Система дистанционного автоматического контроля и эксплуатации трубопроводов теплотрасс
SYSTEM FOR REMOTE AUTOMATIC CONTROL AND OPERATION OF PIPELINES OF HEATING MAINS

Изобретение относится к области эксплуатации и отслеживания целостности трубопроводов, в частности теплотрасс, и направлено на обнаружение мест протечек и передаче информации для дистанционного отслеживания состояния теплотрасс.
Из уровня техники известно множество технических решений относящиеся к эксплуатации трубопроводов, в частности теплотрасс и применяются для обнаружения мест протечек, расход теплоносителя.
Так известен способ диагностики теплотрассы (патент РФ № 2476762), заключающийся в контроле расхода теплоносителя. В известном решении измеряют температуру и расход теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах каждого потребителя тепла, подключенного к теплотрассе. Если температура теплоносителя в подающем или обратном трубопроводе у какого-либо потребителя тепла повышается, а величина расхода теплоносителя не изменяется при одновременном снижении температуры теплоносителя в аналогичном трубопроводе у следующего по ходу движения теплоносителя потребителя тепла, то на основании этого делают заключение о наличии утечки или о несанкционированном отборе теплоносителя на участке теплотрассы между данными потребителями тепла. Способ позволяет обеспечить высокую точность диагностики технического состояния теплотрассы без применения дополнительных измерительных средств. Однако указанный способ имеет недостатки, а именно - при измерении температуры и расхода теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах каждого потребителя тепла, подключенного к теплотрассе, влечет за собой большие временные затраты в диагностике трубопроводов, т. к. требуется анализировать и сравнивать несколько систем и показаний всех тепловычислителей.
Известен способ определения места протечки теплотрассы (патент РФ № 2566112) заключающийся в том, что на контролируемом участке теплотрассы в покрывающей трубопровод теплоизоляции с диэлектрическими свойствами, на концах устанавливают устройства контроля электрического сопротивления на одной линии токопроводящего сигнального проводника последовательно через заданные расстояния устанавливают резисторы, имеющие равные значения электрического сопротивления, превышающие значение сопротивления теплоизоляции при намокании, а расстояние до места протечки от устройства для контроля электрического сопротивления определяют путем деления измеренного общего электрического сопротивления токопроводящего сигнального проводника на величину электрического сопротивления одного резистора и умножения полученного результата на расстояние между резисторами. Такое решение обеспечивает возможность с высокой точностью контролировать состояние изоляции и делать вывод о наличии протечек разветвленных трубопроводов с теплоизоляцией. Монтаж системы и ее эксплуатация не требуют больших затрат. Недостатком указанного способа является связанность устройств контроля электрического сопротивления в единую информационную сеть, которые так же связаны с логическим устройством, что влечет за собой создание сложной структуры способа контроля на этапе прокладки труб. Данные по всем устройствам контроля требуется вносить в логическое устройство, которое рассчитывает при возникновении протечки ее место, процесс определения места протечки усложняется вычислительными действиями. Так же недостатком является невозможность получить результаты измерений дистанционно.
Наиболее близким техническим решением того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является «Система оперативного дистанционного контроля состояния изоляции трубопроводов с теплоизоляцией из пенополиуретана, способ и устройство» по патенту РФ № 2289753.
Известная система оперативного дистанционного контроля состояния изоляции трубопроводов с теплоизоляцией включает основной и транзитный сигнальные проводники в теплоизоляционном слое магистральных трубопроводов, основной сигнальный проводник в теплоизоляционном слое боковых ответвлений от магистрального трубопровода, терминалы в точках контроля для коммутации сигнальных проводников и подключения устройств контроля, соединительные кабели, связывающие сигнальные проводники с терминалами в точках контроля; сигнальные проводники в местах разрыва в теплоизоляционном слое трубопроводов, например, в сооружениях; сигнальные проводники смежных элементов трубопроводов между собой на участках, где установлены неизолированные элементы трубопроводов, например, запорная арматура; заземление, причем основной сигнальный проводник расположен в теплоизоляционном слое трубопроводов справа по направлению подачи текучей среды, транзитный - слева, а в боковых ответвлениях от магистрального трубопровода основной сигнальный проводник включен в разрыв основного сигнального проводника магистрального трубопровода.
К причинам, препятствующим достижению заявленного технического результата является невозможность беспроводной передачи результатов контроля на стационарный терминал, передача осуществляется только на стационарное устройство контроля, расположенное в ковере, а также предусматривает переносное устройство контроля, которым необходимо проводить измерения непосредственно на местах. Кроме того, монтаж системы осуществляется в процессе строительства трубопроводов с использованием составляющих ее компонентов высокой степени заводской готовности, т.к. элементы системы - сигнальные проводники уже вмонтированы в изготовленные индустриальным методом составные части трубопроводов.
Цель данного изобретения состоит в разработке такой системы, которая обеспечила бы технический результат - возможность дистанционного автоматического контроля и эксплуатации целостности трубопроводов теплотрасс, с использованием беспроводного канала связи в любых действующих элементах системы теплоснабжения, а также обнаружение мест протечек без внесения в нее существенных изменений, что упрощает эксплуатацию, расширяет функциональные возможности, позволяет внедрение в существую систему СОДК.
В процессе анализа уровня техники, включающего поиск по патентным документам и научно-техническим источникам информации, содержащим сведения об аналогах заявленного изобретения, заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками сходными с существенными признаками заявляемого изобретения. Следовательно, заявляемое изобретения соответствует условию «новизна».
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в системе дистанционного автоматического контроля и эксплуатации трубопроводов теплотрасс с использованием беспроводного канала связи содержащей наземный ковер на котором установлен по крайней мере один конвертер интерфейсов представляющий собой модуль с программируемой платой с входами для подключения сигнальных проводников и разъёмом для батареи питания, а также снабжённый разъемом для подключения внешней антенны закрепленной на внешнем корпусе ковера, которая обеспечивает связь по крайней мере с одной беспроводной базовой станцией LoRaWAN и с проводным интерфейсом Ethernet для связи с облачным сервером обработки данных, и облачным сервером хранения данных, кроме того, конвертер интерфейсов имеет память для хранения измеряемых данных сопротивления и дистанционной передачи в автоматическом режиме.
Наличие в системе конвертера интерфейсов позволяет ее внедрять в труднодоступных местах, обеспечивает универсальность оборудования на всех контролируемых участках, тем самым снижая затраты на оборудование и расходы на обслуживание, упрощает эксплуатацию, а его расположение в наземном ковере позволяет обеспечить доступ к оборудованию для проведения периодической профилактики, что в свою очередь упрощает эксплуатацию.
Кроме того, конвертер интерфейсов подключенный к кабелю связывающего сигнального проводника обеспечивает максимальную точность измерения и дальнейшую передачу по беспроводной связи полученных данных для обработки, что сокращает количество элементов в цепи измерения состояния изоляции, отменяет необходимость в установке терминалов.
Наличие в системе облачной платформы обеспечивает возможность удаленного автоматического контроля состояния изоляции трубопроводов существующей СОДК, упрощает эксплуатацию, исключает физическое присутствие специалистов на участках теплотрасс для выполнения измерений, что в конечном, расширяет функционал системы.
Включение в систему облачного сервера обработки данных, облачного сервера хранения данных и базовой станции сети LoRaWAN предоставляет возможность удаленного автоматического контроля состояния изоляции трубопроводов существующей СОДК, с использованием беспроводного канала связи.
Благодаря наличию совокупности данных признаков система обеспечивает возможность удаленного автоматического контроля состояния изоляции трубопроводов существующей СОДК (система оперативного дистанционного контроля), точную настройку оповещений по измерениям электрического сопротивления на подконтрольных участках теплотрассы, позволяет своевременно выявить неполадки с приборами, замену батареи и передачу информации по беспроводному каналу связи. Кроме того, наличие данных признаков позволяет сократить затраты на эксплуатацию, упростить ремонтные работы. Система дистанционного автоматического контроля и эксплуатации трубопроводов теплотрасс может быть составной частью Платформы «Системы «Умный город».
Предлагаемая система дистанционного автоматического контроля и эксплуатации трубопроводов теплотрасс представлена на блок-схеме Фиг.1
Система дистанционного автоматического контроля и эксплуатации трубопроводов теплотрасс (Фиг) функционирует следующим образом.
В наземный ковер 1 устанавливается конвертер интерфейсов 2 который отвечает за измерение электрического сопротивления на линиях токопроводящего сигнального проводника локальной теплотрассы (в заявляемой системе сопротивление на линиях токопроводящего сигнального проводника локальной теплотрассы обозначается «Петля»). Конвертер интерфейсов 2 представляет собой модуль с программируемой платой с входами, предназначенными для подключения сигнального проводника и разъемом для подключения батареи питания, заключенный в пластиковый корпус со степенью защиты IP67(Стандарт IP67– это высокий уровень устойчивости корпуса к попаданию пыли и жидкости. Первая цифра «6» обозначает полную герметизацию корпуса и защиту от пыли, «7» - говорит о незначительном сопротивлении корпуса к контакту с водой.). Так же конвертер интерфейсов снабжен разъемом для подключения внешней антенны , предназначенной для обеспечения связи с базовой станцией LoRaWAN 3. Помимо электрического сопротивления, конвертер интерфейсов измеряет параметры температуры внутри своего модуля, а также заряд батареи питания, по которым можно оценить текущее состояние эксплуатации конвертера интерфейсов, что позволяет своевременно выявлять неполадки с прибором и планировать замену батареи. Конвертер интерфейсов 2 подключается к линиям сигнального проводника, выведенным в наземный ковер 1. Контроль теплотрассы реализован на основе измерения сопротивления изоляции и сигнального проводника. По сопротивлению изоляции можно понять, есть ли в трубопроводе участки с повышенной влажностью изоляции, вызванной либо проникновением влаги через внешнюю полиэтиленовую оболочку трубопровода, либо за счет утечки теплоносителя из стального трубопровода вследствие коррозии или дефектов соединений. Измерение сопротивления в широком диапазоне позволяет контролировать скорость намокания изоляции. Конвертер интерфейсов 2 помимо измерения сопротивления сигнального провода локальной теплотрассы способен измерять сопротивление сигнального провода основной теплотрассы от котельной (в заявляемой системе сопротивление на линиях токопроводящего сигнального проводника основной теплотрассы обозначается «Магистраль»). Конвертер интерфейсов 2 имеет с своем составе память, для хранения измеряемых данных сопротивления, и дистанционной передачи их в автоматическом режиме. Так же возможен вариант установки нескольких конвертеров интерфейсов в одном ковере. Антенна, которой оснащен конвертер интерфейсов 2, подключённой в разъем для внешней антенны, выводится наружу ковера 1 и крепится на его корпусе.
Конвертер интерфейсов 2 подключается по беспроводному каналу связи к базовой станции 3 по технологии LoRaWAN. Эта беспроводная технология работает в частотных диапазонах, которые не требуют получения лицензий и разрешений от государственных органов во многих странах (в том числе и в РФ), что упрощает ввод в эксплуатацию базовых станций.
Беспроводная станция LoRaWAN 3 включает в себя модуль LoRaWAN и антенну для связи с конвертером интерфейсов измеряющим электрическое сопротивление, а также проводной интерфейс Ethernet 4 для связи по сети интернет с облачным сервером обработки данных 5. Базовых станций LoRaWAN 3 может быть несколько в системе контроля теплотрасс, если необходимо расширить радиус покрытия территории. Облачный сервер обработки данных 5 подключается к облачному серверу хранения данных 6.
Измеренные данные электрического сопротивления хранятся и обрабатываются на серверах, и передаются в облачную платформу 7. Пользователь может обратиться к облачной платформе 7 для просмотра и использования данных через дистанционное автоматизированное рабочее место 8. Дистанционным автоматизированным рабочим местом может являться компьютер, оснащенный выходом в интернет. В облачной платформе 7 присутствует возможность просматривать данные, строить графики, анализировать полученные показания сопротивления, скачивать информацию, настраивать систему оповещений о событиях на наблюдаемых участках теплотрасс. Оповещения уведомляют пользователей об «аварийных» ситуациях по следующим критериям по умолчанию:
- Для "Изоляции" если значение пришло <500 кОм - это считается аварией, пользователю выдается оповещение.
- Для "Петли" если значение пришло >100 Ом - это считается аварией, выдается оповещение.
Пользователь имеет возможность настроить оповещения по требуемым параметрам, которые необходимы для эксплуатации системы на подконтрольных участках.
Преимуществами данной системы является возможность оперативного автоматического отслеживания сопротивления на подконтрольных участках теплотрасс для выявления текущего состояния изоляции. Так же важным преимуществом заявляемой системы является просмотр текущего состояния системы контроля теплотрасс, возможность дистанционного просмотра характеристик наблюдаемого участка, возможность получения оповещений при работе с системой, возможность расширять радиус подключения подконтрольных участков за счет увеличения количества базовых станций.
В настоящее время предложенная система дистанционного автоматического контроля и эксплуатации трубопроводов теплотрасс внедрена в городах области и успешно функционирует, что подтверждает промышленную применимость заявленного изобретения.