Katodik koruma otomasyonu

Abstract

Her yıl metal korozyonu, boru hatlarında, tanklarda, iskelelerde, köprülerde ve toprağın içine gömülmüş ya da suyun altına yerleştirilmiş metalden yapılmış nesnelerde milyarlarca dolarlık hasara neden olmaktadır. Metallerin toprakta ve suda elektrolit ( nem ve kimyasallar ) ile temasa geçmesiyle iyon kaybetmekte ve sonuçta korozyon oluşmaktadır. Bir başka deyişle metal yüzeyinde anot reaksiyonu oluşmaktadır. Eğer katot reaksiyonu için ihtiyaç duyulan elektronlar harici bir doğru akım kaynağı ile verilecek olunursa, metal yüzeyinde anot reaksiyonu oluşmaz. Bir başka deyişle katodik koruma, metalle elektrolit arasıdaki potansiyel farkını sabit bir değerde tutmak için doğru gerilim uygulanarak metalin elektron kaybetmesini engelleyerek gerçekleştirilir. Gerilimi istenilen değerde tutmak için, metal ile elektrolit arasındaki potansiyel farkı, PLC ile sürülen harici bir doğru akım kaynağı ile kontrol edilmektedir. Kontrolörü tasarlamak için sistemin matematiksel modeline ihtiyaç duyulmaktadır,bu yüzden geçici cevap yöntemi ile model elde edilmiştir. Sistemin birim basamak cevabı aşağıdadır. ( Birim basamağın değeri 18 V. 'a eşittir. ) IX Voltage ( V. ) 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 0,500 0,000 OT-CMCO^-tOCOh-OOOOi-CMCO^mCDI^-OOCnO'i-CMC} Tirv-ıa / o \ ov-cNcO'*ıncor^coa)T-cMcO'*ıocDi^-ooa50CMco'«-u)l ime ^ S.) - * - " - " - " - " - * - " - " - " - " ' r-",-" r-" t-" t-" v" *-" r-" cm" CM" CM" CM' CM oooooooooo Sistem için s domenindeki ve z domenindeki transfer fonksiyonları Sistem için köklerin geometrik yer eğrisi ise şu şekilde olacaktır. -1 -0.5 0.5 Sistemin istenilen şekilde davranması için z domeninde faz ilerletmeli bir kontrolör tasarlanmıştır. Kontrolörün transfer fonksiyonu D(Z): 17(z-0.73) (z-0.28) Bu kontrolör için sistemin köklerin geometrik yer eğrisi ve birim basamak cevabı şu şekildedir. ı 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 -0.5 0.5 n T r -i -r ı 4 4. U -ı T r -| f |- XI Günümüzde sistemi kontrol etmek yeterli değildir. Kontrol ile birlikte sistem, sahadaki başka sistemlerle haberleşebilmeli ve terminale veri gönderebilmeli ve alabilmelidir. Uzak mesafelerden prosesten istenilen bilgiyi elde etmek için, telefon ağını kullanan bir haberleşme sistemi tasarlanmıştır. Haberleşme sisteminin modeli aşağıdaki gibidir. Siemens S7-200 CPU 216 I Telephone network \ V y Telephone Modem RS 232 / R.S 485 Converter Telephone Modem Terminal

Each year, metal corrosion causes billions of dollars of damage to pipe lines, tanks, wharves, bridges, buildings, - anything made of metal and buried in earth or installed under water. Corrosion occurs because metals lose ions when they are exposed to the electrolyte ( moisture and chemicals ) in soils and water. In other words the anodic reaction occurs over the metal. If the electrons needed for cathodic reaction are given with an external D.C. source, the anodic reaction does not occur over the metal. In other words cathodic protection is achieved by applying a D.C. voltage to keep the potential difference between metal and electrolyte at a level that prevents electron loss from the metal. To keep the voltage at the desired level, potential difference between metal and electrolyte is controlled with a PLC driven external D.C. source. To design the controller, the mathematical model of the system was needed; so the model was obtained by using the transient response analyse method. Unit-step responses of the system at different times are below. ( The value of the unit step is equal to 18V.) Xlll Voltage ( V. ) 3,000 -i 2,500 2,000 1,500 1,000 0,500 0,000 O t- CM CO ?* It) CD h-_ CO OJ t- CM_ CO_ ?* Irt CO h~ oo_ c> o_ CM CO.*_ lO 1 lUlc ^ S.) oooooooooo CM CM CM CM CM The transfer function for the system in the s domain and z domain G(S): 0.0729^0,5, e G{z) = Z{G{s)} = z\TTe^s 0.003645 (z-l> 20 The root-locus diagram of the system will be like that. -0.5 0.5 XIV To provide the system act as I had foreseen, in the z domain a phase lead controller designed. The controller's transfer function is B(z)=17(z-a73) v J (s-0.28) For this controller the system's root-locus diagram and unit step response will be like that. 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 n t r -i "t I J J. u -, T r H + 1- XV Today controlling a system is not enough. With the control, the system must communicate with other systems in the field and send data to and receive data from terminal. To obtain the desired knowledge from the proses from far distances, a communication system, which is using the telephone network, was developed. The communication system's model is below. Telephone network Terminal Siemens S7-200 CPU 216 Telephone Modem RS232/RS485 Converter Telephone Modem