Установка для очистки поверхностей от загрязнений, преимущественно для очистки металлических поверхностей

Предложенное техническое решение относится к средствам очистки крупногабаритных поверхностей и обеспечит управляемую очистку, выбранных участков поверхностей. Установка для очистки поверхностей включает программируемый логический контроллер с интерфейсом управления, поддерживающий подключение к промышленным сетям передачи данных на внешние устройства, по меньшей мере, двух различных стандартов, и соединенный с конденсаторной батареей и силовыми ключами с тиристорными регулированием. Через силовые ключи с тиристорным регулированием к конденсаторной батарее подключены исполнительные элементы. Программируемый логический контроллер выполнен с возможностью регулирования напряжения зарядки конденсаторной батареи и управляемого формирования каналов следования импульса разряда с регулированием силы тока разряда для каждого из исполнительных элементов и/или диагностикой неисправностей, в сформированных каналах следования импульса разряда. 18 з.п., 1 ил.

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для очистки поверхностей от загрязнений различного происхождения (налипания, намерзания, сводообразования), в первую очередь предложенное решение относится к средствам очистки поверхностей больших площадей, таких как стенки бункеров, силосов и течек, поверхности товарных вагонов, элеваторов, морских и речных судов.

Известны устройства для очистки различных поверхностей, основанные на использовании явления электромагнитной индукции. Подобные устройства включают подключенные к источнику электрической энергии индуктор и якорь, размещенный на очищаемой поверхности (WO 89/1013, публикация 02.11.1989, WO 89/07492, публикация 24.08.1989, SU 1696011, публикация 07.12.1991 (Истринский филиал Всесоюзного электротехнического института); WO 90/03852, публикация 19.04.1990 (Физико-технический институт АН БССР)). При электрическом разряде от источника электрического тока якорь, преимущественно выполненный в виде пластины, воздействует на очищаемую поверхность. Благодаря упругой деформации с поверхности осыпаются загрязняющие ее вещества (песок, цемент, мука, наледь и т.п.). Любое из указанных выше устройств, служащее для очистки поверхностей может быть выбрано в качестве ближайшего аналога предлагаемого технического решения.

Одной из важных проблем, возникающих при использовании устройств указанного выше типа, является управляемость процесса очистки. То есть, возможность очистки поверхности в зависимости от характеристик поверхности, без повторных операций очистки при исключении повреждений поверхности электрическим разрядом излишней силы, перерасхода электрической энергии при очистке удаленных емкостей, «очистке» пустых емкостей. Перечисленные выше устройства для очистки поверхностей обеспечивают очистку поверхностей при единых параметрах электрического разряда для всей площади очищаемой поверхности, при этом может быть обеспечено единовременное, либо последовательное срабатывание исполнительных устройств. Очевидно, что проблема управляемой очистки поверхностей не решена.

В отличие от известных устройств, предлагаемая установка решит указанную проблему, сделав процесс магнитно-импульсной очистки поверхностей управляемым, что повысит качество очистки поверхностей, предотвратит повреждение поверхностей, оптимизирует расходы электрической энергии на установку для очистки поверхностей.

Указанный выше технический результат достигается тем, что предложена установка для очистки металлических поверхностей, включающая подключенные к источнику электрической энергии, по меньшей мере, два исполнительных элемента, каждый из которых включает индуктор и якорь, размещенный на очищаемой металлической поверхности; согласно предложенному техническому решению установка включает программируемый логический контроллер с интерфейсом управления, поддерживающий подключение к промышленным сетям передачи данных на внешние устройства, по меньшей мере, двух различных стандартов; источник электрической энергии подключен к конденсаторной батарее; каждый из исполнительных элементов подключен к конденсаторной батарее через тиристорные силовые ключи, подключенные по параллельной схеме; программируемый логический контроллер соединен с устройством заряда конденсаторной батареи и силовыми ключами и выполнен с возможностью непосредственного регулирования напряжения зарядки конденсаторной батареи, и управляемого формирования каналов следования импульса разряда с регулированием силы тока разряда для каждого из исполнительных элементов и/или диагностикой неисправностей, в сформированных каналах следования импульса разряда.

В зависимости от конкретных условий, в которых будет эксплуатироваться установка, характеристик очищаемых поверхностей, якорь исполнительного элемента может быть выполнен из парамагнитного или же диамагнитного материала и быть расположенным, как с зазором относительно индуктора, так и без зазора. На очищаемой поверхности могут быть расположены исполнительные элементы, в которых якоря будут расположены с зазором с индуктором, без зазора с индуктором или же якоря обоих типов. Силовой ключ может быть выделен для каждого исполнительного элемента или же представлять собой силовой ключ общий для нескольких исполнительных элементов. В одном из предпочтительных вариантов исполнения силовой ключ будет выполнен на двух последовательно включенных тиристорах и снабжен защитой от перенапряжения со снабберной цепью с высоковольтными резистивными делителями. Наиболее эффективным является размещение программируемого логического контроллера в шкафу силового оборудования, обеспечивающим защиту от агрессивного воздействия внешней среды (пылезащита, влагозащита). Программируемый логический контроллер может быть подключен к автоматизированной системе управления технологического процесса промышленного предприятия. Программируемый логический контроллер будет поддерживать подключение к сетям передачи данных стандартов Process Field Bus (Profibus), Modicon Bus (Modbus), CANopen, Ethernet. Для управления контроллером может быть использован удаленный интерфейс управления (через Интернет или выделенные проводные или беспроводные каналы связи), либо интерфейс управления, представляющий собой панель управления шкафа силового оборудования. В качестве источника электрической энергии в большинстве случаев будет использована общедоступная электрическая сеть, допустимо использование автономного источника электрической энергии.

Основным элементом предложенной установки для очистки поверхностей (см. блок-схему) является программируемый логический контроллер 1 (programmable logic controller, PLC, промышленный контроллер) с интерфейсом управления оператора установки. Программируемый логический контроллер 1 электрически соединен с устройством заряда конденсаторной батареи 2 и подключенными по параллельной схеме тиристорными силовыми ключами 3₁3_n, которые обеспечивают управление исполнительными элементами 4₁4_n, воздействующими на очищаемую поверхность. Отработана схема силового ключа на двух последовательно включенных тиристорах и снабженного защитой от перенапряжения со снабберной цепью с высоковольтными резистивными делителями. Конденсаторная батарея 2 подключена к устройству заряда - источнику электрической энергии и силовым ключам 3₁3_n. В качестве источника электрической энергии может быть использована общедоступная электрическая сеть, также возможно использование автономного источника электрической энергии (мобильного дизель-генератора и т.п.). Каждый исполнительный элемент 4₁4_n включает индуктор (спираль из изолированного проводника) и якорь (пластину, плиту), размещенный на очищаемой поверхности, например, на металлической поверхности. Якорь исполнительного элемента 4₁4_n может быть выполнен из парамагнитного (Аl, а также Ti, V) или же диамагнитного материала (Сu) и быть расположенным, как с зазором относительно индуктора, так и без зазора. На очищаемой поверхности могут быть расположены исполнительные элементы, в которых якоря будут расположены с зазором с индуктором, без зазора с индуктором или же якоря обоих типов.

Последовательное подключение к конденсаторной батарее 2, одного из силовых ключей 3_n, и одного из исполнительных исполнительного элементов 4_n образует канал следования импульса разряда к требуемому месту очищаемой поверхности. Силовой ключ 3_n может быть выделен для каждого исполнительного элемента 4_n или же представлять собой силовой ключ 3_n общий для нескольких исполнительных элементов. Возможность управляемого воздействия на очищаемую поверхность предусматривает наличие, по меньшей мере, двух исполнительных элементов, работа которых в установленной последовательности обеспечит требуемое качество очистки поверхности.

Программируемый логический контроллер 1 поддерживает подключение к промышленным сетям выбранных стандартов (по меньшей мере, двух различных стандартов) и смену стандарта сети. В оптимальном случае программируемый логический контроллер 1 поддерживает подключения к сетям передачи данных стандартов Process Field Bus (Profibus), Modicon Bus (Modbus), CANopen, Ethernet. Возможность подключения к сетям различных стандартов обеспечит взаимодействие программируемого логического контроллера 1 с автоматизированными системами управления технологическими процессами промышленных и транспортных предприятий (металлургических, горно-обогатительных, химических, цементных заводов, элеваторов, мелькомбинатов, железнодорожных узлов и т.п.). Подключение программируемого логического контроллера 1 к устройству заряда конденсаторной батареи 2 и силовым ключам 3₁3_n обеспечивает управляемое формирование каналов следования импульса разряда с регулированием силы тока разряда для каждого из исполнительных элементов и/или диагностикой неисправностей, в сформированных каналах следования импульса разряда, а также регулирование напряжения зарядки конденсаторной батареи.

Программируемый логический контроллер 1, а также иное необходимое оборудование, например, конденсаторная батарея 2, силовые ключи 3₁3_n, располагаются в шкафу силового оборудования, корпус которого обеспечит защиту программируемого логического контроллера 1 от агрессивного воздействия внешней среды: пыли, влаги, повышенной и пониженной температуры, иных факторов агрессивного воздействия. Интерфейс управления программируемого логического контроллера 1 может представлять собой панель управления на шкафе силового оборудования или же удаленный интерфейс управления.

В ходе эксплуатации в зависимости от особенностей очищающих поверхностей через интерфейс программируемого логического контроллера 1 задаются его уставки. По сигналу программируемого логического контроллера конденсаторная батарея 2 разряжается (с током разряда заданных параметров) и приводятся в действие исполнительные элементы 4₁4_n - пара индуктор-якорь, воздействующая на очищаемую поверхность и разрушающие нежелательные отложения на поверхности. При прохождении импульса электрического тока через индуктор создается сильное импульсное магнитное поле, индуцирующее вихревые токи в якоре, за счет взаимодействия импульсного магнитного поля с вихревыми токами якорь получает импульс силы и передает ее очищаемой поверхности, создавая в ней упругие колебания. Под действием колебаний разрушаются нежелательные отложения налипшего или намерзшего материала на очищаемой поверхности.

Характеристики тока разряда для каждого из участков поверхности (из условия обеспечения упругих колебаний поверхности и исключения деформаций после снятия воздействия тока), последовательность воздействий на участки поверхности регулируются воздействием программируемого логического контроллера на тиристоры силовых ключей 3₁3_n. Таким образом, динамически формируется совокупность каналов следования импульса разряда к участкам поверхности при возможности диагностики неисправностей в сформированных каналах следования импульса разряда. Может быть проведено необходимое количество циклов очистки загрязненных поверхностей, как с одними и теми же параметрами и последовательностью воздействий на участки, так и со сменой параметров. Таким образом, исключаются траты электрической энергии на «очистку» незагрязненных участков поверхности, перерасход электрической энергии на очистку загрязненных участков поверхности, расположенных близко к источнику электрической энергии и недостаточное воздействие на удаленно расположенные участки. Очевидно, что регулируемый разряд электрической энергии на загрязненные участки исключит повреждение металлических поверхностей из-за воздействия на участки поверхности излишней нагрузкой.

Таким образом, предложена магнитно-импульсная установка для очистки поверхностей от отложений различной природы, обеспечивающая управляемую очистку поверхностей при безопасной эксплуатации установки.

1. Установка для очистки поверхностей, включающая подключенные к источнику электрической энергии, по меньшей мере, два исполнительных элемента, каждый из которых включает индуктор и якорь, размещенный на очищаемой поверхности, отличающаяся тем, что включает программируемый логический контроллер с интерфейсом управления, поддерживающий подключение к промышленным сетям передачи данных на внешние устройства, по меньшей мере, двух различных стандартов, при этом источник электрической энергии подключен к конденсаторной батарее, каждый из исполнительных элементов подключен к конденсаторной батарее через тиристорные силовые ключи, подключенные по параллельной схеме, причем программируемый логический контроллер соединен с устройством заряда конденсаторной батареи и силовыми ключами и выполнен с возможностью непосредственного регулирования напряжения зарядки конденсаторной батареи и управляемого формирования каналов следования импульса разряда с регулированием силы тока разряда для каждого из исполнительных элементов и/или диагностикой неисправностей в сформированных каналах следования импульса разряда.

2. Установка для очистки поверхностей по п.1, отличающаяся тем, что якорь выполнен из парамагнитного материала.

3. Установка для очистки поверхностей по п.1, отличающаяся тем, что якорь выполнен из диамагнитного материала.

4. Установка для очистки поверхностей по п.1, отличающаяся тем, что на очищаемой поверхности размещены исключительно якоря, расположенные с зазором с индуктором.

5. Установка для очистки поверхностей по п.1, отличающаяся тем, что на очищаемой поверхности размещены исключительно якоря, расположенные без зазора с индуктором.

6. Установка для очистки поверхностей по п.1, отличающаяся тем, что на очищаемой поверхности размещены якоря, расположенные без зазора с индуктором, и якоря, расположенные с зазором с индуктором.

7. Установка для очистки поверхностей по п.1, отличающаяся тем, что силовой ключ подключен к одному исполнительному элементу.

8. Установка для очистки поверхностей по п.1, отличающаяся тем, что силовой ключ подключен к нескольким исполнительным элементам.

9. Установка для очистки поверхностей по п.1, отличающаяся тем, что силовой ключ выполнен на двух последовательно включенных тиристорах и снабжен защитой от перенапряжения со снабберной цепью с высоковольтными резистивными делителями.

10. Установка для очистки поверхностей по п.1, отличающаяся тем, что программируемый логический контроллер размещен в шкафу силового оборудования, обеспечивающем защиту от агрессивного воздействия внешней среды.

11. Установка для очистки поверхностей по п.1, отличающаяся тем, что программируемый логический контроллер подключен к автоматизированной системе управления технологического процесса промышленного предприятия.

12. Установка для очистки поверхностей по п.1, отличающаяся тем, что программируемый логический контроллер поддерживает подключение к сетям передачи данных сети стандарта Process Field Bus (Profibus).

13. Установка для очистки поверхностей по п.1, отличающаяся тем, что программируемый логический контроллер поддерживает подключение к сетям передачи данных сети стандарта Modicon Bus (Modbus).

14. Установка для очистки поверхностей по п.1, отличающаяся тем, что программируемый логический контроллер поддерживает подключение к сетям передачи данных сети стандарта CANopen.

15. Установка для очистки поверхностей по п.1, отличающаяся тем, что программируемый логический контроллер поддерживает подключение к сетям передачи данных сети стандарта Ethernet.

16. Установка для очистки поверхностей по п.1, отличающаяся тем, что использован удаленный интерфейс управления программируемым логическим контроллером.

17. Установка для очистки поверхностей по п.1, отличающаяся тем, что использован интерфейс управления программируемым логическим контроллером, представляющий собой панель управления шкафа силового оборудования.

18. Установка для очистки поверхностей по п.1, отличающаяся тем, что в качестве источника электрической энергии использована общедоступная электрическая сеть.

19. Установка для очистки поверхностей по п.1, отличающаяся тем, что использован автономный источник электрической энергии.