Система сбора, обработки и передачи измерительной информации с последовательным расположением объектов на магистрали большой протяженности

Изобретение относится к области информационно-измерительных систем, в частности к оптико-электронным устройствам сбора, обработки и передачи измерительной информации с объектов магистрального трубопровода, расположенных вдоль линии передачи на большом расстоянии друг от друга. Техническим результатом изобретения является повышение надежности и увеличение протяженности фрагмента контролируемой магистрали. Система сбора, обработки и передачи измерительной информации содержит последовательно соединенные посредством ВОЛП контролируемые пункты и приемный пункт, при этом в контролируемые пункты, содержащие измерительные преобразователи и дешифраторы адреса, дополнительно введены связанные между собой соответствующим образом оптические регенераторы, дешифраторы синхроимпульсов, формирователи сигналов управления «запись-считывание» и блоки памяти, причем в первый контролируемый пункт дополнительно введен блок синхронизации, связанный с оптическим регенератором этого контролируемого пункта, а в приемный пункт, содержащий последовательно соединенные концентратор информации и дисплей, введены последовательно соединенные оптический регенератор и дешифратор измерительной информации, выходом подключенный к входу концентратора информации. 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области информационно-измерительных систем, в частности к оптико-электронным устройствам сбора, обработки и передачи измерительной информации с объектов магистрального трубопровода, расположенных вдоль линии передачи на большом расстоянии друг от друга.

Заявляемое устройство предназначено для сбора, обработки и передачи на береговой приемный пункт измерительной информации о техническом состоянии подводного трубопровода, которое диагностируется по результатам измерений параметров вибрации трубы, вызванных технологическим шумом турбулентной газовой струи, протекающей по газопроводу. Изменение состояния фрагментов трубопровода в процессе эксплуатации определяется по изменению амплитуды и спектра продольных и поперечных колебаний стенки трубы, измеренных на концах каждого элемента трубопровода, в зависимости от давления и интенсивности газового потока и вычислению амплитуды и скорости продольной звуковой волны, распространяющейся в трубопроводе. При этом для вычисления скорости необходимо проводить синхронные измерения вибраций на концах каждого элемента.

В настоящее время для сбора, обработки и передачи измерительной информации с элементов магистрали большой протяженности используются двунаправленные линии передачи, содержащие необходимое число контролируемых пунктов, равное числу обслуживаемых элементов магистрали, которые подключены к измерительным преобразователям, установленным на этих элементах. Линия передачи подключается к приемному пункту, в котором измерительная информация накапливается, обрабатывается и отображается на дисплее. Одно направление линии передачи используется для синхронизации процессов измерения преобразователей и синхронизации процессов их опроса, а другое направление - для передачи, полученной от измерительных преобразователей, информации к приемному пункту.

Одна из таких систем сбора, обработки и передачи измерительной информации (мониторинга технического состояния магистрального трубопровода) ( см. патент на изобретение РФ №2392537, М. кл. F17D 5/06, опубл. 20.06.2010 г.) содержит различные датчики, расположенные вдоль трубопровода, с которых информация о параметрах, влияющих на техническое состояние магистрального трубопровода, направляется по кабелям в блоки обработки, расположенные с заданным шагом на поверхности водоема в буях положительной плавучести. Блоки обработки включают оперативные запоминающие устройства (ОЗУ), в которых хранится полученная измерительная информация. Далее по радиоканалу с использованием спутниковой системы связи или с вертолета полученная информация считывается и передается на береговую приемную и обрабатывающую аппаратуру для осуществления мониторинга технического состояния магистрального трубопровода.

Данная система не позволяет осуществлять измерения параметров вибрации трубопровода и осуществлять соответствующий мониторинг этих параметров, т.к. в ней не предусмотрено осуществление жесткой синхронизации процессов измерения. Это не позволяет определять взаимную корреляционную функцию вибрации на противоположных концах каждого участка элемента трубопровода.

Для связи с буйками, установленными на поверхности водной среды, при большой глубине прокладки трубопровода требуется использование электрокабеля большой протяженности, что приводит к значительному затуханию измерительного сигнала и ограничивает скорость передачи этой информации.

Использование спутниковой системы радиосвязи или радиосвязи с летательным аппаратом приводит к усложнению обработки измерительной информации.

Известна еще одна система сбора, обработки и передачи информации, входящая в комплекс «Магистраль-2», выбранная за прототип (см. статью Владимира Калабухова, Сергея Степанова «Обеспечение функций сбора информации телеуправления на объектах магистральных газопроводов», журнал «Современные технологии автоматизации», №2, 2001 г.). Известная система содержит N контролируемых пунктов, последовательно соединенных между собой линией передачи измерительной информации и подключенных к приемному пункту с последовательно соединенными концентратором информации и дисплеем. Каждый контролируемый пункт снабжен связанными между собой датчиком вибраций с преобразователем и дешифратором адреса пункта, который подключает измерительный преобразователь данного пункта к линии передачи.

Данная система в отличие от вышеописанного аналога позволяет измерять параметры вибрации.

Однако при реализации этой системы сбора, обработки и передачи измерительной информации существенно ограничена протяженность фрагмента контролируемой магистрали из-за значительного затухания сигнала передаваемой информации в линии передачи.

Для уменьшения затухания могут использоваться волоконно-оптические линии передачи, но необходимость использования двух волоконно-оптических линий передачи, по одной из которых передается измерительный сигнал, а по второй - сигнал синхронизации, снижает надежность и увеличивает сложность, стоимость и энергопотребление оптоэлектронной системы, которая требует использования двух фотоприемных устройств и двух лазерных источников излучения в каждом регенераторе, что особенно важно при обеспечении дистанционного питания на элементах магистрали большой протяженности.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и увеличение протяженности фрагмента контролируемой магистрали при одновременном упрощении системы за счет использования одной волоконно-оптической линии передачи (ВОЛП) и исключения необходимости применения второй ВОЛП для синхронизации процессов измерения преобразователей и синхронизации процессов их опроса.

Указанный технический результат обеспечивается в предлагаемой системе сбора, обработки и передачи измерительной информации с последовательным расположением объектов на магистрали большой протяженности, содержащей последовательно соединенные линией передачи N контролируемых пунктов, с измерительными преобразователями и дешифраторами адреса и приемный пункт с последовательно соединенными концентратором информации и дисплеем, отличающейся тем, что линия передачи выполнена волоконно-оптической, в каждый контролируемый пункт дополнительно введены оптический регенератор, дешифратор синхроимпульсов, формирователь сигнала управления «запись-считывание» и блок памяти, в первый контролируемый пункт введен блок синхронизации, а в приемный пункт введены оптический регенератор и дешифратор измерительной информации, при этом оптические регенераторы каждого контролируемого пункта связаны между собой отрезками волоконно-оптической линии передачи, выход оптического регенератора последнего контролируемого пункта посредством волоконно-оптической линии передачи подключен к входу приемного пункта, которым является вход оптического регенератора, выход которого соединен со входом дешифратора измерительной информации, выход которого подключен к входу концентратора информации приемного пункта, связанного выходной шиной с входной шиной дисплея, электрический вход оптического регенератора первого контролируемого пункта соединен с входами дешифратора синхроимпульсов и дешифратора адреса и с выходами блока синхронизации и блока памяти, входная шина которого соединена с выходной шиной формирователя сигнала управления «запись-считывание», другие соответствующие входы которого соединены с выходами дешифратора синхроимпульсов и дешифратора адреса, а вход блока памяти соединен с выходом измерительного преобразователя, электрический выход оптического регенератора каждого последующего контролируемого пункта подключен к входам дешифратора синхроимпульсов и дешифратора адреса, а вход оптического регенератора соединен с выходом блока памяти, вход которого соединен с выходом измерительного преобразователя, а входная шина блока памяти соединена с выходной шиной формирователя сигнала управления «запись-считывание», соответствующие входы которого соединены с выходами дешифратора синхроимпульсов и дешифратора адреса.

Такое построение системы сбора, обработки и передачи измерительной информации обеспечивает использование одной волоконно-оптической линии для синхронизации процессов измерения преобразователей, синхронизации процессов их опроса и для передачи, полученной от измерительных преобразователей информации к приемному пункту.

При этом использование ВОЛП и регенераторов снижает затухание передаваемого сигнала и обеспечивает возможность дистанционного питания элементов трубопровода большой протяженности.

Введение в первый контролируемый пункт блока синхронизации, а в каждый последующий контролируемый пункт дешифратора синхроимпульсов, формирователя сигнала управления «запись-считывание», блока памяти дает возможность осуществлять одновременную передачу по одной ВОЛП и измерительной информации и сигнала синхронизации. Причем включенный в приемный пункт дешифратор измерительной информации обеспечивает разделение измерительного сигнала и сигнала синхронизации.

Предлагаемая система сбора, обработки и передачи измерительной информации с последовательным расположением объектов на магистрали большой протяженности поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена структурная схема системы, а на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие процесс передачи измерительного сигнала и сигнала синхронизации.

В соответствии с фиг.1 система содержит N контролируемых пунктов (1.1-1.N), где N выбирается в зависимости от протяженности и конфигурации магистрали, приемный пункт 2. При этом каждый контролируемый пункт (1.1-1.N) и приемный пункт 2 содержат оптический регенератор 3, причем оптические регенераторы 3 связаны между собой посредством отрезков 4 ВОЛП.

Контролируемый пункт 1.1 также содержит дешифратор 5 синхроимпульсов, блок 6 синхронизации, формирователь 7 сигнала управления «запись-считывание», блок 8 памяти, дешифратор 9 адреса, измерительный преобразователь 10, при этом выход блока 6 синхронизации подключен к входам оптического регенератора 3, дешифратора 5 синхроимпульсов, дешифратора 9 адреса и выходу блока 8 памяти, вход которого соединен с выходом измерительного преобразователя 10. Каждый последующий контролируемый пункт (1.2-1.N) содержит дешифратор 5 синхроимпульсов, формирователь 7 сигнала управления «запись-считывание», блок 8 памяти, дешифратор 9 адреса и измерительный преобразователь 10.

Входная шина блока 8 памяти во всех контролируемых пунктах соединена с выходной шиной формирователя 7 сигнала управления «запись-считывание», соответствующие входы которого соединены с выходами дешифратора 5 синхроимпульсов и дешифратора 9 адреса, а вход блока 8 памяти соединен с выходом измерительного преобразователя 10. Выход блока 8 памяти соединен с входом оптического регенератора 3.

Приемный пункт 2 содержит подключенный к выходу оптического регенератора 3 дешифратор 11 измерительной информации, выходом подключенный к входу концентратора 12 информации, выходная шина которого подключена к входной шине дисплея 13.

Система сбора и передачи измерительной информации работает следующим образом.

Блок 6 синхронизации генерирует синхроимпульсы заданной длительности, следующие с частотой, определяющей частоту опроса измерительных преобразователей 10. По каждому М-му импульсу блок 6 синхронизации формирует адресную пачку импульсов, содержащую число импульсов, обеспечивающих передачу в двоичном коде любого адреса из N контролируемых пунктов (1.1-1.N). Адреса в пачках поочередно принимают значения от «I» до «N». При этом произведение N×M определяет число измерений в каждом цикле. Синхроимпульсы и адресные пачки импульсов преобразуются в оптическом регенераторе 5 первого контролируемого пункта 1.1 в пропорциональное оптическое излучение и распространяются по всей волоконно-оптической линии 4 передачи (см. фиг.2-а), преобразуясь в каждом оптическом регенераторе 5 в электрический сигнал и обратно.

Дешифраторы 5 синхроимпульсов выделяют их из электрического сигнала, действующего на входах, и через формирователи 7 сигнала управления «запись-считывание» управляют соответствующими блоками 8 памяти так, что они последовательно записывают в свою память мгновенные значения измеряемых измерительными преобразователями 10 величин в моменты действия синхроимпульсов.

При приходе адресной пачки импульсов дешифраторы 9 адреса определяют адрес и через формирователи 7 сигнала управления «запись-считывание» переключают блок 8 памяти запрашиваемого контролируемого пункта (1.1-1.N) в режим считывания (см. фиг.2-б). Считывание накопленной в памяти информации и передача ее по волоконно-оптической линии 4 осуществляется пачками, которые вкладываются в передаваемый по волоконно-оптической линии 4 сигнал блока 6 синхронизации, между импульсами синхронизации (см. фиг.2-в). За интервал времени между адресной пачкой запрашиваемого контролируемого пункта 1 и следующей адресной пачкой по линии 4 передачи передается вся информация, накопленная в памяти запрашиваемого контролируемого пункта 1.

После оптического регенератора 3, установленного в приемном пункте 2, дешифратор 11 измерительной информации выделяет из его выходного сигнала информацию, поступающую от измерительных преобразователей 10, концентратор 12 информации обрабатывает ее и накапливает, а затем полученная информация отображается на дисплее 13.

Рассмотрим пример реализации предлагаемого устройства.

Оптические регенераторы 3 могут быть выполнены на основе фотодиодов PDI-80P и полупроводниковых лазеров LDI-H-FP.

В качестве волоконно-оптической линии 4 передачи могут используются подводные волоконно-оптические кабели связи, например, морской оптический кабель производства ЗАО «ОКС 01» ОПП или ОПР.

Блок 6 синхронизации, дешифраторы 5 синхроимпульсов и дешифраторы 9 адреса, формирователь 7 сигнала управления «запись-считывание» могут быть выполнены на микросхеме программируемой логики Altera EPM7064STC44-A71, блоки 8 памяти - на микросхеме МК8128Р-70.

В качестве измерительного преобразователя 10 может быть использован трехкомпонентный акселерометр ADXL-105 фирмы Analog devices, а концентратором информации (памятью) и дисплеем может служить персональный компьютер.

Система сбора, обработки и передачи измерительной информации с последовательным расположением объектов на магистрали большой протяженности, содержащая последовательно соединенные линией передачи N контролируемых пунктов с измерительными преобразователями и дешифраторами адреса и приемный пункт с последовательно соединенными концентратором информации и дисплеем, отличающаяся тем, что линия передачи выполнена волоконно-оптической, в каждый контролируемый пункт дополнительно введены оптический регенератор, дешифратор синхроимпульсов, формирователь сигнала управления «запись-считывание» и блок памяти, в первый контролируемый пункт введен блок синхронизации, а в приемный пункт введены оптический регенератор и дешифратор измерительной информации, при этом оптические регенераторы каждого контролируемого пункта связаны между собой отрезками волоконно-оптической линии передачи, выход оптического регенератора последнего контролируемого пункта посредством волоконно-оптической линии передачи подключен ко входу приемного пункта, которым является вход оптического регенератора, выход которого соединен со входом дешифратора измерительной информации, выход которого подключен ко входу концентратора информации приемного пункта, связанного выходной шиной с входной шиной дисплея, электрический вход оптического регенератора первого контролируемого пункта соединен со входами дешифратора синхроимпульсов и дешифратора адреса и с выходами блока синхронизации и блока памяти, входная шина которого соединена с выходной шиной формирователя сигнала управления «запись-считывание», другие соответствующие входы которого соединены с выходами дешифратора синхроимпульсов и дешифратора адреса, а вход блока памяти соединен с выходом измерительного преобразователя, электрический выход оптического регенератора каждого последующего контролируемого пункта подключен ко входам дешифратора синхроимпульсов и дешифратора адреса, а вход оптического регенератора соединен с выходом блока памяти, вход которого соединен с выходом измерительного преобразователя, а входная шина блока памяти соединена с выходной шиной формирователя сигнала управления «запись-считывание», соответствующие входы которого соединены с выходами дешифратора синхроимпульсов и дешифратора адреса.