EDSTAVENÍ ZÁZNAMNÍKU MEg21

EDSTAVENÍ ZÁZNAMNÍKU MEg21 Ing. Markéta Bolková, Ing. Karel Hoder, Ing. Karel Spá il MEgA M ící Energetické Aparáty, a.s. V uplynulém období bylo vyvinuto komplexní ešení pro sb r a analýzu dat protikorozní ochrany GASACOR2. Jeho základem je m ící p ístroj MEg20, který slouží ke sb ru dat jak po trase podzemních potrubí tak k polárním a asovým m ením. P istroj je ovládán pomoci p enosného terminálu SYMBOL, který umož uje elektronicky sb r dat p ímo v terénu. Praxe však ukázala, že p evážná ást m ení se po izuje na trasách a manipulace s dv ma p ístroji MEg20 a Symbol m že být komplikovaná. Z tohoto d vodu je vyvíjena nová verze záznamníku MEg20 - záznamník MEg21, se kterým bude snazší manipulace a navíc do n j budou zabudovány nové m ící funkce. MEg21 bude rovn ž napojen na systém GASACOR2 a data jím nam ená budou centráln ukládána. Uživatelé budou mít možnost k dat m p istupovat z internetu i intranetu. Data budou napojena na geografický informa ní systém (GIS), z kterého jsou p ebírány prvky sítí, na nichž se uskute uje m ení. 1 Historie V roce 2002 byl vyvinut záznamník MEg20 a v roce 2005 byl prezentován na workshopu v Praze. Záznamník MEg20 byl vyvinut na základ požadavk pracovník Jihomoravské plynárenské, kte í definovali, jaké ící funkce by m l záznamník spl ovat. Jednalo se dvoukanálový záznamník se spole nou svorkou, který na dvou kanálech umož oval m it stejnosm rné nap tí a proud, st ídavé nap tí a proud, odpor. Doba m - ení byla 24 hodin, interval záznamu byl 1 s. Protože záznamník neobsahuje žádné ovládací prvky, je pot eba jej k m ení nastavit p ipojeným terminálem a po ukon ení m ení data do terminálu p enést. Bylo rozhodnuto, že se k tomuto nebude používat b žný po íta (notebook), protože jeho využití v terénu je nepohodlné. Byl vybrán pr myslový terminál od firmy PSION. Pozd ji byla tato verze MEg20 vylepšena o konektory Microbucaneer, díky nimž mohl MEg20 spl ovat podmínky krytí IP65. Také jsme nechali p ístroj otestovat v eském metrologickém institutu ( MI), kde získal kalibra ní list a bylo potvrzeno, že spl uje deklarované parametry (p esnosti m ení). Také byl nahrazen terminál PSION pr myslovým terminálem od firmy SYMBOL (nyní MOTOROLA) typem MC9090. Tento typ terminálu používá OS Windows Mobile, takže uživateli, který je zvyklý pracovat na PC se lépe ovládá. V pr hu práce s nam enými daty se ukázala pot eba data zpracovávat centráln a proto spole nosti GEODIS BRNO, DEFINITY a MEgA vyvinuly systém GASACOR2. Tento systém byl postupn upravován na základ požadavk pracovník protikorozní ochrany RWE. V roce 2007 byl funk ní systém implementován v rámci celé skupiny RWE v eské republice a nasazen do provozu. Systém byl integrován s Geografickým Informa ním Systémem (GIS). Jak se postupn za ala po izovat nam ená data, nastala pot eba upravit HW MEg20 tak, aby byl záznamník schopen m it vypínací potenciál (Eoff). Vzhledem k metod m ení nebylo možné stávající HW MEg20 rozší it tak, aby bylo možné m it Eoff. P i m ení Eoff je nutné zaznamenat n kolik vzork b hem jedné sekundy a to s MEg20 nebylo možné. Dále se ukázalo, že by bylo vhodné MEg20 napevno spojit s terminálem SYMBOL, aby se zlepšila manipulace s p ístrojem v terénu. Vzhledem k tomu, že možnosti m ící techniky dále pokro ily, p istoupili jsme k vývoji nového záznamníku MEg21, který bude umož ovat vedle m ení nap tí, proudu a odporu i m ení Eoff a bude mechanicky p ipojen k terminálu. Ing. Markéta Bolková, Ing. Karel Hoder, Ing. Karel Spá il P edstavení záznamníku MEG21 1

2 Metoda m ení vypínacího potenciálu Obr. 1 : Zapojení m ení vypínacího potenciálu Eoff Kovová 100cm 2 plocha V Elektroda Sondy CuSO4 uloženo v zemi Eoff Eon 1m I II 3x potrubí III 1m nezatížená žíla zatížená žíla I m ící pár II m ící pár III m ící pár Zapínací potenciál (Eon) je statický rozdíl potenciál mezi sondou CuSO 4 a kovovou plochou sondy (100cm 2 ) p i spojení kovové plochy s navzájem elektricky propojenými potrubími (zatížené žíly, protékají zde vyrovnávací proudy mezi jednotlivým trubkami) Vypínací potenciál (Eoff) je bod na exponenciálním p echodném jevu, zp sobeném odpojením kovové plochy elektrody od vzájemn propojených zatížených žil Ing. Markéta Bolková, Ing. Karel Hoder, Ing. Karel Spá il P edstavení záznamníku MEG21 2

Obr.2 : Ode tení potenciálu Eoff ze zm eného pr hu Eon -U[V] Eon - statické nap tí od -3,0V do -1,2V podle vzdálenosti od zdroje polariza ního nap tí Eoff echodný d j Eoff - nap tí v te (rozumím v okamžiku), kdy echází exponenciální pr h do (lineárního). Eoff se pohybuje od -1,2V do -0,85V. Je-li bod nap tí Eoff pod hodnotou-0,75v, potrubí není chrán no te na okamžik vypnutí t 2.1 M ENÍ VYPÍNACÍHO POTENCIÁLU ZÁZNAMNÍKEM MEg21 ení vypínacího potenciálu Eoff budou sou ástí m ení po trase. Uživatel dostane do terminálu Symbol trasu, na které se budou vyskytovat i body Eoff. Když si navolí m ení Eoff, bude m ení probíhat podle algoritmu pro m ení Eoff. Po nastudování dostupné literatury /1/ a po dohod se zadavatelem jsme se rozhodli ešit m ení vypínacího potenciálu následujícím zp sobem: Záznamník MEg21 nam í fyzikální veli inu ve ty ech volitelných dobách m ení (40ms, 80ms, 160ms, 320ms). Pro m ení Eoff se používá vzorkování po 80ms, takže b hem 1sekundy záznamník vrátí 12-13 nam ených hodnot. Na po átku m ení Eoff dojde k rozepnutí relé, integrovaného do záznamníku MEg21, na dobu 3 sekund. Po tuto dobu probíhá m ení vypínacího potenciálu Eoff. Po dom ení se relé op t sepne (klidový stav). Celkem se nam í cca 36 hodnot. Jako výchozí nam ená hodnota Eoff se vrátí hodnota nam ená p esn po 1sekund od za átku m ení. Ing. Markéta Bolková, Ing. Karel Hoder, Ing. Karel Spá il P edstavení záznamníku MEG21 3

Obr.3: M ení vypínacího potenciálu Eoff a podrobný výpis nam ených hodnot simulace v laborato i Podle nam eného pr hu má uživatel možnost zm nit hodnotu vypínacího potenciálu, pokud hodnota zm ená za 1s nevyjad uje za átek ustáleného nap tí. Zm nu provede výb rem jiné hodnoty z grafu zobrazeného na displeji terminálu. Na obrázku je vid t graf všech nam ených hodnot, které se zaznamenaly hem m ených 3 sekund. Obr. 4: Graf vypínacího potenciálu simulace v laborato i ení vypínacího potenciálu Eoff bude používáno jako sou ást programu GasacorMobile a jeho výsledky budou v první fázi uživateli k dispozici již na míst m ení. Výsledky m ení Eoff se také ukládají do XML souboru a poté se exportují do aplikace GASACOR, kde budou p azeny k odpovídajícímu bodu m ení na trase a uživatel s t mito daty m že pracovat podobn jako s ostatními daty nam enými na trase. Pokud bude m eno Eoff, zobrazí se uživateli všechny nam ené hodnoty (36 hodnot) v grafické podob. Ing. Markéta Bolková, Ing. Karel Hoder, Ing. Karel Spá il P edstavení záznamníku MEG21 4

3 Funk ní vzorek záznamníku MEg21 V prvním kroku byl navržen MEg21 jako zdvojený dvoukanálový záznamník s navzájem galvanicky volnými dvojicemi kanál. Byl ur en pro okamžitá jednorázová m ení dvou analogových veli in v terénu i laboratorních podmínkách. Svou konstrukcí je vhodný p edevším pro m ení zemních potenciál a proud a jejich zm n v ase nap. pro posouzení nutnosti nasazení a vlivu antikorozní ochrany podzemních potrubí v plynárenství a dalších odv tvích. Funk ní vzorek záznamníku MEg21 obsahoval dv nezávislé, galvanicky odd lené dvojice m icích kanál, emž každá vzájemn galvanicky odd lená dvojice umožnila m ení elektrického nap tí, proudu a odporu. Zabudovaná automatická zm na rozsah zajiš uje m ení s dostate ným rozlišením v širokém rozsahu vstupních veli in. Záznamník je ur en k p ipojení na osobní po íta, p ednostn p enosného typu (terminál s OS Windows Mobile), který ídí nastavení provozních parametr a zpracování nam ených údaj. Charakteristickou aplikací je m ení a registrace provozních parametr antikorozní ochrany potrubí (GASACOR2 Gasacor2Mobile). Použitá m icí metoda je založena na íslicové integraci po celistvý násobek doby 20ms. 3.1 TECHNICKÉ PARAMETRY FUNK NÍHO VZORKU MEg21 Nap tí Stejnosm rné nap tí : 50 mv 500 mv 5 V 50 V Potla ení st ídavé superpozice 50 Hz: min 60 db St ídavé nap tí: 50 mv 500 mv 5 V 50 V / TRMS kmito tový rozsah 10 až 500 Hz Vstupní odpor: 10 M esnost: 1 % z rozsahu Souhlasné nap tí: max. 50 V Proud Stejnosm rný proud: 20 ma 200 ma 2 A Potla ení st ídavé superpozice 50 Hz: min. 60 db St ídavý proud: 20 ma 200 ma 2 A / TRMS kmito tový rozsah 10 až 500 Hz Vstupní odpor: 1 / rozsahy 20 ma a 200 ma 0,1 / rozsah 2 A esnost: 1 % z rozsahu Souhlasné nap tí: max 50 V Odpor Jmenovité hodnoty : 2 k 20 k 200 k 2 M esnost: 1 % Souhlasné nap tí: max 50 V Výstup Kontakt bistabilního relé ovládaný programem ídicího po íta e Maximální spínané nap tí: 50V. Maximální spínaný proud: 1A. Rozhraní komunikace s po íta em Ing. Markéta Bolková, Ing. Karel Hoder, Ing. Karel Spá il P edstavení záznamníku MEG21 5

enos dat: RS232 Napájení: 3,3 V / max.40 ma Pracovní podmínky Teplota okolí: -20 C až +50 C Relativní vlhkost: 5 až 90 % Stupe krytí: IP41 4 Nová konstrukce záznamníku MeG21 V druhém kroku byl funk ní vzorek upraven podle požadavk zadavatele. Ze zdvojeného galvanicky odd leného dvoukanálového záznamníku byl vytvo en jednoduchý dvoukanálový záznamník, m ené veli iny jsou upraveny tak, že se budou m it dv nap tí a jeden proud. Maximální rozsah m eného nap tí je 50V, maximální rozsah m eného proudu je 2A. Proudový rozsah lze zvýšit p ipojením externího bo níku. Proud se m í dv ma r znými vstupy, do 200mA a do 2A. Finální mechanická konstrukce je realizována v nástavci terminálu SYMBOL pro komunikaci RS 232. Z prostorových d vod byla použita technologie ohebných plošných spoj, viz. obr. 5 a obr.6. Obr. 5 : Rozvinutý plošný spoj záznamníku MEg21 Ing. Markéta Bolková, Ing. Karel Hoder, Ing. Karel Spá il P edstavení záznamníku MEG21 6

Obr. 6 : Sestavený plošný spoj záznamníku MEg21 Vn jší m icí ty žilové kabely zapojené do šestipólového konektoru Microbucaneer, jednotlivé vodi e nesou ozna ení U1, U2, I1, I2 a spole ný stínící vodi, který se p ipojuje na zem. Pro spínání obvodu p i m ení potenciálu Eoff je použit dostate proudov dimenzovaný samostatný konektor (Jack), který p vodn v nástavci terminálu SYMBOL sloužil k externímu napájení. Vedle urychlení m ení a rozší ení zapojení o spínací obvod bylo p i návrhu nutné minimalizovat napájecí p íkon. Modul MEg21 má p i napájecím nap tí shodném s výstupním nap tím terminálu SYMBOL 3,3 V odb r 40 ma. To p edstavuje p i desetihodinové práci se za ízením navýšení spot eby o asi desetinu kapacity akumulátoru terminálu SYMBOL (7,2 V, 2200 mah). 4.1 USPO ÁDÁNÍ FUNK NÍCH BLOK MEG21 Ing. Markéta Bolková, Ing. Karel Hoder, Ing. Karel Spá il P edstavení záznamníku MEG21 7

5 Porovnání technických parametr záznamník MeG20 a MeG21 Stejnosm rné nap tí MEg20 MEg21, orienta ní parametry -rozsah 20mV, 200mV, 2V, 20V 50mV, 500mV, 5V, 50V -rozlišení 10 V, 100 V, 1mV, 10mV 10 V, 100 V, 1mV, 10mV -p esnost Stejnosm rný proud 1%MH-0,5%MR (20mV) 0,8%MH+0,2MR (200mV-20V) 1%MH-0,5%MR; (50mV) 0,8%MH+0,2%MR (500mV-50V) -rozsah 20mA, 200mA 20mA, 200mA, 2A -rozlišení 10 A, 100 A 10 A, 100 A, 1mA -p esnost Stejnosm rný odpor 1%MH-0,5%MR; (20mA) 0,8%MH+0,2MR (200mA) -rozsah 2k -20 k -200 k - M nem í -rozlišení -p esnost St ídavé nap tí 1-10 -100-1k 1%MH-0,5%MR 1%MH-0,5%MR; (20mA) 0,8%MH+0,2MR (200mA-2A) -rozsah 20mV, 200mV, 2V, 20V 50mV, 500mV, 5V, 50V -rozlišení 10 V, 100 V, 1mV, 10mV 10 V, 100 V, 1mV, 10mV -p esnost 1%MH-0,5%MR 1%MH-0,5%MR; St ídavý proud -rozsah 20mA, 200mA 20mA, 200mA, 2A -rozlišení 10 A, 100 A 10 A, 100 A, 1mA -p esnost 1%MH-0,5%MR; 1%MH-0,5%MR; Spot eba na proudových rozsazích 2 mva (20mA) / 0,2VA (200mA) 0,4mVA (20mA) / 40mVA (200mA) / 0,4 VA (2A) Komunikace RS232 19,2kb/s RS232 115kb/s Komunika ní konektor microbucaneer Stupe krytí IP66 IP41 Napájení Zabudované NiMH akumulátory, provoz 30h Napájeno z terminálu SYMBOL, nemá vlastní napájení Rozm ry (bez konektor ) 115mmx103mmx55mm cca 70 x 50 x 40 mm Sestava záznamníku MEg21 je vid t na obr 7a obr. 8. Celková pohled na sestavu terminál Symbol a MEg21 je na obr.9. Ing. Markéta Bolková, Ing. Karel Hoder, Ing. Karel Spá il P edstavení záznamníku MEG21 8

Obr. 7: elní pohled na sestavený modul záznamníku MEg21 Obr. 8 : Pohled na p ipojení m icích kabel k záznamníku MEg 21 Ing. Markéta Bolková, Ing. Karel Hoder, Ing. Karel Spá il P edstavení záznamníku MEG21 9

Obr. 9: Sestava Symbol-Meg21 6 Kontrolní výsledky modulu MEG21 edložené kontrolní výsledky jsou z m ení na nejcitliv jších rozsazích a prokazují pouze správnost návrhu analogových a íslicových obvod. Konstruk ní vlivy na definitivním uspo ádání nejsou zde zahrnuty. a) Nap tí DC, rozsah 20 mv. Ing. Markéta Bolková, Ing. Karel Hoder, Ing. Karel Spá il P edstavení záznamníku MEG21 10

b) Proud DC, rozsah 20 ma. c) Nap tí AC, rozsah 20 mv, f 52 Hz. Dva pr hy chyby odpovídají ode tené max a min hodnot kolísajícího údaje. d) Proud AC, rozsah 2A. f=50hz, synchronní s A/D p evodem. Ing. Markéta Bolková, Ing. Karel Hoder, Ing. Karel Spá il P edstavení záznamníku MEG21 11

e) Kmito tová chyba, rozsah: 2V. Kolísání údaje je zp sobeno nesynchronním po átkem m ení vzhledem ke kmito tu m eného nap tí. Kolísání údaje klesá s prodlužováním doby m ení. 7 Záv r Záznamník MEg21, ur ený pro korozní pr zkum v plynárenství a dalších oblastech, se stal dopl kem pr myslového terminálu SYMBOL. Mechanicky usnad uje manipulace a innosti spojené s m ením v náro ných provozních podmínkách. Rozši uje i n které elektrické funkce, které vyplynuly z používání záznamníku MEg20. Ob ešení, založená na stejných m icích metodách, se konstruk dopl ují a vytvo ily edpoklad pro efektivní provád ní jak krátkodobých tak i asov náro ných m eních p i sjednocení navazující výpo etní techniky. 8 LITERATURA /1/ Mrázek, Klikar Porovnání metod m ení vypínacího potenciálu. P ednáška Workshop 12/2003 /2/ MEgA - P edb žné technické parametry MEg21 /3/ MEgA - MEg20 - uživatelská p íru ka Ing. Markéta Bolková, Ing. Karel Hoder, Ing. Karel Spá il P edstavení záznamníku MEG21 12