книги из ГПНТБ / Баясанов, Д. Б. Автоматизированные системы управления трубопроводными объектами коммунального хозяйства

осуществляется за счет определенного изменения тока катод­ ного заземления (см. рис. 11). Такая автоматическая катод­ ная станция представляет собой совмещенную установку

согласного действия с общим катодным заземлителем.

Рабочую катодную станцию 1 рассчитывают на большой

ток при относительно небольшом напряжении. Анодный за-

землитель / имеет высокую проводимость и способен про­ пускать большой ток. Это заземление необходимо уклады­ вать на значительном расстоянии от защищаемого соору­

жения в почву, которая обладает сравнительно высокой

электропроводностью.

Вторую катодную станцию 2 рассчитывают на малый ток

и присоединяют к катодному заземлителю II, обладающе­

му высоким переходным сопротивлением. Катодный зазем-

литель можно укладывать в почве с высоким сопротивлением

на небольшом расстоянии от защищаемой трубы. Непо­ средственно рядом с трубой располагают стальной электрод

сравнения. Между ними и трубой необходимо установить

устройство сравнения 3, снабженное соответствующим уси­

лителем 4.

Задаваемый потенциал устанавливают равным необхо­ димому защитному потенциалу в точке отсоса при отсутст­ вии блуждающих токов. Принцип действия установки за ­

ключается в следующем. При изменении потенциала защи­

щаемого трубопровода под действием блуждающего тока

как в сторону более положительных значений, так и в сто­ рону более отрицательных значений наблюдается разбалансирование регулятора, что вызывает протекание через него уравнительного тока, знак которого будет зависеть от на­ правления смещения потенциалов. Этот ток небаланса уси­

ливается усилителем 4 и подается на регулирующий орган,

который изменяет положение регулятора 5, включенного в цепь питания катодной станции 2.

При достаточной чувствительности и малой инерцион­ ности такая схема полностью стабилизирует потенциал в точке отсоса. При этом максимально допустимые пределы отклонения потенциала в точке отсоса не превышают 0,1 В заданного уровня. Смещение потенциалов трубопровода

относительно электродов сравнения в сторону положитель­

ных значений сопровождается уменьшением тока катодной станции 2, а смещение в сторону отрицательных значений — увеличением тока той же станции. При этом рабочий ток

катодной станции 2 должен быть в пределах половины ее

номинального тока.

50

Выше указывалось, что для нормальной работы таких

станций катодной защиты необходимо поддерживать по­

стоянную разность потенциалов между защищаемым трубо­ проводом и электродом сравнения. Для этого необходимо

непрерывно регулировать ток катодной станции, которая

должна представлять собой автоматически регулируемый

выпрямитель.

Существуют две принципиально различные группы регу­

лирования для этого случая. К первой относятся все спосо­

бы регулирования на стороне напряжения питания, подво­ димого к выпрямителю. Эти способы можно назвать регули­ рованием на стороне переменного тока. В выпрямителях используют неуправляемые вентили: газотроны, экситро­ ны без управляющих сеток, полупроводниковые диоды и т. п. Вторую группу составляют выпрямители с управляе­ мыми вентилями: тиратроны, игнитроны, экситроны с уп­ равляющими сетками, транзисторы и т. п. В этих выпря­

мителях регулирование осуществляют изменением режима

работы управляющего электрода. Все относящиеся сюда

способы регулирования можно назвать параметрическими,

так как они основаны на изменении параметров вентилей

(к примеру, изменение потенциала ионизации). Выпрямите­

ли с параметрическим регулированием обладают определен­

ными преимуществами по сравнению с выпрямителями, ре­

гулируемыми на стороне переменного тока. Они обеспечи­

вают:

1)более высокий коэффициент полезного действия;

2)возможность получения весьма широкого диапазона

изменения быстродействия системы регулирования;

3)сравнительно небольшие габариты установки и ее стоимость.

В связи с тем, что принципиально и тот и другой способы регулирования могут быть использованы в рассматривае­ мой установке, представляют интерес различные варианты

устройств регулирования. Сущность всех способов регули­

рования на стороне переменного тока заключается в том, что напряжение, питающее трансформатор выпрямителя, плавно или скачкообразно изменяется при помощи одного

из следующих элементов:

1) автотрансформатора со скользящим контактом или

скороткозамкнутой подвижной обмоткой;

2)индукционного потенциал-регулятора;

3)дросселя насыщения (магнитного усилителя),

51

Определенный интерес представляет дроссель насыщения.

Он является регулируемым индуктивным сопротивлением,

которое включается последовательно в цепь нагрузки. Магнитопровод Ш-образной формы имеет две системы обмоток: переменного и постоянного тока. Обмотки переменного тока

включены так, что их магнитодвижущие силы складываются. Обмотка постоянного тока, являющаяся подмагничивающей,

питается от усилителя постоянного тока. С увеличением

подмагничивания уменьшается эффективная магнитная про­

ницаемость сердечника и, следовательно, индуктивность

дросселя насыщения. Последнее обстоятельство и увеличи­

вает ток в подключенной нагрузке.

Электромеханическое устройство, предназначенное для

в действие реверсивным двигателем, включенным в цепь питания через контакты реле (через магнитные пускатели).

При этом положение якоря электромагнитного реле зависит

от сигнального напряжения. При номинальном значении

этого напряжения контакты реле не замкнуты и серводви­

гатель находится в неподвижном состоянии. При отклоне­

нии сигнального напряжения от номинала реле срабаты­

вает и замыкает свои верхние или нижние блок-контакты

в зависимости от знака отклонения. При этом в работу вклю­

чается серводвигатель, который приводит в действие фазо­ регулятор и соответственно выпрямительное устройство. В результате этого ток на выходе выпрямителя будет ме­ няться до тех пор, пока связанное с этим изменение сигналь­ ного напряжения в системе не станет равным номиналу. Эта система регулирования с отрицательной обратной связью обеспечивает более строгое выполнение операций, осуществляющих поддержание заданного режима работы установки.

Перспективными здесь яляются схемы параметрического регулирования, которые применительно к рассматривае­ мым условиям должны обладать способностью открывать вентили в строго заданный момент.

Схемы параметрического регулирования можно подраз­ делить на две группы. Первая группа — сеточная, пред­

назначенная для тиратронов и экситронов с управляющи­

ми сетками, вторая — с пусковым электродом — для игни­

тронов. Схемы сеточного управления в свою очередь мож­

но разделить на схемы с амплитудным и фазовым управле­ нием. Например, при схеме амплитудного управления на

52

сетку тиратрона подается напряжение смещения Е с, кото­ рое можно регулировать при помощи специального потен­

циометра. Тиратрон открывается при определенном соот­

ношении между напряжениями на аноде и на сетке Е с.

Существуют определенные пусковые характеристики (об­

ласти) вентиля и соответствующие им напряжения на ано­

де. Каждому значению напряжения на сетке соответствует

определенный интервал напряжений на аноде, при котором

тиратрон-может открываться. Каждому конкретному режи­

му работы последнего соответствует своя пусковая харак­

теристика.

При схеме фазового регулирования на сетку вентиля

подается фиксированное смещение Рс.0, запирающее вен­

тиль при любом возможном мгновенном значении напряже­

ния на аноде, и переменное напряжение, фазу которого можно регулировать по отношению к анодному напряже­

нию. Переменное напряжение обычно снимается со вторич­

ной обмотки сеточного трансформатора, первичная обмотка

которого питается от фазорегулятора.

На рис. 12 приведена схема регулирования выходного

тока в автоматизированной установке совмещенной катодной

станции, состоящей из следующих элементов: питающего

выпрямителя, балансного усилителя постоянного тока,

электромагнитных реле и двухфазного электродвигателя. При нормальном состоянии трубопровода разность по­ тенциалов, снимаемая на установке с сооружения и электро­ да сравнения, недостаточна по уровню для срабатывания реле Р х или Р 2. Это достигается специальной настройкой электромагнитных элементов. Реле включены на выходе усилителя постоянного тока. В схеме они являются элемен­ тами, управляющими работой электропривода, вращающе­

го в свою очередь фазорегулирующее устройство. При от­

клонении разности потенциалов, контролируемой в системе, от нормы появляется определенный ток разбаланса. Он по­

дается на вход усилителя постоянного тока. При этом сра­

батывает одно из реле (Рх или Р 2) в зависимости от знака

изменения контролируемой разности потенциалов. В цепи этих реле включены выпрямляющие вентили В х и В г, обес­

печивающие правильную работу каждого из этих элементов.

В соответствии со знаком разбаланса в системе, зависящим от исходных величин, подается питание на одну из обмоток

двухфазного реверсивного электродвигателя, который начи­

нает вращаться в требуемом направлении. При этом повора­ чивается и фазорегулятор, что влечет изменение потенциа­

53

лов на защищаемом участке трубопровода. Система регули­

рования отключается в момент, когда контролируемая

разность потенциалов придет к норме.

Проверка показала, что все описанные схемы могут быть применены для реализации автоматизации катодной защиты трубопроводов от коррозии, но при условии наличия узла температурной компенсации, который понижает погреш­ ности системы регулирования, возникающие в установке от этого фактора. Установка позволяет увеличить зону дей­

ствия защиты и осуществить стабилизацию потенциала

в точке дренажа.

Рис. 12. Схема регулирования выходного тока совмещенной катод^ ной станции

Широкое внедрение средств автоматики в городские ком­ мунальные хозяйства существенно меняет характер обслу­ живания эксплуатируемых инженерных объектов и техно­ логического оборудования.

Взаимосвязь отдельных элементов производственных процессов в отдельных отраслях коммунальных хозяйств, которая определяет необходимость создания АСУТП тех­ нологическими процессами, требует централизованной замкнутой схемы телеавтоматики'. Отсюда возникают со­ вершенно новые формы контроля и управления технологи­ ческими процессами, а именно, измерение, сигнализация,

регулирование и управление параметров системы на рас­

стоянии. Это способствует значительному расширению воз­ можностей схем локальной автоматики технологических

процессов.

54

В зависимости от характера объектов контроля и управ­ ления в коммунальных хозяйствах следует различать си­

стемы телеавтоматики ближнего и дальнего действия. Пер­ вые превалируют у сосредоточенных объектов, а вторые —■

у распределенных. Для систем с сосредоточенными объек­

тами вопрос структуры телемеханических связей решается

однозначно и определяется взаиморасположением контро­

лируемых пунктов (КП). В случае рассредоточенных объек­ тов выбор • структуры телемеханических связей определяет­

ся требованиями надежности работы всей системы в целом.

Рис. 13. Принципиальные схемы возможных структур телеме* ханических связей в системах управления

а — радиальная; б — цепочечная; в —кустовая; г — древовидная

В городских коммунальных хозяйствах возможны различные варианты телемеханических связей, принципиальные схемы которых приведены на рис. 13.

Как известно, при большой протяженности распределе­

ния контролируемых параметров канал связи является наи­

более дорогостоящим звеном телемеханической системы. В крупных городах сооружать кабельные и воздушные ли­

нии связи между отдельными пунктами, входящими в об­

щую систему диспетчеризации коммунальных хозяйств, нецелесообразно и нерентабельно. Поэтому в качестве про­ водиых каналов связи для телемеханической системы АСУ должны быть использованы существующие кабели городской телефонной сети. РДП может быть связан с контролируе­

мыми пунктами радиально или по, так называемым, цепо­

чечным, кустовым и древовидным каналам связи (см. рис. 13).

Сигналы можно передавать с помощью аппаратуры уплот­

нения. В качестве каналов связи можно использовать также

многопроводные и высокочастотные каналы телеграфной связи.

55

При радиальной связи за счет определенной простоты

отдельных блоков телемеханической системы используют

большое число двухпроводных линий связи, а при наличии одной или нескольких двухпроводных линий, непосредст­

венно связывающих основные КП с РДП и ЦДП,телемеха­

ническое устройство усложняется. В связи с тем что коли­ чество свободных телефонных пар городской АТС обычно ограничено и при проектировании автоматизированной си­ стемы управления следует учитывать имеющиеся возмож­ ности, необходимо в каждом отдельном случае дифферен­

цированно решать вопрос о каналах телемеханической свя­

зи (радиальная связь или связь по специальным каналам) между ДП и КП и соответственно выбора той или иной мо­ дификации телемеханического устройства.

В общей схеме АСУТП РДП должны поддерживать по­ стоянную связь с объектами, не обслуживаемыми и обслу­

живаемыми постоянным персоналом. Контролируемые

объекты оборудуются элементами общей телемеханической схемы. Принятая на РДП система сигнализации должна ин­ формировать диспетчера о всех аварийных отклонениях от

заданных режимов работы, нарушениях в системе телеме­

объектами путем периодических опросов (дискретных теле­ измерений по вызову), осуществляемых в основном спе­ циальной программной аппаратурой. Система должна так­ же предусматривать возможность вызова диспетчером лю­ бого объекта контроля и управления. Данные контролируе­

мых параметров регистрируются. Наличие сигнализации

исключает необходимость постоянных замеров на РДП

контролируемых параметров и делает нецелесообразными

даже циклические телеизмерения с регистрацией данных на пульте. В случае наличия в общей системе особо важных объектов вопрос о внедрении циклических телеизмерений с регистрацией данных на РДП особо важных параметров этих пунктов может быть разрешен положительно для каж­ дого конкретного случая, но не для всей системы в целом.

Телемеханическая система должна допускать прохождение

сигналов на РДП после распорядительного вызова с окон­ чательной фиксацией результата телеизмерения на дешиф­

рующем приборе (приемнике) за 2—4 с. Следовательно, пе­

риодические замеры с любым интервалом времени, учиты­

вающим время одного телеизмерения, вполне возможны.

56

Распространение системы постоянных телеизмерений

контролируемых параметров и даже циклических теле­

измерений тех же параметров в условиях крупных городов

не даст возможности полностью использовать преимущества этих измерений, так как физические возможности диспет­

чера не позволят одновременно охватить показания регист­

рирующих приборов, а также указателей на РДП. Следо­

вательно, затраты на установку и настройку различных ре­

гистраторов или указывающих приемников на РДП, услож­ нение системы, дополнительная нагрузка линии связи, уве­

личение габаритов РДП и т. д. не оправдываются.

С насосных, газорегуляторных станций и пунктов в си­

стеме АСУТП на РДП передаются следующие показатели

в режиме телеизмерений:

по насосным станциям: давление на входе и выходе на­

сосных агрегатов; число работающих насосных агрегатов;

мгновенные значения расходов агента через насосную стан­

цию; суммарные значения расхода агента через головные

(районные) насосные станции; электрическая мощность, потребляемая насосной станцией; ток нагрузки катодных станций;

по газорегуляторным станциям и газорегуляторным пунктам: давление на входе и выходе; расход газа через станцию, при необходимости (особенно в условиях низких температур) данные о температуре газа, поступающего в го­

родской газовый коллектор; ток нагрузки катодной станции. С РДП осуществляют следующие операции телеуправ­

ления и телерегулирования:

по насосным станциям: включение и отключение насос­

ных агрегатов; задание режимов перекачки (из насоса в на­

сос, с подключенной емкостью, с частичным сбросом), пе­ реключение задвижек на насосной станции и линейных частях трубопроводов; установка задатчиков регуляторов давления (производительности);

по газорегуляторным станциям и пунктам: переключе­

ние задвижек ГРС и ГРП и линейных частей трубопроводов;

установка задатчиков регуляторов давления (производи­ тельности).

На пульт управления РДП в системе АСУТП должна

поступать следующая регулярная телесигнализация: вид управления объектом (местное, телемеханическое); режим

работы насосной станции (из насоса в насос, с подключе­

нием емкости, с частичным сбросом); состояние насосных

агрегатов (включен, отключен); открытие и закрытие за­

57

движек; состояние регулирующей аппаратуры, а также ава­ рийная телесигнализация: отключение отдельных насос­

ных агрегатов с информацией о возможных повторных

включениях или не допускающая их; сигнал о пожаре на

управляемом объекте; сигнал о загазованности или затоп­

лении управляемого объекта; сигнал выхода из строя вспо­ могательных систем (смазки, охлаждения, вентиляции

и т. п.); сигнал о неисправности в системе электроснабже­

ния объекта и подсобных сооружений (котельных, водо-

и газоснабжения, промышленной канализации и т. п.);

сигнал об аварии на линейных частях трубопроводов; не­

исправности каналов связи; сигнал о разрыве в линиях

снабжения и т. п.

Телемеханическая система АСУТП в качестве одного из

составных элементов должна содержать блок телерегулиро­ вания (дистанционное корректирование регуляторов давле­

ния на технологических линиях). Например, в районах со

стабилизированными газо-, тепло- и водоснабжением теле­

регулирование настройки регуляторов может осуществ­

ляться диспетчером или ЭВМ в течение суток и дней недели

по примерным картам режимов работы соответствующих объектов за предыдущие годы. Оно должно удовлетворять

следующим основным требованиям: в связи с кратковре­

менностью посылаемых диспетчером или ЭВМ командных

сигналов необходимо использовать те же каналы связи, по которым осуществляются телеизмерение,'телесигнализация; в качестве устройства, управляющею на месте регулятором, нужно применять специальное устройство — дистанцион­ ный корректор с приводом в зависимости от местных усло­ вий и наличия аппаратуры; если аппаратура телерегулиро­ вания находится в загазованной среде, то она выполняется

взрывобезопасной.

При периодическом дистанционном корректировании уставок регуляторов контроль необходимо вести при по­

мощи дискретных телеизмерений. Опыт показывает, что

для достижения оптимальных суточных режимов работы

гидрогазодинамических систем коммунальных хозяйств не­ обходимость в корректировке регуляторов возникает не

более 2—3 раз в сутки: в 6—7 ч утра, 5—7 ч вечера и 1—2 ч

ночи. Даже при реализации нового принципа регулирова­

ния режимов давления технологических линий потребите­ лей по импульсу давления из характерной точки распреде­

лительной сети необходимость в корректировках регуля­

торов очевидна, так как ни один регулятор не в состоянии

58