СИСТЕМА ПРОДУВКИ ФИЛЬТРА ОСУШИТЕЛЯ Российский патент 2024 года по МПК F17D5/00 G06F9/00 

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано для контроля и своевременного удаления влаги из внутренней полости фильтра осушителя (ФО).

ФО применяются в системах управления шаровыми кранами для очистки и осушки импульсного газа приборов автоматики на компрессорных станциях и магистральных газопроводах диаметром от 50 до 1400 мм и давлением 8 и 16 МПа (используется в пневмогидравлических системах приводов запорной арматуры: в пневмогидравлической системе привода крана производится преобразование энергии сжатого газа в механическую работу по перемещению запорного устройства). Фильтр предназначен для эксплуатации в районах с температурой окружающего воздуха от -60°С до +45°С. Для осушки газа применяется сорбент (ДЭГ) на основе пятидесяти процентной смеси этиленгликоля ГОСТ 10164 с диэтиленгликолем ГОСТ 10136 (данная смесь является ядом!).

При использовании ФО в зимний период влага, накопленная во внутренней полости ФО, может попасть в полости импульсных трубок или закупорить выход из ФО с последующим замерзанием, что приведет к временной блокировке импульсного газа и при перестановке запорной арматуры.

Документом [Техническое описание и инструкция по эксплуатации ФО 451531.00.00 ТО] предписан обязательный контроль и продувка ФО. На территории компрессорных станций, газораспределительных станций и в охранных зонах магистральных газопроводов эти работы являются газоопасными.

Так же на месте производства газоопасных работ существует потребность в контроле температурного режима для соблюдения охраны труда и режимов отдыха и обогрева работников [Инструкция по охране труда при выполненииработ в условиях низких температур №ИВР-003-19 (разработана на основе Методических рекомендаций MP 2.2.7.2129-06 «Режим труда и отдыха работающих в холодное время на открытой территории или в неотапливаемых помещениях»)].

Задачей изобретения является создание безопасных условий труда и автоматизация процессов при стравливании ФО.

Технический результат - автоматизация процессов и минимизация рисков возникновения угроз для жизни и здоровья работника при выполнении им работ по стравливанию.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается системой, состоящей из блока управления и блока передачи информации, соединенных между собой по радиоканалу или проводным методом и состоящих из отдельных корпусов с расположенными внутри них печатными платами и центральными процессорами, при этом к выходам центрального процессора блока управления через модуль гальванической развязки подключены: клапаны с электроприводом, сигнализатор уровня; к аналоговой шине подключены: датчик температуры, датчик давления, к цифровой шине подключены: приемопередатчик (или преобразователь сигнала при использовании проводного метода соединения с блоком передачи информации), контроллер напряжения; к цифровой шине центрального процессора блока передачи информации через модуль гальванической развязки подключены приемопередатчик (или преобразователь сигнала при использовании проводного метода соединения с блоком управления) для сбора данных с блока управления, модуль передачи данных с протоколом Modbus RTU по интерфейсам RS-485 и RS-232, к дискретному выходу подключены джампер (для выбора интерфейса при его переключении) и информационный дисплей для обеспечения визуального контроля передачи информации между блоком управления и модулем передачи данных, к печатной плате через кнопку включения подключен модуль преобразования напряжения.

Конструктивно система состоит из двух частей:

1. Блок управления (далее - БУ);

2. Блок передачи информации (далее - БПИ). БУ 1 предназначен для:

- периодических измерений температуры окружающей среды;

- давления внутри полости между клапанами;

- напряжения питания;

- контроля уровня конденсата в ФО;

- контроля за состоянием клапанов и управления ими.

БУ 1 является стационарным прибором, представляющим из себя навесную плату с креплением на DIN-рейку, и может размещаться в соединительных коробках имеющих взрывозащиту. Замеры производятся постоянно, для отработки автоматической продувки ФО.

Основной функцией БУ 1 является обработка информации, поступающей от датчиков, подключенных к каналам измерений, анализ и выполнение алгоритма по продуванию ФО и передача обработанной информации на БПИ 2 по радиоканалу или проводным методом передачи информации.

Изобретение показано на фиг. 1-3.

БУ 1 состоит из:

1.1 Печатной платы;

1.2 Центрального процессора;

1.3 Герметичного корпуса;

1.4 Датчика температуры;

1.5 Датчика уровня;

1.6 Датчика давления;

1.7 Приемопередатчика;

1.8 Кнопки включения;

1.9 Модуля преобразования напряжения;

1.10 Модуля гальванической развязки;

1.11 Клапанов;

а) Печатная плата 1.1 состоит из фольгированного медного текстолита, наповерхностях которого сформированы электропроводящие цепи электронной схемы. С внешних сторон на плату нанесено защитное покрытие («паяльная маска») и маркировка (вспомогательный рисунок и текст согласно наименованию электронных компонентов) методом шелкографии. Служит для монтажа к ней с помощью пайки оловянно-свинцовым припоем: центрального процессора 1.2, проводов питания от модуля преобразования напряжения 1.9, приемопередатчика 1.7, модуля гальванической развязки 1.10, к клеммным соединениям при помощи проводов с печатной платой 1.1 соединяются датчик уровня 1.5, датчик давления 1.6, датчик температуры 1.4, клапаны 1.11. Печатная плата 1.1 предназначена для электрического и механического соединения электронных компонентов, входящих в БУ 1.

б) Герметичный корпус 1.3 предоставляет степень защиты от доступа к частям, от попадания внутрь внешних твердых предметов и от проникновения воды и смеси взвешенных твердых частиц в воздухе - IP67 по ГОСТ 14254-96. Герметичный корпус 1.3 служит основанием для монтажа внутрь элементов БУ 1 и защитой от вмешательства к внутренним частям. Из герметичного корпуса выступает наружу кнопка включения 1.8.

в) Центральный процессор 1.2, припаянный на печатной плате 1.1, служит для обработки, сбора информации, передачи ее на БПИ 2. Имеет EEPROM-память, для записи данных, что обеспечивает надежное и долговременное хранение информации при выключении электропитания. После загрузки центральный процессор 1.2 опрашивает датчики. Результаты опроса помещаются во внутреннюю память центрального процессора 1.2. Также центральный процессор обеспечивает реализацию выполнения алгоритма продувки ФО при помощи открытия клапанов 1.11, считывание информации с регистров внутренней памяти БПИ 2, обеспечивающим взаимодействие с БУ 1 посредством внутреннего интерфейса через приемопередатчика 1.7. Все нештатные ситуации во время работы заносятся в регистр ошибок. Прекращение работы осуществляется посредством отключения питания при помощи кнопки включения 1.8.

г) Для контроля воздушной среды БУ 1 используется датчик температуры 1.4, который обеспечивает измерение температуры с разрешением от 9 до 12 бит. Диапазон измеряемых температур от -55°С до +125°С, с погрешностью ±0,5°С. Имеет индивидуальный внутренний адрес. Данные с датчика передаются по цифровому каналу, что обеспечивает контроль цепи датчика от обрыва, неисправности или замыкания. При неисправности датчика температуры 1.4 формируется сигнал центральным процессором 1.2 и закладывается в регистр, который считывается БПИ 2 посредством внутреннего интерфейса с помощью приемопередатчика 1.7. Датчик температуры 1.4 соединен с центральным процессором 1.2 через модуль гальванической развязки 1.10. Датчик выполнен в защищенном корпусе и подключен к цифровой шине посредством клеммных соединений при помощи проводов к печатной плате 1.1. Контроль параметра температуры осуществляется с целью определения времени работы персонала при низкой температуре.

д) Датчик уровня 1.5 вкручивается в ФО для контроля воды в во внутренней полости ФО. Соединяется к цифровой шине центрального процессора 1.2 посредством клеммных соединений при помощи проводов к печатной плате 1.1 через модуль гальванической развязки 1.10.

е) Для связи с центральным процессором 1.2 датчик давления 1.6 использует аналоговую шину данных через модуль гальванической развязки 1.10, что дает возможность контроля его неисправности. При неисправности датчика давления 1.6 формируется сигнал центральным процессором 1.2 и закладывается в регистр, который считывается БИП 2 посредством внутреннего интерфейса с помощью приемопередатчика 1.7. Датчик давления 1.6 измеряет давление от 0 до 16 МПа. Датчик давления 1.6 подключен к аналоговой шине через модуль гальванической развязки 1.10 посредством клеммных соединений при помощи проводов к печатной плате 1.1. Контроль параметра осуществляется с целью определения давления в полости между двумя клапанами для реализации алгоритма стравливания ФО.

ж) Приемопередатчик 1.7 состоящий из процессора, усилителей сигналов, антенного модуля и блока согласования протоколов. Данные с БУ 1 передаются по защищенному каналу и с использованием шифрования на расстояние до 100 метров, что обеспечит надежную связь с БИП 2. Приемопередатчик 1.7 использует двунаправленный режим связи с БИП 2 и работает на частоте 2,47 ГГц с использованием шифрования передающих данных. Максимальная выходная мощность 0 dBm, коэффициент усиления антенны - 2dBm. Также приемопередатчик может использовать проводной тип связи по интерфейсу RS-485 и протоколу Modbus RTU в случае удаленной установки более 100 метров. Приемопередатчик 1.7 подключается к цифровой шине посредством пайки оловянно-свинцовым припоем к печатной плате 1.1 через модуль гальванической развязки 1.10.

з) Модуль преобразования напряжения 1.9 служит для преобразования напряжения сети питания от источника в напряжение питания БУ 1. Диапазон преобразования от 12 до 42 В, что обеспечивает подключение БУ 1 ко многим источникам питания. Напряжение подключается посредством клеммных соединений при помощи проводов модулю преобразования напряжения 1.9. Для защиты от короткого замыкания, к которому подключена кнопка включения 1.8 БУ 1 внутри герметичного корпуса 1.3, расположен предохранитель. Также модуль преобразования напряжения 1.9 ограничивает максимальное напряжение и имеет защиту от «переполюсовки». Модуль преобразования напряжения 1.9 подключается к печатной плате 1.1 с помощью проводов, имеющих достаточное сечение для питания потребителей цепи.

и) Модуль гальванической развязки 1.10 используется в БУ 1 для защиты элементов блока от наведенного напряжения на датчиках и исключает при этом непосредственный контакт между логическими и токоведущими частями датчиков и печатной платы 1.1.

БИП 2, как и БУ 1 имеет схожие элементы, которые описаны выше и состоит из:

2.1 Печатной платы;

2.2 Центрального процессора;

2.3 Корпуса;

2.4 Приемопередатчика;

2.5 Информационного дисплея;

2.6 Кнопки включения;

2.7 Модуля преобразования напряжения;

2.8 Модуля гальванической развязки;

2.9 Преобразователя интерфейса;

2.10 Кнопки переключения интерфейса;

2.11 Предохранителя;

2.12 Энкодера.

к) Корпус 2.3 БИП 2 предотвращает доступ к внутренним частям от вмешательства его работоспособности. Также служит для крепления печатной платы 2.1, информационного дисплея 2.5. Конструктивно корпус состоит из 2-х половинок для удобства обслуживания специализированным персоналом.

л) Печатная плата 2.1 и ее характеристики такие же, как и у БУ 1. Служит для монтажа к ней с помощью пайки оловянно-свинцовым припоем: центрального процессора 2.2, приемопередатчика 2.4, преобразователя интерфейса 2.9, предохранителя 2.11, информационного дисплея 2.5 и модуля гальванической развязки 2.8. Печатная плата 2.1 предназначена для электрического и механического соединения электронных компонентов.

м) Центральный процессор 2.2, используемый в БИП 2, по параметрам аналогичен центральному процессору 1.2, используемому в БУ 1. Центральный процессор 2.2 БИП 2 опрашивает через приемопередатчик 2.4 состояние регистров БУ 1. Данные, считанные с регистров БУ 1, обрабатываются и закладываются в регистры внутренней памяти, где они считываются преобразователем интерфейса 2.9 с автоматизированной системы управления (САУ). Также центральным процессором 2.1 данные, полученные после считывания регистров БУ 1, передаются на информационный дисплей 2.5. Также информация аварийного характера выводится на информационный дисплей 2.5 и считывается через САУ преобразователь интерфейса 2.9.

н) Модуль преобразования напряжения 2.7 служит для преобразования напряжения сети питания САУ в напряжение питания БИП 2. Диапазон преобразования от 12 до 42 В, что обеспечивает подключение БИП ко всем САУ с питанием сети от 12 до 42 В. Модуль преобразования напряжения 2.7 подключается к сети САУ с помощью клеммного разъема. Также рядом с клеммным разъемом в корпусе 2.3 имеется отсек, где расположен предохранитель 2.11 (для защиты БИП 2 от короткого замыкания) к которому подключена кнопка включения 2.6. Также модуль преобразования напряжения 2.7 ограничивает максимальное напряжение и имеет защиту от «переполюсовки». Модуль преобразования напряжения 2.7 подключается к печатной плате 2.1 с помощью проводов, имеющих достаточное сечение для питания. В разрыв питания к модулю преобразования напряжения 2.7 подсоединена кнопка включения 2.6 для отключения БИП 2.

о) Информационный дисплей 2.5 предназначен для отображения информации, обрабатываемой БИП 2. В БИП 2 используется жидкокристаллический дисплей, который способен отображать одновременно 80 символов (20 столбцов, 4 строки). Подключен к цифровой шине через модуль гальванической развязки 2.8 посредством пайки оловянно-свинцовым припоем к печатной плате 2.1 и использует синхронный 8 битный параллельный интерфейс. Тип выводимой информации: символьный, угол обзора: 180°, цвет подсветки: синий (зеленый, желтый и синий), рабочая температура от -20 до +70°С. Информационный дисплей 2.5 показывает в реальном времени значение измеряемых сред БУ 1: температуру окружающего воздуха, давление, состояние клапанов и режим управления (автоматический или ручной). Также показывает напряжение питания БУ 1. Также способен отображать сообщения, переданные с САУ.

п) Преобразователь интерфейса 2.9 служит для передачи собранной информации с БИП 2 на уровень диспетчерского пункта или уровень управления через САУ и подключен к цифровой шине через модуль гальванической развязки 2.8, что позволяет записывать и сохранять данные, полученные при работесистемы в целом, SCADA системах (серверах и компьютерах), для оценки выполняемых и (или) выполненных работ по стравливанию ФО. Преобразователь интерфейса 2.9 использует для передачи данных настраиваемые интерфейсы при помощи кнопки переключения интерфейсов 2.10. Для связи с САУ используются интерфейсы RS-232 и RS-485. Дополнительные параметры настройки интерфейса (скорость, четность и адрес БИП 2) задаются при помощи энкодера 2.12, при этом необходимо зайти в меню и выбрать нужные параметры через информационный дисплей 2.5.

р) Энкодер 2.12 служит для преобразования угловых перемещений в цифровой сигнал. Энкодер 2.12 также имеет тактильную кнопку, для подтверждении вводимых данных. Подключен к печатной плате 2.1 через провода, при этом соединяется с цифровой шиной центрального процессора 2.2.

БУ 1 и БИП 2 - это два независимых устройства, вместе образующие систему управления стравливания ФО. Также могут использоваться отдельно друг от друга, что охватывает больше применений устройств. БИП 2, может воспроизводить на информационном дисплее 2.5 сообщения с уровня управления и питаться от цепи от 12 до 42 В. БУ 1 можно использовать как автономное устройство управления ФО.

Алгоритм работы БУ 1 изначально задается при помощи БИП 2, если блоки работают в одной системе, или при помощи персонального компьютера. Имеет два режима управления:

- Автоматический, когда БУ 1 управляет сбросом ФО по установленному алгоритму, при этом учитывается время открытия клапанов, последовательность их открытия, давление между клапанами, температуры окружающей среды и уровень конденсата. При обнаружении заданного уровня БУ 1 подает команду на входной клапан ФО, при этом фиксируется давление в полости между входным и выходным клапаном (которое сигнализирует об успешном открытии входного клапана), после этого открывается выходной клапан и содержимое ФО стравливается. После истечении времени, устанавливаемого при настройки БУ 1 закрывается входной клапан, через 3секунды закрывается выходной клапан. В процессе работы БУ 1 анализирует давление в полости между клапанами: если при закрытых клапанах имеется давление, то формируется сигнал неисправности входного клапана и записывается в регистр памяти центрального процессора 1.2 и считывается БИП 2.

- Ручной, когда управление ведется через САУ при соединенном в систему БИП 2.

Применение изобретения позволит уменьшить проведения постоянной замены сорбента. Также обеспечит надежность системы управления приводами кранов, исключив замерзания конденсата в импульсных трубках системы управления приводом.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано для контроля и своевременного удаления влаги из внутренней полости фильтра осушителя. Технический результат заключается в автоматизации процессов и минимизации рисков возникновения угроз для жизни и здоровья работника при выполнении им работ по стравливанию. Технический результат достигается системой, состоящей из блока управления и блока передачи информации, соединенных между собой по радиоканалу или проводным методом и состоящих из отдельных корпусов с расположенными внутри них печатными платами и центральными процессорами, при этом к выходам центрального процессора блока управления через модуль гальванической развязки подключены клапаны с электроприводом, сигнализатор уровня, к аналоговой шине подключены датчик температуры, датчик давления, к цифровой шине приемопередатчик, контроллер напряжения; к цифровой шине центрального процессора блока передачи информации через модуль гальванической развязки подключены приемопередатчик для сбора данных с блока управления, модуль передачи данных с протоколом Modbus RTU по интерфейсам RS-485 и RS-232, к дискретному выходу подключены джампер и информационный дисплей для обеспечении визуального контроля передачи информации между блоком управления и модулем передачи данных, к печатной плате через кнопку включения подключен модуль преобразования напряжения. 3 ил.

Система продувки фильтра осушителя, состоящая из блока управления и блока передачи информации, обеспечивающих связь между собой по радиоканалу или по проводному методу и состоящих из отдельных корпусов с расположенными внутри них печатными платами и центральными процессорами, при этом к цифровой шине центрального процессора блока управления присоединены через модуль гальванической развязки датчик температуры, датчик уровня, приемопередатчик, к аналоговой шине через модуль гальванической развязки подключен датчик давления, к цифровой шине подключены клапаны; к цифровой шине центрального процессора блока передачи информации подключены преобразователь интерфейса, информационный дисплей, энкодер и через модуль гальванической развязки приемопередатчик.