سیستم کنترل و پایش از راه دور

 

1. مقدمه

سیستمهای حفاظت كاتدیك جهت جلوگیری از خوردگی سازه های فلزی زیرزمین و یا غوطه ور در آب مورد استفاده قرار می گیرند، جهت اطمینان از عملكرد صحیح این سیستم ها ، همواره لازم است در فواصل زمانی معین اندازه گیری های دوره ای از پارامترهای مختلف سیستم انجام شود. با توجه به پهنه جغرافیایی و تنوع اقلیمی مناطق مختلف كشور عزیزمان و عبور خطوط انتقال نفت و گاز از مناطق كوهستانی و صعب العبور و الزام سركشی به ایستگاه های حفاظت كاتدیك جهت اندازه گیری مقادیر و اطمینان از عملكرد صحیح سیستم همواره با مشكلات خاص و صرف هزینه های زیاد روبرو بوده است.
استفاده از ترانس ركتیفایرهای هوشمند تا حد زیادی با در كنترل قرار دادن پتانسیل نقاط مختلف اعتماد و اطمینان از عملكرد صحیح سیستم حفاظت كاتدیك را افزایش داده است. هر چند دستگاههای هوشمند درصد اطمینان از عملكرد سیستم را افزایش می دهد اما نظارت بر عملكرد را محقق نمی نماید و همواره لازم است كل سیستم مورد پایش قرارگرفته و گزارشات لازم تهیه شود.
با استفاده از دستگاههای كنترل و پایش از راه دور می توان بدون حضور در محل همواره به صورت دائمی عملكرد سیستم حفاظت كاتدیك را پایش نموده و از درستی عملكرد آن اطمینان حاصل نمود. با بهره برداری از این دستگاهها مشكلات و هزینه های بازرسی دوره ای جهت ثبت و كنترل مقادیر و هزینه های پرسنلی به میزان قابل توجهی كاهش می یابد. این تكنولوژی به فرد كنترل كننده این امكان را می دهد كه بتواند بصورت همزمان چند ایستگاه مختلف حفاظت را از یك مكان مورد كنترل و بررسی قرار داده و مسائل و مشكلات سیستم را به سرعت كشف و رفع نماید.


2. پایش و پارامترهای قابل اندازه گیری

پارامترهای مختلفی از دستگاه ركتی فایر قابل اندازه گیری و انتقال به مركز كنترل می باشد. سیستم پایش می تواند بدون توجه به نوع دستگاه و شركت سازنده آن و بدون هیچگونه محدودیتی بر روی انواع مختلف ركتیفایرها نصب گردد.
آنچه بعنوان پارامترهای اصلی قابل اندازه گیری می باشد بشرح زیر است :

• ولتاژ ورودی ترانس ركتیفایر
• ولتاژ خروجی ترانس ركتیفایر
• جریان خروجی ترانس ركتیفایر
• پتانسیل تجهیزات مورد حفاظت نسبت به الكترود مرجع

اما بر اساس نیاز و در صورت درخواست متقاضی اندازه گیری و پایش پارامترهای مختلف دیگری از قبیل موارد زیر نیز امكانپذیر می باشد.

• جریان ورودی ترانس ركتیفایر
• جریان های هر یك از آندهای چاههای آندی
• دمای سطح روغن ترانس ركتیفایر
• اعلام كاهش سطح روغن از حداقل پیش بینی شده


3. كنترل و پارامترهای قابل كنترل

تمامی دستگاههایی كه سیستم كنترل بر روی آنها نصب می گردد الزاما بایستی به سیستم پایش نیز مجهز گردند. این امر به این دلیل است كه كنترل بدون ابزار نظارتی می تواند خطراتی را متوجه سیستم نماید. همچنین بعد از تغییرات در پارامترهای كنترلی ، فیدبكی از سیستم جهت اطلاع كاربر از وضعیت جدید لازم و ضروری می باشد .
توجه به این نكته ضروری است كه در ابتدا تمامی دستگاه های ركتیفایررا نمی توان به سیستم كنترل مجهز نمود بلكه شرایط اولیه ای جهت نصب سیستم كنترل از راه دور لازم است كه برای مثال می تواند شامل الكترونیكی بودن دستگاه ركتیفایر باشد. البته این به معنای آن نمی باشد كه الباقی دستگاههای ركتیفایر را نمی توان به این سیستم مجهز نمود بلكه می توان با تغییراتی در شرایط دستگاه زمینه را جهت نصب كنترل از راه دور آماده كرد.
آنچه بعنوان پارامترهای اصلی ترانس ركتیفایر قابل اندازه گیری می شود بشرح زیر می باشد :

• قابلیت قطع و وصل سیستم از راه دور
• كنترل پتانسیل تست پوینتها
• كنترل هوشمند ولتاژ و جریان خروجی ترانس ركتیفایر

 

4. انواع روشهای ارتباطی از راه دور

انواع روشهای ارتباط و مونیتورینگ از راه دور به شرح زیر می باشد:

• ارتباط با پورت سریال (شبكه های محلی LAN )
• مودم و خط تلفن
• موبایل (GSM)
• فركانسهای بی سیم (RF Link)

هر یك از روشهای فوق در شرایط خاصی توصیه شده و دارای مزیت می باشند كه در زیر مختصرا توضیحات لازم ارائه می گردد.


الف- ارتباط با پورت سریال (شبكه های محلی LAN )

در این روش ارتباطی از پورت سریال RS485 استفاده شده است و توسط پروتكل خاصی سطح ولتاژ انتقال ، تغییر داده میشود و بوسیله 2 رشته سیم یا شبكه بی سیم محلی به كامپیوتری كه در مركز كنترل می باشد داده می شود. با استفاده از این قابلیت در صورتی كه مركز كنترل جهت قرائت و ثبت اطلاعات و كنترل از راه دور به كامپیوتر تجهیز نشده باشد امكان این امر وجود دارد كه یكی از ایستگاهها حفاظت كاتدیك كه در دسترس قرار دارد را به عنوان مركز (master) انتخاب كرده و كلیه اطلاعات و پارامترهای ایستگاههای دیگر را توسط این دستگاه جمع آوری و در اختیار بهره بردار قرار داد. شماتیك روش ارتباطی با پورت سریال را می توان اینگونه نمایش داد.

از آنجاییكه در این روش حداكثر فواصل ترانسفورمر ركتیفایرها از اتاق كنترل و نیز از یكدیگر نباید بیشتر از 1000 متر باشد، استفاده از پورت سریال محدودیتی را به وجود می آورد كه این روش ارتباط مركزی را بیشتر مناسب استفاده در سایت ها و مجتمع هایی می نماید كه تجهیزات در یك سطح محدود و با طول و عرض مشخص پراكنده می باشند.
از نكات مهم در مورد روش پورت سریال این است كه این روش آسان ترین روش در مونیتورینگ و كنترل از راه دور می باشد و به امكانات خاصی نیاز ندارد.

 

ب- ارتباط با مودم و خط تلفن

در صورتی كه فواصل بین تجهیزات تحت كنترل بیشتر از حدود ذكر شده در روش ارتباط با پورت سریال باشد، جهت مونیتورینگ از راه دور سیستم حفاظت كاتدیك از روشی استفاده می شود كه از ملزومات آن خط تلفن در محل ایستگاه حفاظت كاتدیك است.مهمترین مسئله در این روش این است كه در مسیر سیستم حفاظت كاتدیك هیچ محلی وجود ندارد كه خط تلفن نداشته باشد، بنابراین این روش مناسبترین روش كنترل و مونیتورینگ از راه دور در فضاهای شهری است.
محدودیت روش ارتباط با استفاده از مودم و خط تلفن این است كه نهایتا می توان از محل ایستگاههای حفاظت كاتدیك و یا چند نقطه محدود تست پوینت های لازم را گرفت، چنانچه مثلا در مسیری كه قرار باشد از 500 نقطه اطلاعات لازم گرفته شود، هزینه بخش مونیتورینگ مقرون به صرفه نخواهد بود، از طرفی افزایش حجم تجهیزات جانبی مربوط به این تست پوینت ها كار را بسیار سخت خواهد كرد.
با توجه به آنچه كه گفته شد می توان نتیجه گرفت كه این نوع از ارتباط برای كنترل ایستگاههای حفاظت كاتدیك مربوط به شبكه های توزیع گاز در شهرها ، بسیار مناسب و كاربردی می باشد.
به عنوان مثال اگر تصور شود كه در شهر تهران تعداد n ایستگاه حفاظت كاتدیك وجود دارد، كه بررسی و كنترل این ایستگاهها در دوره های مختلف توسط اپراتورهای مربوطه بسیار وقت گیر است و راندمان كل كار را كاهش خواهد داد، در این گونه موارد فقط كافی است كه به هر كدام از ایستگاههای حفاظت كاتدیك فوق الذكر یك خط تلفن داده شود كه از طریق آن اطلاعات مربوط به سیستم به صورت On Line بررسی شود.
عملكرد این روش ارتباطی به این صورت است كه مركز مونیتورینگ در فواصل زمانی منظم كه برای سیستم تعریف شده است، شماره ایستگاهها را می گیرد و به طور اتوماتیك به ایستگاهها متصل می شود و اطلاعات لازم را منتقل و ثبت می كند، البته در غیر این صورت هم اپراتور می تواند در هر لحظه اطلاعات لازم را جهت بررسی نحوه عملكرد سیستم مونیتور و بررسی كند.
توسط نرم افزار سیستم اطلاعات جمع آوری شده از ایستگاههای حفاظت كاتدیك در كامپیوتر مركز كنترل بصورت گراف ، جدول و گزارشات مختلف (بر اساس نیاز بهره بردار) قابل ارائه می باشد.

 

پ- ارتباط به وسیله تلفن همراه (GSM)

در جایی كه امكان دسترسی به خط تلفن وجود نداشته باشد برای انتقال داده ها و اطلاعات سیستم كاتدیك از این روش استفاده میشود. در این حالت فرستنده موبایل در داخل ایستگاه قرار داده می شود و توسط برنامه هایی كه برای فرستنده تعریف می شود با مركز كنترل در ارتباط خواهد بود.
در مواردی كه امكان ارتباط با موبایل محلی وجود نداشته باشد و موبایل در نقطه كور ارتباطی باشد می توان از موبایل ماهواره ای بهره جست كه با توجه به زمان محدود ارسال و دریافت اطلاعات میتواند مقرون به صرفه باشد.


ت- فركانسهای بی سیم (RF Link)

در صورتی كه استفاده از هیچ یك از روشهای ارتیاطی دیگر امكان نداشته باشد با استفاده از ارتباط رادیویی RF و تجهیزات و امكانات مربوطه با ایستگاههای حفاظت ارتباط برقرار نمود. با توجه به اینكه وسایل و تجهیزات مورد استفاده قیمت بالایی دارند لذا در مواقعی كه گزینه های ارتباطی دیگر موجود نباشد مورد استفاده قرار می گیرد. از مزایای این طرح نداشتن هزینه های پس از نصب می باشد.
قابل ذكر است كه تمام روشهای ارتباط از راه دور فقط مختص پایش نمی باشند بلكه از طریق آنها امكان فرمان و كنترل خروجی ترانسفورمر ركتیفایرها هم وجود دارد كه متناسب با این فرمان خروجی ترانسفورمر ركتیفایرهای حفاظت كاتدیك تنظیم می گردد.


5. ساختار سیستم

سسیتم پایش و كنترل از راه دور از دو بخش سخت افزاری و نرم افزاری تشكیل شده است. در این بخش مختصرا درباره این دو توضیحاتی ارائه می گردد.


• سخت افزار

بمنظور جمع آوری و ارسال اطلاعات از ایستگاههای حفاظت كاتدیك ، یك دستگاه پایش و كنترل از راه دور در كنار دو ترانسفرمر ركتیفایر نصب می شود. این دستگاه در جعبه ای به ابعاد mm 60 * 325 * 210 قرار گرفته و با ایجاد ارتباطات الكتریكی ، سیگنال های مختلف از ولتاژ AC ، ولتاژ و جریان DC و پتانسیل نقطه تزریق جریان یا تست پوینت و ... به آن منتقل می گردد.
این دستگاه از بلوكهای A/D ، PLC ، Modem یا GSM تشكیل شده كه نهایتا شرایطی جهت ارسال اطلاعات را به مركز كنترل را فراهم می سازد. در مركز كنترل نیز یك دستگاه رایانه وظیفه ارتباط با ایستگاهها و جمع آوری و تحلیل داده های جمع آوری شده را بعهده دارد كه مشخصات فنی و تجهیزات جانبی آن متناسب با تعداد ایستگاههای مرتبط با آن حجم اطلاعاتی كه لازم است ذخیره و پردازش نماید و تقاضاهای كاربر متفاوت می باشد.

 

12

 

• نرم افزار

نرم افزار طراحی شده برای سیستم CPMS دارای ویژكی های منحصر به فردی است كه مختصرا به بعضی از آنها اشاره می گردد.
این سیستم برای هر ایستگاه حفاظت كاتدیك یك شناسنامه ایجاد كرده و لازم است كاربر ضمن تعریف كد شناسه و شماره خط ارتباطی آن ایستگاه مشخصات فنی ترانس ركتیفایر را در آن وارد نماید. بدین ترتیب پس از وارد شدن به نرم افزار ، جدول شناسنامه ایستگاهها باز شده و كاربر امكان فرمان و ارتباط با هر یك از آنها را خواهد داشت. در صورت برقراری ارتباط با هر ایستگاه حفاظت پنجره ای در نمایشگر باز خواهد شد كه بصورت online در آن كلیه پارامترهای تعریف شده ایستگاه را نمایش داده و در صورت فعال بودن سیستم كنترل از راه دور امكان تغییر Setpoint و در نتیجه تغییر خروجی ترانس ركتیفایر در مقادیر مورد نیاز را فراهم می سازد.
نرم افزار بر اساس تعریف اولیه خود در دوره های زمانی مشخص با تك تك ایستگا هها ارتباط برقرار كرده و پارامترهای لازم جهت اندازه گیری سیستم را جمع آوری نموده و در data base خود ذخیره می نماید. در این نرم افزار قابلیت ارتباط با اكسل فراهم بوده و تمامی پارامترهای ذخیره شده در نرم افزار اكسل بصورت جدول و گراف های مختلف بنا به نیاز كاربر قابل تهیه و نمایش می باشد.

 

13

 

6. قابلیتها

از مزایای طرح پایش و كنترل از راه دور می توان به نكات زیر اشاره كرد:
• اعلام اخطار در صورت بروز نقص در سیستم حفاظت كاتدیك
• اعلام اخطار در صورت تغییر پارامترها نسبت به مقادیر از پیش تعیین شده
• برقراری ارتباط و ذخیره سازی اطلاعات بصورت دوره ای و بدون نیاز به كاربر
• امكان مانیتورینگ و كنترل (تغییر پارامتر) در هر لحظه دلخواه
• امكان ارائه داده ها بصورت نرم افزاری و نمایش به شكلهای گوناگون (نمودار، جدول چارت و ...)