RU113380U1

RU113380U1 - GAS PRESSURE AND FLOW CONTROL SYSTEM

Info

Publication number: RU113380U1
Application number: RU2011138676/08U
Authority: RU
Inventors: Юрий Андреевич Дзарданов; Андрей Александрович Добрынин; Борис Викторович Захаров; Сергей Иванович Купцов; Всеволод Эммануилович Лебедев; Сергей Петрович Пашков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Темп" им. Ф. Короткова
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2012-02-10

Abstract

1. Система регулирования давления и расхода газа, содержащая имеющий возможность встраивания в газопровод регулятор давления и расхода газа, оснащенный дозатором, дозирующий элемент которого связан с приводом регулирования его положения, модуль регулирования давления и расхода газа, включающий блок вычисления давления и расхода газа, связанный с датчиками давления и температуры газа перед дозирующим элементом, датчиками давления газа за дозирующим элементом и за регулятором, и через интерфейсный блок имеющий возможность соединения с системой управления диспетчерского пункта газораспределительной станции, отличающаяся тем, что блок вычисления давления и расхода газа связан с датчиками через аналого-цифровой преобразователь, причем система оснащена модулем управления положением дозирующего элемента, содержащим интерфейсный блок, вычислительный блок и аналого-цифровой преобразователь, вход интерфейсного блока данного модуля связан с выходом интерфейсного блока модуля регулирования давления и расхода газа и имеет возможность соединения с системой управления диспетчерского пункта газораспределительной станции, а выход связан с блоком вычисления положения дозирующего элемента, входы которого связаны с введенным в систему датчиком углового положения ротора двигателя привода регулирования положения дозирующего элемента, а также с выходом аналого-цифрового преобразователя, вход которого связан также с датчиком положения дозирующего элемента, а выход блока вычисления положения дозирующего элемента имеет возможность соединения с двигателем привода регулирования положения дозирующего элемент� 1. A system for regulating pressure and gas flow rate, containing a pressure and gas flow rate regulator that can be built into a gas pipeline, equipped with a metering unit, a metering element of which is connected to a drive for adjusting its position, a pressure and gas flow rate control module, including a gas pressure and flow rate calculation unit, connected with gas pressure and temperature sensors in front of the dosing element, gas pressure sensors behind the dosing element and behind the regulator, and through an interface unit that can be connected to the control system of the control room of the gas distribution station, characterized in that the gas pressure and flow calculation unit is connected to the sensors via an analog -digital converter, moreover, the system is equipped with a dosing element position control module containing an interface unit, a computing unit and an analog-to-digital converter, the input of the interface unit of this module is connected to the output of the interface unit of the pressure control module i and the gas flow rate and has the ability to connect to the control system of the control room of the gas distribution station, and the output is connected to the unit for calculating the position of the metering element, the inputs of which are connected to the sensor of the angular position of the rotor of the motor of the drive for adjusting the position of the metering element, as well a digital converter, the input of which is also connected to the position sensor of the dosing element, and the output of the block for calculating the position of the dosing element can be connected to the motor of the drive for adjusting the position of the dosing element�

Description

Полезная модель относится к оборудованию для транспортировки газа и может быть использована в системах газораспределительных станций (ГРС), предназначенных для снабжения потребителей газом от магистральных и промысловых газопроводов с автоматическим поддержанием заданных величин давления и расхода газа, регулирования в широких пределах расхода газа и перекрытия подачи газа в аварийных ситуациях или в случаях несанкционированно отбора газа.The utility model relates to equipment for gas transportation and can be used in gas distribution station systems (GRS) designed to supply consumers with gas from main and field gas pipelines with automatic maintenance of set pressure and gas flow rates, regulation over a wide range of gas flow rates and gas flow shutoffs in emergency situations or in cases of unauthorized gas withdrawal.

Известен регулятор давления - ограничитель расхода газа, содержащий корпус с входным и выходным фланцами. В корпусе размещен регулятор - ограничитель, установленный со стороны входа газа. К входному фланцу регулятора пристыкована высоконапорная магистраль, а к выходному фланцу корпуса своим фланцем пристыкован переходник, внутри которого установлено сопло Вентури, а к свободному фланцу переходника пристыкован второй, аналогичный первому корпус, с установленным в нем регулятором - ограничителем. К выходному фланцу второго корпуса подсоединена низконапорная магистраль потребления. Регуляторы - ограничители и сопло установлены соосно друг другу. Регуляторы снабжены пилотными устройствами, состоящими из редуктора и усилителя. Для обеспечения настройки регуляторов - ограничителей, каждое пилотное устройство снабжено манометрами, показывающими последовательно входное давление, давление питания, управляющее давление, причем пилотное устройство первого регулятора дополнительно снабжено манометром, показывающим давление обратной связи, то есть, давление на входе в сопло Вентури. Пилотное устройство второго регулятора снабжено аналогичными показывающими манометрами.A known pressure regulator is a gas flow limiter comprising a housing with inlet and outlet flanges. A regulator is installed in the housing - a limiter installed on the gas inlet side. A high-pressure line is docked to the inlet flange of the regulator, and an adapter is attached to the outlet flange of the housing with a Venturi nozzle inside it, and a second, similar to the first case, is docked to the free flange of the adapter, with a limiter installed in it. A low-pressure consumption line is connected to the output flange of the second case. Regulators - limiters and nozzle are installed coaxially to each other. The regulators are equipped with pilot devices consisting of a gearbox and an amplifier. To ensure the adjustment of the regulator-limiters, each pilot device is equipped with pressure gauges that show the inlet pressure, supply pressure, control pressure, and the pilot device of the first regulator is additionally equipped with a pressure gauge showing the feedback pressure, i.e., the pressure at the inlet to the Venturi nozzle. The pilot device of the second controller is equipped with similar indicating pressure gauges.

В процессе работы регулятора давления на его вход подается газ из высоконапорной магистрали. В соответствии с максимальным расходом газа, согласованным с потребителем, и учитывая величину давления, поддерживаемого в низконапорной магистрали, устанавливают соответствующее сопло Вентури и задают значение давления перед ним, величина которого устанавливается редуктором и пневмоусилителем первого регулятора, при этом контроль давления осуществляется по показаниям манометров.During the operation of the pressure regulator, gas is supplied to its inlet from a high-pressure line. In accordance with the maximum gas flow rate agreed with the consumer, and taking into account the pressure value maintained in the low-pressure line, set the corresponding Venturi nozzle and set the pressure value in front of it, the value of which is set by the gearbox and pneumatic amplifier of the first regulator, while the pressure is monitored according to the pressure gauges.

Аналогичным образом используется пилотное устройство второго регулятора, где устанавливается величина давления в низконапорной магистрали потребления.Similarly, the pilot device of the second regulator is used, where the pressure value in the low-pressure consumption line is set.

При несанкционированном потреблении газа выше установленного регулятором, в сопле Вентури устанавливается критический режим течения, после чего величина расхода становится постоянной, а давление газа в магистрали потребления автоматически понижается со скоростью, определяемой величиной превышения газопотребления и массой газа в объеме низконапорной магистрали потребления. При газопотреблении, не превышающем заданной максимальной величины, сопло Вентури работает в дозвуковом режиме, а второй регулятор поддерживает давление, необходимое потребителю.If unauthorized gas consumption is higher than the one set by the regulator, a critical flow mode is established in the Venturi nozzle, after which the flow rate becomes constant, and the gas pressure in the consumption line automatically decreases at a speed determined by the amount of excess gas consumption and the gas mass in the volume of the low-pressure consumption line. With gas consumption not exceeding the specified maximum value, the Venturi nozzle operates in a subsonic mode, and the second regulator maintains the pressure required by the consumer.

(см. патент РФ №2150139, кл. G05D 16/10, 2000 г.).(see RF patent No. 2150139, class G05D 16/10, 2000).

В результате анализа выполнения известного регулятора - ограничителя необходимо отметить, что в нем регулирование расхода газа осуществляется в весьма узких пределах, в противном случае, необходима установка сменного сопла Вентури с другими параметрами, что неудобно и занимает много времени. Кроме того, выполнение данного устройства не предполагает возможности его дистанционного управления в процессе функционирования.As a result of the analysis of the implementation of the known regulator-limiter, it should be noted that gas flow rate regulation is carried out in it within very narrow limits; otherwise, it is necessary to install a replaceable Venturi nozzle with other parameters, which is inconvenient and takes a lot of time. In addition, the implementation of this device does not imply the possibility of its remote control during operation.

Известно запорно-регулирующее устройство, содержащее корпус с входным и выходным патрубками, имеющими возможность соединения с магистралью подачи рабочей среды (жидкости или газа). В корпусе устройства размещены запорные клапаны. К запорным клапанам подключены преобразователи, связанные с блоком (модулем) управления, имеющим выход для обеспечения возможности внешнего (дистанционного) управления.Known locking and regulating device containing a housing with inlet and outlet nozzles having the ability to connect to the supply line of the working medium (liquid or gas). Shutoff valves are placed in the device case. Converters connected to the shut-off valves are connected to the control unit (module) having an output to enable external (remote) control.

Каждый клапан выполнен в виде полого поршня, подпружинен упругим элементом на запирание и снабжен механизмом его перемещения и датчиком положения.Each valve is made in the form of a hollow piston, is spring-loaded by an elastic element for locking and is equipped with a mechanism for its movement and a position sensor.

Каждый преобразователь выполнен в виде электропневматического триггера и содержит два электропневмоклапана, пневмоцилиндр с поршнем, реечную передачу, два дросселя и поворотный затвор.Each converter is made in the form of an electro-pneumatic trigger and contains two electro-pneumatic valves, a pneumatic cylinder with a piston, a rack and pinion transmission, two throttles and a rotary shutter.

Модуль управления содержит преобразователь «ток - напряжение», последовательно соединенный с аналогово-цифровым преобразователем, связанным с блоком формирования управляющих импульсов, а последний связан с блоком ключевых усилителей мощности, как минимум один из входов которого является для модуля управления входом для внешнего управления.The control module contains a current-voltage converter connected in series with an analog-to-digital converter connected to a control pulse generation unit, and the latter is connected to a block of key power amplifiers, at least one of the inputs of which is an input control unit for external control.

В исходном положении все запорные клапаны закрыты. Давление рабочей среды поступает на входы преобразователей. Электропневматические триггеры при этом обесточены, поршни находятся в левом положении, а поворотные затворы обеспечивают поступление рабочей среды в пружинные полости запорных клапанов.In the initial position, all shut-off valves are closed. The pressure of the working fluid is supplied to the inputs of the transducers. In this case, the electro-pneumatic triggers are de-energized, the pistons are in the left position, and the rotary locks provide the flow of the working medium into the spring cavities of the shut-off valves.

При подаче управляющего токового сигнала, например, с дистанционного пульта на модуль управления, данный сигнал преобразуется в напряжение, затем в аналогово-цифровом преобразователе в цифровой код, который поступает на блок формирования управляющих импульсов, управляющих срабатыванием электропневмоклапанов. При срабатывании электропневмоклапанов открывается доступ рабочей среды в одну из полостей пневмоцилиндра, другая полость которого сообщена с атмосферой. Под действием разности давлений поршень совершает перемещение и через реечную передачу переводит поворотный затвор в положение, при котором подпоршневая полость запорного клапана сообщается с атмосферой, в результате чего давление в подпоршневой полости уменьшается и под действием рабочей среды запорный клапан, преодолевая усилие пружины, совершает перемещение, открывая проход рабочей среде. Сигнал положения запорного клапана (сигнал обратной связи) поступает на модуль управления и на внешний пульт управления. При изменении управляющего сигнала изменяется и проходное сечение запорнорегулирующего устройства.When a control current signal is supplied, for example, from a remote control to the control module, this signal is converted to voltage, then in an analog-to-digital converter to a digital code, which is fed to the control pulse generation unit that controls the operation of electro-pneumatic valves. When the electro-pneumatic valves are activated, the working medium opens up access to one of the cavities of the pneumatic cylinder, the other cavity of which is in communication with the atmosphere. Under the influence of the pressure difference, the piston moves and through the rack and pinion transfers the rotary valve to a position in which the piston cavity of the shut-off valve communicates with the atmosphere, as a result of which the pressure in the piston cavity decreases and, under the action of the working medium, the shut-off valve overcomes the spring force and moves opening the passage to the working environment. The valve position signal (feedback signal) is sent to the control module and to the external control panel. When the control signal changes, the flow area of the locking device also changes.

(см. патент РФ №2037178, кл. G05D 7/06, 1995 г.).(see RF patent No. 2037178, CL G05D 7/06, 1995).

В результате анализа выполнения известного устройства необходимо отметить, что оно позволяет осуществлять регулировку подачи рабочей среды в достаточно широких пределах, постоянно контролирует в процессе работы положение запорного клапана, то есть, площадь проходного сечения, причем управление устройством может осуществляться дистанционно.As a result of the analysis of the implementation of the known device, it should be noted that it allows you to adjust the flow of the working medium in a fairly wide range, constantly monitors the position of the shut-off valve during operation, that is, the area of the bore, and the device can be controlled remotely.

Однако, учитывая, что регулирование подачи рабочей среды осуществляется дискретно, а само устройство содержит целую гамму дублирующих механизмов перемещения запорных клапанов, то точность регулирования весьма невысока, что обусловлено также и тем, что регулирование устройства осуществляется только с учетом одного параметра - давления рабочей среды на входе в устройство. Учитывая, что механизм управления положением запорного клапана весьма сложен конструктивно, надежность его невысока.However, taking into account that the control of the supply of the working medium is carried out discretely, and the device itself contains a whole gamut of duplicating mechanisms for moving shut-off valves, the control accuracy is very low, which is also due to the fact that the control of the device is carried out only taking into account one parameter - the pressure of the working medium entering the device. Given that the mechanism for controlling the position of the shutoff valve is very structurally complex, its reliability is low.

Известна реализующая способ регулирования расхода и давления при поставках газа потребителям система, содержащая датчик давления газа, установленный на трубопроводе, выход датчика давления связан с входом регулятора давления, выход которого связан с первым входом селектора минимума. Система также содержит датчик расхода газа, выход которого связан с входом регулятора расхода, выход которого связан с вторым входом селектора минимума, выход которого связан с исполнительным механизмом регулировочного клапана, установленного в газовой трубе.A known system implementing the flow and pressure control for gas supplies to consumers contains a gas pressure sensor installed on the pipeline, the output of the pressure sensor connected to the input of the pressure regulator, the output of which is connected to the first input of the minimum selector. The system also contains a gas flow sensor, the output of which is connected to the input of the flow regulator, the output of which is connected to the second input of the minimum selector, the output of which is connected to the actuator of the control valve installed in the gas pipe.

В процессе работы системы, если потребление газа ниже заданной величины, что фиксируется датчиком расхода, регулятор расхода будет стремиться открыть клапан для восстановления расхода и сигнал на выходе этого регулятора будет увеличиваться. В этой ситуации давление после клапана начнет увеличиваться, что будет зафиксировано датчиком давления регулятора давления и регулятор начнет уменьшать сигнал на своем выходе, стремясь прикрыть клапан для удержания давления газа на заданной величине. Таким образом, сигналы на выходе регуляторов давления и расхода будут изменяться в противоположных направлениях. Селектор пропустит на клапан сигнал того регулятора, у которого значение сигнала меньше, а именно сигнал регулятора давления, который будет ограничивать давление в трубопроводе на заданной величине.During the operation of the system, if the gas consumption is below a predetermined value, which is detected by the flow sensor, the flow controller will tend to open the valve to restore flow and the signal at the output of this controller will increase. In this situation, the pressure after the valve will begin to increase, which will be detected by the pressure sensor of the pressure regulator and the regulator will begin to reduce the signal at its output, trying to close the valve to keep the gas pressure at a predetermined value. Thus, the signals at the output of the pressure and flow controllers will change in opposite directions. The selector will pass to the valve the signal of the regulator for which the signal value is less, namely the signal of the pressure regulator, which will limit the pressure in the pipeline to a predetermined value.

Если потребление газа станет выше заданной величины, регулятор расхода уменьшит свой выходной сигнал до величины, обеспечивающей поддержание расхода не выше заданного. Это приведет к падению давления в трубопроводе потребителя, и регулятор давления увеличит сигнал на выходе, стремясь удержать давление, равное заданной величине.If the gas consumption becomes higher than the set value, the flow controller will reduce its output signal to a value that ensures that the flow rate is not higher than the set value. This will lead to a drop in pressure in the consumer pipeline, and the pressure regulator will increase the output signal, trying to maintain a pressure equal to a given value.

Таким образом, и в этом случае регуляторы давления и расхода действуют в противоположных направлениях, но селектор пропустит на исполнительный механизм клапана сигнал регулятора расхода, поскольку он будет меньшим, и регулятор расхода станет ограничивать расход газа потребителю до заданной величины.Thus, in this case, the pressure and flow regulators act in opposite directions, but the selector will let the flow regulator signal pass to the valve actuator, since it will be smaller, and the flow regulator will limit the gas flow to the consumer to a predetermined value.

(см. патент РФ №2176100, кл. G05D 16/00, 2001 г.)(see RF patent No. 2176100, class G05D 16/00, 2001)

В результате анализа известной системы необходимо отметить, что она весьма инерционна, не обеспечивает перенастройки в процессе работы и прекращения подачи газа в аварийных ситуациях, что существенно ограничивает область ее применения.As a result of the analysis of the known system, it should be noted that it is very inertial, does not provide reconfiguration during operation and gas supply interruption in emergency situations, which significantly limits the scope of its application.

Известна система регулирования подачи рабочей среды, преимущественно, газовой, содержащая состыкованный с газовым трубопроводом дозатор среды с установленным в его корпусе запорным клапаном, например, тарельчатого типа с управляемым положением створок. Установленный в корпусе запорный клапан имеет возможность перемещения посредством механизма, в качестве которого используется управляемый моментный мотор. Положение запорного клапана отслеживается датчиком. В трубопроводе, перед входом в дозатор установлены датчики давления (Р1) и температуры (Т) транспортируемого газа. На выходе дозатора установлены датчики давления (Р2) на выходе дозатора и в выходной магистрали (Р3).A known system for regulating the supply of a working medium, mainly a gas one, comprising a medium dispenser coupled to a gas pipeline with a shut-off valve installed in its housing, for example, of a poppet type with a controlled position of the valves. A shut-off valve installed in the housing has the ability to be moved by means of a mechanism, which uses a controlled torque motor. The position of the shutoff valve is monitored by the sensor. In the pipeline, before entering the dispenser, sensors of pressure (P1) and temperature (T) of the transported gas are installed. At the outlet of the dispenser, pressure sensors (P2) are installed at the outlet of the dispenser and in the output line (P3).

Устройство оснащено модулем управления, связанным с упомянутыми датчиками.The device is equipped with a control module associated with said sensors.

Модуль управления содержит блок вычисления расхода газа, блок управления моментным мотором, блок контроля выходного давления среды, блок ввода уставок и индикации параметров, имеющий возможность посредством канала связи соединения с системой автоматического управления работой ГРС.The control module comprises a gas flow calculating unit, a torque motor control unit, an output pressure control unit for the medium, a set point input and parameter display unit, which is able, via a communication channel, to connect to an automatic control system for the operation of the gas distribution system.

Блок ввода уставок двунаправленными каналами связи связан с блоками модуля управления.The setpoint input unit by bidirectional communication channels is connected to the control module units.

Для работы устройство монтируют на газовой трубе подачи газа от ГРС к потребителям.For operation, the device is mounted on a gas pipe supplying gas from the gas distribution system to consumers.

Газовый поток поступает по трубе в дозатор к запорному клапану. Давление и температура подаваемого газа измеряются датчиками и показатели давления и температуры подаются на блок вычисления расхода среды, где определяется расход газа. Посредством датчиков определяется давление на выходе дозатора, а также давление в выходной магистрали и сигналы с датчиков передаются соответственно в блоки вычисления расхода и контроля выходного давления газа.The gas stream flows through the pipe into the dispenser to the shut-off valve. The pressure and temperature of the gas supplied are measured by sensors and the pressure and temperature indicators are supplied to the medium flow calculating unit, where the gas flow is determined. Using the sensors, the pressure at the outlet of the dispenser is determined, as well as the pressure in the output line and the signals from the sensors are transmitted, respectively, to the units for calculating the flow and monitoring the gas outlet pressure.

Кроме того, постоянно контролируется положение запорного клапана. На блок ввода уставок поступают сигналы с диспетчерского пункта по максимально допустимому расходу газа и минимально и максимально допустимому значению давления в выходной магистрали. Эти значения передаются в блоки вычисления расхода и контроля выходного давления газа. Блок вычисления расхода в соответствии с сигналами от блока ввода уставок, сигналами с датчиков и в зависимости от положения запорного клапана производит вычисление текущего расхода газа, сравнивает его со значениями, полученными с блока ввода уставок, и полученный сигнал разности передает в блок управления моментным мотором для управления механизмом клапана дозатора.In addition, the position of the shutoff valve is constantly monitored. The setpoint input unit receives signals from the control room for the maximum allowable gas flow rate and the minimum and maximum allowable pressure value in the output line. These values are transferred to the flow calculation and gas outlet pressure control units. The flow calculation unit, in accordance with the signals from the setpoint input unit, signals from the sensors and depending on the position of the shut-off valve, calculates the current gas flow rate, compares it with the values received from the setpoint input unit, and transfers the received difference signal to the torque motor control unit for control the dispenser valve mechanism.

Блок контроля выходного давления сравнивает текущее значение давления газа в выходной магистрали с заданными значениями минимального и максимального допустимых значений, поступаемых с блока ввода уставок, и полученные сигналы разности передает на блок управления мотором, который по полученным управляющим сигналам и сигналу о положении запорного клапана выдает управляющий сигнал на механизм для регулирования положения запорного клапана, который соответствующим образом изменяет проходное сечение трубопровода, обеспечивая тем самым заданное значение расхода газа.The output pressure control unit compares the current gas pressure value in the output line with the specified values of the minimum and maximum allowable values received from the setpoint input unit, and transmits the received difference signals to the motor control unit, which gives the control signal according to the received control signals and the signal on the position of the shut-off valve a signal to a mechanism for regulating the position of the shut-off valve, which accordingly changes the bore of the pipeline, thereby ensuring gas flow setpoint.

В случае необходимости командного перемещения запорного клапана, например, при аварийном отключении подачи газа, команда с пульта управления по каналу передается на блок ввода уставок, а с него на блок управления мотором, который подает сигнал на перекрытие запорным клапаном трубопровода и прекращение подачи газа.If it is necessary to move the shut-off valve by command, for example, during an emergency shutdown of the gas supply, the command from the control panel is transmitted through the channel to the setpoint input unit, and from it to the motor control unit, which sends a signal to block the pipeline shut-off valve and stop the gas supply.

(см. патент РФ №2294555, кл. G05D 7/06 2007 г.) - наиболее близкий аналог.(see RF patent No. 2294555, class G05D 7/06 2007) - the closest analogue.

Данное устройство позволяет осуществлять подачу рабочей среды (жидкости, газа) потребителям с выдерживанием заданных параметров подачи среды на основе сравнения ее входных и выходных параметров и автоматического поддержания заданных параметров в процессе работы устройства. Однако данная система характеризуется невысокой точностью регулирования заданных параметров и достаточно большой инерционностью.This device allows the supply of a working medium (liquid, gas) to consumers with maintaining the set parameters of the medium supply based on a comparison of its input and output parameters and automatic maintenance of the set parameters during the operation of the device. However, this system is characterized by low accuracy of control of the given parameters and a sufficiently large inertia.

Техническим результатом настоящей полезной модели является разработка системы регулирования давления и расхода газа, позволяющей осуществлять регулирование подачи рабочей среды с высокой точностью в автоматическом режиме, в том числе дистанционно, с пульта правления, находящегося на удалении от управляемого объекта.The technical result of this utility model is the development of a gas pressure and gas flow control system that allows controlling the flow of the working medium with high accuracy in automatic mode, including remotely, from the control panel located at a distance from the controlled object.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в системе регулирования давления и расхода газа, содержащей имеющий возможность встраивания в газопровод регулятор давления и расхода газа, оснащенный дозатором, дозирующий элемент которого, связан с приводом регулирования его положения, модуль регулирования давления и расхода газа, включающий блок вычисления давления и расхода газа, связанный с датчиками давления и температуры газа перед дозирующим элементом, датчиками давления газа за дозирующим элементом и за регулятором, и через интерфейсный блок имеющий возможность соединения с системой управления диспетчерского пункта газораспределительной станции, новым является то, что блок вычисления давления и расхода газа, связан с датчиками через аналого-цифровой преобразователь, причем система оснащена модулем управления положением дозирующего элемента, содержащим интерфейсный блок, вычислительный блок и аналого-цифровой преобразователь, вход интерфейсного блока данного модуля связан с выходом интерфейсного блока модуля регулирования давления и расхода газа и имеет возможность соединения с системой управления диспетчерского пункта газораспределительной станции, подачей газа, а выход связан с блоком вычисления положения дозирующего элемента, входы которого связаны с введенным в систему датчиком углового положения ротора двигателя привода регулирования положения дозирующего элемента, а также с выходом аналого-цифрового преобразователя, вход которого связан также с датчиком положения дозирующего элемента, а выход блока вычисления положения дозирующего элемента имеет возможность соединения с двигателем привода регулирования положения дозирующего элемента, при этом система дополнительно снабжена расходомером прокачиваемого через газопровод газа, связанным с интерфейсным блоком модуля регулирования давления и расхода газа, а блок вычисления положения дозирующего элемента связан с двигателем через ШИМ генератор и инвертор, выходы которого связаны с двигателем и входами аналого-цифрового преобразователя модуля управления положением дозирующего элемента.The specified technical result is ensured by the fact that in the pressure and gas flow control system, comprising a pressure and gas flow regulator having an option to be integrated into the gas pipeline, equipped with a dispenser, the dispensing element of which is connected to the position control actuator, a pressure and gas flow control module, including a unit calculating the pressure and gas flow rate associated with pressure and gas temperature sensors in front of the metering element, gas pressure sensors behind the metering element and the regulator, and h Through an interface unit that can be connected to the control system of a gas distribution station control room, it is new that the pressure and gas flow calculation unit is connected to the sensors via an analog-to-digital converter, the system being equipped with a dosing element position control module containing an interface unit, a computing unit and an analog-to-digital converter, the input of the interface unit of this module is connected to the output of the interface unit of the gas pressure and flow control module and has the ability to connect to the control system of the control station of the gas distribution station, gas supply, and the output is connected to the unit for calculating the position of the metering element, the inputs of which are connected to the angular position sensor of the rotor of the rotor motor of the drive for controlling the position of the metering element, as well as to the output of analog-digital a converter, the input of which is also connected to the position sensor of the metering element, and the output of the unit for calculating the position of the metering element has the ability to connect connection with the drive motor for adjusting the position of the dosing element, the system is additionally equipped with a flowmeter of gas pumped through the gas pipeline connected to the interface unit of the pressure and gas flow control module, and the unit for calculating the position of the dosing element is connected to the engine through a PWM generator and an inverter, the outputs of which are connected to motor and inputs of the analog-to-digital converter of the module for controlling the position of the dosing element.

Использование двух модулей управления позволяет оперативно и с высокой точностью регулировать давление и расход газа в широких диапазонах.The use of two control modules allows you to quickly and accurately control the pressure and gas flow over a wide range.

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:The essence of the utility model is illustrated by graphic materials on which:

- на фиг.1 представлена схема системы регулирования давления и расхода газа;- figure 1 presents a diagram of a system for regulating pressure and gas flow;

- на фиг.2 представлена схема модуля регулирования давления и расхода газа;- figure 2 presents a diagram of a module for regulating pressure and gas flow;

- на фиг.3 представлена схема модуля управления положением дозирующего элемента дозатора.- figure 3 presents a diagram of a module for controlling the position of the metering element of the metering device.

Система регулирования давления и расхода газа содержит встроенный в газопровод регулятор 1 давления и расхода газа, оснащенный дозатором 2 с дозирующим элементом (иглой дозатора) 3. Монтаж регулятора в газопровод осуществляется посредством фланцев 4.The pressure and gas flow control system comprises a pressure and gas flow regulator 1 integrated in the gas pipeline, equipped with a dispenser 2 with a dispensing element (dispenser needle) 3. The controller is installed in the gas pipeline using flanges 4.

Дозирующий элемент 3 дозатора 2 может быть выполнен различным известным образом, например, в виде штока с одной или несколькими тарелями, имеющими возможность перемещения посредством регулируемого привода относительно седла (седел) выполненного (выполненных) в корпусе дозатора. Дозирующий элемент может быть выполнен аналогично дозирующему элементу, известному из решения по патенту РФ на изобретение №2391695 или из решения по патенту РФ на полезную модель №73094. Зазор между тарелью и седлом определяет пропускную способность (расход) дозатора. Регулирование данного зазора в зависимости от параметров газового потока на входе в регулятор и выходе из него, а также полное перекрывание проходного сечения между тарелью и седлом осуществляется перемещением дозирующего элемента 3, которое осуществляется приводом. Данный привод может быть выполнен различным известным образом, например, в виде винтового механизма, винт которого скреплен со штоком дозирующего элемента, а гайка кинематически связана с двигателем 5. В качестве двигателя наиболее целесообразно использовать стандартный трехфазный вентильный электродвигатель, работа которого осуществляется от последовательно соединенных шестиканального ШИМ генератора 6 и инвертора 7, выходы которого соединены со статорными обмотками двигателя 5.The dispensing element 3 of the dispenser 2 can be made in various known ways, for example, in the form of a rod with one or more plates that can be moved by means of an adjustable drive relative to the saddle (s) made (made) in the dispenser body. The dispensing element can be made similar to the dispensing element, known from the decision of the RF patent for invention No. 2391695 or from the decision of the RF patent for utility model No. 73094. The gap between the plate and the saddle determines the throughput (flow) of the dispenser. The regulation of this gap, depending on the parameters of the gas flow at the inlet and outlet of the regulator, as well as the complete overlap of the bore between the plate and the saddle is carried out by moving the metering element 3, which is carried out by the drive. This drive can be made in various known ways, for example, in the form of a screw mechanism, the screw of which is fastened to the rod of the metering element, and the nut is kinematically connected to the motor 5. As a motor, it is most expedient to use a standard three-phase valve electric motor, which is operated from a six-channel connected in series PWM generator 6 and inverter 7, the outputs of which are connected to the stator windings of the motor 5.

Линейное положение дозирующего элемента (иглы дозатора) 3 отслеживается датчиком 8 положения дозирующего элемента. Угловое положение ротора (не показан) двигателя 5 отслеживается датчиком 9 углового положения ротора двигателя. Система оснащена установленными перед дозатором 2 датчиками 10 и 11, соответственно, давления (Р1) и температуры (Т1) прокачиваемого по газопроводу газа. За дозирующим элементом (по направлению движения газа) установлены датчики 12 и 13 соответственно, давления (Р2) за дозирующим элементом и за регулятором - в выходной магистрали газопровода (Р3). Наиболее целесообразно датчики 10, 11, 12, размещать в каналах, выполненных во фланцах 4 регулятора 1.The linear position of the metering element (metering needle) 3 is monitored by the sensor 8 of the position of the metering element. The angular position of the rotor (not shown) of the engine 5 is monitored by the sensor 9 of the angular position of the rotor of the engine. The system is equipped with 2 sensors 10 and 11 installed in front of the dispenser, respectively, of the pressure (P1) and temperature (T1) of the gas pumped through the gas pipeline. Sensors 12 and 13 are installed behind the metering element (in the direction of gas movement), pressure (P2) behind the metering element and behind the regulator - in the gas outlet pipe (P3). The most appropriate sensors 10, 11, 12, to place in the channels made in the flanges 4 of the regulator 1.

Система может быть оснащена расходомером 14, установленным на газопроводе за дозатором.The system can be equipped with a flow meter 14 mounted on the gas pipeline behind the dispenser.

Система оснащена модулем регулирования давления и расхода газа и модулем управления положением дозирующего элемента (иглы дозатора). Данные модули могут быть скомпонованы в виде единого блока 15, смонтированного на регуляторе 1. Модуль регулирования давления и расхода газа содержит последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь 16 (АЦП 1), блок 17 вычисления давления и расхода газа (вычислительный блок 1) и интерфейсный блок 18 (интерфейсный блок 1). Входы аналого-цифрового преобразователя 16 связаны с датчиками 10, 11, 12, 13.The system is equipped with a gas pressure and gas flow control module and a module for controlling the position of the metering element (metering needle). These modules can be arranged as a single unit 15 mounted on the controller 1. The gas pressure and gas flow control module contains a series-connected analog-to-digital converter 16 (ADC 1), a gas pressure and gas flow calculation unit 17 (computing unit 1), and an interface unit 18 (interface unit 1). The inputs of the analog-to-digital Converter 16 are connected to the sensors 10, 11, 12, 13.

Входы блока 18 связаны с расходомером 14 и имеют возможность связи с системой более высокого уровня - системой управления диспетчерского пункта ГРС.The inputs of block 18 are connected to the flowmeter 14 and have the ability to communicate with a higher level system - the control system of the control station of the GDS.

Модуль управления положением дозирующего элемента содержит интерфейсный блок 19 (интерфейсный блок 2), с входом которого связан выход интерфейсного блока 18.The module for controlling the position of the dosing element contains an interface unit 19 (interface unit 2), with the input of which the output of the interface unit 18 is connected.

Входы блока 19 также имеют возможность связи с системой управления диспетчерского пункта ГРС. Выход блока 19 связан с первым входом вычислительного блока 20 вычисления положения дозирующего элемента (вычислительный блок 2), со вторым входом которого связан датчик 9 углового положения ротора двигателя 5, а с третьим - выход второго аналого-цифрового преобразователя 21 (АЦП 2), с входами которого связаны датчик 8 линейного положения дозирующего элемента и проводные линии (Ia, Ib, Ic) соединения инвертора 7 с фазами двигателя, что целесообразно для ограничения токов, протекающих через обмотки двигателя 5 для предотвращения его перегрузки.The inputs of block 19 also have the ability to communicate with the control system of the control station GDS. The output of block 19 is connected to the first input of the computing unit 20 for calculating the position of the dosing element (computing unit 2), the second input of which is connected to the sensor 9 of the angular position of the rotor of the motor 5, and the third - the output of the second analog-to-digital converter 21 (ADC 2), s the inputs of which are connected the sensor 8 of the linear position of the metering element and the wire lines (Ia, Ib, Ic) of the connection of the inverter 7 with the phases of the motor, which is advisable to limit the currents flowing through the windings of the motor 5 to prevent its overload.

Выход вычислительного блока 20 связан с входом ШИМ генератора 6.The output of the computing unit 20 is connected to the input of the PWM generator 6.

Для комплектации системы используются стандартные датчики, аналого-цифровые преобразователи, интерфейсные и вычислительные блоки.To complete the system, standard sensors, analog-to-digital converters, interface and computing units are used.

Система регулирования давления и расхода газа работает следующим образом.The pressure and gas flow control system operates as follows.

Газовый поток поступает по газопроводу в дозатор 2 к дозирующему элементу 3. Давление и температура подаваемого газа измеряются соответственно датчиками 10 и 11, а давления газа на выходе дозатора и в магистрали - соответственно датчиками 12 и 13. Значения давления и температуры подаются на аналого-цифровой преобразователь 16, с которого сигнал в цифровой форме поступает на вход блока 17 для вычисления давления и расхода газа, где определяется текущее значение давления и расхода газа, и формируется сигнал по расходу и давлению для управления дозирующим элементом. Блок 17 может быть реализован на трех стандартных ПИД-регуляторах, соответственно - регуляторе минимально допустимого давления, регуляторе максимально допустимого давления и регуляторе расхода газа. Выбор текущего регулятора определяется соответствующими командами от системы верхнего уровня (оператором ГРС). Выходной сигнал с блока 17 поступает на вход интерфейсного блока 18, где осуществляется прием управляющих команд от системы верхнего уровня (например, центрального пульта ГРС) по одному из каналов: RS-485, Ethernet или CAN с использованием протокола MODBUS и информации от расходомера 14 о расходе (Q) для последующей коррекции расхода в блоке 20. Канал связи RS-232 используется для обмена информацией с интерфейсным блоком 19 (задание положения дозатора).The gas flow enters the dispenser 2 through the gas line to the dispensing element 3. The pressure and temperature of the gas supplied are measured by sensors 10 and 11, respectively, and the gas pressure at the dispenser outlet and in the line, by sensors 12 and 13, respectively. The pressure and temperature are fed to an analog-digital converter 16, from which the signal is digitally fed to the input of block 17 for calculating the pressure and gas flow, where the current value of pressure and gas flow is determined, and a signal is generated from the flow and pressure for dose control ruyuschim element. Block 17 can be implemented on three standard PID controllers, respectively - the minimum allowable pressure regulator, the maximum allowable pressure regulator and the gas flow regulator. The choice of the current controller is determined by the appropriate commands from the upper level system (GDS operator). The output signal from block 17 is input to the interface block 18, where control commands are received from the upper level system (for example, the central control panel of the GDS) via one of the channels: RS-485, Ethernet, or CAN using the MODBUS protocol and information from the flow meter 14 о flow rate (Q) for subsequent flow correction in block 20. The RS-232 communication channel is used to exchange information with interface block 19 (setting the position of the dispenser).

Управляющий сигнал с блока 18 поступает на вход интерфейсного блока 19 модуля управления положением дозирующего элемента, куда также поступают управляющие сигналы с системы управления диспетчерского пункта ГРС. Для связи с системой высокого уровня используется один из четырех каналов связи (CAN, RS-232, RS-485, 4…20 мА). При использовании цифровых каналов связи CAN, RS-232, RS-485 применяется протокол обмена MODBUS. Канал 4…20 мА предназначен для передачи команд на граничные положения дозирующего элемента («полностью закрыт», «полностью открыт»).The control signal from block 18 is fed to the input of the interface block 19 of the module for controlling the position of the metering element, which also receives control signals from the control system of the control station of the GDS. To communicate with a high-level system, one of the four communication channels (CAN, RS-232, RS-485, 4 ... 20 mA) is used. When using digital communication channels CAN, RS-232, RS-485, the MODBUS exchange protocol is used. The 4 ... 20 mA channel is designed to transmit commands to the boundary positions of the dosing element ("completely closed", "completely open").

Выходной сигнал с интерфейсного блока 19 поступает на вход вычислителя 20 положения дозирующего элемента, на вход которого также поступают сигналы с датчика 9 и аналого-цифрового преобразователя 21. Выработанный на основе полученных данных управляющий сигнал, определяющий требуемое положение дозирующего элемента, с вычислительного блока 20 поступает на ШИМ генератор, который формирует импульсы широтно-импульсной модуляции для управления силовыми ключами инвертора, а с него на инвертор 7, который коммутирует обмотки статора так, чтобы вектор магнитного поля статора всегда был ортогонален вектору магнитного поля ротора (в соответствии с широко известным алгоритмом векторного управления) и на двигатель 5, который перемещает дозирующий элемент в заданное положение.The output signal from the interface unit 19 is fed to the input of the calculator 20 of the position of the metering element, the input of which also receives signals from the sensor 9 and the analog-to-digital converter 21. The control signal generated on the basis of the received data that determines the required position of the metering element is received from the computing unit 20 on a PWM generator, which generates pulses of pulse-width modulation for controlling the power keys of the inverter, and from it to the inverter 7, which commutates the stator windings so that the vector p stator magnetic field is always orthogonal to the vector of the rotor magnetic field (in accordance with widely known vector control algorithm), and the motor 5 which moves the metering member to a predetermined position.

В процессе работы системы с диспетчерского пункта ГРС на блоки 18 и/или 19 поступают сигналы по максимально допустимому расходу газа и минимально и максимально допустимому значению давления в выходной магистрали. В соответствии с выходными сигналами блоков 18 и 19, а также сигналами, с датчиков 8, 9, 10, 11, 12, 13 и в ряде случаев, расходомера 14, в блоках 17 и 20 осуществляется вычисление текущих давления и расхода газа, сравнение их с заданными значениями и полученный в результате сравнения сигнал управления подают на двигатель 5 управления положением дозирующего элемента дозатора.During the operation of the system, signals from the gas distribution station control unit 18 and / or 19 receive the maximum allowable gas flow rate and the minimum and maximum allowable pressure value in the output line. In accordance with the output signals of blocks 18 and 19, as well as signals from sensors 8, 9, 10, 11, 12, 13 and, in some cases, the flow meter 14, in blocks 17 and 20, the current pressure and gas flow are calculated, their comparison with the set values and the control signal obtained as a result of the comparison, is supplied to the motor 5 for controlling the position of the metering element of the metering device.

В случае необходимости перемещения запорного клапана, например, при аварийном отключении подачи газа, команда с пульта управления ГРС передается на блок 20, который выдает на двигатель 5 управляющий сигнал на перекрытие дозирующим элементом газопровода и прекращение подачи газа.If it is necessary to move the shut-off valve, for example, during an emergency shutdown of the gas supply, the command from the GDS control panel is transmitted to block 20, which gives the control signal 5 to the engine 5 to shut off the gas metering element and stop the gas supply.

При перегрузке двигателя 5 сигналы с соответствующим уровнем с выхода инвертора 7 передаются на входы аналого-цифрового преобразователя 21, который формирует сигнал, отключающий силовые ключи инвертора от обмоток двигателя для предохранения выхода из строя инвертора 7. При этом вычислительный блок, формирует код перегрузки для передачи в систему верхнего уровня.When the motor 5 is overloaded, signals with the corresponding level from the output of the inverter 7 are transmitted to the inputs of the analog-to-digital converter 21, which generates a signal that disconnects the power switches of the inverter from the motor windings to protect the failure of the inverter 7. In this case, the computing unit generates an overload code for transmission to the top-level system.

Claims

1. A pressure and gas flow control system comprising a gas pressure and gas flow regulator incorporating a dispenser equipped with a dispenser, a dispensing element of which is connected to a position control actuator, a pressure and gas flow control module including a pressure and gas flow calculation unit with gas pressure and temperature sensors in front of the metering element, gas pressure sensors behind the metering element and behind the regulator, and through an interface unit that can be connected to control system of a gas distribution station control room, characterized in that the gas pressure and flow rate calculation unit is connected to the sensors via an analog-to-digital converter, the system being equipped with a dosing element position control module comprising an interface unit, a computing unit and an analog-to-digital converter, an input of the interface unit of this module is connected to the output of the interface unit of the pressure and gas flow control module and has the ability to connect to the control system of the gas distribution station station, and the output is connected to the metering unit position calculator, the inputs of which are connected to the angular position sensor of the rotor motor of the metering element position control drive rotor, as well as to the output of the analog-to-digital converter, the input of which is also connected to the metering position sensor element, and the output of the unit for calculating the position of the metering element has the ability to connect with the motor drive control the position of the metering element .

2. The pressure and gas flow control system according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped with a flow meter of gas pumped through the gas pipeline, connected to the interface unit of the gas pressure and gas flow control module.

3. The pressure and gas flow control system according to claim 1, characterized in that the unit for calculating the position of the metering element is connected to the engine through a PWM generator and an inverter, the outputs of which are connected to the engine and the inputs of the analog-to-digital converter of the metering element position control module.