Система мониторинга состояния безопасности трубопроводов
Полезная модель относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано для дистанционного контроля различных трубопроводов (нефтепроводы, газопроводы, паропроводы, водопроводы горячей и холодной воды, продуктопроводы). Задача полезной модели - повышение точности и надежности диагностирования безопасности трубопроводов. Поставленная задача достигается тем, что в системе дистанционного беспроводного мониторинга состояния безопасности трубопроводов, содержащей пункт контроля, расположенный удаленно относительно трубопроводов и выполненный в виде персонального компьютера и принтера, узлы приема-передачи информации, устройства сбора данных, блоки питания и сенсорные устройства, пункт контроля состоит из стационарного и мобильного центров наблюдения, узлы приема и передачи информации выполнены в виде антенн, модемов и базовой станции, поддерживающих стандарт транкинговой радиосвязи TETRA, сенсорные устройства выполнены в виде беспроводных датчиков стандарта IEEE 802.15.4 и(или) IEEE 802.11 с аккумуляторным питанием, в систему дистанционного беспроводного мониторинга состояния безопасности трубопроводов дополнительно введены устройства сбора данных, каждое устройство сбора данных выполнено в виде блока, содержащего концентратор, поддерживающий стандарт IEEE 802.15.4 и(или) IEEE 802.11, соединенный с дополнительно введенным контроллером, соединенным с модемом, причем концентратор, контроллер и модем соединены с блоком питания, базовая станция через IP сеть соединена со стационарным центром наблюдения, а мобильный центр наблюдения дополнительно содержит модем, посредством которого соединяется с базовой станцией.
Полезная модель относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано для дистанционного контроля различных трубопроводов (нефтепроводы, газопроводы, паропроводы, водопроводы горячей и холодной воды, продуктопроводы).
Трубопроводы имею значительную протяженность, и в большинстве случаев проходят по участкам местности со сложными геологическими процессами (подводные переходы, участки с повышенной сейсмической активностью и т.д.). Наличие информации об этих процессах позволит предотвратить и/или минимизировать возможные потери, связанные с прекращением (даже временным) функционирования трубопроводов. Трубопроводы проходят по участкам, на которых может отсутствовать постоянное электропитание в точках контроля геологических и технологических процессов, отсутствуют кабельные коммуникации для передачи данных от точек контроля до пунктов обработки данных, имеют место жесткие климатические условия размещения оборудования, отсутствует необходимая охрана точек контроля и наблюдения за оборудованием систем. Все это делает задачу автоматизированного сбора данных по трассе трубопроводов исключительно важной.
Известны системы передачи и обработки сигналов [1], содержащие датчики о состоянии объектов, информация о которых передается на центральную станцию, включающую блок обработки данных, на вход которого через блок подключения датчиков, выполненный тем или иным способом, поступают сигналы с датчиков.
Недостатком данной системы передачи и обработки сигналов является необходимость наличия постоянного энергообеспечения, высокое энергопотребление, жесткая централизованность работы, проводные линии связи. Кроме того, при выходе из строя оборудования центральной станции система полностью теряет работоспособность.
Известно устройство дистанционного контроля и диагностики состояния конструкции трубопровода [2], содержащее центральный пункт контроля, блоки измерения, размещенные на поверхности объекта в местах диагностирования вдоль трассы расположения объекта контроля и линию связи центрального пункта контроля и блоков измерения, при этом центральный пункт контроля выполнен в виде персонального компьютера с принтером, блока последовательного интерфейса, соединенного с ее входом-выходом, соединенных последовательно кодера, модулятора, приемо-передающего устройства, демодулятора и декодера, выход которого связан с вторым входом блока последовательного интерфейса, второй выход которого соединен с входом кодера. Каждый блок измерения выполнен в виде соединенных последовательно коммутатора, вторичного блока питания, датчика горизонта, аналого-цифрового преобразователя, кодера, модулятора, приемо-передающего устройства, демодулятора, декодера со схемой сравнения, выход которого подключен к первому входу коммутатора, к второму входу которого подключен автономный источник питания, а линией связи является линия радиосвязи через антенны приемо-передающего устройств.
Недостатком устройства является невысокая надежность диагностирования безопасности трубопровода на основе контроля только изменения пространственного положения трубопровода в вертикальной плоскости по данным датчика горизонта.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство дистанционного контроля и диагностики напряженно-деформированного состояния конструкции трубопроводов [3], содержащее центральный пункт контроля, выполненный в виде персонального компьютера, принтера, узла приема-передачи информации, выполненного на основе модема GSM-связи, блока питания, и рабочие станции, размещенные в местах диагностирования вдоль трассы, включающие узел приема-передачи информации с линией радиосвязи, выполненный на основе модема GSM-связи, аналого-цифровой преобразователь, коммутатор, автономный источник питания, микроконтроллер, канал измерения параметров напряженно-деформированного состояния металла трубопровода, канал измерения геофизических характеристик горных пород, канал измерения кинематических параметров оползневого процесса и датчики контроля. Блок измерения устройства снабжен датчиками напряженно-деформированного состояния, размещенными на поверхности трубы, датчиками кажущегося сопротивления грунта и датчиками перемещения грунта, размещенными в заданном порядке в грунте вдоль трубопровода, соединенных последовательно с помощью коммутатора, управляемого микроконтроллером, к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к микроконтроллеру, который соединен узлом приема-передачи информации с линией радиосвязи, выполненный на основе модема GSM-связи, при этом управляющие выходы микроконтроллера подключены к коммутатору и ко входам управления каналами измерения.
Недостатком устройства-прототипа является необходимость установки модемов GSM-связи на каждой рабочей станции, осуществляющей измерения, а также невысокая надежность передачи данных, достигаемая посредством использования GSM- связи.
Задача полезной модели - построение системы сбора и передачи данных от большого количества пространственно распределенных точек контроля при отсутствии проводных линий связи, с использованием унифицированных протоколов беспроводной передачи информации.
Поставленная задача достигается тем, что в системе мониторинга состояния безопасности трубопроводов, содержащей пункт контроля, расположенный дистанционно относительно трубопроводов и выполненный в виде персонального компьютера и принтера, узлы приема-передачи информации, устройства сбора данных, блоки питания и сенсорные устройства, пункт контроля состоит из стационарного и мобильного центров наблюдения, узлы приема и передачи информации выполнены в виде антенн, модемов и базовой станции, сенсорные устройства выполнены в виде беспроводных датчиков, с аккумуляторным питанием, в систему мониторинга состояния безопасности трубопроводов дополнительно введены устройства сбора данных, каждое устройство сбора данных выполнено в виде блока, содержащего концентратор, соединенный с дополнительно введенным контроллером, соединенным с модемом, причем концентратор, контроллер и модем соединены с блоком питания, при этом базовая станция через IP сеть соединена со стационарным центром наблюдения, а мобильный центр наблюдения дополнительно содержит модем, посредством которого соединяется с базовой станцией.
Достигаемым техническим результатом является повышение точности и надежности диагностирования безопасности трубопроводов.
На фигуре представлена схема предлагаемой системы мониторинга состояния безопасности трубопроводов, содержащей трубопровод 1 и устройства сбора данных 2, датчики 3, подключенные к аккумуляторам 4 и соединенные с концентратором 5, соединенным с контроллером 6, подключенным к модему 7 и блоку питания 8. Пункт контроля системы состоит из стационарного 9 и мобильного 10 центров наблюдения, включающих персональный компьютер 11 и модем 12, входящий в мобильный центр наблюдения 10, а также из базовой станции 13.
Система работает следующим образом: датчики 3 устанавливаются
на трубопроводе 1 или в непосредственной близости от него и передают информацию о контролируемых параметрах концентраторам 5 по беспроводным интерфейсам, поддерживающим стандарт IEEE 802.15.4 и(или) IEEE 802.11. От концентраторов 5 информация поступает на контроллеры 6, где проходит предварительную обработку, после чего передается по беспроводному интерфейсу, поддерживающему стандарт транкинговой радиосвязи TETRA, в пункт контроля. Стационарный центр наблюдения получает данные по IP-интерфейсу от базовой станции, мобильный центр наблюдения получает данные посредством модема 12. Состояние контролируемых параметров отображается на экране персональных компьютеров 11, входящих в состав центров наблюдения 9 и 10. В случае отклонения параметров от нормы подается световая и звуковая сигнализация, событие фиксируется. В обратном направлении стационарный и мобильный центры наблюдения осуществляют передачу команд управления, конфигурирования и диагностики по беспроводному интерфейсу, поддерживающему стандарт транкинговой радиосвязи TETRA, принимаемые модемами 7 в составе устройств сбора данных. Команды передаются контроллеру 6, который осуществляет указанные в них действия.
Источники информации
1. Патент США N 4462022, кл. G08B 25/10, G08B 29/16, опубл. 24.07.1984
2. Патент РФ 
2146810, кл. G01M 5/100, опубл. 20.03.2000
3. Патент РФ 111609, кл. F17D 5/02, опубл. 20.12.2011
Система мониторинга состояния безопасности трубопроводов, содержащая пункт контроля, расположенный дистанционно относительно трубопроводов и выполненный в виде персонального компьютера и принтера, узлы приема-передачи информации, устройства сбора данных, блоки питания и сенсорные устройства, отличающаяся тем, что пункт контроля состоит из стационарного и мобильного центров наблюдения, узлы приема и передачи информации выполнены в виде антенн, модемов и базовой станции, сенсорные устройства выполнены в виде беспроводных датчиков, с аккумуляторным питанием, в систему мониторинга состояния безопасности трубопроводов дополнительно введены устройства сбора данных, каждое устройство сбора данных выполнено в виде блока, содержащего концентратор, соединенный с дополнительно введенным контроллером, соединенным с модемом, причем концентратор, контроллер и модем соединены с блоком питания, при этом базовая станция через IP сеть соединена со стационарным центром наблюдения, а мобильный центр наблюдения дополнительно содержит модем, посредством которого соединяется с базовой станцией.
