книги из ГПНТБ / Гешелин М.Г. Радиотелемеханизация в нефтедобывающей промышленности (системы и элементы)

• ilH AUfil HE UStHREJW |

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ КОМИТЕТ-—_____

СОВЕТА МИНИСТРОВ РСФСР | ,i1p

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ "~* т'

НАУЧНОЙ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

М. Г. ГЕШЕЛИН и Б. М. ЛЕВИН

РАДИОТЕЛЕМЕХАНИЗАЦИЯ В НЕФТЕДОБЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

(Системы и элементы)

госинти

Москва 196 0

ВВЕДЕНИЕ

Автоматизация различных объектов нефтяной промышленности, телемеханизация управления и контроля способствуют повышению производительности труда, снижению потерь нефти, освобождают человека от большинства трудоемких операций.

Начиная с 30-х годов телемеханика получила широкое распро­ странение как в СССР, так и за границей. Большой вклад в развитие телемеханики сделан советскими учеными А. И. Бергом, В. Ф. Миткевичем, А. А. Чернышовым, В. И. Котельниковым, М. А. Гаврило­ вым, Б. С. Сотсковым, Н. А. Лифшицем. Педагогическая деятель­ ность и большая научная работа Б. С. Сотскова, М. А. Гаврилова, В. А. Ильина, А. С. Вирновского, О. А. Горяйнова, В. С. Малова, А. Г. Мамиконова, Л. Б. Кубламовского, А. Л. Абрукина и Р. Л. Райнеса способствовали подготовке специалистов в области автоматики

ителемеханики и разработке новейших телемеханических систем. До последнего времени разрабатывались системы телемеханиза­

ции с использованием проводных линий связи и высокочастотных ка­ налов на линиях электропередачи. Сравнительно недавно как в

СССР, так и за границей стали внедряться системы телемеханиза­ ции с использованием радиоканалов на ультракоротких волнах.

Впервые в СССР система телемеханизации нефтепромыслов с использованием радиоканалов была разработана и внедрена в б. объ­ единении «Куйбышевнефть» инженерами В. Т. Пчелинцевым и В. Ф. Проскурниным. Широкое развитие и серьезную научную основу сис­ темы телемеханизации с использованием радиоканалов получили в

СССР благодаря деятельности лаборатории ПАТ АН СССР, возглав­ ляемой доктором технических наук В. А. Ильиным, где были разра­ ботаны и предложены принципы построения систем радиотелемеха­ низации с большим числом рассредоточенных ИП. В. А. Ильин раз­ работал ряд принципиальных положений в области построения сис­ тем ТУ, ТС, ТИ с использованием радиоканалов.

Система СРП-1 была создана на основе работ, проведенных В. П. Димешиным, К. В. Белевич и Г. С. Суворовым под руковод­ ством В. А. Ильина. Разработка аппаратуры радиотелемеханизации ведется в Таганрогском радиотехническом институте (руководи­ тель — доцент Шапошников) и в Казанском университете (руково­

3

дитель — доцент Романов). На заводе «Геофизика» Б. Е. Векслером также разработана телемеханическая аппаратура с радиоканалом; завод выпустил небольшую партию этой аппаратуры.

Системы СРП-1 и СРП-3 разработаны в конструкторском бюро автоматизации и телемеханизации (бывш. КБНП) в содружестве.с ИАТ АН СССР и б. Институтом нефти АН СССР. С 1958 г. аппара­ тура СРП-1 изготовляется большой серией на заводах и широко внедряется на нефтяных промыслах. Аппаратура СРП-3 монти­ руется на кустовых насосных станциях НПУ «Бавлынефть»; с 1959 г. запроектировано изготовление этой аппаратуры на заводах.

Авторы выражают благодарность Р. Я. Исаковичу, по инициати­ ве которого выполнена эта работа, А. В. Синельникову, способство­ вавшему разработке описанных систем и написанию работы, а также Д. Т. Воробьеву. Особую благодарность авторы выражают А. Г. Ма­ миконову за ряд'ценных указаний и замечаний, учтенных при напи­ сании рукописи.

I.ВЫБОР РАБОЧИХ ВОЛН

Втелемеханической системе наиболее важным звеном является канал связи. Выбор канала связи определяет надежность системы и объем капитальных затрат.

До последнего времени в телемеханических системах, эксплуати­

руемых в Советском Союзе, использовались только проводные кана­ лы, разделявшиеся на физические каналы, фантомные цепи, частот­ ные каналы и высокочастотные каналы по линиям высокого напря­ жения. Развитие радиотехники и электроники создало необходимые условия для разработки и эксплуатации телемеханических систем с использованием радиоканалов.

К радиоканалам, используемым в телемеханических системах, наряду с обычными требованиями (высокой надежности связи, неискаженности посылаемого сигнала, помехоустойчивости и возмож­ ности сквозного контроля тракта передача—прием) предъявляются и специальные: локальность связи, автоматичность действия и уве­ личение эксплуатационных ресурсов высокочастотной аппаратуры.

Системы телемеханики с использованием радиоканалов можно разделить на системы ближнего и дальнего действия, на системы с сосредоточенными и рассредоточенными ИП.

Для выбора радиоканала необходимо знать предполагаемый объ­ ем сообщений, тип сообщений (дискретные или непрерывные) и код.

Из требований, предъявляемых к радиоканалам, наиболее важ­ ное значение имеют локальность, надежность и помехоустойчивость, зависящие, прежде всего, от выбора рабочих ;волн.

Выбор рабочих волн ведется применительно к расстояниям между объектами телемеханизации: исполнительными пунктами (ИП) и диспетчерским пунктом (ДП).

Для систем ближнего или дальнего действия применяются соот­ ветственно одноили многопролетные каналы связи,

4

Ническйх радиоканалов, так как не обеспечивается локальность ка­ нала связи.

Пространственные волны проходят путь между передатчиком и приемником через верхние слои атмосферы, отражаясь от неодно­ родностей в ионизированных слоях или преломляясь в них. Неров­ ности рельефа местности по трассе радиоканала заставляют считать­ ся также с эффектом дифракции — сгибательной способностью радиоволн. На конференции в г. Атлантик-Сити для подвижных городских связей выделены следующие диапазоны частот:

I — 30— 40 мгц,

II — 70—100 мгц,

III — 156—184 мгц,

IV — 460—470 мгц.

На первых этапах развития УКВ связи широко применялись вол­ ны I диапазона. Практика эксплуатации УКВ каналов с использова­ нием этого диапазона показала, что волны, отражаясь от ионосферы, распространяются на большие расстояния, в результате чего нару­ шается локальность радиоканалов.

Количество разрешаемых для телемеханики частот весьма огра­ ниченно. Поэтому телемеханические системы, применяемые на раз­ личных промыслах, могут иметь одни и те же фиксированные часто­ ты в каналах связи, что усугубляет требования к их локальности. Не­ обходимая локальность может быть обеспечена выбором волн в по­ лосе II диапазона. Применение волн III диапазона также весьма же­ лательно. Волны этих диапазонов, обладающие высокой локально­ стью и дифракционной способностью, наиболее пригодны для исполь­ зования в системах ближнего действия. При использовании этих волн небольшие изменения рельефа местности не сказываются на надеж­ ности канала связи; можно использовать простые и эффективные ан­ тенные сооружения. Однако электроинспекцией Министерства связи для целей телемеханизации нефтяной промышленности отводятся фиксированные частоты в диапазонах 36—48 мгц: на основании при­ веденных соображений это не совсем удачно. Несмотря на это, в отведенном диапазоне удается получить надежные каналы связи.

Для телесистем дальнего действия рекомендуется диапазон волн от 5 до 25 см. Выбор этого диапазона может быть обоснован как тео­ ретическими исследованиями, так и практическими результатами, полученными при использовании этого диапазона. Следует указать, что на всех современных радиорелейных линиях применяются волны этого диапазона.

Использование таких волн для систем дальнего действия, когда на участках связи обеспечивается прямая видимость, обусловливает­ ся следующими соображениями:

1) затухание на участке связи в случае применения волн этого диапазона минимально при малых размерах приемно-передающих антенн и минимальной мощности передатчиков;

6

2) при использовании этих волн можно передавать сообщения с широким спектром частот;

3) они позволяют применять большое количество прямых и об­ ратных каналов связи.

В настоящее время имеется тенденция использования эффекта тропосферного рассеяния метровых волн для связи на участках большой протяженности. Однако, поскольку этот эффект еще недо­ статочно практически используется, радиоканалы связи с использо­ ванием тропосферного рассеяния в настоящей работе не рассматри­ ваются.

А

Рис. 1. Распространение ультракоротких волн над плоской поверхностью земли

В предлагаемых диапазонах для систем ближнего и дальнего дей­ ствия радиоволны распространяются в основном как земные волны. Напряженность поля в месте приема зависит от высоты передающей и приемной антенн, от рельефа местности и метеорологических ус­ ловий. На волны диапазонов, предлагаемых для использования в си­ стемах ближнего действия, метеорологические факторы оказывают весьма слабое влияние.

Земные волны можно классифицировать по принципу их распро­ странения следующим образом: прямая волна; отраженная от зем­ ли волна; поверхностная, или дифракционная волна; тропосферная волна.

Прямая волна учитывается при поднятых высоко над землей ан­ теннах в пределах прямой видимости. Путь прохождения прямой волны наиболее короткий.

Энергия поля, приносимая отраженной от земли волной, при­ мерно равна энергии прямой волны, когда коэффициент отражения от земли близок к единице. При противоположных фазах прямой и отраженной волн напряженность поля в точке приема становится минимальной. Прямая и отраженная волны показаны на рис. 1.

Поверхностная волна, распространяясь вблизи поверхности зем­ ли, следует за ее кривизной, вследствие чего существенное влияние

7

на распространение этих волн оказывают электрические свойства земной поверхности. При низко расположенных приемной и пере­ дающей антеннах, когда прямая линия, соединяющая антенны, про­ ходит вблизи поверхности земли, условия приема определяются по­ верхностной, или дифракционной волной. За пределами прямой ви­ димости интенсивность поля в основном определяется дифракцион­ ными волнами. Различные расстояния между диспетчерским пунк­ том и ИП, а также разная высота антенн приводят к тому, что элек­ тромагнитные волны распространяются в каналах связи телемехани­ ческих систем прямыми и отраженными лучами; большое значение имеет также эффект дифракции.

Для определения характера распространения радиоволн между исполнительным и диспетчерским пунктами необходимо пользовать­

имеет место дифракционная волна. Для сосредоточенных объ­ ектов (морские основания, системы поддержания пластового давле­ ния) предлагается использовать относительно высоко поднятые над землей антенны, в связи с чем дифракционными волнами для этих каналов связи можно пренебрегать. Если антенны расположены на нефтяных вышках при расстоянии от ИП до ДП около 10 км, диф­ ракционными волнами также можно пренебречь. Влияние диф­ ракционных волн сказывается в случаях, когда антенна находится вблизи земли.

Приведенные соображения сделаны в предположении, что луч от передающей антенны до приемной идет в пределах прямой видимо­

0

Рис. 2. Ход лучей между передающей и приемной антен­

нами