Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ современных информационно- измерительных систем потоков газа в территориально-распределенных газопроводах
1.1. Общие сведения о территориально-распределенной системе газопроводов России
1.2. Классификация транспортирования газа как объектов информационно-измерительных систем
1.3. Математические модели газотранспортных сетей как, объектов информационно-измерительных систем
1.4. Информационно-измерительные системы газовой отрасли 24
1.5. Структуры информационно-измерительных систем 34
1.6. Постановка задачи исследования 36
2. Газопровод как объект измерения и управления 37
2.1. Идентификация состояния газотранспортной системы 37
2.2. Структура информационно-измерительной подсистемы 43
2.3. Динамическая модель объекта измерения
2.3.1. Допущения, принятые при составлении модели 46
2.3.2. Динамическая модель , 48
2.3.3. Течение газа в установившемся режиме 50
2.3.4. Переходные процессы в термодинамической системе 52
2.3.5. Математическая модель запорно-регулирующей арматуры
2.4. Идентификация параметрических отклонений 61
2.5. Структурные отказы в газотранспортной системе
2.5.1. Разгерметизация участка газопровода 65
2.5.2. Глухая полость постоянного объема 68
2.5.3. Отказ запорно-регулирующей арматуры 70
2.6. Расчет потребного объема данных, передаваемых по каналам связи 70
на пункт приема и обработки
2.6.1. Дискретизация сигнала 71
2.6.2. Квантование по уровню 73
Выводы
3. Структуры информационно-измерительных систем территориально удаленными объектами
3.1. Обобщенная структура информационно-измерительной системы территориально удаленных объектов
3.2. Структура информационно-измерительной системы территориально распределенными крановыми узлами Магистральных газопроводов
3.3. Структура информационно-измерительной системы территориально распределенными станциями катодной защиты
3.4. Структура информационно-измерительной автоматической станции катодной защиты металлических сооружений от коррозии
3.5. Структура информационно-измерительной системы территориально распределенными газораспределительными пунктами
3.6. Структура информационно-измерительной системы территориально» распределенными устройствами коммерческого учета расхода1 газа
Выводы 102
4. Техническая реализация и внедрение информадионно-измерительных системе газовой отрасли
4.1. Техническая реализация информационно-измерительных систем крановых узлов
4.2. Техническая і реализация информационно-измерительных систем применительно к территориально распределенным станциям катодной защиты
4.3. Техническая реализация информационно-измерительных систем применительно к территориально распределенным газораспределительным пунктам
4.4. Опытно-промышленная эксплуатация информационно-измерительных систем
Выводы 119
Заключение 121
Список использованных источников
- Математические модели газотранспортных сетей как, объектов информационно-измерительных систем
- Динамическая модель объекта измерения
- Структура информационно-измерительной системы территориально распределенными крановыми узлами Магистральных газопроводов
- Опытно-промышленная эксплуатация информационно-измерительных систем
Введение к работе
Актуальность темы. Объекты газовой отрасли характеризуются размещением большого количества оборудования на значительных территориях, большой их удаленностью друг от друга и центров управления. В тоже время эти объекты подходят под категорию опасных и требуют постоянного мониторинга за параметрами работы. В нефтегазовой промышленности России в настоящее время свыше 80% газораспределительных пунктов среднего и низкого давления не контролируется в реальном масштабе времени, не имеют средств измерения и управления. ОАО «Газпром» уделяет постоянное внимание решению этой задачи. Так в 2004 году был утвержден «Перечень технических решений, обязательных для включения в проекты по строительству и реконструкции газораспределительных сетей природного газа», предусматривающий разработку и внедрение информационно-измерительных систем для газовой отрасли. Учитывая большую территориальную разбросанность объектов для их объединения в систему наиболее целесообразно использовать каналы сотовой связи. При этом информационно-измерительные системы для территориально удаленных объектов в процессе функционирования должны обеспечивать высокую надежность и безопасность работы газотранспортной сети.
Задачи, связанные с разработкой таких систем решены далеко не полностью. В частности, не решены задачи связанные с разработкой математических моделей и идентификацией состояния газотранспортной системы с применением информационно-измерительной подсистемы на основе модели связи релевантных реальных и виртуальных переменных, анализом параметрических отказов газотранспортной системы и оценкой объемов передаваемых данных в центр управления. Указанные обстоятельства определяют актуальность темы диссертации.
Объектом исследования диссертационной работы является информационно-измерительная система определения параметров системы территориально-распределенных газопроводов.
Предметом исследования являются модели и метод повышения эффективности информационно-измерительных подсистем системы территориально-распределенных газопроводов.
Методическую и теоретическую базу диссертационной работы составляют подходы . и инструментарий теории информационно-измерительных систем, теории измерений, методов математического моделирования, теории управления.
Общими вопросами проектирования информационно-измерительных систем занимались О.Н. Новоселов, М. Краус, Э. Вошни, развитием
информационно-измерительных систем в газовой отрасли - А.Г. Ананенков, М.А. Балавин, СВ. Емельянов, И.А. Жученко, Я.Е. Львович, С.Л. Подвальный, В.Н. Фролов. Математическому описанию газодинамических процессов при учете особенностей, характерных для течения природного газа, посвящены работы И. А. Чарного и О. В. Васильева. Основы теории теплофизических свойств реальных газов, адаптированной к задачам инженерной практики, излагаются в книге Э. Э.Шпильрайна и П. М. Кессельмана.
Целью диссертационной работы является повышение безопасности работы газотранспортных сетей путем непрерывного контроля параметров состояния оборудования газораспределительных пунктов.
Задачи исследования,
-
Постановка задачи идентификации состояния газотранспортной системы с применением информационно-измерительной подсистемы на основе модели связи релевантных реальных и виртуальных переменных.
-
Формирование и исследование структуры газотранспортной системы и информационно-измерительной подсистемы в виде ориентированно взвешенных графов.
-
Разработка математических моделей проточных полостей с произвольным количеством входных и выходных отверстий, с единственным входным и множеством выходных отверстий, глухой наполняемой и опорожняемой полостями.
-
Проведение анализа параметрических отказов газотранспортной системы, показало, что отклонения параметров элементов влияет на их характеристики, в частности на переходные процессы при подаче входных воздействий, что может быть использовано при идентификации состояний элементов и системы в целом.
-
Проведение анализа структурных отказов газотранспортной системы при различных внешних воздействиях.
-
Проведение оценки объемов передаваемых данных от датчиков информационно-измерительной системы на пункт сбора и обработки данных.
-
Разработка структур информационно-измерительных систем применительно к реальным территориально распределенным газопроводам, техническая реализация и внедрение информационно-измерительных систем на предприятиях отрасли и в учебный процесс.
Научная новизна диссертационной работы состоит в разработке математической модели, связывающей релевантные реальные и виртуальные переменные для идентификации состояния газотранспортной системы с применением информационно-измерительной подсистемы на основании нахождения ошибки в реакции реальной и виртуальной систем и формировании структуры 4
газотранспортной системы и конфигурации информационно-измерительной подсистемы в виде ориентированных взвешенных графов.
Практическая ценность работы заключается в том, что разработанные в диссертации модели и метод являются базой для проектирования информационно-измерительных систем территориально-распределенных газопроводов, что позволит повысить эффективности их работы, сократить время и затраты на проектирование.
Достоверность полученных теоретических результатов подтверждается результатами апробации разработанных методов при решении практических задач создания и внедрения информационно-измерительных систем территориально-распределенных газопроводов.
Положения, выносимые на защиту.
1.Структура газотранспортной системы и ее информационно-измерительной подсистемы в виде ориентированных взвешенных графов для идентификации состояния системы.
-
Математическая модель газотранспортной системы и информационно-измерительной подсистемы, связывающая релевантные реальные и виртуальные переменные для идентификации на основании ошибки в реакции реальной и виртуальной систем.
-
Математические модели проточных полостей с произвольным количеством входных и выходных отверстий, с единственным входным и множеством выходных отверстий, глухой наполняемой и опорожняемой полостью.
4. Анализ параметрических и структурных отказов газотранспортной
системы.
-
Методика оценки объемов передаваемых данных от датчиков информационно-измерительной системы на пункт сбора и обработки данных на основании анализа динамики процессов в элементах газотранспортной системы.
-
Структуры информационно-измерительных систем применительно к территориально распределенным газораспределительным пунктам и крановым
узлам.
7. Техническая реализация и внедрение информационно-измерительных
систем на территориально распределенных объектах газовой отрасли и в учеб
ный процесс ТулГУ.
Реализация и внедрение результатов. Результаты диссертационной работы внедрены автором в процессе выполнения НИОКР со следующими организациями: ОАО «Ставропольский радиозавод «Сигнал», ОАО «Газпромре-гионгаз» (г. Санкт-Петербург), «Московский филиал Газпромрегионгаз», ООО «Тулаоблгаз» и в учебный процесс ТулГУ.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на следующих конференциях и семинарах: 5-ая региональная научно-
практическая конференция «Современные проблемы экологии и рационального природопользования в Тульской области», декабрь 2005г; Научно-пракгические конференции НИИ Наукоемких технологий, г. Тула, 2007—2011 гг., Научно-практические конференции Тульского государственного университета, г. Тула, 2005—2011 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ, в том числе 4 статьей в журналах, рекомендованных ВАК, монография, 2 Патента РФ на изобретения, статья в сборнике научных трудов, 2 публикации в материалах Всероссийских и Международных конференций, 6 Свидетельств о регистрации программ для ЭВМ в Роспатенте РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 143 страницах машинописного текста и включающих 24 рисунка и 3 таблицы, приложений и списка использованной литературы из 185 наименований.
Математические модели газотранспортных сетей как, объектов информационно-измерительных систем
Роль трубопроводных систем в хозяйстве любой страны, отдельной корпорации или просто отдельного хозяйства трудно переоценить. Системы трубопроводов в настоящее время являются самым эффективным, надёжным и экологически чистым.транспортом для жидких и газообразных продуктов. Со временем их роль в развитии научно-технического прогресса возрастает. Только с помощью трубопроводов достигается возможность объединения стран производителей углеводородного сырья со странами потребителями. Большая доля в перекачке жидкостей и газов по праву принадлежит системам газопроводов и нефтепроводов, но значительную роль играют такие системы как водоснабжение и канализация, теплоснабжение и вентиляция, добыча некоторых твёрдых ископаемых и их гидротранспорт. Практически в каждой машине и механизме значительная роль принадлежит трубопроводам. [18,45]
По своему назначению трубопроводы принято различать по виду транспортируемой по ним продукции: - газопроводы, - нефтепроводы, - водопроводы, воздухопроводы, - продуктопроводы.
По виду движения по ним жидкостей трубопроводы можно разделить на две категории: - напорные трубопроводы, - безнапорные (самотёчные) трубопроводы.
Также трубопроводы можно подразделить по виду сечения: на трубопроводы круглого и не круглого сечения (прямоугольные, квадратные и другого профиля). Трубопроводы можно разделить и по материалу, из которого они изготовлены: стальные трубопроводы, бетонные, пластиковые и др.
Простой трубопровод. Основным элементом любой трубопроводной системы, какой бы сложной она ни была, является простой трубопровод. Классическим определением его будет — простым трубопроводом является трубопровод, собранный из труб одинакового диаметра и качества его внутренних стенок, в котором движется транзитный поток жидкости, и на котором нет местных гидравлических сопротивлений.
При напорном движении жидкости простой трубопровод работает полным сечением S = = 4яй?= const. Размер сечения трубопровода (диаметр или величина гидравлического радиуса), а также его протяжённость (длина) трубопровода (/, L) являются основными геометрическими характеристиками трубопровода. Основными технологическими характеристиками трубопровода являются расход жидкости в трубопроводе і Q и напорЯ(на головных сооружениях трубопровода, т.е. в его начале).1 Большинство других характеристик простого трубопровода являются, не 1 смотря на их важность, производными характеристиками. Поскольку в 1 простом трубопроводе расход жидкости транзитный (одинаковый в начале и конце трубопровода), то средняя скорость движения жидкости в t трубопроводе постоянна v = const. К сложным трубопроводам следует относить те трубопроводы, которые не подходят к категории простых трубопроводов, т.е. к сложным трубопроводам следует отнести: трубопроводы, собранные из труб разного диаметра (последовательное соединение трубопроводов), V - трубопроводы, имеющие разветвления: параллельное соединение трубопроводов, сети трубопроводов, трубопроводы с непрерывной раздачей жидкости.
Сети трубопроводов. Если магистральные трубопроводы принято рассматривать как средства внешнего транспорта жидкостей и газов, то сети используются в качестве оборудования для внутреннего транспорта жидких ли газообразных продуктов. По направлению движения жидкости (газа) сети различают на сборные и раздаточные (распределительные). В сборных сетях имеется группа источников возникновения жидкости (газа). Жидкость 4 от этих источников направляется в своеобразные узлы сбора и оттуда - в магистральный трубопровод. Классическим примером сборной сети может служить нефтесборная система со скважин, канализационная сеть. В раздаточных (распределительных) сетях жидкость или газ поступает из магистрального трубопровода и по сети распределяется по потребителям (абонентам). Распространённым примером распределительной сети является система водоснабжения. К такому же типу сетей можно также отнести систему принудительной вентиляции,
Трубопроводы некруглого профиля. Подавляющее большинство трубопроводов собирается из круглых труб. Преимущество круглого сечения очевидны: круглое сечение обладает максимальной пропускной способностью и минимальным гидравлическим сопротивлением. Так гидравлический радиус для круглого сечения: R = -, для треугольного сечения Rf = для квадратного сечения Я = —. для шестиугольного сечения Кг 6 Тем не менее, трубы некруглого сечения применяются в промышленности там, где потери напора не играют особой роли. Это, в первую очередь, воздуховоды с малыми скоростями движения воздуха, и т.д.
Трубопроводы, работающие под вакуумом (сифоны). Сифоном называется такой самотёчный трубопровод, часть которого располагается выше уровня жидкости в резервуаре. Действующий напор представляет собой разницу уровней в резервуарах Az. Для приведения сифона в действие необходимо предварительно откачать из сифона воздух и создать в нём разряжение. При этом жидкость поднимется из резервуара А до верхней точки сифона, после чего жидкость начнёт двигаться по ниспадающей части трубопровод в резервуар В. Другой метод запуска сифона - заполнить его жидкостью извне.
Трубопроводы со стенками из упругого материала. В практике предприятий нефтяной отрасли нередки случаи использования специальных трубопроводов, стенки которых деформируются при изменении давления в перекачиваемой по ним жидкости. К трубопроводам такого типа относятся мягкие и гибкие рукава, резиновые и армированные шланги. [35,36,91]
Динамическая модель объекта измерения
В соответствии с предложенной методикой: подаваемые на реальную систему входные воздействия, определяемые вектором U\ разделяются на две части: часть U, доступную для измерения, или известную, поскольку она вырабатывается системой управления, и часть U \ представляющую собой неизвестные воздействия со стороны окружающей среды; воздействия U вследствие объективно существующих физических законов процесса управления газотранспортной системой, определенных системой ограничений (2.3), преобразуются в вектор X (см. (2.7)) измеряемых переменных состояния системы; XJ\ входные воздействия U подаются также на вход виртуального объекта измерения, определенного системой ограничений (2.9); в соответствии с моделью виртуального объекта (2.9) производится обработка входных воздействий U, в результате чего формируется вектор виртуальных переменных S; по измеренным значениям вектора X и вычисленным значениям вектора вычисляется значение неотрицательно определенной функции є(Х - Е)\ вычисленной значение функции є(Х - Е) поступает на вход блока классификации, который принимает решение о работоспособности или неработоспособности газотранспортной системы.
Измерения могут производится однократно, что будет отражать статическое состояние объекта (в этом случае мера є(Х - Е) вычисляется при идентификации один раз), или непрерывно, в режиме мониторинга, что будет отражать динамику процесса (в этом случае мера є(Х - Е) вычисляется при идентификации по зависимости (2.12) или (2.13)),.
Из методики, приведенной на рис. 2.3, следует вывод о важности формирования виртуального объекта в виде системы математических зависимостей, связывающих входные воздействия и наблюдаемые переменные состояния системы.
В общем случае модель информационно-измерительной подсистемы газотранспортной системы может быть представлена в виде двух графов: Я, =(Al,Zl), (2.14) H2=(A2,Z2) (2.15) где А\ - {«ці), ..., я„(1), ..., #jv(i)} - множество вершин, моделирующих активные элементы газотранспортной системы: подземные хранилища газа, газокомпрессорные и газораспределительные станции; 2\ = {гщ), ..., zm(i), ..., гМщ} - множество дуг, моделирующих физические коммуникации, соединяющие активные элементы газотранспортной системы; А = {ащ)- — ап{т , -, &N(2)} - множество вершин, моделирующих сенсоры, распределенные по газотранспортной систе ме; Z2 = (zi(2), ..., zm(2), ..., zM(2)} - множество ребер, моделирующих каналы передачи данных в информационно-измерительной подсистеме.[5,31,38,184]
Каждая дугагт(1) = (а„ , а ), ап \), є Ах, ац\), є А\, имеет направление от точки с более высоким давлением газа к точке с более низким давлением. Таким образом, граф Н\ повторяет структуру газопровода, которая не содержит обратных линий, и имеет направление от места добычи газа к местам его потребления.
С точки зрения рациональной организации эксплуатации газотранспортной системы целесообразно формировать ее информационно-измерительную подсистему таким образом, чтобы сенсоры располагались в местах размещения активных элементов трубопровода. Кроме того, подсистема сбора данных о состоянии газопровода должна быть иерархичной, т.е. граф Н2 должен быть разделен по вершинам на уровни такие, что A2 = (jAi, (2.16) где у" - уровень иерархии; J- количество уровней иерархии; АІ = \ai(2,j) - а«(2,у) — aN(2,j){ С2-17) an(2j) є Аг, п(2, j) - индекс вершины графа нау -м уровне иерархии; N(2, j) - количество вершин нау-м уровне иерархии.
Иерархия системы предполагает древовидность структуры, т.е. граф Н2 представляет собой дерево, корнем которого является центральный пункт сбора и обработки данных, а терминальными вершинами - пункты сбора данных, расположенные на активных элементах трубопровода.
В дереве графа zm(2) = (an(2j), an{2j+l)), an{2j) є A2, an(2j+l) и полустепень захода любой вершины, кроме корневой, равна единице. Полустепень корневой вершины равна нулю. Полустепень исхода вершины зависит от количества узлов обработки данных.
В простейшем, наиболее распространенном на практике случае, А2 = А\ и яо(Л) = {щл), а\(Л)- — ап(л), ЯЩА)} , (2.18) zm(2) — ( зо(Л), ап(лу), где п(А) = и(1) = п(2); N(A) = N(1) = N(2); ап(А) = ая(1) = аи(2) при 1(A) п(А), «(1), и(2) ІУ(Л) - вершины моделирующие пункты сбора данных на активных элементах трубопроводов; я0(Л) - корневая вершина, моделирующая центральный пункт приема и обработки информации.[32,137, 167]
Модель в виде графа представлена на рис. 2.4, где двойными стрелками обозначены коммуникации, моделирующие перекачку газа, а пунктирными стрелками - информационные коммуникации.
Графы Н\ и Нг являются ориентированными и взвешенными. Ориентация дуг графа Н\ совпадает с направлением перекачки газа. Весами графа Н\ являются аналитические математические модели, связывающие текущее измеренное состояние газа и запорно-регулирующей арматуры. Ориентация дуг графа Н2 моделирует направление передачи данных от сенсоров информационно-измерительной подсистемы на пункт а0 приема и обработки информации. Весами графа Нг являются текущее объемы передаваемых данных из пунктов ацА), ..., ап{А),..., ащл) в пункт а0{А). При проектировании информационно-измерительной подсистемы, выполняющей функции идентификации состояния газотранспортной системы, расчету подлежат объемы передаваемых данных на пункт приема и обработки информации. Указанные величины могут быть оценены в соответствии с динамикой измеряемых процессов в активных элементах трубопроводов. В свою очередь, динамика физического процесса может быть оценена по его математической модели.
Рассмотрим вершину яці) графа Н\ со смежными дугами, причем, самый общий вариант, когда не существует ограничений на полустепень захода дуг в рассматриваемую вершину (рис. 2.5 а). Для простоты опустим сложную индексацию рассматриваемой вершины и смежных дуг. Входной функцией данной вершины ап є А\ является множество дуг {z b ..., z ,-, ..., z /}, а выходной функцией - множество дуг {z"i, ..., z"„ ..., z"/}, z\ є Z\, z"i є Z\.[39,125,145]
Будем считать, что вершина ап моделирует проточную полость, подмножество дуг {z i, ..., z h ..., z /} моделирует подводящие трубопроводы, а подмножество дуг {z"i, ..., z"t, ..., z"/} моделирует отводящие трубопроводы от проточной полости. Каждый трубопровод, подводящий газ к проточной полости может быть представлен в виде «идеального» трубопровода (без дросселирования) и дросселя, проходное сечение которого соответствует степени дросселирования давления газа в трубопроводе. Объемы подводящих трубопроводов {z b ..., z b ..., z /} могут быть отнесены к объему полости «„(!), объемы отводящих газопроводов {z \, ..., z"„ ..., z"7} могут быть отнесены к следующим за а„ полостям. Подобная модель является допустимой, так как скорость течения газа в трубопроводе (15-20 м/с) много меньше скорости распространения звука в газовой среде (300 - 400 м/с).
Структура информационно-измерительной системы территориально распределенными крановыми узлами Магистральных газопроводов
Как следует из (2.48) и (2.51), характеристическое уравнение указанных систем дифференциальных уравнений имеет второй порядок. Типовые импульсные переходные характеристики тепломеханических систем для различных значений параметров при кратковременном изменении одного из возмущающих воздействий имеют вид, приведенный на рис. 2.6 а, б. Указанная характеристика необходима для оценки потребного объема информации, передаваемой по каналам информационно-измерительной системы, описываемой графом Н2. 2.3.5. Математическая модель запорно-регулирующей арматуры
В газотранспортной системе запорно-регулирующая аппаратура реализуется в виде приводов, перемещающих задвижки, устанавливающие соответствующе значение величины проходного сечения S , или . Независимо от типа используемого привода, его динамическая характеристика определяется в виде:
Типовые импульсные переходные характеристики где шд - угловая скорость вала двигателя; Тд - механическая постоянная времени, обусловленная инерционностью ротора и приведенной к валу двигателя инерционностью механических узлов запорно-регулирующей арматуры; /гст -коэффициент передачи по статическому моменту сухого трения; я"д - коэффициент передачи по управлению; Ua - управляющий сигнал, подаваемый на двигатель; М„ - момент сухого трения, который описывается нелинейным уравнением [17,44,140,163] M„=s&ymn. Угол поворота вала двигателя определяется по зависимости (2.55) (2.56) где t0 - момент включения привода; т. - вспомогательная переменная. С углами поворота соответствующих валов двигателя связываются переменные площади S i, Б" проходных сечений из зависимостей (2.27), (2.28): S = ЭДД), S е {S\,..., S b ..., S h S"u..., S"j,..., S"j). (2.57)
При управлении запорно-регулирующей аппаратурой возможно два режима функционирования: дискретное управление и пропорциональное управление.
В режиме дискретного управления задвижка перемещается «от упора до упора», т.е. от положения, когда проходное сечение задвижки полностью открыто (закрыто) до положения, когда проходное сечение полностью закрыто (открыто). Пусть на вход электропривода подается единичное ступенчатое воздействие, т.е. Uy = 1(f). Решение дифференциального уравнения (2.54) для этого случая имеет вид: дЧ дтах- сД 1-ехр f t} (2.58) Из (2.56) и (2.58) следует, что если при t = О угол поворота вала равен Фятш = О, то при t = тугол равен Ф{ )=(кяи -каи„]т + Тяекр (2.59) тЛ Ф, Из уравнения = т„+т -1 ехр из Г. можно определить время W КвУдтах ст сг Тт, за которое дискретный привод достигает верхнего упора. Это может быть одним из контролируемых параметров анализе состояния газотранспортной системы. [93,149,177]
В режиме аналогового управления привод включается, как правило, по схеме с отрицательной обратной связью по углу поворота фД, в которой сигнал Uy определяется по зависимости: tf« = .(tf»f»r). (2.60) где Кк - коэффициент усиления по контуру в системе управления с отрицательной обратной связью; 1/зад - сигнал задатчика, определяющий требуемое перемещение задвижки; /дат - сигнал с датчика механического перемещения.
Как правило, датчик обладает инерционностью много меньшей, чем инерционность подвижных частей механического узла, поэтому Цдат = Лдат Фд (2.61) где Кдат - коэффициент пропорциональности, учитывающий преобразование угла поворота вала в выходной электрический сигнал. Совместное решение (2.54), (2.56), (2.60),- (2.61) дает следующее нелинейное дифференциальное уравнение второго порядка, описывающее аналоговый привод: Решение (2.62) приведено на рис. 2.7, где исчисление углов ведется в условных единицах. Угол фд, данный в условных единицах, механизмом привода преобразуется в площадь задвижки в соответствии с функциональной зависимостью S = Sfa). (2.63)
Механическая координата из исходных состояний фд, условно обозначенных 0, 2 переводится в состояние фд = 1. При подходе к состоянию фд= 1 с двух разных сторон, вследствие сухого трения, возникает статическая ошибка Аф д в установлении механической координаты (область неоднозначности), которая отрицательно влияет на характеристики запорно-регулирующей аппаратуры. Для устранения статической ошибки может быть повышен коэффициент лгк, что позволяет сократить влияние сухого трения до пренебрежимо малой величины, однако приводит к увеличению перерегулирования (рис. 2.8).
Опытно-промышленная эксплуатация информационно-измерительных систем
Изобретение относится к технике защиты от коррозии металлических сооружений, а именно катодной зашиты металлических объектов, например трубопроводов, и может быть использовано для защиты газопроводов и нефтепроводов. [72,90]
Известно устройство катодной защиты металлоконструкций от коррозии, содержащее источник питания, схему управления, выполненную в виде последовательно включенных увеличителя напряжения, электронного ключа и блока контроля напряжения, причем вход увеличителя напряжения соединен с источником питания, а выход с первым входом электронного ключа, выход которого соединен с анодом и первым входом блока контроля, выход которого соединен с вторым входом электронного ключа, а второй вход подключен к источнику питания (Патент РФ № 2041290, Кл. G23F13/00, 1995).
Данное устройство не обеспечивает контроль нахождения технологических параметров коррозионной защиты трубопроводов в допустимых пределах.
Известна станция катодной защиты, которая содержит трансформатор, выпрямитель, плюсовая клемма которого подсоединена к анодному заземлителью, два кремниевых вентиля, два регулируемых сопротивления, причем минусовая клемма выпрямителя подсоединена к общей точке соединенных между собой катодов кремниевых вентилей, аноды которых подсоединены к каждому из защищаемых сооружений через регулируемые балластные сопротивления (Патент РФ № 2151218, Кл. G23F13/02, 2003).
Недостатком устройства является низкая эффективность защиты трубопроводов от коррозии в виду возможных отклонений значений защитного потенциала по длине трубопровода.
Наиболее близким к изобретению является система катодной защиты магистральных трубопроводов от коррозии, включающая вентильные разрядники, защитный автомат, силовой блок, шунт, измеритель защитного поляризационного потенциала (Патент РФ № 2161663, Кл. G23F13/02, 2001).
Недостатком устройства является- низкая эффективность защиты трубопроводов от коррозии в виду возможных отклонений значений защитного потенциала по длине трубопровода, приводящих к нарушению процесса коррозионной защиты и выходу величины-защитного потенциала за допустимые пределы.
Задачей изобретения является- повышение эффективности защиты трубопроводов от коррозии путем автоматической коррекции- возможных отклонений значений защитного потенциала по длине трубопровода и поддержки величины защитного потенциала в допустимых пределах.
Поставленная цель- достигается тем, в автоматическую станцию катодной защиты металлических сооружений от коррозии, содержащую вентильные- разрядники, защитный автомат, силовой блок, шунт, первый датчик защитного потенциала, анод, дополнительно введены второй датчик защитного потенциала, первый блок сравнения, инвертор,- первый w второй аналоговые ключи, сумматор, масштабирующий усилитель,, задатчики максимальной- и минимальной- величины защитного- потенциала, первый- и-второй компараторы, генератор, первый и второй элементы «И», реверсивный счетчик, цифро-аналоговый преобразователь, задатчик тока, второй блок сравнения; ограничитель тока, датчик сетевого напряжения, датчик напряжения на силовом блоке, датчик тока, датчик защитного напряжения, датчик открытия дверей; модем сотовой связи с набором информационных входов, причем вход вентильного разрядника соединен с сетью, выход вентильного разрядника соединен с входом защитного автомата и через датчик сетевого напряжения с информационным входом модема-сотовой связи, выход защитного автомата соединен с входом силового блока и через датчик напряжения на силовом блоке с информационным- входом модема сотовой связи, выход датчика открытия дверей соединен с информационным входом модема сотовой связи, выход задатчика тока через первый, вход второго блока сравнения и ограничитель тока соединен с входом ограничения по току силового блока и информационным входом модема сотовой связи, отрицательный выход силового блока через шунт соединен с защищаемым трубопроводом, шунт через датчик тока соединен со вторым входом второго блока сравнения и информационным входом " модема сотовой связи, положительный выход силового блока соединен с анодом, входы датчика защитного напряжения соединены с положительным выходом и через шунт с отрицательным выходом силового блока, выход датчика защитного напряжения соединен с информационным входом модема сотовой связи, выход задатчика максимальной величины защитного потенциала соединен через первый компаратор с входом первого элемента «И», выход задатчика минимальной величины защитного потенциала соединен через второй компаратор с входом второго элемента «И», выход генератора соединен с входами первого и второго элемента «И», выходы і первого и второго элементов-«И» соединены со счетными суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика соответственно, инфоромационный выход реверсивного счетчика через цифро-аналоговый преобразователь соединен с входом управления по потенциалу силового блока, выход первого датчика защитного потенциала соединен с входом первого аналогового ключар с первым входом первого блока сравнения и информационным входом модема сотовой связи, выход второго датчика защитного потенциала соединен с входом второго аналогового ключа; со вторым входом первого блока сравнения и информационным входом модема сотовой связи, выход первого блока сравнения соединен с управляющим входом первого аналогового ключа непосредственно, а с управляющим ь входом второго аналогового ключа через инвертор, выходы первого и второго аналоговых ключей соединены с входами сумматора, выход которого через масштабирующий усилитель соединен со вторыми входами первого и второго компаратора.
