Электропривод регулирующей трубопроводной арматуры «ГУСАР»

Электропривод регулирующей трубопроводной арматуры «ГУСАР»

Опубликовано в номере:
PDF версия
Электропривод запорной арматуры представляет собой электромеханическое устройство, предназначенное для механизации и автоматизации трубопроводной арматуры. Наиболее часто электроприводы используются для дистанционного управления арматурой, ее открытия и закрытия, регулирования, а также диагностики и определения положения выходного звена арматуры.

Электроприводы изготавливаются с электродвигателями постоянного или переменного тока. Электроприводы переменного тока, как правило, используются на стационарных объектах, а постоянного тока — в транспорте и системах с резервным питанием. Большое применение электроприводы регулирующей трубопроводной арматуры находят в таких отраслях промышленности, как нефтегазовая, химическая и пищевая.

По конструкции редуктора приводы делят на червячные, планетарные, цилиндрические, кулисно-винтовые и сложные (состоящие из двух или более типов передач).

В зависимости от величины и вида перемещения выходного элемента различают многооборотные, неполно­поворотные и прямоходные приводы.

Современный рынок приводов регулирующей трубопроводной арматуры на территории России широко представлен крупными производителями, такими как AUMA и ROTORK. В данной статье рассмотрим новую отечественную разработку, не имеющую аналогов в России, — взрывозащищенный электропривод «ГУСАР» совместной разработки ООО «Мехатроника-Томск» и ООО НПО «Сибирский Машиностроитель».

Существенным отличием данного привода от большинства отечественных и зарубежных аналогов является применение синхронного электродвигателя на постоянных магнитах производства АО «Калужский электромеханический завод». Благодаря этому удалось достичь значительного снижения массы и габаритов устройства, а также повысить энергоэффективность привода в целом. В отличие от массово применяемых асинхронных двигателей, синхронный имеет более высокую перегрузочную способность, что позволяет в режиме уплотнения кратковременно выработать момент, превышающий номинальный в 3–4 раза — без ухудшения характеристик двигателя при дальнейшей эксплуатации. Изображение электропривода приведено на рис. 1. Применение волнового редуктора позволяет также уменьшить массогабаритные характеристики механической части редуктора и оболочки привода даже при наличии ручного дублера.

Электропривод «ГУСАР» с синхронным электродвигателем ДСМ

Рис. 1. Электропривод «ГУСАР» с синхронным электродвигателем ДСМ

Заложенные в блоке управления энергонезависимые энкодеры, один из которых является абсолютным многооборотным, дают возможность использовать блок управления для регулирования положения в многооборотных, неполноповоротных и прямоходных задвижках, что значительно расширяет спектр их применения. Точность останова выходного звена редуктора контролируется с погрешностью не более ±2°.

Отсутствие энергозависимых датчиков позволяет исключить периодические замены элементов питания, подверженных воздействию низких температур.

С целью удержания вала двигателя в точке останова после потери питания или в режиме останова применен электромагнитный тормоз, который в том числе обеспечивает удержание двигателя при работе ручного дублера.

Основные параметры электропривода приведены в таблице.

Таблица. Параметры электропривода

Номинальные параметры

Номинальное напряжение питания

220 В, 50 Гц

Номинальный момент на выходном звене

100 Н•м

Номинальный ток

1,2 А

Пиковый ток

2,4 А

Максимальное количество оборотов выходного звена

30

Погрешность остановки в заданном положении

не более ±2°

Максимальная частота вращения выходного звена

10 об/мин

Тип электродвигателя

Синхронный

Габариты Д×Ш×В

264×184×334 мм

Интерфейсы датчиков положения

Датчик положения №1 (абсолютный многооборотный, энергонезависимый)

CAN

Датчик положения №2 (абсолютный однооборотный, энергонезависимый)

SinCos

Коммуникационные интерфейсы

RS-485, изолированный

1 шт.

CAN, изолированный

1 шт.

USB, изолированный

1 шт.

Bluetooth

1 шт.

Дискретные и аналоговые входы/выходы

Дискретные входы

4 шт., 24 В/220 В

Дискретные выходы

6 шт., 24 В/220 В

Аналоговый вход

1 шт.

Аналоговый выход

4–20 мА, 1 шт.

Индикация

Светодиодная индикация

6 шт.

LCD-индикатор

Двухстрочный, восьмисимвольный

Общее

Диапазон рабочих температур окружающей среды

–60…+50 °С

Маркировка взрывозащиты привода

1Ex d IIC T4 Gb

Степень защиты привода

IP67 или IP68

Функции IoT

Конфигуратор параметров mViewer, ОС

Windows 10

Мобильное приложение (в разработке), платформа

Android, IOS

Обновление ПО, интерфейсы

RS-485, USB, CAN, Bluetooth

Встроенное программное обеспечение (ПО) предусматривает управление синхронным электродвигателем в нескольких режимах (моментный, скоростной и позиционный), что позволяет покрыть все возможные варианты применения электропривода задвижки. Полный перечень функций привода представлен следующим образом:

  • открытие, закрытие и регулировка проходного сечения трубопроводной арматуры;
  • остановка в любых промежуточных положениях по всей длине хода;
  • останов электропривода при превышении усилия на выходном звене;
  • автоматический повторный пуск электропривода в случае заклинивания запорной арматуры;
  • уплотнение (герметизация) запорной арматуры в конечных положениях;
  • аварийное перемещение запорной арматуры в заданное положение по сигналу аварии;
  • тактовый режим работы электропривода для исключения гидравлических ударов в трубопроводах;
  • дистанционное переключение источника команд управления;
  • отключение электродвигателя от сети электропитания в аварийных режимах;
  • локальное управление электроприводом с лицевой панели блока;
  • дистанционное управление электроприводом по цепям управления;
  • индикация параметров и режимов работы на лицевой панели;
  • быстрая калибровка электропривода по положению без вскрытия корпуса на месте эксплуатации.

Большое значение имеет также вопрос защиты работы блока управления и механической части. Так, чтобы обеспечить функционирование привода задвижек в тяжелых условиях эксплуатации, в температурном диапазоне –60…+50 °С предусмотрена система подогрева компонентов привода. Помимо этого, в системе управления есть защиты, связанные с остановкой электропривода и последующей выдачей соответствующего сигнала при следующих аварийных ситуациях:

  • превышение усилия на выходном звене;
  • заклинивание запорной арматуры;
  • авария сети электропитания (обрыв фаз, повышенное и пониженное напряжение);
  • перегрев электродвигателя;
  • перегрузка электродвигателя;
  • короткое замыкание обмоток электродвигателя;
  • заклинивание вала электродвигателя;
  • перегрев и переохлаждение блока;
  • ввод некорректных параметров настройки блока.

В электроприводе предусмотрены и сервисные функции, позволяющие оценить состояние блока:

  • самодиагностика внутренних электронных узлов блока и электропривода;
  • учет, архивирование событий и аварий, пусков, количества циклов работы в энергонезависимом журнале.

С целью интеграции в различные технологические процессы, оснащенные как дискретными, так и цифровыми каналами связи, в блок управления интегрированы такие популярные интерфейсы, как RS-485, CAN, USB, Bluetooth, а также аналоговые каналы управления (рис. 2). Дискретные каналы управления предусматривают наличие четырех входов и шести выходов. Токовое аналоговое управление строится на применении одного входа и одного выхода 4–20 мА.

Функциональная схема системы электропривода

Рис. 2. Функциональная схема системы электропривода:
ДП1 — датчик положения 1,
ДП2 — датчик положения 2,
ИО — исполнительный орган,
МУ — модуль индикации,
СД — синхронный электродвигатель;
ДТ — датчик температуры;
НЭ — нагревательный элемент;
СИ — силовой инвертор;
МПУ — местный мост управления

Использование каналов связи по USB или Bluetooth позволило дать возможность не только настройки привода и локального управления режимами работы, но и обновления прошивки без использования программаторов. Это позволяет анализировать архивы событий и проводить модернизацию ПО блока без вскрытия его корпуса, получив доступ с мобильного телефона или компьютера. Для работы с блоком через USB пользователю предоставляется специализированное ПО MViewer (рис. 3), которое обеспечивает управление и отображение всех параметров блока, логов событий и построение графиков по всем регулируемым координатам привода: скорость, положение, момент и т. д.

Переходные процессы тока (зеленый) и положения выходного звена (синий), полученные в программе MViewer

Рис. 3. Переходные процессы тока (зеленый) и положения выходного звена (синий), полученные в программе MViewer

Помимо удаленного управления по цифровым или дискретным интерфейсам, пользователю предоставляется возможность локального управления от пульта, интегрированного в блок управления. Для отображения меню и параметров применен двухстрочный 8-символьный LCD-индикатор.

Стоит отметить, что от ближайших аналогов электропривод «ГУСАР», помимо применения синхронного электродвигателя и малых массогабаритов, отличается и доступом к облачной платформе. Развитие цифровых систем управления и сбора информации подталкивает производителей к переосмыслению классических принципов конструирования электроприводов, в том числе запорной арматуры. Доступ к облачной платформе позволяет интегрировать функции, присущие «Интернету вещей»:

  • сбор больших данных от технологического оборудования, систем и комплексов;
  • обработка массивов больших данных согласно заданным правилам;
  • предиктивный анализ состояния оборудования;
  • выработка рекомендаций и управляющих воздействий;
  • хранение базы данных состояний оборудования;
  • хранение библиотеки обновляемого ПО с функцией автообновления.

Такие функции позволяют:

  • сократить издержки на обслуживание и контроль за оборудованием;
  • снизить риски возникновения техногенных аварий и катастроф;
  • предотвратить выход из строя сложного оборудования и не допустить останов технологических процессов;
  • предоставить достоверную информацию управляющему звену предприятия;
  • сформировать гибко планируемые сроки на планово-предупредительные работы и обслуживание;
  • идентифицировать с высокой долей вероятности причины выхода из строя оборудования;
  • минимизировать влияние неквалифицированного персонала на расстройство технологического процесса.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.