DE4335772A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Datenübertragung entlang einer Rohrleitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Datenübertragung ent­ lang einer Rohrleitung, die durch einen Schutzstrom kathodisch gegen Korrosion geschützt ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bekannt, insbesondere erdverlegte metallische Rohrlei­ tungen durch Einspeisung eines Schutzstromes gegen Korrosion zu schützen. Durch den Schutzstrom nimmt die Rohrleitung ge­ genüber der Umgebung ein negatives Potential an, wirkt also gegenüber der Umgebung als Kathode. Da Korrosionen regelmäßig anodisch auftreten, läßt sich somit das Auftreten von Korro­ sionen zumindest verzögern.

Es ist bekannt, den Korrosionszustand der Rohrleitung lokal mit Hilfe des Schutzstromes zu messen. Hierfür ist an sich eine Messung des statischen lokalen Potentials möglich, bessere Aufschlüsse über den Korrosionszustand erhält man je­ doch durch eine Messung des Potentialverlaufs beim Einschalten und/oder Ausschalten des Schutzstroms. Aus dem Einschalt- bzw. Ausschaltverhalten des Potentials an der Meßstelle lassen sich zuverlässige Rückschlüsse auf den Korrosionszustand der Rohr­ leitung im Bereich der Meßstelle ziehen.

In der Praxis sind an Rohrleitungen in festgelegten Abständen Meßstellen vorgesehen, die beispielsweise einmal jährlich ab­ gegangen werden, um an jeder Meßstelle ein Meßgerät mit einer definierten Bezugselektrode anzuschließen und die erforder­ liche Potentialmessung durchzuführen. Ein deutlicher Abfall des statischen Potentials oder ein verzögertes Einschaltver­ halten oder beschleunigtes Ausschaltverhalten lassen auf einen Stromabfluß schließen. Der Stromabfluß ist ein Indikator da­ für, daß ein mechanischer Korrosionsschutzmantel, beispiels­ weise aus Bitumen lokal zerstört ist und die Rohrleitung an dieser Stelle nicht mehr gegenüber dem Erdpotential isoliert, so daß die Rohrleitung an dieser Stelle korrosionsanfällig wird.

Die manuelle Überprüfung der Meßstellen ist nur innerhalb von größeren Zeitabständen möglich und naturgemäß aufwendig. Es ist deshalb erwogen worden, Meßstellen dauerhaft zu installie­ ren und die gefundenen Meßsignale an eine Zentrale zu übertra­ gen. Hierfür sind neben verlegten Rohrleitungen bereits Über­ tragungskabel verlegt worden. Die Durchführung von Messungen, beispielsweise beim Ein- und/oder Ausschalten des Schutzstro­ mes und die anschließende Übertragung der Daten auf dem Kabel bewirken Synchronisationsprobleme, die durch relativ aufwen­ dige Steuerungen gelöst werden können. Neben dem Kostenaufwand für das Verlegen des Kabels ist daher ein nicht unerheblicher Steuerungsaufwand erforderlich.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Datenübertragung entlang einer Rohrleitung zu vereinfachen und weniger aufwen­ dig zu gestalten.

Die angestrebte Vereinfachung gelingt bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch, daß serielle Datensignale dadurch übertragen werden, daß zur Bildung von Datensignalbits die Rohrleitung mit einem Bezugspotential ver­ bindbar ist und die dadurch hervorgerufene Veränderung des Schutzstromes gemessen wird.

Die Datenübertragung gelingt somit durch die Rohrleitung selbst unter Verwendung des durch die Rohrleitung fließenden Schutzstromes zur Ausbildung des kathodischen Schutzpoten­ tials. Zur Bildung der Datensignalbits wird die Rohrleitung im Takt der gewünschten Datensignalbits mit dem Bezugspotential verbunden und von dem Bezugspotential wieder getrennt, wodurch eine bitweise Veränderung des Schutzstromes in der Rohrleitung erfolgt, die auch in größeren Abständen von der "Sendestelle" eindeutig meßbar ist, so daß die von der "Sendestelle" gebil­ deten Signale an einer "Empfangsstelle" als dem Signal ent­ sprechende Änderungen der Stromstärke meßbar sind. In beson­ ders einfacher Weise gelingt die Messung der Änderung der Stromstärke durch einen Meßwiderstand, über den die Strom­ stärke als Spannung meßbar ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Änderung des Schutzstromes, vorzugsweise die Erhöhung des Schutzstromes, am Ort der Gleichspannungsquelle für den Schutzstrom gemessen. Die Gleichspannungsquelle wird regel­ mäßig eine an eine Stromversorgung angeschlossene Spannungs­ quelle sein, kann aber auch in bekannter Weise durch ein gal­ vanisches Element mit einer Opferelektrode gebildet werden.

Die Änderung des Schutzstroms kann aber auch unter Verwendung des Rohrleitungswiderstands selbst gemessen werden, indem bei­ spielsweise an gleich beabstandeten Meßstellen Potentiale ge­ messen werden und Potentialdifferenzen (Spannungen) gebildet werden.

Das Bezugspotential, mit dem die Veränderung des Schutzstromes erzeugt wird, kann zweckmäßigerweise das Erdpotential sein, so daß die Datensignalübertragung durch eine lokale Erdung der Rohrleitung durchgeführt wird.

Ein Hauptanwendungsfall der Datenübertragung über die Rohrlei­ tung wird die Übermittlung von Meßwerten an einer Vielzahl von über die Rohrleitung verteilten Meßstellen sein. Es ist daher zweckmäßig, an der Stelle der möglichen Verbindung der Rohr­ leitung mit dem Bezugspotential zeitlich versetztes lokale Potential der Rohrleitung zu messen und die ermittelten Meß­ werte als serielles Datensignal zu übertragen. Dabei ist es möglich, die Meßwerte aus dem Ein- und/oder Ausschaltverhalten des Potentials der Rohrleitung zu ermitteln.

Für eine Vielzahl von Meßstellen läßt sich eine kollidierende Aussendung der Datensignale verschiedener Meßstellen dadurch in einfacher Weise vermeiden, daß die Meßstellen durch Funk­ zeitsignale synchronisiert werden und während eines vorgegebe­ nen Zeitfensters ihre seriellen Datensignale übertragen.

Entsprechend der obengenannten Zielsetzung ist eine Vorrich­ tung zur Datenübertragung entlang einer Rohrleitung, an die wenigstens ein Schutzstromgerät zur Erzeugung eines katho­ dischen Schutzpotentials der Rohrleitung angeschlossen ist, gekennzeichnet durch wenigstens eine mit Abstand vom Schutz­ stromgerät angeordnete Schaltanordnung, die die Rohrleitung lokal im Takt von Datensignalen mit einem eine Veränderung des Schutzstroms bewirkenden Bezugspotential verbindet und durch eine Meßanordnung zur Messung der Veränderung des Schutz­ stroms. Dabei ist das Referenzpotential zweckmäßigerweise das Erdpotential.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Rohrleitung mit einem angeschlossenen Schutzstromgerät und einer Meß­ anordnung sowie einer Sendeanordnung für Daten­ signale,

Fig. 2 ein Blockschaltbild gemäß Fig. 1 mit einer zwei­ ten Ausführungsform der Meßanordnung,

Fig. 3 ein detaillierteres Blockschaltbild einer kombi­ nierten Meß- und Sendeanordnung,

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Schutzstromgeräts mit einer Empfangsanordnung für die übertragenen Da­ tensignale und einer Unterbrechersteuerung zur Durchführung von Ein- und/oder Ausschaltmessungen,

Fig. 5 ein detaillierteres Blockschaltbild der kombi­ nierten Empfangs- und Steueranordnung gemäß Fig. 4

Fig. 6 Zeitskalen zur Verdeutlichung von Zeitfenstern für verschiedene Systeme mit einer Mehrzahl von Geräten,

Fig. 7 ein Beispiel für durch den Sender übertragenes Datensignal und für eine Abtastung des Signals im Empfänger.

Fig. 1 zeigt eine metallische Rohrleitung 1, die im Falle einer Erdverlegung mit einer isolierenden Schutzschicht umge­ ben ist. Durch die Schutzschicht hindurch, also an die metal­ lische Rohrleitung 1 angeschlossen, versorgt ein Schutzstrom­ gerät 2 die Rohrleitung 1 mit einem Schutzstrom über einen Meßwiderstand 3. Das Schutzstromgerät 2 ist mit dem anderen Pol geerdet.

An die Rohrleitung 1 ist an einer anderen Stelle eine Schalt­ anordnung 4 als Sendeanordnung elektrisch angeschlossen, die die Rohrleitung 1 durch einen Schalter mit Massepotential 5 verbinden oder sie von dem Massepotential 5 trennen kann. Zur Ausführung von Messungen kann die Schalteinrichtung 4 ein Meß­ teil aufweisen, das mit einer Dauerbezugselektrode 6 zur Mes­ sung des Potentials der Rohrleitung 1 an der Anschlußstelle der Schaltanordnung 4 verbunden ist.

Durch das Schutzstromgerät 2 befindet sich die Rohrleitung 1 auf einem elektrischen Potential, das negativ gegenüber dem Erdpotential 5 ist. Durch eine Verbindung der Rohrleitung 1 an der Anschlußstelle der Schaltanordnung 4 mit Erdpotential 5 wird der in der Rohrleitung fließende Ruhe-Schutzstrom schlag­ artig erhöht. Demzufolge erhöht sich auch der Strom durch den Meßwiderstand 3, der als Spannung in einem Empfangsgerät 7 meßbar ist. Wird demgemäß durch die Schaltanordnung 4 im Takt eines Datensignals die Rohrleitung 1 an der Anschlußstelle der Schaltanordnung 4 mit Erdpotential 5 verbunden und von dem Erdpotential 5 wieder getrennt, ist das so gebildete digitale Datensignal in dem Empfangsgerät 7 als entsprechend getaktetes Spannungssignal vorhanden und erkennbar.

Fig. 2 zeigt eine Variante der Anordnung gemäß Fig. 1, in der die Schutzstromerhöhung nicht über den Meßwiderstand 3 abgenommen wird, sondern an zwei bezüglich der Längsachse der Rohrleitung 1 unterschiedlichen Stellen, wobei der jeweilige Potentialunterschied an den beiden Abgriffspunkten 8 bei­ spielsweise als Spannungssignal in der Empfängeranordnung 7 auswertbar ist.

Fig. 3 zeigt ein detaillierteres Blockschaltbild der Schalt­ anordnung 4. Diese weist einen Schalter 9 auf, mit dem das Potential der Rohrleitung 1 auf Erdpotential 5 legbar ist. Der Schalter 9 kann als Relais ausgeführt sein und ist daher steuerbar.

Die Schaltanordnung weist ferner einen Meßverstärker 10 auf, der an die Anschlußstelle der Schaltanordnung 4 an der Rohr­ leitung 1 angeschlossen ist und das Potential der Rohrleitung 1 mit dem Potential der Dauerbezugselektrode 6 vergleicht. Die festgestellte Differenz dient als Meßwert, der in einer Um­ setzeinrichtung 11 verarbeitet wird. Die Umsetzeinrichtung 11 weist einen Analog-Digital-Wandler (A/D) 12, eine Stromversor­ gung 13, einen Mikroprozessor µP 14 und einen Funkzeitempfän­ ger 15 auf. Das analoge Meßsignal des Meßverstärkers 10 wird in ein digitales Signal durch den Analog-Digital-Wandler 12 umgewandelt und vom Mikroprozessor µP 14 zu einem seriellen Datensignal verarbeitet. Die Aussendung des Datensignals er­ folgt durch den Mikroprozessor µP 14 gesteuert in einem Zeit­ fenster, das für die betreffende Schaltanordnung 4 im Mikro­ prozessor µP 14 programmiert ist. Der Funkzeitempfänger 15 er­ laubt die Steuerung der Schaltanordnung 4 über die für die Realzeit ausgesandten Funkzeitsignale.

Zur Aussendung eines Datensignals steuert der Mikroprozessor 14 den Schalter 9 so, daß dieser beispielsweise jeweils für "1"-Signale geschlossen und für "0"-Signale geöffnet wird. Die entsprechende Potentialänderung an der Anschlußstelle der Schaltanordnung 4 an der Rohrleitung 1 sorgt für eine Ände­ rung, in diesem Fall Erhöhung, der Stärke des Schutzstroms, die durch die Empfängeranordnung 7 detektierbar ist.

Fig. 4 zeigt eine Variante der Anordnung gemäß Fig. 1, in der die Empfängeranordnung 7 so ausgebildet ist, daß sie einen Schalter 16, beispielsweise in Form eines Relais, steuern kann, mit dem die Versorgungsleitung für den Schutzstrom des Schutzstromgeräts 2 unterbrochen und geschlossen werden kann. Dadurch ist es möglich, einen Meßvorgang an dem Meßverstärker 10 vorzunehmen, der den Potentialverlauf beim Einschalten und/oder Ausschalten des Schutzstroms aufzunehmen erlaubt. Die entsprechende Auswertung des Potentialverlaufs erfolgt dann in dem Mikroprozessor 14 (Fig. 3).

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung der Empfängeran­ ordnung 7, wie sie für die Anordnung gemäß Fig. 4 benötigt wird.

Die Empfängeranordnung 7 weist einen Meßverstärker 17 auf, der die über dem Meßwiderstand 3 abfallende, vom Schutzstrom ver­ ursachte Spannung (Potentialdifferenz) feststellt und in eine Auswertungs- und Steuerstufe 18 leitet, die an dem ent­ sprechenden Eingang einen Analog-Digital-Wandler (A/D) 19 auf­ weist. Die Auswertungs- und Steuerstufe 18 ist ferner mit einer Stromversorgung 20, einem Mikroprozessor 21 und einem Funkzeitempfänger 22 versehen. Entsprechend einem im Mikropro­ zessor 21 abgelegten Programm wird eine Schaltstufe 23 ange­ steuert, die den Schalter 16 in einem vorgegebenen Ablauf ein­ bzw. ausschaltet. Dadurch wird erreicht, daß der Meßvorgang für die einzelnen Schaltanordnungen 4 in einem Zeitfenster abläuft, das nicht mit den für die Aussendung der festgestell­ ten Meßwerte durch die verschiedenen Schaltanordnungen 4 vor­ gesehenen Zeitfenstern kollidiert.

Ein Beispiel für einen möglichen zeitlichen Ablauf ist in Fig. 6 dargestellt. In der oberen Zeile der Fig. 6 ist die Zeit eines Tages (24 Stunden) dargestellt. Einmal am Tag ist eine Datenübertragung vorgesehen, und zwar in der Stunde 10 (zwischen 10.00 Uhr und 11.00 Uhr). Ein Zeitfenster für die Durchführung der Messung des Potentialverlaufs beim Ausschal­ ten des Schutzstromes mittels des Schalters 16 ist in der Stunde 20 vorgesehen.

Die zweite Zeile enthält schematisch die sechzig Minuten der Stunde 10, in der die Datenübertragung erfolgt. Vorausgesetzt sind hierbei fünfzehn Meßsysteme mit jeweils sechzehn Schalt­ anordnungen 4. Die fünfzehn Meßsysteme können sich daraus er­ geben, daß auf einem Rohrleitungsabschnitt 1 fünfzehn Schutz­ stromgeräte 2 verteilt sind, um die Rohrleitung 1 mit einem ausreichenden und etwa konstant verteilten Schutzstrom zu ver­ sorgen. Da der mit den Schaltern 9 der Schaltanordnungen 4 vorgenommene Kurzschluß der Rohrleitung 1 nicht nur in dem nächstgelegenen Schutzstromgerät 2, sondern auch in mehreren benachbarten Schutzstromgeräten meßbar ist, sollte eine Über­ lappung vermieden werden. Daher sind für hier fünfzehn Meß­ systeme eigene Zeitfenster vorgesehen, die die Zuordnung der übertragenen Daten zu den Geräten der verschiedenen Meßsysteme erlaubt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel stehen für jedes Meßsystem vier Minuten für die Datenübertragung zur Ver­ fügung.

In der dritten Zeile sind nunmehr die vier Minuten (240 Sek.) in Fünfzehn-Sekundenblöcken dargestellt, die für die Daten­ übertragung der beispielsweise sechzehn Meßgeräte eines Meß­ systems zur Verfügung stehen. Jedes Gerät (Schaltanordnung 4) verfügt daher über ein Zeitfenster von fünfzehn Sek. zur Über­ tragung der aufgenommenen Meßwerte über die Rohrleitung 1.

Auf diese Weise sind alle Geräte der fünfzehn Meßsysteme ein­ deutig per Zeitfenster adressiert, so daß die Meßwerte ohne irgendwelche Adressierungen übertragen und in der Empfangsein­ richtung 7 dem jeweils zutreffenden Gerät (Schaltanordnung 4) eines Meßsystems zugeordnet werden können.

Fig. 7 verdeutlicht die Übertragung von 12-Bit-Datensignalen, bestehend aus einer Serie von "1" und "0", wie sie durch die Schaltanordnung 4 erzeugbar ist.

Der durch die Rohrleitung fließende Schutzstrom erzeugt ein negatives Potential, das in Fig. 7 als niedrigeres Potential dargestellt ist. Durch das Schließen des Schalters 9 wird der Meßpunkt der Rohrleitung 1 auf Erdpotential gebracht, das als höheres Potential in Fig. 7 dargestellt ist. In dem darge­ stellten Ausführungsbeispiel bleibt der Schalter für drei Bits geschlossen, wodurch die Bitfolge "111" produziert wird. Dann wird der Schalter 9 für ein Bit geöffnet, wodurch die Rohrlei­ tung 1 wieder das kathodische Schutzpotential annimmt, das dem Bitwert "0" entspricht. Anschließend wird der Schalter 9 für drei Bits geschlossen, für vier Bits geöffnet und dann wieder für ein Bit geschlossen, wodurch die Bitfolge "11100001" ent­ steht.

Für ein Bit steht in diesem Ausführungsbeispiel eine Zeit von 250 ms zur Verfügung, die durch den Funkzeitempfänger 15 ge­ steuert wird. Das in der oberen Zeile in Fig. 7 herausgeho­ bene Bit mit dem Wert "0" im Anschluß an ein Bit "1" ist in der unteren Zeile vergrößert dargestellt. Es überträgt sich in dieser Form auf die Empfangsanordnung 7. In dieser wird der Meßwert des Meßwertverstärkers 17 durch den Mikroprozessor 21 viermal in der Periode von 250 ms abgefragt, und zwar jeweils für 20 ms. Auf diese Weise gelingt eine Detektion der übertra­ genen Datenimpulse, die von kurzzeitigen Störeinflüssen be­ freit ist, da jede Bitdetektion viermal durchgeführt wird.

Mit dem dargestellten Ausführungsbeispiel lassen sich somit durch die Empfängeranordnung 7 veranlaßte Messungen der Rohr­ leitung 1 automatisch durchführen und die gefundenen Meßwerte durch Zeitfenster adressiert an die Empfängeranordnung 7 zu­ rückübertragen und dort auswerten.

Selbstverständlich ist die Sendeanordnung des Schalters 9 in der Schaltanordnung 4 auch in der Lage, andere Datensignale zu übertragen, die keine Meßsignale sind.

Claims (13)

1. Verfahren zur Datenübertragung entlang einer Rohrleitung (1), die durch einen Schutzstrom kathodisch gegen Korro­ sion geschützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß serielle Datensignale dadurch übertragen werden, daß zur Bildung von Datensignalbits die Rohrleitung (1) mit einem Be­ zugspotential (5) verbindbar ist und die dadurch hervor­ gerufene Veränderung des Schutzstroms gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung des Schutzstroms am Ort der Gleichspan­ nungsquelle (2) für den Schutzstrom gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Änderung des Schutzstroms unter Verwendung des Rohrleitungswiderstands gemessen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Verbindung mit dem Bezugspotential eine lokale Erdung der Rohrleitung (1) vorgenommen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an der Stelle der möglichen Verbindung der Rohrleitung (1) mit dem Bezugspotential (5) zeitlich versetzt das lokale Potential der Rohrleitung (1) gemes­ sen wird und die ermittelten Meßwerte als serielles Da­ tensignal übertragen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf des lokalen Potentials für den Einschalt­ und/oder Ausschaltvorgang des Schutzstroms gemessen und als serielles Datensignal übertragen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Mehrzahl von Meßstellen (4) durch Funk­ zeitsignale synchronisiert werden und jede Meßstelle während eines ihr zugeordneten Zeitfensters ihre seriel­ len Datensignale überträgt.

8. Vorrichtung zur Datenübertragung entlang einer Rohrlei­ tung (1), an die wenigstens ein Schutzstromgerät (2) zur Erzeugung eines kathodischen Schutzpotentials der Rohr­ leitung (1) angeschlossen ist, gekennzeichnet durch we­ nigstens eine mit Abstand vom Schutzstromgerät (2) an­ geordnete Schaltanordnung (4), die die Rohrleitung lokal im Takt von Datensignalen mit einem eine Veränderung des Schutzstroms bewirkenden Bezugspotential (5) verbindet, und durch eine Meßanordnung (3, 7) zur Messung der Ver­ änderung des Schutzstroms.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzpotential das Erdpotential (5) ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich­ net, daß sich die Schaltanordnung (4) bezüglich der Rohrleitung (1) am Ort einer Meßanordnung (6, 10) zur Messung des lokalen Potentials der Rohrleitung (1) be­ findet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Umsetzeinrichtung (11) die Meßwerte der Meßanordnung (10, 6) als digitale Datensignale durch die Schaltanordnung (4) übermittelbar sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen Funkzeitempfänger (15) der Umsetzeinrichtung (11) und durch ein programmiertes Zeitfenster zur Aussendung der Meßwerte als digitales Meßsignal.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, gekenn­ zeichnet durch eine Steuerungsschaltung (7, 16) zum ge­ steuerten Ein- und Ausschalten des Schutzstroms zur Durchführung von Messungen.