ЭлеСи

Интеллектуальный электропривод запорной арматуры на основе блока управления ESD-VTG

Опубликовано в номере:
Рассматриваются вопросы модернизации электроприводов общепромышленной запорной арматуры с использованием электронных блоков ESD-VTG, разработанных компанией ЭлеСи.
Электронный блок управления ЭП запорно-регулирующей арматуры ESD-VTG

Рисунок. Электронный блок управления ЭП запорно-регулирующей арматуры ESD-VTG

В настоящее время существует значительная потребность в модернизации электроприводов (ЭП) запорной арматуры общепромышленного применения. В 2007 г. для этих целей компания ЭлеСи выпустила серию электронных блоков ESD-VTG (рис. 1), предназначенных для управления ЭП запорно-регулирующей арматуры различных типов (шиберные и клиновые задвижки, шаровые краны, поворотные затворы и т.п.).

Новый блок управления изначально был разработан для модернизации применявшихся ранее ЭП запорной арматуры, имеющих малый ресурс со стороны элементов кулачкового механизма настройки электромеханических путевых микровыключателей. Крайне неудобной с точки зрения эксплуатации является и технология регулировки и настройки путевых выключателей, требующей вскрытия крышки выключателя, а также ручной установки кулачков и стрелки указателя. Точность настройки таких ЭП низка, а интеграция их в современную АСУТП с цифровыми интерфейсами проблематична. В модернизированном электроприводе новый блок управления устанавливается взамен старого. При этом:

  1. появляется возможность интеграции электропривода в АСУТП по последовательному интерфейсу RS-485;
  2. при оснащении ЭП электронным датчиком положения, обеспечивающим высокую точность позиционирования, возможна быстрая настройка конечных положений запорного органа арматуры различными способами, в том числе и без включения двигателя и перемещения запорного органа арматуры;
  3. ЭП оснащается электронной двусторонней муфтой ограничения крутящего момента; данная муфта обеспечивает возможность работы «на упор» с заданным моментом, идентификацию крутящего момента привода при движении на основе значений токов двигателя и напряжения сети, а также задание различных значений ограничения крутящего момента в зависимости от направления движения ЭП и положения запорного органа;
  4. блок самостоятельно обеспечивает весь необходимый комплекс алгоритмов по защите двигателя и арматуры, исключая необходимость установки сложных внешних релейных систем.

Следует отметить, что электронный датчик позволяет контролировать положение выходного звена ЭП, в том числе и при отсутствии напряжения питающей сети, и для его работы в таком режиме не требуется аккумулятор. Настройка ЭП на арматуре осуществляется без проникновения внутрь блока за счет задания параметров в конфигурационные регистры с местного поста управления посредством кнопок управления или инфракрасного пульта управления.

Развитая система иерархического меню, интуитивно понятное словесное описание параметров на русском языке, выводимых на буквенно-цифровой двустрочный дисплей, делают настройку такой же легкой, как и использование мобильного телефона. Электронный блок осуществляет контроль вводимых параметров от выхода за максимальный предел и некорректного задания.

В процессе наладки существует возможность дополнительно задать алгоритм работы ЭП, значения величин ограничения крутящего момента в зависимости от положения запорного органа арматуры, заблокировать алгоритмы выбранных защит, сконфигурировать дистанционный ввод/вывод согласно заданному пользователем алгоритму Также возможно задание такого режима настройки конечных выключателей, при котором не нужно перемещать запорный орган арматуры. Существует возможность задать режимы останова по достижению предельного уплотнения или заданного конечного положения, а также режим «ударного» крутящего момента при пуске на открытие.

Блок имеет систему протоколирования событий, которая отслеживает и запоминает в энергонезависимой памяти команды, аварии и состояния ЭП (последние 300 событий) с указанием метки времени возникновения. Информация, зафиксированная данной системой, позволяет восстановить причины возникновения проблемных ситуаций.

В блоке имеется интерфейс RS-485, работающий по протоколу ModBus RTU. Дискретный интерфейс позволяет подавать команды «Закрыть», «Открыть», «Стоп» посредством сигналов напряжением 220 AC или 24 DC. Время сигнала срабатывания задается в конфигурационных регистрах блока. ЭП выдает дискретные сигналы о положении арматуры «Открыто»,«Закрыто» и др.

В качестве опции к блокам электронного управления потребитель может приобрести инфракрасный пульт для настройки блока и считывания хранящихся в нем данных: журнала событий и параметров настройки. Использование пульта с двусторонним обменом позволяет переносить файл параметров настройки, подготовленный на персональном компьютере, на установленные на объекте ЭП, сокращая тем самым время настройки. Считав с помощью пульта журнал событий блока, его можно визуализировать на экране компьютера для оценки деятельности обслуживающего персонала и корректности работы ЭП, состояния электрической сети и т.д. Файл журнала событий может быть послан через персональный компьютер, подключенный к сети Интернет, в сервисную службу компании ЭлеСи для получения консультаций по проблемным ситуациям.

В качестве силового коммутатора в блоке применен тиристорный регулятор напряжения (ТРН), что определяет малые габариты, высокую надежность и низкую себестоимость ЭП.

Блок в составе тиристорного асинхронного ЭП выполняет следующие функции: y защита от токов короткого замыкания; y ограничение токов двигателя на максимально допустимом уровне; y тепловая защита двигателя от перегрузки; y формирование стартовых импульсов момента, необходимых для преодоления сил сухого трения, заклинивания и т.д.; y ограничение момента в движении, позволяющее предотвратить выход из строя механических элементов ЭП; y работа на упор с поддержанием заданного момента.

Выполнение данных требований в системе ТРН-АД осложняется полууправляемым характером работы тиристоров, несинусоидальным искажением формы статорных токов двигателя и отсутствием методов контроля момента с помощью регулировки угла открытия тиристоров.

В ЭП могут применяться различные типы редукторов. Требования относительно ограничений момента ЭП выполняются с учетом свойств редуктора, и прежде всего следует принимать во внимание передаточный коэффициент по моменту Км. Как показали исследования, коэффициент Км в редукторах существенно изменяется в зависимости от режима работы. Например, для редуктора с передаточным числом Кр = 220, применяемого в ЭП задвижек, значения изменяются следующим образом: y работа на упор при пуске с ударным приложением момента: Км = 0,8 Кр.; y работа на упор при пуске с плавным приложением момента: Км = 0,65 Кр; y работа в движении: Км = 0,9 Кр× f(Мc), где Мc – момент сопротивления; y переход из режима движения в режим работы на упор: Км = 0,95Кр.

Таким образом, алгоритм управления ЭП должен учитывать нелинейный характер его элементов (АД, ТРН, редуктор). В связи с тем, что коэффициент Км для различных редукторов может иметь некоторые отличия (в виду несовершенства технологий изготовления его элементов), необходимо предусмотреть возможность соответствующей адаптации для системы управления. Для решения данной задачи при создании блока электронного управления применен алгоритм, представленный на рис. 3 в виде графа. Узлы графа показывают логические режимы работы системы управления в виде некоторых фиксированных состояний, где существует собственная логика работы, модель процесса и критерии достижения поставленной цели режима. Линии графа показывают условия и направления переходов при возникновении в системе событий, определяющих смену режима. Обозначения событий на стрелках:

  1. команда на движение;
  2. наличие фазного короткого замыкания;
  3. наличие линейного короткого замыкания;
  4. таймер теста фазного короткого замыкания;
  5. таймер теста линейного короткого замыкания;
  6. таймер отсутствия движения;
  7. завершения работы процедуры ударного момента;
  8. количество попыток приложения ударного момента равно нулю;
  9. скорость двигателя больше половины номинальной;
  10. превышение момента движения;
  11. скорость двигателя больше половины номинальной;
  12. команда на останов, достижение целевого положения;
  13. таймер отсутствия движения.

Выполнение требований по защите от токов короткого замыкания осуществляется за счет подачи на тиристоры предварительных тестовых импульсов с большими углами φ  открытия (170° для определения фазного короткого замыкания и 120° – для линейного). По окончании прохождения теста происходит отработка заданного при старте момента упора, в этом случае угол открытия тиристоров формируется в соответствии с заданным ограничением момента и текущим напряжением сети. При отсутствии движения происходит передача управления алгоритму «Удар», формирующему импульс момента за счет нулевого угла открытия тиристоров с контролем количества запусков данного алгоритма и последующим возвращением к прежнему углу открытия тиристоров. В начале движения угол открытия тиристоров стремится к минимальному значению (алгоритм «Движение»), и расчет момента нагрузки осуществляется как табличная функция от напряжения сети, тока двигателя и коэффициента мощности. В данном режиме двигатель работает на линейном участке механической характеристики и обеспечивает скорость, близкую к номинальной. В случае превышения момента над заданным значением происходит передача управления алгоритму «Упор» со ступенчатой сменой угла открытия тиристоров, что приводит к снижению скорости, «расслаблению» редуктора и возможности управления согласно таблице, «формирующей» момент при старте. Если в течение заданного времени движение ЭП не возобновляется, происходит формирование аварийного сигнала о превышении момента нагрузки и отключение двигателя.

В заключение следует отметить, что для более детального изучения возможностей такого ЭП существует возможность получить на сайте www.elesy.ru программный имитатор ЭП запорной арматуры с электронным блоком управления ESDVTG. Данный программный продукт является максимально приближенной моделью реального ЭП с блоком управления ESD-VTG. Существуют также имитаторы и для других блоков электронного управления, производимых компанией ЭлеСи. Данная модель построена на основе: y реального ПО, загружаемого в электронный блок ESD-VTG; y системы дифференциальных уравнений для моделирования работы асинхронного трехфазного двигателя с короткозамкнутым ротором; y принципов работы ТРН на трехфазную нагрузку без нулевого вывода; y возможности создания «виртуального» управления по последовательному интерфейсу. С помощью предлагаемого имитатора пользователь имеет возможность смоделировать работу ЭП запорной арматуры (с учетом нагрузочной диаграммы, состояния электрической сети, произведенных подключений интерфейсной и силовой частей блока и т.д.).

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *