Устройство управления запорно-регулирующим органом трубопроводной арматуры
Устройство управления может быть использовано в системах, управляющих запорной и регулирующей трубопроводной арматурой, содержит в своем составе электропривод, интеллектуальный модуль управления, выполненный с возможностью подключения к внешнему управляющему устройству посредством цифровых каналов связи или дискретными сигналами, переносной пульт для настройки, блок тепловой защиты для контроля перегрева двигателя, блок аналоговых входов интеллектуального модуля управления для применения в качестве аналогового позиционера, бесконтактный датчик положения. Обеспечивается повышение точности управления запорно-регулирующим органом по положению при одновременном повышении надежности электропривода в целом за счет применения более развитой системы диагностики электропривода и средств защиты. 2 нез.п. ф-лы, 4 з.п. ф-лы, 1 ил.
Полезная модель относиться к области машиностроения, и может быть использована в качестве электроприводов для управления запорной и регулирующей арматурой в отраслях народного хозяйства (машиностроение, атомная энергетика, нефтяная, газовая, нефтехимическая промышленность, ЖКХ и др.).
Из уровня техники известно устройство управления запорно-регулирующими органами трубопроводной арматуры, выбранное в качестве прототипа (Журнал "Сфера нефтегаз» 
2, 2009, с.20-23, www.S-NG.ru). Данное устройство содержит электропривод, интеллектуальный модуль управления, устанавливаемый в специальный шкаф, блоки коммутационные предназначенные для подключения электроприводов к кабельной сети объектов, переносной пульт для настройки, диагностики и местного управления. Электропривод состоит из следующих основных узлов: электродвигателя, редуктора с ручным приводом с муфтой предельного момента, блока датчиков включающего потенциометрический (резистивного) датчик положения выходного органа механизма, блока интерфейса механизма, индикатор указателя положения выходного органа. Интеллектуальный модуль управления содержит микропроцессорный блок обработки данных и диагностики, соединен с электроприводом через блоки сетевого интерфейса и через блок силовой коммутации, и выполнен с возможностью подключения к внешнему управляющему устройству посредством цифровых каналов связи или дискретными сигналами.
Недостатками указанного устройства являются:
- наличие резистивного датчика положения выходного органа механизма, как следствие переменная точность измерения, зависящая от пути, пройденного резистором. Так, точность измерения потенциометрического датчика падает при малом пути прохождения по гиперболической функции;
- наличие коммутационных блоков, создающих дополнительные сложности при монтаже электропривода;
- отсутствие контроля температуры обмотки электродвигателя;
- отсутствие полноценной индикации рабочих параметров на лицевой панели электропривода.
Задачей полезной модели является создание устройства управления запорно-регулирующим органам трубопроводной арматуры, позволяющего получить технический результат, заключающийся в повышении точности управления запорно-регулирующим органом по положению при одновременном повышении надежности электропривода в целом за счет применения более развитой системы диагностики электропривода и средств защиты, за счет раннего обнаружения нарушений электрических и тепловых режимов работы двигателя электропривода, обнаружения отклонения параметров силовой сети от нормы, повышая тем самым готовность электропривода к включению, а также сокращения числа линий передачи сигналов между электроприводом и интеллектуальным модулем управления.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройство управления запорно-регулирующими органами трубопроводной арматуры содержащие электропривод, состоящий из размещенных в корпусе, электродвигателя, редуктора с ручным приводом, блока датчиков включающего блок обработки данных выходами соединенный с блоками индикации указателя положения и сетевого интерфейса, а на вход последовательно подключены блок питания, датчик момента и датчик положения, интеллектуальный модуль управления содержащий микропроцессорный блок обработки данных и диагностики связанный с блоками питания, дискретных входов, дискретных выходов, защит, силового коммутатора, сетевого интерфейса, пультового интерфейса, аналогового выхода, соединенный с электроприводом через блоки сетевого интерфейса и через блок силовой коммутации, и выполненный с возможностью подключения к внешнему управляющему устройству посредством цифровых каналов связи или дискретными сигналами, переносной пульт для настройки и местного управления, введены датчик температуры установленный в обмотке электродвигателя, блок тепловой защиты блока датчиков, вход которого предназначен для подключения датчика температуры, а выход соединен с блоком обработки данных, блок аналоговых входов интеллектуального модуля управления предназначенный для аналоговых входных сигналов управления от внешнего управляющего устройства и выходом соединенный с блоком обработки данных и диагностики. Датчик положения электропривода выполнен бесконтактным и реализован на эффекте Холла. Блок индикации указателя положения выходного органа электропривода выполнен с цифровым индикатором.
Таким образом, заявляемое устройство управления запорно-регулирующими органами трубопроводной арматуры за счет введения блока тепловой защиты для контроля перегрева двигателя (датчик температуры устанавливается в обмотке электродвигателя), бесконтактного датчика положения на эффекте Холла, указателя положения выходного органа выполненного с цифровым индикатором, блока аналоговых входов для применения в качестве аналогового позиционера для повышения точности регулирования обеспечивает повышении точности управления запорно-регулирующим органом по положению при одновременном повышении надежности работы устройства.
Сущность полезной модели поясняется функциональной схемой заявляемого устройства.
Устройство управления запорно-регулирующими органами трубопроводной арматуры содержит электропривод, интеллектуальный модуль управления, который размещается вне электропривода например в шкафу управления, переносной пульт для настройки, диагностики и местного управления.
Электропривод состоит из следующих основных узлов размещенных в корпусе: редуктора с ручным приводом 1, электродвигателя 2, блока датчиков включающего, блок обработки данных 3 основным элементом которого является процессор, содержащий программное обеспечение и энергонезависимую память, блок тепловой защиты 4, датчик положения 5 на эффекте Холла, датчик момента 6, блок индикации 7 указателя положения, блок сетевого интерфейса 8, блок питания 9.
Интеллектуальный модуль управления содержит блок защит 10, блок силового коммутатора 12, один или два блока сетевого интерфейса 11 и 19, блок пультового интерфейса RS-232 13, блок обработки данных и диагностики (БОДиД) 14, выполненный на микропроцессоре с программным обеспечением, блок питания 15, блок дискретных входов 16, блок дискретных выходов 17, блок аналогового выхода 18, блок аналоговых входов 20. Так же в состав интеллектуального модуля управления входит внешний пульт настройки 21.
В основе работы устройства управления запорно-регулирующими органами трубопроводной арматуры лежит метод управления электродвигателем 2 электропривода путем отслеживания углового положения вала привода с помощью датчика положения 5 на эффекте Холла, механически связанного с выходным валом электропривода и крутящего момента на выходном валу привода измеряемого датчиком крутящего момента 6, а так же контроль температуры электродвигателя. Крайние положения выходного вала определяются по значению углового положения выходного вала.
Блок питания 9 предназначен для формирования напряжения питания и гальванической изоляции блока датчиков по цепи питания. Датчик положения 5 на эффекте Холла, измеряет угловое положение выходного вала, и по последовательному цифровому интерфейсу передает его значение в блок обработки данных 3, основным элементом которого является процессор, содержащий программное обеспечение, реализующее функциональные возможности блока и энергонезависимую память, в которой сохраняются параметры настройки, Также по последовательному цифровому интерфейсу передается в блок обработки данных 3 значение момента, измеренного датчиком момента 6 и значение температуры измеренной блоком тепловой защиты 4 электродвигателя. Блок обработки данных 3 обрабатывает цифровой код, полученный от датчика положения 5, датчика момента 6, и блока тепловой защиты 4 связанного с выносным датчиком температуры установленным в электродвигателе 2 и формирует управляющие сигналы на блок индикации 7 цифровым индикатором указателя положения выходного вала и момента на выходном валу. Блок обработки данных 3 выдает на блок сетевого интерфейса 8 в цифровом коде информацию с блока датчиков электропривода по сетевому интерфейсу в интеллектуальный модуль управления информацию о положении выходного органа электропривода, моменте, перегреве электродвигателя, состоянии и исправности блока датчиков, состоянии виртуальных концевых, путевых и моментных выключателей, а также запросы на включение электродвигателя ЭП при местном управлении.
Интеллектуальный модуль управления выполнен в виде пускателя бесконтактного реверсивного содержащего блок питания 15 предназначенный для формирования напряжения питания и гальванической изоляции, блока обработки данных и диагностики 14, который получает через блок сетевого интерфейса 11 информацию от блока датчиков электропривода, осуществляющий дешифрацию сообщений и команд, выдачу команд по заложенному алгоритму, отслеживание исполнения команд и осуществляющий взаимодействие с внешним управляющим устройством по цифровому промышленному интерфейсу через блок сетевого интерфейса 19. Блок сетевого интерфейса 19 предназначен для удаленной передачи данных и управления, а также объединения в локальную сеть интеллектуальных модулей управления.
Блок обработки данных и диагностики 14 может дополнительно производить обработку дискретных входных сигналов управления от управляющего устройства через блок дискретных входов 16, а так же аналоговых входных сигналов управления через блок аналоговых входов 20, которые служат для гальванического разделения и согласования внешних входных сигналов.
Блок обработки данных и диагностики 14 обрабатывает полученные данные от внешнего управляющего устройства в зависимости от типа входного сигнала и выдает управляющие сигналы на блок силового коммутатора 12 в зависимости от поданного внешнего сигнала или команды. Блок силового коммутатора 12 подключает электропривод к сети переменного тока и осуществляет коммутацию в прямом и реверсивном направлении. Сигнал обратной связи с блока силового коммутатора 12 поступает на блок защиты 10. Блок защиты 10 измеряет поступающие с силового коммутатора 12 токи нагрузки, полученные данные поступают на вход блока обработки данных и диагностики 14 для анализа. С помощью микропереключателей выбирается «уставка» ограничения тока и смена направления вращения двигателя, и передается на блок обработки данных и диагностики 14, который обеспечивает контроль, диагностику работы двигателя электропривода и формирует сигнал на отключение блока силового коммутатора 12 по заложенному алгоритму при превышению или несоответствию заданных или измеренных параметров.
Блок обработки данных и диагностики 14 формирует выходные дискретные сигналы концевых, промежуточных, моментных выключателей электропривода, диагностических сигналов о состоянии устройства управления запорно-регулирующим органом трубопроводной арматуры, один из которых соответствует нормальному режиму работы, второй сообщает о его неисправности, и выдает их через блок дискретных выходов 17, который гальванически разделяет сигналы от блока обработки данных 14 и усиливает мощность выходных сигналов для внешнего управляющего устройства. Блок обработки данных и диагностики 14 может выдавать на блок аналогового выхода 18 цифровой сигнал, пропорциональный сигналу с датчика положения 5 или датчика момента 6 электропривода. Блок аналогового выхода 18 преобразовывает цифровой сигнал в унифицированный токовый сигнал, пропорциональный сигналу с датчика положения или датчика момента электропривода и выдает его на внешнее управляющее устройство. Блок обработки данных и диагностики 14 осуществляет связь через блок пультового интерфейса RS-232 13 с внешним переносным пультом настройки 21 или компьютером.
Интеллектуальный модуль управления может автономно выполнять более сложные виды управления движением электропривода, например, старт-стопное движение, позиционирование, аварийное управление по сетевому сигналу. Интеллектуальный модуль управления самостоятельно останавливает электропривод, при достижении конечных положений, либо заданной величины момента при закрытии и/или открытии арматуры. Параметры настройки интеллектуального модуля управления могут быть заданы с помощью переносного пульта настройки 21 или информационной сети и сохраняются в энергонезависимой памяти. Причем при помощи переносного пульта настройки 21 можно настаивать параметры электропривода без снятия крышки, то есть, не нарушая целостности электропривода.
При такой реализации устройства управления запорно-регулирующим органом трубопроводной арматуры достигается высокая помехозащищенность передаваемой информации (в условиях электромагнитных помех), появляется возможность отнесения электропривода на значительное удаление (до 1200 м) от шкафов управления, что может оказать решающее значение при выборе электропривода для специфических объектов управления - там, где присутствуют большие вибрации, широкий температурный диапазон, спецсреды, резко сокращается количество кабельной продукции и внешних электронных блоков в контуре управления электромеханическим устройством. По объекту прокладываются всего два кабеля: информационный (витая пара) и силовой.
Таким образом, заявляемое устройство управления запорно-регулирующим органом трубопроводной арматуры за счет введения блока тепловой защиты электродвигателя, введения датчика положения на эффекте Холла и цифрового индикатора указателя положения выходного органа электропривода и блока аналоговых входов интеллектуального модуля управления для применения в качестве аналогового позиционера повышающего точность регулирования, обеспечивает повышении точности управления запорно-регулирующим органом по положению при одновременном повышении надежности работы устройства в целом за счет применения более развитой системы диагностики электропривода и средств защиты, за счет раннего обнаружения нарушений электрических и тепловых режимов работы двигателя электропривода, обнаружения отклонения параметров силовой сети от нормы, повышая тем самым готовность электропривода к включению, а также сокращения числа линий передачи сигналов между электроприводом и интеллектуальным модулем управления.
Заявляемое устройство может быть неоднократно воспроизведено на современном оборудовании и планируется применить для управления запорно-регулирующим органом трубопроводной арматуры в разрабатываемых электроприводах, что позволяет сделать вывод о соответствии его критерию «промышленная применимость» для полезной модели.
1. Устройство управления запорно-регулирующими органами трубопроводной арматуры, состоящее из электропривода, содержащего электродвигатель, редуктор с ручным приводом, блок датчиков, включающий блок обработки данных, блок индикации указателя положения, датчики момента и положения, интеллектуального модуля управления, содержащего блок обработки данных и диагностики, выполненного с возможностью подключения к внешнему управляющему устройству посредством цифровых каналов связи или дискретными сигналами и соединенного с электроприводом, переносной пульт, отличающееся тем, что введены датчик температуры, установленный в обмотке электродвигателя, блок тепловой защиты блока датчиков, вход которого предназначен для подключения датчика температуры, а выход соединен с блоком обработки данных, блок аналоговых входов интеллектуального модуля управления, выходом соединенный с блоком обработки данных и диагностики.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик положения электропривода выполнен бесконтактным и реализован, по крайней мере, на эффекте Холла.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок индикации указателя положения выходного органа электропривода выполнен, по крайней мере, с цифровым индикатором.
4. Устройство управления запорно-регулирующими органами трубопроводной арматуры, состоящее из электропривода, содержащего электродвигатель, редуктор с ручным приводом, блок датчиков, включающий блок обработки данных, блок индикации указателя положения, датчики момента и положения, интеллектуального модуля управления, содержащего блок обработки данных и диагностики, выполненного с возможностью подключения к внешнему управляющему устройству посредством цифровых каналов связи или дискретными сигналами и соединенного с электроприводом, переносной пульт, отличающееся тем, что введен блок аналоговых входов интеллектуального модуля управления, выходом соединенный с блоком обработки данных и диагностики.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что датчик положения электропривода выполнен бесконтактным и реализован, по крайней мере, на эффекте Холла.
6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что блок индикации указателя положения выходного органа электропривода выполнен, по крайней мере, с цифровым индикатором.
