RU2580610C2

RU2580610C2 - Hardware and software system for monitoring corrosion protection of underground structures

Info

Publication number: RU2580610C2
Application number: RU2013148032/06A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Борисович Захаров; Илья Андреевич Зенкин; Вячеслав Иванович Передерий; Вячеслав Владимирович Семенюга; Вадим Анатольевич Яковлев
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Трубопроводные системы и технологии"
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2013-10-29
Publication date: 2016-04-10
Also published as: RU2013148032A

Abstract

FIELD: measuring equipment.

SUBSTANCE: hardware-software system for monitoring corrosion protection of underground structures consists of interconnected system for measurement and processing of measurement results, measurement and remote control system, communication system, monitoring and control centre.

EFFECT: improving quality of integrated remote monitoring and analysis of level of corrosion protection of underground structures to determine causes of corrosion and take timely measures for prevention thereof.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области автоматизированных систем мониторинга и диагностики технического состояния металлических подземных сооружений, защищенных от коррозии катодной защитой, в частности, мониторинга подземных стальных трубопроводов, и позволяет с заданной периодичностью контролировать скорости коррозии и одновременно весь спектр электрических параметров коррозионной среды, в которой находится данный участок трубопровода: переменные или постоянные напряжения и токи, поляризационный потенциал, плотности переменных и постоянных токов, ток непосредственно в трубопроводе, сопротивление растеканию переменного тока и др.The invention relates to the field of automated systems for monitoring and diagnosing the technical condition of metallic underground structures protected from corrosion by cathodic protection, in particular, monitoring underground steel pipelines, and allows controlling the corrosion rates and the entire spectrum of electrical parameters of the corrosive medium in which this pipeline section: alternating or constant voltages and currents, polarization potential, variable densities and pos melted currents, current directly in the pipeline, resistance to spreading of alternating current, etc.

Оборудование аппаратно-программного комплекса мониторинга коррозионной защиты подземных сооружений размещено на стойках мониторинга вдоль трассы подземных коммуникаций как на линейной части магистральных трубопроводов, так и в местах пересечения с трассами других надземных и подземных коммуникаций, в местах пересечения трубопроводов с высоковольтными линиями электропередачи, местах пересечения трассы подземных коммуникаций с искусственными и естественными преградами, такими как автомобильные и железные дороги, реки и т.п.The equipment of the hardware and software complex for monitoring the corrosion protection of underground structures is located on monitoring racks along the underground communications route, both on the linear part of the main pipelines and at intersections with other overhead and underground utilities, at the intersection of pipelines with high-voltage power lines, at the intersection of the route underground communications with artificial and natural barriers, such as roads and railways, rivers, etc.

Подземные металлические сооружения, находящиеся под катодной защитой, во многих случаях получают частичные коррозионные повреждения в виде местных язв, каверн и питтинга и требуют комплексного мониторинга за их состоянием. Для того чтобы иметь возможность выставить оптимальный уровень потенциала катодной защиты на различных участках подземного сооружения, необходимо иметь точную информацию о характеристиках коррозионной ситуации на этих участках.Underground metal structures under cathodic protection, in many cases, receive partial corrosion damage in the form of local ulcers, caverns and pitting and require comprehensive monitoring of their condition. In order to be able to set the optimum level of cathodic protection potential in various sections of the underground structure, it is necessary to have accurate information about the characteristics of the corrosion situation in these areas.

Известна система видеонаблюдения за техническим состоянием магистрального газопровода, содержащая две пары оптически согласованных видеокамер и интеллектуальную контрольно-измерительную колонку, включающую в себя набор датчиков параметров, влияющих на техническое состояние магистрального газопровода, обрабатывающую аппаратуру и радиомодем, при этом выходы датчиков подключены к соответствующим входам обрабатывающей аппаратуры интеллектуальных контрольно-измерительных колонок, соединенной с управляющим входом радиомодема, отличающаяся тем, что дополнительно содержит (n-1) аналогичных интеллектуальных контрольно-измерительных колонок, расположенных с заданным пространственным шагом над магистральным газопроводом, и (n-2) пар видеокамер, при этом видеокамеры установлены вдоль линии, параллельной магистральному газопроводу с противоположных сторон корпусов колонок, причем видеокамеры соседних колонок оптически согласованы друг с другом, а выходы (n-1) наборов датчиков подключены к соответствующим входам обрабатывающей аппаратуры соответствующих колонок, где n=2, 3… (патент РФ на изобретение №2393378, опубликовано 27.06.2010, МПК F17D 5/00; G01M 3/00; F16L 55/26; «Система видеонаблюдения за техническим состоянием магистрального газопровода и интеллектуальная контрольно-измерительная колонка для ее реализации»).A well-known video surveillance system for the technical condition of the main gas pipeline, containing two pairs of optically matched cameras and an intelligent control and measuring column, includes a set of parameter sensors that affect the technical condition of the main gas pipeline, processing equipment and a radio modem, while the outputs of the sensors are connected to the corresponding inputs of the processing equipment of intelligent control and measurement columns connected to the control input of the radio modem which additionally contains (n-1) similar intelligent control and measurement columns located with a given spatial step above the main gas pipeline, and (n-2) pairs of video cameras, while the video cameras are installed along a line parallel to the main gas pipeline from opposite sides of the casings speakers, and the cameras of the neighboring speakers are optically matched to each other, and the outputs (n-1) of the sensor sets are connected to the corresponding inputs of the processing equipment of the corresponding columns, where n = 2, 3 ... (RF patent for the invention No. 2393378, published 06/27/2010, IPC F17D 5/00; G01M 3/00; F16L 55/26; “A video surveillance system for the technical condition of the main gas pipeline and an intelligent control and measuring column for its implementation”).

В данном устройстве все интеллектуальные контрольно-измерительные пункты, входящие в систему видеонаблюдения за техническим состоянием магистрального газопровода, имеют аналогичное строение и назначение, что снижает гибкость принятия вариантов решений для разнообразных актуальных задач эксплуатации подземных сооружений.In this device, all the intelligent control and measuring points included in the video surveillance system for the technical condition of the main gas pipeline have a similar structure and purpose, which reduces the flexibility of decision making for various urgent tasks of operating underground structures.

В качестве прототипа заявляемого технического решения принята система для дистанционного мониторинга технического состояния магистрального трубопровода, содержащая стационарный интеллектуальный контрольно-измерительный пункт, включающий в себя датчики параметров, влияющих на техническое состояние магистрального трубопровода, центральный процессор, радиомодем с приемопередающей антенной, аккумуляторную батарею, соединенную с фотоэлектрическим модулем, мультиплексор и аналого-цифровой преобразователь, при этом выходы датчиков параметров, влияющих на техническое состояние магистрального трубопровода, подключены через последовательно соединенные мультиплексор и аналого-цифровой преобразователь к центральному процессору, причем выходы центрального процессора также соединены с управляемыми входами мультиплексора и радиомодема, при этом она дополнительно содержит n аналогичных интеллектуальных контрольно-измерительных пунктов, расположенных вдоль магистрального трубопровода, при этом каждый интеллектуальный контрольно-измерительный пункт дополнительно содержит оперативно-запоминающее устройство, соединенное с центральным процессором двухсторонней связью, а управляемый вход радиомодема соединен с выходом центрального процессора также двухсторонней связью, причем все элементы интеллектуальных контрольно-измерительных пунктов расположены под землей в защитном корпусе, а фотомодуль и приемопередающая антенна закреплены на верхнем конце вертикальной стойки, заглубленной нижним концом в землю, при этом светочувствительная плоскость фотомодуля установлена под углом 5-10° к горизонту, а высота вертикальной стойки задается более 1,5 м (патент РФ на изобретение №2392536, опубликовано 20.06.2010, МПК F17D 5/00, «Способ дистанционного мониторинга технического состояния магистрального трубопровода и система для его реализации»).As a prototype of the claimed technical solution, a system has been adopted for remote monitoring of the technical condition of the main pipeline, containing a stationary intelligent control and measuring station, which includes sensors of parameters affecting the technical condition of the main pipeline, a central processor, a radio modem with a transceiver antenna, and a battery connected to photoelectric module, multiplexer and analog-to-digital converter, while the outputs of the sensors parameters affecting the technical condition of the main pipeline are connected through a series-connected multiplexer and analog-to-digital converter to the central processor, and the outputs of the central processor are also connected to the controlled inputs of the multiplexer and radio modem, while it additionally contains n similar intelligent control points located along the main pipeline, with each intelligent control point additionally will have a random access memory connected to the central processor by two-way communication, and the controlled input of the radio modem is also connected by two-way communication with the output of the central processor, with all elements of intelligent control and measuring points located underground in the protective case, and the photomodule and transceiver antenna are mounted on the upper end a vertical stand, buried with the lower end into the ground, while the photosensitive plane of the photomodule is installed at an angle of 5-10 ° to the horizontal, and the height of the vertical rack is set to more than 1.5 m (RF patent for the invention No. 2392536, published June 20, 2010, IPC F17D 5/00, "Method for remote monitoring of the technical condition of the main pipeline and the system for its implementation").

К недостаткам прототипа относится то, что все элементы интеллектуальных контрольно-измерительных пунктов расположены под землей, что усложняет и повышает трудоемкость процесса их обслуживания и модернизации. Наличие фотомодуля требует его регулярной очистки в любое время года и имеет повышенную уязвимость от вандалов. Обслуживание данной системы для дистанционного мониторинга подразумевает необходимость облета контролируемой трассы магистрального трубопровода для обеспечения считывания показаний оборудования, но при этом не обеспечивает регулирование параметров мониторинга.The disadvantages of the prototype include the fact that all elements of intelligent control and measuring points are located underground, which complicates and increases the complexity of the process of their maintenance and modernization. The presence of a photomodule requires regular cleaning at any time of the year and has increased vulnerability to vandals. Maintenance of this system for remote monitoring implies the need to fly over a controlled route of the main pipeline to ensure reading of equipment readings, but at the same time it does not provide regulation of monitoring parameters.

Задача заявляемого технического решения заключается в повышении качества мониторинга и анализа уровня коррозионной защиты подземных сооружений.The objective of the proposed technical solution is to improve the quality of monitoring and analysis of the level of corrosion protection of underground structures.

Поставленная задача решается благодаря тому, что аппаратно-программный комплекс мониторинга коррозионной защиты подземных сооружений состоит из связанных между собой системы измерений и обработки результатов измерений, системы обеспечения измерений и дистанционного управления, системы связи, центра мониторинга и управления, при этом система измерений и обработки результатов измерений содержит подсистему измерений параметров коррозионной защиты и/или подсистему защиты от наведенного переменного тока и/или подсистему контрольно-измерительного пункта, каждая из которых содержит по крайней мере один программируемый контроллер, информационно-преобразовательный модуль измерения поляризационного потенциала, связанный с электродом сравнения, вспомогательным электродом и контрольным проводником, соединенным с подземным сооружением; система обеспечения измерений и дистанционного управления содержит комплекты модемов беспроводной связи, блоки бесперебойного питания и устройства охранной сигнализации, связанные с каждым из программируемых контроллеров; система связи состоит из беспроводных и/или проводных каналов передачи данных, а также канала ручного съема данных и блока питания; центр мониторинга и управления содержит центральный сервер, связанный сетью Ethernet с по крайней мере одной линейной управляющей станцией и, по крайней мере, одним автоматизированным рабочим местом оператора, линейная управляющая станция состоит из роутеров для ретрансляционных и проводных каналов связи, а также сервера и источника бесперебойного питания, кроме того, каждый программируемый контроллер подсистемы измерений параметров коррозионной защиты дополнительно содержит связанные между собой информационно-преобразовательный модуль токоизмерительных отводов подземного сооружения, информационно-преобразовательный модуль блока совместной защиты и блок защиты от перегрузок по току и напряжению, содержащий электрод сравнения, контрольный проводник, соединенный с подземным сооружением, и по крайней мере один измерительный зонд; каждый программируемый контроллер подсистемы защиты от наведенного переменного тока дополнительно содержит информационно-преобразовательный модуль отведения наведенного тока; каждый программируемый контроллер подсистемы контрольно-измерительного пункта дополнительно содержит связанные между собой информационно-преобразовательный модуль токоизмерительных отводов подземного сооружения, информационно-преобразовательный модуль блока совместной защиты, информационно-преобразовательный модуль измерения тока, содержащего датчик тока заземления и датчик тока дренажа, информационно-преобразовательный модуль измерения тока, содержащий датчик тока протекторных групп и датчик тока подземного сооружения, информационно-преобразовательный модуль измерения сопротивления подземного сооружения.The problem is solved due to the fact that the hardware-software complex for monitoring the corrosion protection of underground structures consists of interconnected measurement and processing systems for measurement results, a measurement and remote control system, a communication system, a monitoring and control center, and a measurement and processing system of measurements comprises a subsystem for measuring corrosion protection parameters and / or a subsystem for protection against induced alternating current and / or a control subsystem measuring point, each of which contains at least one programmable controller, information-conversion module for measuring the polarization potential associated with a reference electrode, an auxiliary electrode and a control conductor connected to the underground structure; the measurement support and remote control system contains sets of wireless communication modems, uninterruptible power supply units and burglar alarm devices associated with each of the programmable controllers; The communication system consists of wireless and / or wired data channels, as well as a channel for manual data acquisition and a power supply; the monitoring and control center contains a central server connected by an Ethernet network to at least one linear control station and at least one operator workstation, the linear control station consists of routers for relay and wired communication channels, as well as a server and uninterrupted source power supply, in addition, each programmable controller of the subsystem measuring corrosion protection parameters additionally contains interconnected information-conversion mode current measuring bends of the underground structure, the information-conversion module of the joint protection unit and the overcurrent and voltage protection block containing a reference electrode, a control conductor connected to the underground structure, and at least one measuring probe; each programmable controller of the induced alternating current protection subsystem further comprises an information converting module for induced current abduction; each programmable controller of the subsystem of the control point additionally contains interconnected information-conversion module of current-measuring taps of the underground structure, information-conversion module of the joint protection unit, information-conversion module of the current measurement containing the ground current sensor and the drainage current sensor, information-conversion module current measurement, comprising a current sensor of tread groups and a current sensor of an underground structure, inf rmatsionno-conversion module measuring the resistance of an underground structure.

Выполнение аппаратно-программного комплекса мониторинга коррозионной защиты подземных сооружений в виде связанных между собой системы измерений и обработки результатов измерений, системы обеспечения измерений и дистанционного управления, системы связи, а также центра мониторинга и управления позволяет с заданной периодичностью контролировать скорость коррозии и одновременно весь спектр электрических параметров коррозионной среды, в которой находятся одно или несколько подземных сооружений, таким образом, осуществляя комплексный дистанционный мониторинг коррозионной ситуации с определением скорости коррозии в режиме реального времени с возможностью передачи данных от системы измерений и обработки результатов измерений на автоматизированное рабочее место оператора центра мониторинга и управления.The implementation of the hardware-software complex for monitoring the corrosion protection of underground structures in the form of interconnected measurement systems and processing of measurement results, a measurement support system and a remote control system, a communication system, as well as a monitoring and control center allows controlling the corrosion rate and the entire range of electrical at a specified frequency parameters of the corrosive environment in which one or more underground structures are located, thus implementing a comprehensive remote monitoring of the corrosion situation with determining the corrosion rate in real time with the ability to transfer data from the measurement system and processing the measurement results to the automated workstation of the operator of the monitoring and control center.

Наличие в аппаратно-программном комплексе подсистемы измерений параметров коррозионной защиты и/или подсистемы защиты от наведенного переменного тока и/или подсистемы контрольно-измерительного пункта обеспечивает расширение набора контролируемых параметров и создание гибких решений с учетом актуальных требований в каждой конкретной ситуации, позволяя учитывать, например, геологические, климатические, географические условия.The presence in the hardware-software complex of the subsystem for measuring the parameters of corrosion protection and / or the subsystem of protection against induced alternating current and / or the subsystem of the control and measuring station provides an extension of the set of controlled parameters and the creation of flexible solutions taking into account current requirements in each specific situation, allowing, for example, , geological, climatic, geographical conditions.

Система связи, снабженная разнообразными проводными и беспроводными каналами связи, обеспечивает надежность связи и гибкость применения разных вариантов двухсторонних каналов связи.A communication system equipped with a variety of wired and wireless communication channels provides reliable communications and the flexibility of using different versions of two-way communication channels.

Специализированное программное обеспечение, установленное в центре мониторинга и управления, позволяет выводить данные о скорости коррозии и электрические параметры в графическом виде на единой временной шкале, что делает возможным проведение комплексного анализа, сопоставления данных скорости коррозии и параметров катодной защиты на выбранных участках подземного сооружения, определение причины возникновения коррозии и принятие своевременных мер по ее предотвращению.Specialized software installed in the monitoring and control center allows you to display corrosion rate data and electrical parameters in a graphical form on a single time scale, which makes it possible to conduct a comprehensive analysis, compare corrosion rate data and cathodic protection parameters in selected sections of the underground structure, determine causes of corrosion and timely measures to prevent it.

Наличие отличительных признаков в заявляемом техническом решении позволяет сделать вывод о его соответствии условию патентоспособности «новизна». Существенные признаки заявляемого изобретения, предопределяющие получение указанного технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».The presence of distinctive features in the claimed technical solution allows us to conclude that it meets the condition of patentability “novelty”. The essential features of the claimed invention, which predetermine the receipt of the specified technical result, do not explicitly follow from the prior art, which allows us to conclude that the invention meets the condition of patentability "inventive step".

Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждена на примере конкретного осуществления.The patentability condition "industrial applicability" is confirmed by the example of a specific implementation.

Сущность изобретения поясняется чертежами, гдеThe invention is illustrated by drawings, where

на фиг.1 - структурная схема аппаратно-программного комплекса мониторинга коррозионной защиты подземных сооружений;figure 1 is a structural diagram of a hardware-software complex for monitoring corrosion protection of underground structures;

на фиг.2 - структурная схема системы измерений и обработки результатов измерений;figure 2 is a structural diagram of a system of measurements and processing of measurement results;

на фиг.3 - структурная схема каналов передачи данных системы связи;figure 3 is a structural diagram of data channels of a communication system;

на фиг.4 - структурная схема центра мониторинга и управления.figure 4 is a structural diagram of a monitoring and control center.

Аппаратно-программный комплекс (АПК) 1 мониторинга коррозионной защиты подземных сооружений, например, участка магистрального трубопровода, состоит из связанных между собой системы измерений и обработки результатов измерений 2, системы обеспечения измерений и дистанционного управления 3, системы связи 4, центра мониторинга и управления 5 (фиг.1).The hardware-software complex (AIC) 1 for monitoring the corrosion protection of underground structures, for example, a section of a trunk pipeline, consists of interconnected measurement systems and processing of measurement results 2, a measurement support system and remote control 3, a communication system 4, a monitoring and control center 5 (figure 1).

Система измерений и обработки результатов измерений 2 содержит подсистему измерений параметров коррозионной защиты 6 и/или подсистему защиты от наведенного переменного тока 7 и/или подсистему контрольно-измерительного пункта 8 (фиг.1, 2), каждая из которых содержит по крайней мере один программируемый контроллер 9, 10, 11, информационно-преобразовательный модуль измерения поляризационного потенциала 12, связанный с электродом сравнения 13, вспомогательным электродом 14 и контрольным проводником 15, соединенным с подземным сооружением (на фиг. не показано).The system of measurements and processing of measurement results 2 contains a subsystem for measuring corrosion protection parameters 6 and / or a protection subsystem against induced AC 7 and / or a subsystem of control and measuring point 8 (Figs. 1, 2), each of which contains at least one programmable a controller 9, 10, 11, an information-conversion module for measuring the polarization potential 12, connected to a reference electrode 13, an auxiliary electrode 14, and a control conductor 15 connected to the underground structure (in FIG. shown).

Каждый программируемый контроллер 9, 10, 11 содержит процессор с оперативным запоминающим устройством и внешней памятью.Each programmable controller 9, 10, 11 contains a processor with random access memory and external memory.

Электроды сравнения 13 и вспомогательные электроды 14 размещены в непосредственной близости от подземного сооружения.Comparison electrodes 13 and auxiliary electrodes 14 are located in the immediate vicinity of the underground structure.

Кроме того, каждый программируемый контроллер 9 подсистемы измерений параметров коррозионной защиты 6 дополнительно содержит связанные между собой информационно-преобразовательный модуль 16 токоизмерительных отводов подземного сооружения с комплектом токоизмерительных отводов 17 для определения тока в подземном сооружении, информационно-преобразовательный модуль 18 блока совместной защиты с блоком совместной защиты 19, а также блок защиты от перегрузок по току и напряжению 20, содержащий электрод сравнения 21, контрольный проводник 22, соединенный с подземным сооружением, и по крайней мере один измерительный зонд 23.In addition, each programmable controller 9 of the subsystem for measuring corrosion protection parameters 6 further comprises interconnected information-conversion module 16 of current-measuring taps of an underground structure with a set of current-measuring taps 17 for determining current in an underground structure, information-converter module 18 of a joint protection unit with a joint unit protection 19, as well as a block of protection against overcurrent and voltage 20, containing a reference electrode 21, a control conductor 22, with one with an underground structure, and at least one measuring probe 23.

Измерительные зонды 23 размещены в непосредственной близости от подземного сооружения в грунте.Measuring probes 23 are located in the immediate vicinity of the underground structure in the ground.

Каждый программируемый контроллер 10 подсистемы защиты от наведенного переменного тока 7 дополнительно содержит информационно-преобразовательный модуль 24 отведения наведенного на подземное сооружение тока с датчиком тока отведения 25.Each programmable controller 10 of the protection subsystem against induced alternating current 7 further comprises an information-conversion module 24 of the lead of the current induced to the underground structure with a sensor of the current of lead 25.

Каждый программируемый контроллер 11 подсистемы 8 контрольно-измерительного пункта дополнительно содержит связанные между собой информационно-преобразовательный модуль 16 токоизмерительных отводов подземного сооружения с комплектом токоизмерительных отводов 17 для определения тока в подземном сооружении, информационно-преобразовательный модуль 18 блока совместной защиты с блоком совместной защиты 19, а также информационно-преобразовательный модуль 26 измерения тока, содержащий датчик тока заземления 27 и датчик тока дренажа 28, информационно-преобразовательный модуль 29 измерения тока, содержащий датчик 30 тока протекторных групп и датчик 31 тока подземных сооружений, информационно-преобразовательный модуль 32 измерения сопротивления подземных сооружений, содержащий датчик сопротивления 33.Each programmable controller 11 of the subsystem 8 of the control point further comprises interconnected information-conversion module 16 of the current-measuring taps of the underground structure with a set of current-measuring taps 17 for determining current in the underground structure, the information-converting module 18 of the joint protection unit with the joint protection unit 19, as well as an information-conversion module 26 for measuring current, comprising a ground current sensor 27 and a drain current sensor 28, information an ion-converting module 29 for measuring current containing a current sensor 30 of the tread groups and a sensor 31 for current of underground structures, an information-converting module 32 for measuring resistance of underground structures containing a resistance sensor 33.

Программируемые контроллеры 9 и 11 могут быть снабжены входами для датчиков температуры (не показаны) подземного сооружения. Температурные датчики размещены на подземном сооружении.Programmable controllers 9 and 11 can be equipped with inputs for temperature sensors (not shown) of an underground structure. Temperature sensors are located in an underground structure.

Система обеспечения измерений и дистанционного управления 3 (фиг.1) содержит комплекты модемов 34 беспроводной связи, блоки 35 бесперебойного питания и устройства охранной сигнализации 36, связанные с каждым из программируемых контроллеров 9, 10, 11.The system for providing measurements and remote control 3 (Fig. 1) contains sets of modems 34 for wireless communication, uninterruptible power supply units 35 and security alarm devices 36 associated with each of the programmable controllers 9, 10, 11.

Система связи 4 состоит из каналов 37 передачи данных и блоков питания 38 (фиг.1). Каналы 37 передачи данных состоят (фиг.3) из беспроводных каналов 39, а именно, спутниковых 40, ретрансляционных 41, радиоканалов 42 и/или проводных каналов 43, а именно, оптоволоконных 44, проводных интерфейсов 45, а также канала 46 ручного съема данных.Communication system 4 consists of data transmission channels 37 and power supplies 38 (Fig. 1). Data transmission channels 37 consist (Fig. 3) of wireless channels 39, namely satellite 40, relay 41, radio channels 42 and / or wire channels 43, namely, fiber optic 44, wire interfaces 45, as well as channel 46 for manual data acquisition .

Центр мониторинга и управления 5 содержит центральный сервер 47 (фиг.1, 4), связанный сетью Ethernet 48 с по крайней мере одной линейной управляющей станцией 49 и по крайней мере одним автоматизированным рабочим местом (АРМ) 50 оператора. Каждая линейная управляющая станция 49 состоит из роутеров 51 для ретрансляционных 52 и проводных 53 каналов связи, а также сервера 54 и источника бесперебойного питания 55.The monitoring and control center 5 comprises a central server 47 (FIGS. 1, 4) connected by an Ethernet 48 network to at least one linear control station 49 and at least one operator workstation (AWP) 50. Each linear control station 49 consists of routers 51 for relay 52 and wired 53 communication channels, as well as server 54 and uninterruptible power supply 55.

Элементы системы измерений и обработки результатов измерений 2 и элементы системы обеспечения и дистанционного управления 3 размещены на стойках мониторинга (на фиг. не показаны) коррозионной защиты подземного сооружения, установленных, например, вдоль участка магистрального трубопровода. На каждой из стоек мониторинга размещены программируемый контроллер 9 или 10, или 11, снабженный соответствующим количеством информационно-преобразовательных модулей, комплект модемов 34, блок бесперебойного питания 35, устройство охранной сигнализации 36. Таким образом, стойки мониторинга отличаются друг от друга их принадлежностью к разным подсистемам: подсистеме измерений параметров коррозионной защиты 6, подсистеме защиты от наведенного переменного тока 7 или подсистеме контрольно-измерительного пункта 8.Elements of the measurement system and processing of measurement results 2 and elements of the support system and remote control 3 are located on monitoring racks (not shown in FIG.) Of the corrosion protection of the underground structure installed, for example, along a section of the main pipeline. On each of the monitoring racks there is a programmable controller 9 or 10, or 11, equipped with an appropriate number of information-conversion modules, a set of modems 34, an uninterruptible power supply 35, an alarm system 36. Thus, the monitoring racks differ from each other by their belonging to different subsystems: subsystem of measurements of corrosion protection parameters 6, subsystem of protection against induced alternating current 7 or subsystem of control and measuring point 8.

В процессе эксплуатации подземного металлического сооружения происходят изменения его рабочих параметров, обусловленные коррозионным износом, старением и дефектами конструкций. В процессе мониторинга измеряют показания с помощью датчиков изменения рабочих физических параметров, характеризующих техническое состояние подземного сооружения.During the operation of an underground metal structure, changes in its operating parameters occur due to corrosion wear, aging and structural defects. In the process of monitoring, readings are measured using sensors of changes in the working physical parameters characterizing the technical condition of the underground structure.

С помощью набора датчиков, размещенных в непосредственной близости от трубопровода и связанных кабелями с оборудованием подсистем 6, 7, 8, размещенным на стойках мониторинга, расположенных вдоль всего контролируемого участка подземного сооружения, ведется постоянный мониторинг за коррозионным состоянием подземного сооружения.Using a set of sensors located in the immediate vicinity of the pipeline and connected by cables to the equipment of subsystems 6, 7, 8 located on monitoring racks located along the entire controlled area of the underground structure, the corrosion state of the underground structure is constantly monitored.

Алгоритм осуществления мониторинга строится в зависимости от рельефа, геологических условий, географического положения местности, климата, а также воздействия местных условий эксплуатации, например, близкое размещение влияющих на работу АПК 1 подземных/надземных сооружений, и реализуется в программе мониторинга частоты, длительности и последовательности съема показаний, помещаемой в каждый программируемый контроллер 9, 10, 11 каждой стойки мониторинга. В нештатных ситуациях эксплуатации подземного сооружения предусматривается возможность изменять отдельные элементы программы для уточнения или исправления нештатной ситуации с АРМа 50 оператора центра мониторинга и управления 5 или оператору-инспектору, проводящему непосредственный осмотр стоек мониторинга.The monitoring algorithm is built depending on the terrain, geological conditions, geographical location, climate, as well as the impact of local operating conditions, for example, the close location of the underground / aboveground structures affecting the operation of the agricultural complex 1 and is implemented in a monitoring program for the frequency, duration and sequence of removal indications placed in each programmable controller 9, 10, 11 of each monitoring rack. In emergency situations in the operation of the underground structure, it is possible to change individual program elements to clarify or correct the emergency situation with the operator 50 of the monitoring and control center operator 5 or the operator-inspector conducting a direct inspection of the monitoring racks.

АПК 1 работает в основных режимах - режиме накопления данных и режиме передачи данных, а также в режиме срабатывания охранной сигнализации и режиме дистанционного управления, когда АПК 1 выходит из «спящего» энергосберегающего состояния.APK 1 operates in the main modes - data storage mode and data transfer mode, as well as in the alarm mode and in the remote control mode, when APK 1 leaves the "sleeping" energy-saving state.

В режиме накопления данных каждый датчик каждой подсистемы 6, 7, 8 включается в работу для проведения замера по командам процессора соответствующего программируемого контроллера 9, 10, 11, и при получении результата замера соответствующим процессором он выключается. Когда по расписанию наступает время для включения другого датчика, цикл опроса повторяется для следующего датчика.In the data storage mode, each sensor of each subsystem 6, 7, 8 is included in the work for measuring by the processor commands of the corresponding programmable controller 9, 10, 11, and when the measurement result is received by the corresponding processor, it turns off. When the time comes to schedule another sensor to turn on, the polling cycle is repeated for the next sensor.

Опрос оборудования каждой стойки мониторинга производится с персональной периодичностью, по программе опроса, которая записывается в соответствующем программируемом контроллере.The interrogation of the equipment of each monitoring rack is done with a personal periodicity, according to the interrogation program, which is recorded in the corresponding programmable controller.

Таким образом происходит накопление результатов измерений от разных датчиков за выбранный период времени. Количество результатов измерений определяется емкостью внешней памяти процессора и может для программируемого контроллера 9 составлять 80000 записей или 277 суток при измерениях каждые 5 минут.Thus, the accumulation of measurement results from different sensors for a selected period of time. The number of measurement results is determined by the capacity of the external memory of the processor and can be 80,000 records for a programmable controller 9 or 277 days for measurements every 5 minutes.

По командам программы регулярного опроса программируемых контроллеров 9, 10, 11 производятся последовательные опросы каждого датчика соответствующих подсистем 6, 7, 8 в соответствии с периодичностью опроса, устанавливаемой пользователем для каждого датчика, в том числе дистанционно.According to the commands of the program of regular polling of programmable controllers 9, 10, 11, sequential polls of each sensor of the corresponding subsystems 6, 7, 8 are performed in accordance with the polling frequency set by the user for each sensor, including remotely.

Соответствующие процессоры программируемых контроллеров 9, 10, 11 проводят опросы по установленным программам с персонально задаваемой периодичностью, определяемой индивидуальными задачами, по каждому датчику оборудования каждой стойки мониторинга, и получают ответы в виде результатов замеров.The corresponding processors of programmable controllers 9, 10, 11 conduct polls for installed programs with a personally set frequency determined by individual tasks for each sensor of the equipment of each monitoring rack, and receive answers in the form of measurement results.

В процессоре программируемого контроллера 9 подсистемы измерений параметров коррозионной защиты 6 собирают информацию, преобразованную в цифровой вид, со следующих элементов: в информационно-преобразовательный модуль (ИПМ) 12 поступают сигналы с датчиков - электрода сравнения 13, вспомогательного электрода 14, контрольного проводника 15, соединенного с подземным сооружением; в ИПМ 16 поступают сигналы с комплекта токоизмерительных отводов 17; в ИПМ 18 поступают сигналы от блока совместной защиты 19; к блоку 20 защиты от перегрузок по току и напряжению поступают сигналы от датчиков - электрода сравнения 21, контрольного проводника 22, измерительного зонда 23.In the processor of the programmable controller 9, the subsystems for measuring the parameters of corrosion protection 6 collect information converted into a digital form from the following elements: signals from sensors — a reference electrode 13, an auxiliary electrode 14, a control conductor 15, connected to the information-conversion module (IPM) 12 with underground construction; IPM 16 receives signals from a set of current-measuring taps 17; IPM 18 receives signals from the joint protection unit 19; to the block 20 of the protection against overcurrent and voltage signals are received from the sensors - the reference electrode 21, the control conductor 22, the measuring probe 23.

В процессоре программируемого контроллера 10 подсистемы защиты от наведенного переменного тока 7 собирают информацию, преобразованную в цифровой вид, со следующих элементов: в ИПМ 12 поступают сигналы сдатчиков - электрода сравнения 13, вспомогательного электрода 14, контрольного проводника 15, соединенного с подземным сооружением; в ИПМ 24 поступает сигнал с датчика тока отведения 25.In the processor of the programmable controller 10 of the induced AC protection subsystem 7, information converted into a digital form is collected from the following elements: signals of transmitters — a reference electrode 13, an auxiliary electrode 14, a control conductor 15 connected to an underground structure — are received in the IPM 12; IPM 24 receives a signal from the lead current sensor 25.

В процессоре программируемого контроллера 11 подсистемы 8 собирают информацию, преобразованную в цифровой вид, со следующих элементов: в ИПМ 12 поступают сигналы с датчиков - электрода сравнения 13, вспомогательного электрода 14, контрольного проводника15, соединенного с подземным сооружением; в ИПМ 16 поступают сигналы с комплекта токоизмерительных отводов 17; в ИПМ 18 поступают сигналы от блока совместной защиты 19; в ИПМ 26 поступают сигналы от датчика тока заземления 27 и датчика тока дренажа 28; в ИПМ 29 поступают сигналы от датчика тока протекторных групп 30 и датчика тока подземного сооружения 31; в ИПМ 32 поступают сигналы от датчика сопротивления 33.In the processor of the programmable controller 11 of the subsystem 8, information converted into a digital form is collected from the following elements: signals from sensors — a reference electrode 13, an auxiliary electrode 14, a control conductor 15 connected to an underground structure — are received in the IPM 12; IPM 16 receives signals from a set of current-measuring taps 17; IPM 18 receives signals from the joint protection unit 19; IPM 26 receives signals from the ground current sensor 27 and the drain current sensor 28; IPM 29 receives signals from the current sensor of the tread groups 30 and the current sensor of the underground structure 31; IPM 32 receives signals from the resistance sensor 33.

В каждом из программируемых контроллеров 9, 10, 11 происходит сбор и первичная обработка результатов измерений с целью подготовки массивов измерений по каждому датчику для передачи во внешнюю память каждого программируемого контроллера 9, 10, 11 для хранения до момента передачи их в один из модемов комплекта модемов 34 или для канала 46 ручного съема данных. До начала работы АПК 1 определяют формат массивов измерений, имеющий стандартную форму протокола обмена. Каждый процессор программируемого контроллера 9, 10, 11 обеспечивает информационную интеграцию совокупности массивов измерений посредством передачи результатов измерений в центр мониторинга и управления 5.In each of the programmable controllers 9, 10, 11, the measurement results are collected and processed in order to prepare measurement arrays for each sensor for transfer to the external memory of each programmable controller 9, 10, 11 for storage until they are transferred to one of the modems of the modem kit 34 or for channel 46 of manual data acquisition. Prior to the start of APK 1, the format of the measurement arrays is determined, which has the standard form of an exchange protocol. Each processor of the programmable controller 9, 10, 11 provides information integration of a set of measurement arrays by transmitting the measurement results to the monitoring and control center 5.

Из внешней памяти одного из программируемых контроллеров 9, 10, 11, в зависимости от режима работы, выдают результаты измерений, которые поступают в комплект модемов 34 и далее в приемопередающую антенну (не указана) для варианта беспроводного канала связи 39, или обеспечивают ручной съем данных 46 непосредственно на стойках мониторинга.From the external memory of one of the programmable controllers 9, 10, 11, depending on the operating mode, they give the measurement results that are supplied to the set of modems 34 and then to the transceiver antenna (not specified) for the option of wireless communication channel 39, or provide manual data acquisition 46 directly at the monitoring racks.

Передачу данных по различным каналам проводной или беспроводной связи осуществляют в штатном режиме или в режиме дистанционного управления.Data transmission over various channels of wired or wireless communication is carried out in normal mode or in remote control mode.

Штатный режим передачи данных осуществляют по устанавливаемому расписанию измерений по программам, установленным в процессорах программируемых контроллеров 9, 10, 11.The normal mode of data transmission is carried out according to the set schedule of measurements according to the programs installed in the processors of programmable controllers 9, 10, 11.

Передача данных может быть реализована с помощью системы связи 4 по каналам передачи данных 37 - проводным 43 или беспроводным 39 каналам передачи данных, в зависимости от места размещения стойки мониторинга. Передача данных может быть осуществлена по таким беспроводным каналам, как спутниковый канал 40, ретрансляционный канал 41 (GSM), радиоканал 42 (УКВ-радиоканал), и проводным каналам, таким как оптоволоконная линия 44, проводной интерфейс 45 (RS-485).Data transmission can be implemented using a communication system 4 via data channels 37 - wire 43 or wireless 39 data channels, depending on the location of the monitoring rack. Data can be transmitted via wireless channels such as satellite channel 40, relay channel 41 (GSM), radio channel 42 (VHF radio channel), and wired channels such as fiber optic line 44, wire interface 45 (RS-485).

Массивы измерений получают с помощью роутеров 51, а именно, приемопередающей антенны (не показана) роутера 52 для ретрансляционных каналов связи одной из линейных управляющих станций (ЛУС) 49. Полученные роутером 52 массивы данных поступают в сервер 54 ЛУСа 49, откуда с помощью Ethernet 48 передаются в центральный сервер 47, в котором организовано долговременное хранение данных. В случае поступления преобразованных массивов данных через роутер 53 для проводных каналов связи, они аналогично проходят далее в ЛУС 49, откуда с помощью Ethernet 48 передаются в центральный сервер 47. Каждый сервер 54 ЛУСа 49 обеспечивается питанием от индивидуального источника бесперебойного питания 55. Если запрос на получение результатов измерений был сформирован оператором одного из АРМов 50, то запрошенная информация поступает из центрального сервера 47 с помощью Ethernet 48 к определенному оператору АРМа 50.The measurement arrays are obtained using routers 51, namely, a transceiver antenna (not shown) of the router 52 for relay communication channels of one of the linear control stations (LAN) 49. The data arrays received by the router 52 are sent to the server 54 of the LAN 49, from where using Ethernet 48 transmitted to a central server 47, in which long-term data storage is organized. In the case of the arrival of the converted data arrays through the router 53 for wired communication channels, they likewise go further to LUS 49, from where they are transmitted via Ethernet 48 to the central server 47. Each server 54 of LUS 49 is powered by an individual uninterruptible power supply 55. If the request for receiving the measurement results was generated by the operator of one of the workstation 50, then the requested information comes from the central server 47 using Ethernet 48 to a specific operator workstation 50.

Режим дистанционного управления осуществляют из центра мониторинга и управления 5 оператором АРМа 50 для изменения частоты замеров требуемых в данной ситуации датчиков, получения оперативных результатов замеров с этих датчиков для их актуального анализа. Для этого запрос из АРМа 50 с помощью Ethernet 48 передают в одну из ЛУС 49 и через роутер 52 посредством канала связи 39 его получают в модеме 34 для передачи в процессор соответствующего программируемого контроллера 9, 10 или 11 на требуемые датчики.Remote control mode is carried out from the monitoring and control center of 5 operator ARM 50 to change the frequency of measurements of the sensors required in this situation, to obtain operational results of measurements from these sensors for their current analysis. For this, the request from the AWP 50 using Ethernet 48 is transmitted to one of the LUS 49 and through the router 52 via the communication channel 39 it is received in the modem 34 for transmission to the processor of the corresponding programmable controller 9, 10 or 11 to the required sensors.

Режим сигнализации наступает при срабатывании устройства охранной сигнализации 36, при этом генерируется тревожный сигнал о факте несанкционированного доступа к оборудованию, который посылается на центральный сервер 47 центра мониторинга и управления 5.The alarm mode occurs when the alarm device 36 is triggered, while an alarm is generated about the fact of unauthorized access to equipment, which is sent to the central server 47 of the monitoring and control center 5.

Питание системы измерений и обработки 2 и системы обеспечения измерений и дистанционного управления 3 обеспечивают блоки бесперебойного питания 35, которые могут работать как от комплекта батарей, обеспечивающих до 3 лет автономной работы, так и от внешнего источника постоянного или переменного напряжения. Питание системы связи 4 осуществляют блоки питания 38.The power supply of the measurement and processing system 2 and the measurement support and remote control systems 3 are provided by uninterruptible power supply units 35, which can operate both from a set of batteries providing up to 3 years of autonomous operation, and from an external source of constant or alternating voltage. The communication system 4 is powered by power supplies 38.

Таким образом, заявляемый аппаратно-программный комплекс мониторинга коррозионной защиты подземных сооружений позволяет с устанавливаемой пользователем периодичностью дистанционно контролировать весь комплекс электрических параметров коррозионной среды, в которой находятся одно или несколько подземных сооружений, с возможностью передачи в режиме реального времени данных от системы измерений и обработки результатов измерений на автоматизированное рабочее место оператора центра мониторинга и управления, повышая тем самым качество комплексного дистанционного мониторинга и анализа уровня коррозионной защиты подземных сооружений.Thus, the claimed hardware-software complex for monitoring the corrosion protection of underground structures allows, with a user-set periodicity, to remotely control the entire complex of electrical parameters of the corrosive environment in which one or several underground structures are located, with the possibility of real-time transmission of data from the measurement and processing system measurements at the automated workstation of the operator of the monitoring and control center, thereby improving the quality complex of remote monitoring and analyzing the level of corrosion protection of underground structures.

Claims

The hardware-software complex for monitoring the corrosion protection of underground structures, characterized in that it consists of interconnected measurement and processing systems for measurement results, a measurement and remote control system, a communication system, a monitoring and control center, and a measurement and processing system for measurement results contains a subsystem for measuring corrosion protection parameters and / or a subsystem for protection against induced alternating current and / or a subsystem for a control and measuring point a, each of which contains at least one programmable controller, an information-conversion module for measuring the polarization potential associated with a reference electrode, an auxiliary electrode, and a control conductor connected to the underground structure; the measurement support and remote control system contains sets of wireless communication modems, uninterruptible power supply units and burglar alarm devices associated with each of the programmable controllers; The communication system consists of wireless and / or wired data channels, as well as a channel for manual data acquisition and a power supply; the monitoring and control center contains a central server connected via Ethernet to at least one linear control station and at least one operator workstation, the linear control station consists of routers for relay and wired communication channels, as well as a server and uninterruptible power supply, in addition, each programmable controller of the subsystem for measuring corrosion protection parameters additionally contains interconnected information-conversion module l current-measuring bends of the underground structure, the information-conversion module of the joint protection unit and the overcurrent and voltage protection block containing a reference electrode, a control conductor connected to the underground structure, and at least one measuring probe; each programmable controller of the induced alternating current protection subsystem further comprises an information converting module for induced current abduction; each programmable controller of the subsystem of the control point additionally contains interconnected information-conversion module of current-measuring taps of the underground structure, information-conversion module of the joint protection unit, information-conversion module of the current measurement containing the ground current sensor and the drainage current sensor, information-conversion module current measurement, comprising a current sensor of tread groups and a current sensor of an underground structure, inf rmatsionno-conversion module measuring the resistance of an underground structure.