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, датчик момента, блок микропереключателей. 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. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.
Полезная модель относиться к области машиностроения, и может быть использована для управления запорными и регулирующими электроприводами трубопроводной арматуры в различных отраслях народного хозяйства (машиностроение, атомная энергетика, нефтяная, газовая, нефтехимическая промышленность, ЖКХ и др.).
Из уровня техники известно устройство управления запорно-регулирующим органам трубопроводной арматуры, выбранное в качестве прототипа (Блок управления электроприводом БУЭП-1 Руководство по эксплуатации УНКР.466514.006 РЭ, Москва, Закрытое акционерное общество "Альбатрос"). Данное устройство содержит модуль управления, устанавливаемый в специальное помещение, переносной пульт для настройки, диагностики и местного управления, управляемый электропривод. Электропривод содержит электродвигатель, блок датчиков, включающий, реостатный (или индуктивный) датчик положения выходного органа механизма, путевые и концевые выключатели. Модуль управления содержит микропроцессорный блок обработки данных и диагностики соединенный с электроприводом через блок силовой коммутации, выполненный с возможностью подключения к внешнему управляющему устройству посредством дискретных сигналов.
Недостатками указанного устройства являются:
- наличие реостатного датчика положения выходного органа механизма, как следствие переменная точность измерения, зависящая от пути, пройденного резистором, точность измерения падает при малом пути прохождения по гиперболической функции;
- отсутствие контроля температуры обмотки электродвигателя;
- малая мощность по коммутируемому току.
Задачей полезной модели является создание устройства управления запорно-регулирующим органам трубопроводной арматуры, позволяющего получить технический результат, заключающийся в увеличении коммутируемой мощности с сохранением габаритных размеров, 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 связи между электроприводом и интеллектуальным модулем управления.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройство управления запорно-регулирующими органами трубопроводной арматуры содержащее электропривод, состоящий из электродвигателя, блока датчиков, включающего, датчик положения, датчик момента, блок аналогового выхода, блок дискретных выходов, модуль управления в корпусе содержащий блок силовой коммутации, блоки дискретных входов и выходов, блок обработки данных и диагностики, выполненный с возможностью подключения к внешнему управляющему устройству посредством дискретных сигналов, переносной пульт, введены датчик температуры установленный в обмотке электродвигателя, блок тепловой защиты модуля управления, вход которого предназначен для подключения датчика температуры, а выход соединен с блоком обработки данных, датчик момента в блок датчиков соединенный с дискретными входами модуля управления, блок интерфейсов модуля управления для реализации возможности подключения к внешнему управляющему устройству посредством цифровой связи, блок микропереключателей модуля управления, блок силовой коммутации расположен на одной из сторон корпуса модуля управления, выполненной в виде радиатора охлаждения. Датчик положения электропривода выполнен бесконтактным, по крайней мере, токовым. Блок микропереключателей выведен, по крайней мере, на лицевую панель корпуса модуля управления
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, датчика момента, обеспечивает повышение точности управления запорно-регулирующим органом по положению при одновременном повышении надежности работы устройства целиком. Введением блока интерфейсов дополнительно расширены функциональные возможности - сетевое управление и расширенная передача всей полученной и обработанной информации от электропривода, во внешнее управляющие устройство. Введение блока микропереключателей позволяет точно настраивать пороги защиты электропривода по току в широком диапазоне коммутирующей мощности с сохранением габаритных размеров за счет размещения силового коммутатора на радиаторах охлаждения, которые расположены на внешней стороне корпуса модуля управления и образуют его боковые стенки.
Сущность полезной модели поясняется функциональной схемой заявляемого устройства.
Устройство управления запорно-регулирующими органами трубопроводной арматуры содержит электропривод, 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 со встроенным датчиком температуры, блока датчиков включающего, датчик положения 3,, блок аналогового выхода 4, датчик момента 5, блок дискретных выходов 6.
Интеллектуальный модуль управления содержит блок тепловой защиты 7, блок аналогового входа 8 блока датчика, блок дискретных входов 9 блока датчика, блок защиты 10, внешний пульт настройки 11, блок силового коммутатора 12, 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 сетевого интерфейса 19, блок аналоговых входов 20. Так же в состав интеллектуального модуля управления входит блок микропереключателей 21.
В основе работы устройство управления запорно-регулирующими органами трубопроводной арматуры лежит метод управления электродвигателем 2 электропривода путем отслеживания углового положения вала привода с помощью датчика положения, механически связанного с выходным валом электропривода и крутящего момента на выходном валу привода с помощью датчика момента 5, а так же контроль температуры электродвигателя. На основании этой информации модуль управления формирует состояние виртуальных концевых, путевых выключателей открытия и закрытия и выводит на реальные дискретные выходы.
Блок питания 15 предназначен для формирования напряжения питания и гальванической изоляции блока датчиков по цепи питания. Датчик положения 3, преобразует угловое положение выходного вала в электрический сигнал и через блок аналогового выхода передает его значение в блок аналогового входа блока датчика 8 модуля управления. Также передается значение момента, преобразованное датчиком момента 5и преобразованное в электрический сигнал через блок дискретных выходов 6 в блок дискретных входов блока датчика 9 модуля управления и значение температуры от выносного датчика температуры установленного в электродвигателе 2 в блок тепловой защиты 7. Блок датчиков электропривода в интеллектуальный модуль управления выдает информацию о положении выходного органа электропривода, моменте, перегреве электродвигателя, состоянии и исправности блока датчиков, состоянии реальных моментных выключателей.
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 информацию от блока датчиков электропривода через блок аналогового входа блока датчика 8 и блок дискретных входов блока датчика 9, осуществляющий обработку аналогово-дискретных сигналов и 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 тепловой защиты 7 обрабатывает сигнал с датчика температуры двигателя и выдает на блок обработки данных и диагностики 14 сигнал о перегреве двигателя, обрыве и коротком замыкании линии связи датчика температуры. Блок обработки данных и диагностики 14 обеспечивает контроль и диагностику работы двигателя электропривода и формирует сигнал на отключение блока силового коммутатора 12 при срабатывании защиты.
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. 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 поступают 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. С помощью микропереключателей 21 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 при срабатывании защиты.
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 3 или датчика момента 5 электропривода. Блок аналогового выхода 18 преобразовывает цифровой сигнал в унифицированный токовый сигнал, пропорциональный сигналу с датчика положения или ограничителя крутящего момента электропривода и выдает его на внешнее управляющее устройство. Блок обработки данных и диагностики 14 осуществляет связь через блок 13 пультового интерфейса RS-232 с внешним переносным пультом настройки 11 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 11 или по информационной сети и сохраняются в энергонезависимой памяти. Причем при помощи переносного пульта настройки 11 можно настраивать 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, специальные среды, 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 токового датчика положения, блока интерфейсов модуля управления, блока микропереключателей 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, появления возможности коммутировать большую нагрузку с сохранением габаритных размеров, а также сокращения числа линий передачи сигналов между электроприводом и интеллектуальным модулем управления и расширения функциональных возможностей - сетевое управление.
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-регулирующим органом трубопроводной арматуры, состоящее из электропривода, содержащего электродвигатель, блок датчиков, включающий датчик положения, блок аналогового выхода, блок дискретных выходов, модуля управления в корпусе, содержащего блок силового коммутатора, блоки дискретных входов и выходов, блок обработки данных и диагностики, выполненный с возможностью подключения к внешнему управляющему устройству посредством дискретных сигналов, переносной пульт настройки, отличающееся тем, что введены в электропривод датчик температуры, установленный в обмотке электродвигателя, датчик момента, связанный с дискретными входами модуля управления, в модуль управления - блок тепловой защиты, вход которого предназначен для подключения датчика температуры, а выход соединен с блоком обработки данных, блок сетевого интерфейса для реализации возможности подключения к внешнему управляющему устройству посредством цифровой связи, блок микропереключателей.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок силового коммутатора расположен на одной из сторон корпуса модуля управления.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что сторона корпуса модуля управления выполнена в виде радиатора охлаждения.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик положения электропривода выполнен бесконтактным, по крайней мере, токовым.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок микропереключателей выведен, по крайней мере, на лицевую панель корпуса модуля управления.
