АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОЗИРОВАНИЯ РЕАГЕНТОВ, БЛОК УПРАВЛЕНИЯ КОТОРОГО РЕАЛИЗОВАН НА УДАЛЕННОМ WEB-СЕРВЕРЕ, СИГНАЛЫ К КОТОРОМУ ОТ ДАТЧИКОВ, ВХОДЯЩИХ И НЕ ВХОДЯЩИХ В СОСТАВ УСТРОЙСТВА, НАПРАВЛЯЮТСЯ ПО GPRS-ПРОТОКОЛУ GSM СЕТИ ЧЕРЕЗ СЕТЬ ИНТЕРНЕТ

Область техники, к которой относится полезная модель
Областью применения полезной модели является сфера эксплуатации различного оборудования и трубопроводов в средах, которые могут вызывать осложнения производственных процессов вследствие коррозии сталей, биообрастания, парафинотложения и солетложений на поверхности оборудования, которые могут быть уменьшены путем применения специальных, специфичных для каждого случая, реагентов, влияющих на данные негативные процессы. Такие технологии с использованием реагентов в настоящее время нашли широкое применение на нефтедобывающих, нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических производствах, водооборотных системах промышленных предприятий.
Уровень техники
Дозирование реагентов в рабочую среду производится для поддержания определенного уровня какого-либо показателя рабочего процесса (скорость коррозии, рН, окислительно-восстановительный потенциал и т.п.). Для уменьшения расхода дорогостоящих реагентов, производительность дозировочных необходимо увязывать с показаниями датчиков, регистрирующих те характеристики производственного процесса, на которые оказывает влияние дозируемые реагенты. Для реализации этого в промышленности применяются Автоматизированные устройства для дозирования реагентов (АУДР).
Типовая схема АУДР включает в себя блок дозирования, в которых входит емкость с реагентом, дозировочный насос с электродвигателем, датчики расхода реагента и других параметров работы АУДР и блок управления производительностью насоса, который, во-первых, изменяет ее по запрограммированному алгоритму, реагирующему на сигналы, поступающие от внешних от АУДР датчиков контроля производственных процессов, во-вторых, следит за исполнением своих команд и корректирует их, при необходимости, по сигналам, поступающим в него от датчика расхода реагента и других датчиков, входящих в состав АУДР и контролирующих его работу.
Один из примеров автоматической дозировочной установки, известной немецкой фирмы Prominent [1] из каталога 2012 года показан на Фиг.1.
Аналогичное по принципам работы устройство предлагается [2] в качестве инновации международным химическим концерном NALCO со штаб квартирой, расположенной в США. Автоматическое устройство дозирования реагентов данной компании, именуемое 3D Trassar управляется одноименным контроллером. На Фиг.2 приведена схема работы этого АУДР, взятая из презентации компании NALCO, отсутствующей в открытых источниках информации.
Изучение каталога фирмы Prominent, являющейся признанным лидером по системам дозирования и анализ Устройства 3D Trassar свидетельствует о том, что оба решения базируются на одном принципе, а именно, на передаче сигналов от датчиков, контролирующих параметры рабочих сред, на которые идет воздействие реагента и датчиков расхода реагента, по проводным линиям к специализированным электронным блокам - контроллерам (в первом случае это «Dulcometer», во втором - «3D Trassar»), управляющим подачей дозирующих насосов, также по проводным линиям.
Эти автоматизированные устройства подачи реагентов, являющиеся прототипами новой полезной модели, имеют следующие недостатки:
1. Они не способны реализовать сколько-нибудь сложные алгоритмы управления, так как в качестве блока управления в них применяются специальные контролеры, вычислительные способности которых гораздо ниже чем способности обычных компьютеров, сходных с ними по цене. Вследствие этого, возможности таких автоматических устройств достаточно примитивны и заключаются в отключениях/включениях насоса, либо изменении производительности по простым алгоритмам.
2. Все специализированные контроллеры рассчитаны на ограниченное число каналов входной информации и поэтому не позволяют добавлять новые датчики, которые позволят оптимизировать процесс регулирование подачей насоса, особенно с применением более сложных алгоритмов управления.
3. Специализированные контроллеры, управляющие работой АУДР являясь, очень дорогостоящими устройствами в АУДР, существенно повышают стоимость АУДР.
4. Разработка либо серьезная модификация алгоритма управления для специализированных контроллеров может производиться только производителем контроллера.
5. АУДР используют для получения данных от датчиков проводные каналы, что приводит к росту стоимость систем, в которые они входят, за счет высокой стоимости прокладки и обслуживания кабельных линий, когда это касается протяженных нефтепромысловых объектов, где необходимо контролировать состояние рабочего процесса вдали от блока дозирования, например, при ингибировании трубопроводов, где защитный эффект от ингибирования зачастую отличается в начале и конце трубопровода, вследствие процессов перераспределения ингибитора между углеводородной и водной фазами, либо постепенной адсорбции ингибитора на механических примесях и осадках, имеющихся в защищаемом ингибитором потоке рабочей среды.
Для разрешения перечисленных проблем разработано Автоматизированное Устройство для дозирования реагентов, блок управления которого реализован на удаленном Web-сервере (иное название HTTP-сервер), сигналы к которому от датчиков, входящих и не входящих в состав Устройства, направляются по GPRS-протоколу GSM сети через сеть Интернет.
Данный способ передачи сигналов не требует получения специального разрешения, и при условии наличия покрытия GSM сети в месте установки аппаратуры, обеспечивает надежную передачу данных на неограниченное расстояние.
Web-сервер по сути является программой поэтому его можно размещать на любом компьютере подключенном к сети Интернет.
Раскрытие полезной модели
Полезная модель направлена на решение задачи расширения возможностей автоматических устройств дозирования реагентов (АУДР). Технический результат решения этой задачи в данной полезной модели заключается в следующем:
неограниченное увеличение количества датчиков, подключаемых к АУДР, возможность самостоятельного изменения алгоритмов управления АУДР, а также возможность использования датчиков контроля производственных процессов, установленных на сколь угодно большом удалении от АУДР.
Для решения поставленной задачи на основе известных АУДР, включающих в себя блок дозирования, в который входит емкость с реагентом, дозировочный насос с электродвигателем, а также датчики расхода и/или других параметров работы Устройства и блок управления производительностью насоса, который изменяет ее по запрограммированному алгоритму, реагирующему на сигналы, поступающие от внешних от АУДР датчиков контроля производственных процессов, для регулирования которых предназначен реагент, и контролирует исполнение своих команд по сигналам, поступающим от датчика расхода и других датчиков, контролирующих работу АУДР, была создана настоящая полезная модель, отличающаяся от известных прототипов тем, что блок управления АУДР реализован в виде компьютерной программы, которая устанавливается на любом компьютере, подключенном к сети Интернет в виде Web-сервера (иное название HTTP-сервер), сигналы к которому от датчиков, входящих и не входящих в состав Устройства, направляются по GPRS-протоколу GSM сети через сеть Интернет.
Использование Web-сервера вместо специализированных контроллеров позволит удешевить систему за счет отказа дорогостоящего специализированного контроллера и расширить возможности управления дозированием реагентов, за счет снятия ограничения на количество внешних датчиков и на сложность алгоритмов управления, т.к. Web-сервер функционирует на заведомо более мощных процессорах, по сравнению со специализированными контроллерами, и может программироваться на языках высокого уровня.
Использование GPRS-протокола при существующем в настоящее время уровне охвата производственных объектов GSM сетью упростит создание связей от датчиков контроля производственных процессов с блоком управления АУДР за счет отказа от кабельных линий, а также позволит устанавливать эти датчики в любые, наиболее оптимальные с точки зрения организации контроля производственных процессов, места, вне зависимости от положения блока управления и блока дозирования АУДР.
Краткое описание полезной модели;
На Фиг.3 приведена схема заявленного в качестве новой Полезной модели Автоматического Устройства дозирования реагентов (АУДР), где в качестве внешних к
Устройству датчиков контроля процесса показаны датчика контроля коррозии, работающие по методу LPR, а в качестве примера реагента приведен ингибитор коррозии. Представленная в заявке на полезную модель АУДР состоит из двух основных блоков:
1. Блок управления представляющий собой компьютер, подключенный к сети Интернет на котором размещен Web-сервер, представляющий собой специализированный Интернет-сайт, выполняющий следующие функции:
- записывать в свою базу данных сигналы с датчиков, расположенных в блоке дозирования, подключающихся к нему по протоколу HTTP и передающих информацию о текущем расходе реагента, уровне реагента и прочих параметрах
- записывать в свою базу данных сигналы от внешних к Устройству датчиков, подключающихся к нему по протоколу HTTP и передающих текущую информацию о параметрах контролируемых ими процессов обрабатывать сигналы датчиков контроля рабочих процессов и сигналы с блока дозирования и выдавать блоку дозирования по его запросу, на основе заданных оператором либо техническим специалистом алгоритмов, управляющие сигналы по изменению производительности насоса.
- представлять Диспетчеру возможность просмотра информации о текущих параметрах работы блока дозирования и сигналах со всех датчиков, которые имеют отношение к работе Устройства с любого компьютера, подключенного к сети Интернет.
- представлять Диспетчеру возможность с любого компьютера, подключенного к сети Интернет ручного ввода команд по изменению производительности дозирования по некоторой программе, по периодичности связи датчиков и контроллера блока дозирования, а также корректировки алгоритмов управления производительностью насоса Устройства.
2. Блок дозирования реагента, состоящий из следующих элементов:
Гидравлическая часть:
2.1 Емкость для реагента
2.2 Дозировочный насос
2.3 Электродвигатель с редуктором, приводящий в работу дозировочный насос
2.4 Расходомер (датчик расхода), установленный на выкидной линии насоса и другие датчики при необходимости усложнения алгоритмов управления, например, датчик уровня реагента, датчик температуры реагента, датчик температуры электродвигателя.
2.5 Устройство ввода реагента в трубопровод (не обязательный элемент)
Электронная часть:
2.6 Устройство для соединения с Интернетом по протоколу GPRS сети GSM, собранное на базе GSM-модуля, предназначенное для подключения и передачи сигналов датчиков АУДР на Web-сервер и приема команд от него.
2.7 Контроллер УДР, предназначенный для преобразования команд Web-сервера в команды, понимаемые частотным преобразователем, для изменения частоты вращения электродвигателя и тем самым производительности насоса. Этот и предыдущий элемент Блока дозировании собраны в виде единого блока.
2.8 Частотный преобразователь для управления частотой вращения и соответственно производительностью дозировочного насоса
Работа АУДР происходит в следующей последовательности:
1. В Блоке дозирования производится заливка реагента в емкость
2. Оператор через Web-интерфейс задает начальную производительность насоса, вводит самостоятельно путем программирования или выбирает из существующих алгоритм управления ею в зависимости от показаний датчиков контроля рабочих процессов (ДКРП), вводит установки о периодичности связи Блока дозирования с Web-сервером.
3. На Web-сервере вводятся описания ДКРП, включающие индивидуальные параметры GSM-модулей, стоящих на каждом датчике, что позволяет идентифицировать сигналы от каждого ДКРП
4. В контроллерах ДКРП вводятся установки о периодичности измерения, проверяется текущее время и они включаются в работу
5. GSM модуль каждого ДКРП, согласно введенных установок, соединяется по каналу GPRS с Web-сервером и посылает ему сигналы о замеренных датчиком величинах. Web-сервер запоминает их и анализирует согласно вложенным в него алгоритмам управления и готовит команду на корректировку текущего расхода реагента.
6. Когда приходит время связи Блока дозирования с Web-сервером, он также при помощи контроллера с GSM-модулем по каналу GPRS GSM-сети передает ему сведения о текущем расходе, уровне реагента в баке (при наличии соответствующего датчика), режиме работы частотного преобразователя либо иного устройства регулирования скорости насоса, возможных неисправностях и ошибках. В ответ он получает от него сигнал о новом расходе, либо расписание изменения расхода (при необходимости подачи по расписанию). Процесс корректировок расхода повторяется с заданной на Web-сервере периодичностью. Диспетчер может вмешаться в данный процесс, зайдя на Web-сервер с любого компьютера, имеющего доступ в Интернет и любой Web-браузер. Он вводит адрес Web-сервера, свои секретные входные данные (логин и пароль) и производит перевод управления в ручной режим и производит изменение расхода на выбранной им дозировочной установке. При необходимости ручной режим может быть оставлен, в этом случае АУДР будет работать по заданному диспетчером расписанию изменения производительности насоса.
Осуществление полезной модели.
Эксплуатационные испытания заявляемого Устройства показали, что Устройство, построенное на предлагаемой авторами схеме автоматического управления дозированием
полностью работоспособно.
В связи с тем, что электронный блок Блока дозирования АУДР может находиться в другой, по категории взрывопоасности зоне и за счет этого требования по взрывозащищенности к нему будут ниже, чем к элементам, перекачивающей зачастую взрывоопасные реагенты, гидравлическая часть Блока дозирования отделена от электронной. В связи с этим тестируемый вариант Блока дозирования АУДР представлен на двух фотографиях: Фиг.4 и Фиг.5, по отдельности для гидравлического и электронных блоков. На Фиг.6. приведена также фотография электронной платы контроллера с GSM-модулем Блока дозирования.
Блок управления АУДР, реализованный согласно данному описанию доступен в сети Интернет по адресу http://tema.cordeo.ru. Для его просмотра и управления блоком дозирования АУДР в тестовом режиме, необходимо ввести имя пользователя: monadmin, пароль start-11. На Фиг.7 показано окно Web-сервера, расположенного на сайте http://tema.cordeo.ru.. в котором фиксировалась производительность АУДР при проведении 24.05.2012 г. с 21.55 час до 22.44 час.эксперимента по автоматическому регулирования прозводительности насоса с помощью Блока управления, суть которого описана в настоящей заявке. Оператором, который зашел через сеть Интернет на этот сайт, представляющий собой интерфейс Блока управления АУДР, вводились различные задания по изменению производительности, которые начинали выполняться сразу после обращения контроллера с GSM-модулем по каналу GPRS к этому Web-серверу, путем автоматического увеличения или уменьшения его подачи за счет изменения частоты вращения асинхронного двигателя. В таблице «Показания дозировочной установки» Фиг.7 приведены значения производительности насоса АУДР, изменявшиеся без какого либо участия со стороны лиц, находившихся рядом с самим Блоком дозирования, что подтверждает работоспособность данного Устройства.
Аналогичные результаты (влияние на производительность насоса по вложенному алгоритму на Web-сервере) были получены при подаче сигналов на него с имитаторов сигнала внешних от АУДР датчиков.
Источники информации.
1. Официальный сайт компании PROMINENT на русском языке http://promment.ru/ и каталог 2012 года для скачивании http://prominent.ru/products/downloadfiles/
2. Официальный сайт компании NALCO на русском языке с кратким описанием системы 3D Trassar http://ru-eu.nalco.com/eu/services/3d-trasar.htm)