Энергопикет

Энергопикет – это комплекс программно-аппаратных и конструктивных решений для обеспечения дистанционного мониторинга состояния подземных стальных трубопроводов. Решение включает в себя несколько уникальных  российских «know how»

Для чего предназначен «Энергопикет» ?

  • Обеспечение дистанционного мониторинга состояния участков подземных стальных трубопроводов с перио-дической передачей значений измеренных параметров по одному из доступных каналов связи. Предпочтительным каналом связи является сам трубопровод.
  • Существенное уменьшение затрат на обеспечение электропитания измерительного оборудования и органи-зацию каналов передачи данных (в том числе там, где иные каналы передачи данных и внешнее электропитание нереализуемы). 
  • Существенное снижение риска выхода из строя, порчи и кражи измерительного и связного оборудования за счет возможности размещения Энергопикета под землей. 

Из чего состоит «Энергопикет» ?

  • АДАМ (ADAM) - автономный диагностико-аналитический модуль (возможны различные комбинации реализации).
  • МОСТ (MOST) - модуль обмена с системами телемеханики.
  • ПАК СОТКА (SOTKA) - программно-аппаратный комплекс мониторинга (АСУ ТП) (набор программных модулей (сервер, АРМы, интеграционные интерфейсы), компьютеры, телекоммуникационные решения, конструк-тивные элементы).

АДАМ – первый на «трубе» ! 

АДАМ имеет в своем составе:

  • энергетический модуль - Капсула (Capsule): обеспечивает электропитание основных модулей и подключаемых датчиков (при необходимости) путем циклической зарядки аккумулятора от сверхнизкого тока, получаемого как результат наличия катодной защиты подземных стальных трубопроводов («отбираемый» ток настолько мал, что не влияет на качество катодной защиты трубопровода);
  • измерительный модуль – Циклон (Cyclone): обеспечивает периодическое получение значений контролируемых параметров мониторинга объекта в цифровом виде (готовом к передаче по различным каналам связи). К измерительному модулю подключаются различные датчики;
  • телекоммуникационный модуль - Стример (Streamer): обеспечивает передачу собранных данных измерений по запросу от центрального (кустового) сервера (контроллера) - МОСТ; могут использоваться различные среды передачи данных (кабель, радиоканал, сотовая связь и прочее); особый интерес представляет возможность передачи данных прямо по стальному трубопроводу (как двухпроводная система «труба - земля»).

Где «живет» АДАМ ?

  1. Контрольно-измерительный пункт (КИП)
  2. Проводник (полоса) от трубопровода
  3. Проводник от электрода
  4. Проводник от вспомогательного электрода
  5. Трубопровод
  6. Электрод
  7. Вспомогательный электрод
  8. Ковер (городской КИП)
  9. Разъем
  10. Перемычка
  11. Проводник от экранирующей оплетки
  12. АДАМ
  13. Заземляющий контур

АДАМ – структурная схема и порядок подключения

 

Комбинации использования элементов Энергопикета

  1. Только Капсула. Капсула является «вечным» источником питания для приборов, установленных на трассе трубопровода.
  2. АДАМ = Капсула и Циклон (с подключаемыми датчиками). Циклон периодически проводит измерения и сохраняет результаты во внутренней памяти. Сбор данных при обходе трассы осуществляется вручную с помощью мобильного АРМ (планшета), который подключается к соответствующему разъему (контакту) Циклона.
  3. АДАМ = Капсула, Циклон (с подключаемыми датчиками) и Стример (вариант – Радиопост). Периодическая передача (с ретрансляцией) собранных данных измерений по самоорганизующейся сети радиомодемов. Конечный пункт передачи данных – контролируемый пункт телемеханики.
  4. АДАМ = Капсула, Циклон (с подключаемыми датчиками) и Стример (вариант - Волновод). Периодическая передача (с ретрансляцией «по цепочке») собранных данных непосредственно по контролируемому изолированному стальному трубопроводу. Конечный пункт передачи данных – контролируемый пункт телемеханики.
  5. МОСТ в комплекте с несколькими АДАМ. Образуют низовую («кустовую») систему комплексного мониторинга  трубопровода. Подключаются к системе телемеханики по стандартным интерфейсам (Ethernet, RS-485). Обмен данными происходит по стандартным протоколам (Modbus RTU, Modbus TCP, прочие протоколы по требованию заказчика).
  6. СОТКА в комплексе с неограниченным количеством МОСТ и АДАМ. Целостная система мониторинга состояния защищаемых стальных трубопроводов большой протяженности. Может быть интегрирована с другими АИС и АСУ с помощью различных технологий (WEB-сервис, XML-обмен).

Капсула: «вечный» источник питания 

В основу работы модуля "Капсула" положена концепция «Еnergy Harvesting» (сбор энергии). Ее принцип заключается в сборе энергии от источников малой мощности.  

Используется энергия, накопленная на трубопроводе за счет ее поляризации установками коррозионной защиты. Разность потенциалов между трубой и заземляющим контуром поступает на вход преобразователя напряжения с низким собственным потреблением, где повышается до уровня необходимого для заряда аккумулятора.  

  • Литий-железофосфатный аккумулятор
  • Емкость: 1-2 Ач
  • Выдаваемый ток: до 4 А
  • Рабочее напряжение входное: 0,7 - 1,8 В
  • Рабочий ток входной: около 1 мА
  • Рабочее напряжение выходное: 3.0-3.3 В
  • Среднее число циклов заряд/разряд до потери 20% ёмкости: 5000 (при измерениях и передаче данных 1 раз в сутки время использования – более 12 лет)
  • Автоматическое предотвращение полного заряда/глубокого разряда
  • Диапазон рабочих температур: от -30°C до +55°C
  • Потребляемая мощность подключаемого оборудования – до 10 Вт

Капсула: результаты предварительных испытаний на реальных трубопроводах

Трубопровод № 1. Диаметр - 1200 мм. Год постройки - 1995 (20 лет).

  • Заземляющий контур - металлический уголок 20х20 мм длиной 1,5 метра.
  • суммарный защитный потенциал - 1,83 В (в пределах нормы);
  • напряжение между трубой и заземляющим контуром до Капсулы - 1,3 В;
  • ток до Капсулы - 1 мА;
  • напряжение после Капсулы - 4 В;
  • ток после Капсулы - 157 мкА;

Трубопровод № 2. Диаметр - 820 мм. Год постройки - 2012 (3 года).

  • Заземляющий контур - металлический уголок 20х20 мм длиной 1,5 метра.
  • суммарный защитный потенциал - 1,75 В (в пределах нормы);
  • напряжение между трубой и заземляющим контуром до Капсулы - 2,1 В;
  • ток до Капсулы – 0,7 мА;
  • напряжение после Капсулы - 4 В;
  • ток после Капсулы - 150 мкА;

Циклон: сверхнизко потребляющий контроллер

  • Процессор: ARM Cortex-M0+ (от 32 кГц до 32 МГц)
  • Память: энергонезависимая 64 кВ
  • АЦП: 12 бит, до 16 каналов
  • Диапазон рабочих температур: от -40°C до +85°C
  • Питание: 1.65 - 3.6 В
  • Потребляемая мощность: от 0.27 мА в режиме «сна» до 139 мA при максимальной производитель-ности
  • Количество режимов «сна»: 4 

Стример: трубопровод как канал связи

ВЧ сигнал «закачивается» в месте подключения и далее распространяется по трубопроводу в обе стороны от места установки передатчика. Приём ВЧ сигнала осуществляется на внешнюю магнитную антенну (блок согласования приёмника).

  • Несущая частота: устанавливается программно в диапазоне: от 69 кГц до 173 кГц (не требует лицензирования)
  • Скорость передачи данных: от 9,6 до 24 Кбит/сек
  • Время установления рабочего режима после подачи напряжения питания: не более 1 секунды
  • диапазон рабочих температур: от минус 40°C до плюс 65°C

Стример имеет в своем составе конденсаторы, что обеспечивает гарантиро-ванную гальваническую развязку трубопровода от заземляющего контура !

МОСТ: Модуль обмена с системами телемеханики(на базе серийно выпускаемых программируемых контроллеров)

  • 1 встроенный порт (USB или RS232)
  • 4 расширяемых порта (RS485 или RS232, Ethernet или GSM);
  • Встроенный источник питания (24 AC/ 16DC) – 36 Вт;
  • Встроенный календарь;
  • Рабочий диапазон температур – 40°C до +45°C;
  • Монтаж – настенный, DIN-рейка
  • Должен быть укомплектован соответствующим вариантом Стримера
  • Должен быть доукомплектован соответствующим вариантом интерфейса для подключения к оборудованию КП телемеханики

ЛУС: Локальная узловая система

Промежуточный сбор, обработка, анализ данных мониторинга, расчет оптимальных параметров работы оборудования.

Построена на базе промышленного безвентиляторного компьютера с малым электропотреблением.

Оснащена источником бесперебойного питания.

Оснащается интерфейсными модулями в соответствии с проектными решениями.

  • Рабочий диапазон температур – 40°C до +45°C;
  • Монтаж – настенный

СОТКА: Пример визуализации параметров работы оборудованияв реальном масштабе времени (интервал опроса задается индивидуально для каждого параметра)

 

СОТКА: Накопление и анализ данных, собранных в «ручном» режиме (актуально при по-этапном внедрении системы мониторинга)

 

СОТКА: Пример построения графика на основе собранных в базе данных значений параметра работы оборудования (временной интервал задается пользователем)

 

Эффект применения Энергопикета

  • Быстрое и недорогое создание распределенной системы дистанционного мониторинга линейной части трубопроводов, не требующее дополнительных инвестиций для организации каналов связи и электроснабжения.
  • Длительная эксплуатация (до 10 лет) системы мониторинга без дополни-тельных расходов на поддержание работоспособности.
  • Скрытое размещение элементов системы мониторинга на трассе, что препятствует их краже или порче (например, из-за пала травы или работы сельхозтехники).
  • Оперативное обнаружение дефектов изоляционного покрытия или нарушения целостности трубопровода (например, при незаконных врезках)

Ориентировочная стоимость элементов Энергопикета

  • АДАМ (полная комплектация без учета заземляющего контура) – 65 тыс.руб, в том числе:
    • Капсула (энергетический модуль с аккумулятором) – 10 тыс.руб.
    • Циклон (измерительный модуль) – 25 тыс.руб 
    • Стример (коммуникационный модуль) - 30 тыс.руб
  • МОСТ (базовая комплектация) - 80 тыс.руб
  • СОТКА (лицензия на ПО – минимальная комплектация) – 180 тыс.руб.