Малюнок. Електронний блок управління ЕП запірно-регулюючої арматури ESD-VT G

В даний час існує значна потреба в модернізації електроприводів (ЕП) запірної арматури загальнопромислового застосування. У 2007 р для цих цілей компанія ЕлеСі випустила серію електронних блоків ESD-VTG (рис. 1), призначених для управління ЕП запірно-регулюючої арматури різних типів (шиберні і клинові засувки, кульові крани, поворотні затвори і т.п.).

Новий блок керування спочатку був розроблений для модернізації застосовувалися раніше ЕП запірної арматури, що мають малий ресурс з боку елементів кулачкового механізму настройки електромеханічних колійних мікровимикачів. Вкрай незручною з точки зору експлуатації є і технологія регулювання і настройки колійних вимикачів, що вимагає розкриття кришки вимикача, а також ручної установки кулачків і стрілки покажчика. Точність настройки таких ЕП низька, а інтеграція їх у сучасну АСУТП з цифровими інтерфейсами проблематична. У модернізованому електроприводі новий блок управління встановлюється замість старого. При цьому:

1. з'являється можливість інтеграції електроприводу в АСУТП по послідовному інтерфейсу RS-485;
2. при оснащенні ЕП електронним датчиком положення, що забезпечує високу точність позиціонування, можлива швидка настройка кінцевих положень запірного органу арматури різними способами, в тому числі і без включення двигуна і переміщення запірного органу арматури;
3. ЕП оснащується електронною двосторонньої муфтою обмеження крутного моменту; дана муфта забезпечує можливість роботи «на упор» із заданим моментом, ідентифікацію крутного моменту приводу під час руху на основі значень струмів двигуна і напруги мережі, а також завдання різних значень обмеження крутного моменту в залежності від напрямку руху ЕП і положення запірного органу;
4. блок самостійно забезпечує весь необхідний комплекс алгоритмів щодо захисту двигуна і арматури, виключаючи необхідність установки складних зовнішніх релейних систем.

Слід зазначити, що електронний датчик дозволяє контролювати положення вихідної ланки ЕП, в тому числі і при відсутності напруги мережі живлення, і для його роботи в такому режимі не потрібно акумулятор. Налаштування ЕП на арматурі здійснюється без проникнення всередину блоку за рахунок завдання параметрів в конфігураційні регістри з місцевого поста управління за допомогою кнопок управління або інфрачервоного пульта керування.

Розвинена система ієрархічного меню, інтуїтивно зрозуміле словесний опис параметрів російською мовою, що виводяться на буквено-цифровий дворядовий дисплей, роблять настройку такою ж легкою, як і використання мобільного телефону. Електронний блок здійснює контроль параметрів, що вводяться від виходу за максимальну межу і некоректного завдання.

У процесі налагодження існує можливість додатково поставити алгоритм роботи ЕП, значення величин обмеження крутного моменту в залежності від положення запірного органу арматури, заблокувати алгоритми обраних захистів, конфігурувати дистанційний введення / виведення відповідно до заданого користувачем алгоритму Також можливе завдання такого режиму настройки кінцевих вимикачів, при якому не потрібно переміщати запірний орган арматури. Існує можливість задати режими зупинки по досягненню граничного ущільнення або заданого кінцевого положення, а також режим «ударного» крутного моменту при пуску на відкриття.

Блок має систему протоколювання подій, яка відстежує і запам'ятовує в незалежній пам'яті команди, аварії і стану ЕП (останні 300 подій) із зазначенням мітки часу виникнення. Інформація, зафіксована даною системою, дозволяє відновити причини виникнення проблемних ситуацій.

У блоці є інтерфейс RS-485, що працює по протоколу ModBus RTU. Дискретний інтерфейс дозволяє подавати команди «Закрити», «Відкрити», «Стоп» за допомогою сигналів напругою 220 AC або 24 DC. Час сигналу спрацьовування задається в конфігураційних регістрах блоку. ЕП видає дискретні сигнали про положення арматури «Відкрито», «Зачинено» і ін.

В якості опції до блокам електронного управління споживач може придбати інфрачервоний пульт для настройки блоку і зчитування зберігаються в ньому даних: журналу подій і параметрів настройки. Використання пульта з двостороннім обміном дозволяє переносити файл настройок, підготовлений на персональному комп'ютері, на встановлені на об'єкті ЕП, скорочуючи тим самим час налаштування. Прочитавши за допомогою пульта журнал подій блоку, його можна візуалізувати на екрані комп'ютера для оцінки діяльності обслуговуючого персоналу і коректності роботи ЕП, стану електричної мережі і т.д. Файл журналу подій може бути посланий через персональний комп'ютер, підключений до мережі Інтернет, в сервісну службу компанії ЕлеСі для отримання консультацій з проблемних ситуацій.

В якості силового комутатора в блоці застосований тиристорний регулятор напруги (ТРН), що визначає малі габарити, високу надійність і низьку собівартість ЕП.

Блок в складі тиристорного асинхронного ЕП виконує наступні функції: y захист від струмів короткого замикання; y обмеження струмів двигуна на максимально допустимому рівні; y тепловий захист двигуна від перевантаження; y формування стартових імпульсів моменту, необхідних для подолання сил сухого тертя, заклинювання і т.д .; y обмеження моменту в русі, що дозволяє запобігти виходу з ладу механічних елементів ЕП; y робота на упор з підтриманням заданого моменту.

Виконання даних вимог в системі ТРН-АД ускладнюється напівкерованих характером роботи тиристорів, несинусоїдальний спотворенням форми статорних струмів двигуна і відсутністю методів контролю моменту за допомогою регулювання кута відкриття тиристорів.

В ЕП можуть застосовуватися різні типи редукторів. Вимоги щодо обмежень моменту ЕП повинні виконуватися з урахуванням властивостей редуктора, і перш за все слід брати до уваги передавальний коефіцієнт по моменту км. Як показали дослідження, коефіцієнт Км в редукторах істотно змінюється в залежності від режиму роботи. Наприклад, для редуктора з передавальним числом Кр = 220, що застосовується в ЕП засувок, значення змінюються таким чином: y робота на упор при пуску з ударним додатком моменти: Км = 0,8 Кр .; y робота на упор при пуску з плавним додатком моменти: Км = 0,65 Кр; y робота в русі: Км = 0,9 Кр × f (Мc), де Мc - момент опору; y перехід з режиму руху в режим роботи на упор: Км = 0,95Кр.

Таким чином, алгоритм управління ЕП повинен враховувати нелінійний характер його елементів (АТ, ТРН, редуктор). У зв'язку з тим, що коефіцієнт Км для різних редукторів може мати деякі відмінності (на увазі недосконалості технологій виготовлення його елементів), необхідно передбачити можливість відповідної адаптації для системи управління. Для вирішення даного завдання при створенні блоку електронного управління застосований алгоритм, представлений на рис. 3 у вигляді графа. Вузли графа показують логічні режими роботи системи управління у вигляді деяких фіксованих станів, де існує власна логіка роботи, модель процесу і критерії досягнення поставленої мети режиму. Лінії графа показують умови і напрямки переходів при виникненні в системі подій, що визначають зміну режиму. Позначення подій на стрілках:

1. команда на рух;
2. наявність фазного короткого замикання;
3. наявність лінійного короткого замикання;
4. таймер тесту фазного короткого замикання;
5. таймер тесту лінійного короткого замикання;
6. таймер відсутності руху;
7. завершення роботи процедури ударного моменту;
8. кількість спроб додатки ударного моменту дорівнює нулю;
9. швидкість двигуна більше половини номінальної;
10. перевищення моменту руху;
11. швидкість двигуна більше половини номінальної;
12. команда на зупинку, досягнення цільового стану;
13. таймер відсутності руху.

Виконання вимог щодо захисту від струмів короткого замикання здійснюється за рахунок подачі на тиристори попередніх тестових імпульсів з великими кутами φ відкриття (170 ° для визначення фазного короткого замикання і 120 ° - для лінійного). Після закінчення проходження тесту відбувається відпрацювання заданого при старті моменту упору, в цьому випадку кут відкриття тиристорів формується відповідно до заданого обмеженням моменту і поточним напругою мережі. При відсутності руху відбувається передача керування алгоритмом «Удар», формує імпульс моменту за рахунок нульового кута відкриття тиристорів з контролем кількості запусків даного алгоритму і подальшим поверненням до колишнього кутку відкриття тиристорів. На початку руху кут відкриття тиристорів прагне до мінімального значення (алгоритм «Рух»), і розрахунок моменту навантаження здійснюється як таблична функція від напруги мережі, струму двигуна і коефіцієнта потужності. В даному режимі двигун працює на лінійній ділянці механічної характеристики і забезпечує швидкість, близьку до номінальної. У разі перевищення моменту над заданим значенням відбувається передача керування алгоритмом «Наголос» із ступінчастою зміною кута відкриття тиристорів, що призводить до зниження швидкості, «розслабленню» редуктора і можливості управління згідно з таблицею, «формує» момент при старті. Якщо протягом заданого часу рух ЕП не відновлюється, відбувається формування аварійного сигналу про перевищення моменту навантаження і відключення двигуна.

На закінчення слід зазначити, що для більш детального вивчення можливостей такого ЕП існує можливість отримати на сайті www.elesy.ru програмний імітатор ЕП запірної арматури з електронним блоком управління ESDVTG. Даний програмний продукт є максимально наближеною моделлю реального ЕП з блоком управління ESD-VTG. Існують також імітатори і для інших блоків електронного управління, вироблених компанією ЕлеСі. Дана модель побудована на основі: y реального ПО, що завантажується в електронний блок ESD-VTG; y системи диференціальних рівнянь для моделювання роботи асинхронного трифазного двигуна з короткозамкненим ротором; y принципів роботи ТРН на трифазному навантаженні без нульового виводу; y можливості створення «віртуального» управління по послідовному інтерфейсу. За допомогою пропонованого імітатора користувач має можливість змоделювати роботу ЕП запірної арматури (з урахуванням навантажувальної діаграми, стану електричної мережі, вироблених підключень інтерфейсної і силовий частин блоку і т.д.).