CC BY
30АВТОМАТИЗАЦИЯ
Р.Ф. Хакимов1, e-mail: office@tehohrana.ru; В.Ф. Даутов1, e-mail: DautovVF@ufa.transneft.ru О.Р. Латыпов3, e-mail: o.r.latypov@mail.ru
1 ООО «Техохрана» (Уфа, Россия).
2 АО «Транснефть - Урал» (Уфа, Россия).
3 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет» (Уфа, Россия).
Применение технологии «Интернет вещей» в трубопроводном транспорте
Одним из приоритетных направлений ООО «Техохрана» является разработка систем телеметрии для топливно-энергетического комплекса. В рамках комплекса научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР) по теме «Разработка кросс-платформенного программно-аппаратного комплекса телеметрии для систем защиты трубопроводов на основе беспроводных технологий и интернета вещей», проведенного при поддержке Фонда содействия инновациям, специалистами ООО «Техохрана» были разработаны устройства телеметрии контрольно-измерительного пункта (КИП) для контроля процессов электрохимической защиты (ЭХЗ) трубопроводов от коррозии.
Контрольно-измерительные пункты предназначены для контроля параметров ЭХЗ и обозначения трасс трубопроводов. Отсутствие гарантированного электропитания на стойке КИП обусловливает необходимость обеспечить способность устройства телеметрии производить измерения параметров, необходимых для эксплуатации трубопровода, и передачу данных обслуживающему персоналу при минимальном потреблении энергии. Такое устройство, соответствующее предъявляемым требованиям, было разработано на основе результатов НИОКР. Беспроводные технологии изначально были приоритетом при разработке устройства. Выбор радиоканала был сделан в пользу модуляции LoRa -новой беспроводной технологии, характеризующейся дальним радиусом действия и малым потреблением энергии. Отличие от других беспро-
водных технологий - большая дальность сигнала, помехоустойчивость и автономность. Протокол обеспечивает полную двустороннюю связь, архитектура посредством специальных методов шифрования - общую надежность и безопасность всей системы. К числу минусов использования данной технологии относится то, что стандартно сеть LoRaWAN имеет простую архитектуру типа «звезда» без ретрансляторов и т^Ь|-связей. Использование такой топологии возможно, например, на линейной производственно-диспетчерской станции, однако трубопроводы имеют значительную протяженность, зачастую на сложном рельефе с перепадами по высоте, поэтому для передачи данных телеметрии необходимо использовать топологию «шина». В рамках НИОКР был разработан компромиссный вариант сети,техническим результатом которого является увели-
чение дальности передачи информационных пакетов за счет использования ретрансляторов. Дальность передачи данных телеметрии по радиоканалу с модуляцией 1_о1}а достигается последовательным соединением сетей с топологией типа «звезда» в сеть с топологией типа «шина». Сеть с топологией типа «шина» организует ретранслятор, передающий информационные пакеты от оконечных устройств либо на следующие ретрансляторы, либо на шлюз для передачи телеметрических данных на сервер. Такое решение организации сети позволяет увеличить дальность передачи информационных пакетов в п раз, где п - количество ретрансляторов в сети. Блок телеметрии КИП универсален, может работать как оконечное устройство, и как ретранслятор (рис. 1).
Сеть построена как самоорганизующаяся локальная радиосеть, позво-
GPRS APN
МТ
Подсеть № 1
■
Подсеть № 2
Р О
Подсеть № 3
конечное устройство Р - ретранслятор
Рис. 1. Вариант организации сети передачи данных телеметрии
H
/о\ ш О /о\ о
Подсеть № 4
RS-485
- шлюз
Ш
12
№ 3-4 апрель 2021 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ
AUTOMATION
Рис. 2. Солнечная батарея для ретранслятора
ляющая получать телеметрию на всей контролируемой территории. Самоорганизующаяся сеть объединяет большое количество оконечных устройств и ретрансляторов на контролируемой территории и одну или несколько точек доступа к внешним сетям (GPRS, RS-485) через шлюз. Для синхронизации работы сети ретрансляторы передают широковещательный сигнал на фиксированном канале. Элементы радиосети в пределах взаимной радиовидимости с использованием разработанных алгоритмов самостоятельно производят изменения настроек для включения в сеть. Основным критерием при этом является поиск вариантов наиболее короткого пути до шлюза при приемлемом уровне связи радиоканала. Информационный пакет от оконечного устройства проходит по цепочке через все устройства, расположенные на пути к шлюзу, что позволяет увеличить дальность действия сети, надежность и оперативность связи. Выходная мощность радиопередатчика каждого устройства составляет 25 мВт, что наряду с распределением нелицензируемого диапазона частот на 12 подканалов и временного разделения передачи данных между устройствами позволило обеспечить стабильную связь в ходе испытаний на участке трубопровода длиной 42 км. В случае выхода из строя одного из элементов радиосети либо наруше-
Рис. 3. Блок телеметрии КИП
ния связи происходит перенастройка сети в соответствии с разработанными алгоритмами. Устройство, потерявшее связь, ищет новую точку подключения с наилучшими параметрами, таким образом связь восстанавливается автоматически.
Для электропитания используется солнечная панель двух типоразмеров: для ретранслятора - 160 х 138 мм (рис. 2), для оконечного устройства - 81 х 137 мм.
Телеметрические данные содержат информацию о величине постоянного и переменного тока выносного электрода, суммарного и поляризационного потенциала трубопровода, состоянии индикатора коррозии, обнаружении процессов наводороживания вследствие перезащиты, а также об омеднении выносного электрода. Процесс наводороживания выявляется по критерию перелома кривой Тафеля. Блок телеметрии (рис. 3) изготовлен во влагозащищенном корпусе, имеет небольшие габариты (160 х 80 х 55 мм),
что дает возможность разместить его внутри большинства КИП. Все измерительные каналы блока телеметрии КИП имеют гальваническую развязку и могут гарантированно работать в условиях высоких электромагнитных помех, например вблизи высоковольтных линий электропередачи. Телеметрия КИП способствует осуществлению контроля и управлению техническим состоянием системы ЭХЗ с учетом требований энергетической и экономической эффективности эксплуатации объектов магистрального трубопровода (МТ). В этой части автоматизация и интеллектуализация развиваемых процедур управления противокоррозионной защитой обеспечивает прямое сокращение затрат за счет:
• сокращения трудозатрат на периодические измерения и оптимизацию режимов работы станций катодной защиты (СКЗ);
• уменьшения установленной мощности СКЗ;
• сокращения потребляемой электроэнергии;
• увеличения ресурса СКЗ и анодных заземлителей (АЗ);
• повышения долговечности и безаварийности работы трубопроводов за счет непрерывного коррозионного мониторинга оборудования по трассе МТ без участия обслуживающего персонала.
С учетом успешного проведения испытаний возможно дальнейшее развитие технологии передачи по протоколу LoRa телеметрических данных о состоянии АЗ, протекторов и другого технологического оборудования МТ. По итогам НИОКР оформлены четыре заявки на изобретение и одна заявка на полезную модель.
ТЕХОХРАНА
ООО «ТЕХОХРАНА»
450097, РФ, Республика
Башкортостан, г. Уфа,
ул. Заводская, д. 11/1
Тел.: +7 (347) 246-46-38, 246-63-38
e-mail: office@tehohrana.ru
www.tehohrana.ru
TERRITORIJA NEFTEGAS - OIL AND GAS TERRITORY No. 3-4 April 2021
13
