей арматуры, в модули мониторинга и управления первой, второй и N-й запорно-регулирующей арматуры дополнительно введены блок измерения расхода газа через запорно-регулирующую арматуру, блок памяти типового значения расхода газа по часам, дням и месяцам года, регистр текущего часового расхода газа, блок сравнения часовых расходов, блок минутной задержки, блок сравнения минутных расходов, первый и второй предупреждающие блоки сравнения, первый и второй отсекающие блоки сравнения, первый и второй задатчики предупреждающих значений, первый и второй задатчики отсекающих значений, логический элемент «ИЛИ», блок накопления электроэнергии на суперконденсаторах, силовой ключ открытия привода управления запорно-регулирующей арматурой, силовой ключ закрытия привода управления запорно-регулирующей арматурой, причем, выход блока измерения расхода газа соединен с входами регистра текущего часового расхода газа, контроллера модуля мониторинга и управления запорно-регулирующей арматурой, с вторым входом блока сравнения минутных расходов и через блок минутной задержки с первым входом блока сравнения минутных расходов, вход блока памяти типового значения расхода газа по часам, дням и месяцам года соединен с контроллером модуля мониторинга и управления, первый вход блока сравнения часовых расходов соединен с выходом блока памяти типового значения расхода газа по часам, дням и месяцам года, второй вход с выходом регистра текущего часового расхода газа, а выход с первыми входами первого предупреждающего блока сравнения и первого отсекающего блока сравнения, вторые входы первого предупреждающего блока сравнения и первого отсекающего блока сравнения соединены с выходами первого задатчика предупреждающих значений и первого задатчика отсекающих значений соответственно, выход блока сравнения минутных расходов соединен с первыми входами второго предупреждающего блока сравнения и второго отсекающего блока сравнения, вторые входы второго предупреждающего блока сравнения и второго отсекающего блока сравнения соединены с выходами второго задатчика предупреждающих значений и второго задатчика отсекающих значений соответственно, выходы первого и второго отсекающих блоков сравнения через логический элемент «ИЛИ» соединены с отсекающим входом силового ключа закрытия привода управления запорно-регулирующей арматурой, выходы первого и второго предупреждающих блоков сравнения, первого и второго отсекающих блоков сравнения соединены с входами контроллером модуля мониторинга и управления, выходы контроллера модуля мониторинга и управления соединены с управляющими входами силовых ключей открытия и закрытия привода управления запорно-регулирующей арматурой, выходы которых соединены с приводом управления запорно-регулирующей арматурой, вход блока накопления электроэнергии на суперконденсаторах соединен с аккумуляторной батареей, а выход с силовыми входами силовых ключей открытия и закрытия привода управления запорно-регулирующей арматурой и входом контроллера модуля мониторинга и управления, выходы контроллера диспетчерского пункта соединены с входами блока регистрации расхода газа, блоков регистрации срабатывания первых и вторых предупреждающих и отсекающих блоков сравнения первой, второй и N-й запорно-регулирующей арматуры, блок записи данных в память типовых значений расхода газа по часам, дням и месяцам года соединен с входом контроллера диспетчерского пункта для первой, второй и N-й запорно-регулирующей арматуры соответственно.
На фигуре представлена схема системы предиктивного управления запорно-регулирующей арматурой газораспределительной сети.
Система содержит диспетчерский пункт 1 с контроллером 2 и приемопередающим узлом 3 диспетчерского пункта 1 и модули мониторинга и управления 4 запорно-регулирующей арматурой с контроллерами 5, взаимосвязанными с приемопередающими узлами 6 модулей для обмена информацией с диспетчерским пунктом 1, аккумуляторные батареи 7 с адаптерами 8 и солнечными батареями 9, привод управления 10 запорно-регулирующей арматурой И, датчики давления на входе 12 и выходе 13 запорно-регулирующей арматуры И, соединенные с контроллерами 5, блоки регистрации давления на входах первой 14, второй 15 и N-й 16 запорно-регулирующей арматуры, блоки регистрации давления на выходах первой 17, второй 18 и N-й 19 запорно-регулирующей арматуры, блоки регистрации положением заслонок первой 20, второй 21 и N-й 22 запорно-регулирующей арматуры, блоки управления положением заслонок первой 23, второй 24 и N-й 25 запорно-регулирующей арматуры, блоки регистрации уровня сигнала связи 26, уровня заряда 27 аккумулятора и состояния охранной сигнализации 28 первой запорно-регулирующей арматуры, блоки регистрации уровня сигнала связи 29, уровня заряда 30 аккумулятора и состояния охранной сигнализации 31 второй запорно-регулирующей арматуры, блоки регистрации уровня сигнала связи 32, уровня заряда 33 аккумулятора и состояния охранной сигнализации 34 N-й запорно-регулирующей арматуры, датчики положения заслонки 35, охранной сигнализации 36 модуля мониторинга и управления 4 запорно-регулирующей арматуры, соединены с контроллерами 5 модуля мониторинга и управления запорно-регулирующей арматурой, информационные выходы контроллера 2 диспетчерского пункта соединены с входами блоков регистрации положения заслонки 20, 21, 22, блоков регистрации уровня сигнала связи 26, 29, 32, уровня заряда 27, 30, 33 аккумулятора и состояния охранной сигнализации 28, 31, 34 первой, второй и N-й запорно-регулирующей арматуры, информационные входы контроллера 2 диспетчерского пункта 1 соединены с выходами блоков управления положением заслонки первой 23, второй 24 и N-й 25 запорно-регулирующей арматуры, модули мониторинга и управления 4 первой, второй и N-й запорно-регулирующей арматуры содержат блок измерения расхода 37 газа через запорно-регулирующую арматуру, блок памяти 38 типового значения расхода газа по часам, дням и месяцам года, регистр текущего часового 39 расхода газа, блок сравнения часовых 40 расходов, блок минутной 41 задержки, блок сравнения минутных 42 расходов, первый 43 и второй 44 предупреждающие блоки сравнения, первый 45 и второй 45 отсекающие блоки сравнения, первый 47 и второй 48 задатчики предупреждающих значений, первый 49 и второй 50 задатчики отсекающих значений, логический элемент «ИЛИ» 51, блок накопления электроэнергии 52 на суперконденсаторах, силовой ключ открытия 53 привода управления запорно-регулирующей арматурой, силовой ключ закрытия 54 привода управления запорно-регулирующей арматурой.
Выход блока измерения расхода 37 газа соединен с входами регистра текущего часового 39 расхода газа, контроллера 5 модуля мониторинга и управления 4 запорно-регулирующей арматурой, с вторым входом блока сравнения минутных 42 расходов и через блок минутной 41 задержки с первым входом блока сравнения минутных 42 расходов.
Вход блока памяти 38 типового значения расхода газа по часам, дням и месяцам года соединен с контроллером 5 модуля мониторинга и управления 4, первый вход блока сравнения часовых 40 расходов соединен с выходом блока памяти 38 типового значения расхода газа по часам, дням и месяцам года, второй вход с выходом регистра текущего часового 39 расхода газа, а выход с первыми входами первого 43 предупреждающего блока сравнения и первого 45 отсекающего блока сравнения, вторые входы первого 43 предупреждающего блока сравнения и первого 45 отсекающего блока сравнения соединены с выходами первого 47 задатчика предупреждающих значений и первого 49 задатчика отсекающих значений соответственно.
Выход блока сравнения минутных 42 расходов соединен с первыми входами второго 44 предупреждающего блока сравнения и второго 46 отсекающего блока сравнения, вторые входы второго 44 предупреждающего блока сравнения и второго 46 отсекающего блока сравнения соединены с выходами второго 48 задатчика предупреждающих значений и второго 50 задатчика отсекающих значений соответственно.
Выходы первого 45 и второго 46 отсекающих блоков сравнения через логический элемент «ИЛИ» 51 соединены с отсекающим входом силового ключа закрытия 54 привода 10 управления запорно-регулирующей арматурой 11.
Выходы первого 43 и второго 44 предупреждающих блоков сравнения, первого 45 и второго 46 отсекающих блоков сравнения соединены с входами контроллером 5 модуля мониторинга и управления 4.
Выходы контроллера 5 модуля мониторинга и управления 4 соединены с управляющими входами силовых ключей открытия 53 и закрытия 54 привода 10 управления запорно-регулирующей арматурой 11, выходы которых соединены с приводом 10 управления запорно-регулирующей арматурой И.
Вход блока накопления электроэнергии 52 на суперконденсаторах соединен с аккумуляторной батареей 7, а выход с силовыми входами силовых ключей открытия 53 и закрытия 54 привода 10 управления запорно-регулирующей арматурой И и входом контроллера 5 модуля мониторинга и управления 4.
Выходы контроллера 2 диспетчерского пункта соединены с входами блока регистрации расхода газа первой 55, второй 56 и N-й 57 запорно-регулирующей арматуры.
Выходы контроллера 2 диспетчерского пункта соединены с входами блока регистрации срабатывания первых 58 и вторых 59 предупреждающих и первых 60 и вторых 61 отсекающих блоков сравнения первой запорно-регулирующей арматуры, выходы контроллера 2 диспетчерского пункта соединены с входами блока регистрации срабатывания первых 62 и вторых 63 предупреждающих и первых 64 и вторых 65 отсекающих блоков сравнения второй запорно-регулирующей арматуры, выходы контроллера 2 диспетчерского пункта соединены с входами блока регистрации срабатывания первых 66 и вторых 67 предупреждающих и первых 68 и вторых 69 отсекающих блоков сравнения N-й запорно-регулирующей арматуры.
Блок записи данных в память типовых значений расхода газа по часам, дням и месяцам года соединен с входом контроллера диспетчерского пункта для первой 70, второй 71 и N-й 72 запорно-регулирующей арматуры соответственно.
Система предиктивного управления запорно-регулирующей арматурой газораспределительной сети работает следующим образом.
В газораспределительной сети на каждой из N запорно-регулирующих арматур устанавливается модуль мониторинга и управления запорно-регулирующей арматурой 4, с контроллерами 5, обеспечивающими сбор информации с датчиков давления на входе 12 и выходе 13 запорно-регулирующей арматуры, датчиков положения заслонки 35 и охранной сигнализации 36.
Питание модуля мониторинга и управления запорно-регулирующей арматурой 4 осуществляется от аккумуляторной батареи 7, заряжаемой через адаптер 8 от солнечной батареи 9. Также на контроллер 5 модуля мониторинга и управления запорно-регулирующей арматурой 4 поступает информация об уровне сигнала связи, уровня заряда аккумулятора и состояния охранной сигнализации запорно-регулирующей арматуры. Управление запорно-регулирующей арматурой 11 производится посредством привода 10. Информация со всех N модулей мониторинга и управления запорно-регулирующей арматурой 4 через приемопередающие узлы 6 модулей для обмена информацией с диспетчерским пунктом поступает на диспетчерский пункт 1 с контроллером 2 и приемопередающим узлом 3 диспетчерского пункта.
На диспетчерском пункте 1 отражается вся поступающая информация, которая в штатном режиме работы находится в допустимых пределах. На диспетчерский пункт передаются уровни сигналов связи, заряда аккумулятора и состояния охранной сигнализации запорно-регулирующих арматур газораспределительной сети. В результате диспетчер получает оперативную информацию о текущей работе участков газораспределительной сети между запорно-регулирующей арматурой.
В случае необходимости диспетчер имеет возможность через блоки управления положением заслонок первой 23, второй 24 и N 25 запорно-регулирующей арматуры посредством приводов 10 управлять запорно-регулирующей арматурой 11. При этом для обеспечения высокой достоверности передачи сигналов управления используются два параллельно работающих приемопередающих узла 3 диспетчерского пункта и модулей мониторинга и управления запорно-регулирующей арматурой 4.
Мониторинг текущего положения заслонок запорно-регулирующей арматуры осуществляется с помощью датчиков положения заслонки 35 и блоков регистрации положения заслонок запорно-регулирующей арматуры.
Блок измерения расхода 37 газа производит измерение текущего значения расхода газа.
В блок памяти 38 типовых значений расхода газа по часам, дням и месяцам года из диспетчерского пункта 1 через блоки записи данных для первой 70, второй 71 и N-й 72 запорно-регулирующей арматуры соответственно и каналы связи производится запись типовых расходов для данного времени суток.
Записанные значения сравниваются с текущими на блоке сравнения часовых 40 расходов за установленный период. Период может устанавливаться на интервале одного часа и менее.
Если текущее значение часового расхода газа не превышает заданного значения, установленного первым 47 задатчиком предупреждающих значений, то расход находится в норме и предупреждающих сигналов не вырабатывается.
Если текущее значение часового расхода газа превышает заданное значение, установленного первым 47 задатчиком предупреждающих значений, то расход превышает типовые значения расхода для данного времени суток, месяца и года, на первом 43 предупреждающем блоке сравнения вырабатывается сигнал предупреждения, который через каналы связи передается на диспетчерский пункт 1 и отображается блоками регистрации срабатывания первых 58, 62 и 66 предупреждающих блоков для первой, второй и N-й запорно-регулирующей арматуры соответственно.
Если текущее значение часового расхода газа существенно превышает заданное значение, установленное первым 49 задатчиком отсекающих значений, что может означать несанкционированные врезки, нарушения целостности газопроводов, возрастание утечек при коррозийных и иных повреждениях, то расход существенно превышает типовые значения расхода для данного времени суток, месяца и года, на первом 45 отсекающем блоке сравнения вырабатывается сигнал отключения, который через каналы связи передается на диспетчерский пункт 1, отображается блоками регистрации срабатывания первых 60, 64 и 68 отсекающих блоков и через логический элемент «ИЛИ» 51, силовой ключ закрытия 54 привода 10 управления предиктивно закрывает соответствующую запорно-регулирующую арматуру 11, прекращая подачу газа с целью обеспечения безопасности газораспределения.
Так же величина текущего значения расхода газа от блока измерения расхода 37 газа передается на блок сравнения минутных 42 расходов непосредственно и через блок минутной 41 задержки. В результате на выходе блока сравнения минутных 42 расходов формируется сигнал, пропорциональный возрастанию или снижению расхода газа за установленный период, составляющий одну минуту и меньше.
Если значение нарастания минутного расхода газа не превышает заданного значения, установленного вторым 48 задатчиком предупреждающих значений, то нарастание находится в норме и предупреждающих сигналов не вырабатывается.
Если значение нарастания минутного расхода газа превышает заданное значение, установленного вторым 48 задатчиком предупреждающих значений, то нарастание расхода превышает предупреждающие значения, на втором 44 предупреждающем блоке сравнения вырабатывается сигнал предупреждения, который через каналы связи передается на диспетчерский пункт 1 и отображается блоками регистрации срабатывания вторых 59, 63 и 67 предупреждающих блоков для первой, второй и N-й запорно-регулирующей арматуры соответственно.
Если значение нарастания минутного расхода газа существенно превышает заданное значение, установленное вторым 50 задатчиком отсекающих значений, что может означать разрыв и разрушение трубопровода, несанкционированные врезки и другие нарушения целостности газопроводов, то расход резко возрастает, на втором 46 отсекающем блоке сравнения вырабатывается сигнал отключения, который через каналы связи передается на диспетчерский пункт 1, отображается блоками регистрации срабатывания первых 61, 65 и 69 отсекающих блоков и через логический элемент «ИЛИ» 51, силовой ключ закрытия 54 привода 10 управления предиктивно закрывает соответствующую запорно-регулирующую арматуру 11, прекращая подачу газа с целью обеспечения безопасности газораспределения.
Для надежной работы электрического привода 10 управления запорно-регулирующей арматурой 11 предусмотрен блок накопления электроэнергии 52 на суперконденсаторах, обеспечивающий достаточный запас электроэнергии для формирования силовых импульсов, необходимых для открытия или закрытия запорно-регулирующей арматуры 11. Предусмотрено управление силовыми ключами открытия 53 и закрытия 54 привода 10 управления запорно-регулирующей арматурой 11 со стороны диспетчерского пункта 1 посредством блоков управления положением заслонок первой 23, второй 24 и N 25 запорно-регулирующей арматуры.
Таким образом, система предиктивного управления запорно-регулирующей арматурой газораспределительной сети обеспечивает повышение безопасности эксплуатации газораспределительных сетей и предотвращение развития аварий на газопроводах посредством предиктивного закрытия запорно-регулирующего оборудования при резком возрастании расхода и значительных отклонениях от штатного режима работы газораспределительной сети, что проявляется при разрывах газопроводов, нарушении их целостности при несанкционированных подключениях и возрастании утечек при коррозийных и иных повреждениях.