EN Новости приводной техники
и промышленной автоматизации
Всероссийский инженерный портал

Новые высокоточные электроприводы для регулирующей арматуры на базе синхронных электродвигателей

В настоящее время в нефтедобыче и нефтепереработке появились новые задачи, связанные с повышением требований к электроприводам для трубопроводной арматуры. Так, например, на российских месторождениях имеется более 3 000 нефтяных скважин, которые уже не отдают нефть в нормальном режиме, но еще целиком не выработали свой ресурс. Разработана новая схема добычи, которая заключается в постоянной плавной откачке нефти из скважины в небольших количествах. Для этой цели разработан игольчатый клапан, стоящий на приеме нефти, который должен очень точно, (с точностью до литров в минуту) пропускать добываемую нефть. При этом электропривод этого клапана должен с очень высокой точностью (±0,05 мм) и очень высокой скоростью перемещать запорный орган по сигналам датчика обратной связи. При этом электропривод должен иметь малые габариты и вес, обладать высокой надежностью, обеспечивать связь с верхним уровнем управления и иметь небольшую цену.

В нефтепереработке появились задачи, когда нужно с очень высокой точностью производить в резервуарах смешение различных продуктов или обеспечивать постоянный уровень продукта в резервуаре. Арматура для этих целей разработана и серийно производится, но в качестве электроприводов используются только зарубежные образцы, которые имеют очень высокую цену и зачастую попадают под общеизвестные санкции.

Для решения этой задачи ООО НПО «Сибирский Машиностроитель» и ООО «Мехатроника –Томск» разработали, испытали и поставили на серийное производство малогабаритный высокоточный взрывозащищенный электропривод мод. «ГУСАР» для регулирующей арматуры. Разработано и поставлено на серийное производство три модификации этого электропривода: многооборотный, неполноповоротный и прямоходный.

Этот электропривод обладает следующими достоинствами:

 

  • высокая точность позиционирования выходного звена (±2° для неполноповоротного и многооборотного электропривода и ± 0,05 мм для прямоходного электропривода)
  • обеспечение программируемой работы при кратковременных перегрузках в 4 раза выше номинала без ухудшения характеристик
  • автоматический останов при превышении максимального усилия на выходном звене
  • малые габариты и вес (264 х 184 х 334 мм, 17 кг.)
  • высокая надежность за счет применения в силовой части волнового редуктора с промежуточными телами качения и синхронного электродвигателя на постоянных магнитах
  • высокий уровень взрывозащиты 1ExdIICT4Gb первого уровня, обеспечивающий безопасность в среде ацетилена и водорода
  • наличие в электродвигателе автоматического электромагнитного тормоза, обеспечивающего мгновенную остановку выходного звена и исключающего самопроизвольное движение запорного органа при отключении питания
  • управление синхронным двигателем в нескольких режимах (моментный, скоростной и позиционный)
  • наличие системы самодиагностики
  • энергонезависимые энкодеры сохраняющие всю информацию о положении при длительном отключении питания
  • автоматическая защита от аварийных ситуаций
  • широкий набор популярных интерфейсов управления и доступ к облачной платформе
  • управление электроприводом с локального пульта, мобильного телефона и компьютера
  • высокая степень защиты внешних воздействий (IP 67) и климатическое исполнение и категория УХЛ1.

Электропривод мод. «ГУСАР» полностью соответствует требованиям СТО «Газпром» 2-4.1-212-2008 и будет поставляться на его предприятия.

Общий вид электропривода приведен на рис. 1.

Рис. 1 Рис. 2

Здесь ручное управление осуществляется с помощью высокоэнергетического постоянного магнита, который исключает вмешательство в работу электропривода посторонних лиц и значительно повышает степень защиты от внешних воздействий.

На рис. 2. приведен общий вид электропривода с традиционными рукоятками управления, который поставляется по желанию заказчика.

Электронный блок управления имеет замкнутую конструкцию, куда не попадает влага и пыль, а при подключении его на месте эксплуатации вскрывается только герметичная полость, не имеющая никакого сообщения с полостью, где размещены электронные платы управления. Это значительно повышает его надежность. При понижении температуры блока ниже 20°С, автоматически включается внутренняя систем обогрева, которая обеспечивает комфортные условия работы электронных компонентов.

Достигнуты минимальные габариты и вес электропривода, что дало возможность устанавливать его в очень стесненных помещениях, причем конструкция редуктора и система смазки позволяет устанавливать электропривод в любом пространственном положении.

Волновой редуктор с промежуточными телами качения по своим техническим характеристикам значительно превосходит все известные передачи и имеет очень большой ресурс работы без потери других характеристик (точность, плавность хода, и т.п.). Редуктор не требует смазки и не требует обслуживания на протяжении всего срока службы, который превышает тридцать лет.

Технические характеристики электропривода мод. «ГУСАР»

п\п

Параметр

Значение

1

Максимальная нагрузка на выходном звене:

-         крутящий момент для многооборотного и неполноповоротного исполнения;

-         тяговое усилие для прямоходного исполнения.

 

 

100 Нм.

 

18 000 Н.

2

Максимальное число оборотов выходного звена многооборотного исполнения

30 об.

3

Максимальный угол поворота для неполноповоротного исполнения

 

110°

4

Максимальный ход прямоходного исполнения

100 мм.

5

Максимальная частота вращения выходного звена многооборотного исполнения

28 об\мин.

6

Максимальная частота вращения выходного звена неполноповоротного исполнения

 

5 об\мин

7

Максимальная линейная скорость выходного звена прямоходного исполнения

 

4,5 мм\сек

8

Погрешность остановки выходного звена:

-         многооборотный, неполноповоротный

-         прямоходный

 

±2°

± 0,05 мм

9

Степень защиты от внешних воздействий

IP67, IP68

10

Климатическое исполнение

УХЛ1 (от -60 до +60 С°)

11

Маркировка взрывозащиты

1ExdIICT4Gb

12

Габариты Д х Ш х В

264 х 184 х 334

13

Тип электродвигателя

синхронный

14

Электропитание

однофазное

15

Коммуникационные интерфейсы

RS-485, CAN, USB, Bluetooth

16

Дискретные входы

4 шт, 24 V\220V

17

Дискретны выходы

6 шт, 24 V\220V

18

Аналоговые входы\выходы

1\1 4-20 mA

19

Датчики положения

- CAN абсолютный многооборотный энергонезависимый

- SinCos абсолютный, однооборотный, энергонезависимый

20

Конфигуратор параметров  MViever, ОС

Windows 10

21

Мобильное приложение, платформа

Android, IOS

 

Электропривод обеспечивает следующие функции:

  • открытие, закрытие и точная регулировка электроприводом проходного сечения трубопроводной арматуры по сигналам внешнего датчика
  • автоматический останов электропривода при превышении максимального усилия на выходном звене
  • программируемая остановка выходного звена в любых промежуточных положениях на всей длине хода
  • уплотнение (герметизация) трубопроводной арматуры в конечных положениях
  • автоматическая раскачка арматуры,  при ее заклинивании до нормального открытия
  • аварийное открытие или закрытие арматуры по сигналу аварии;
  • тактовый режим работы электропривода во избежание гидроударов в трубопроводе
  • дистанционное переключение источника команд управления
  • автоматическое отключение электродвигателя в аварийных режимах
  • локальное управление электроприводом с его лицевой панели
  • дистанционное управление электроприводом с ручного пульта, мобильного телефона и компьютера
  • индикация параметров и режимов работы электропривода на его лицевой панели
  • быстрая калибровка параметров работы электропривода по положению без вскрытия корпуса на месте эксплуатации
  • работа во взрывоопасных зонах I уровня.

Система управления имеет защиты в аварийных ситуациях, обеспечивающей аварийную остановку электропривода и выдачей соответствующего сигнала в следующих случаях:

  • превышение усилия на выходном звене
  • заклинивание трубопроводной арматуры
  • авария сети электропитания (обрыв фаз, повышенное или пониженное напряжение, короткое замыкание)
  • перегрев электродвигателя
  • перегрузка электродвигателя
  • короткое замыкание обмоток электродвигателя
  • заклинивание вала электродвигателя
  • перегрев или переохлаждение электронного блока управления
  • ввод некорректных параметров в электронный блок.

В электроприводе предусмотрены сервисные функции, позволяющие оценить состояние блока:

  • самодиагностика внутренних электронных узлов блока и элементов электропривода
  • учет, архивирование событий пусков, количества циклов работы в энергонезависимой памяти. Эта функция также позволяет определить виновника возникшего отказа.

С целью интеграции в различные технологические процессы, оснащенные как дискретными, так и цифровыми каналами связи, в блок управления (рис. 3) интегрированы такие популярные интерфейсы как, RS-485, CAN, USB, Bluetooth, а также аналоговые каналы управления.

Дискретные каналы управления предусматривают наличие четырех входов и шести выходов. Токовое аналоговое управление строится на применении одного входа и одного выхода 4-20mA.

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 программного обеспечения блока без вскрытия его корпуса, получив доступ с мобильного телефона или компьютера. Для работы с блоком через USB пользователю предоставляется специализированное программное обеспечение MViever, которое обеспечивает управление и отображение всех параметров электронного блока , логов событий и построение графиков по всем регулируемым координатам привода: скорость, положение, момент и т.п.

Рис. 3 

Функциональная схема системы электропривода

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

Электронная система управления электропривода «Гусар» обеспечивает доступ к облачной платформе, что обеспечивает 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 программного обеспечения с функцией автообновления.

Такие функции позволяют:

  • сократить издержки на обслуживание и контроль оборудования
  • снизить риски возникновения техногенных аварий и катастроф
  • предотвратить отказы сложного оборудования и не допустить останов технологических процессов
  • предоставить достоверную информацию управляющему звену предприятия
  • сформировать гибко планируемые сроки на планово-предупредительные ремонты и обслуживание
  • идентифицировать с высокой долей вероятности причины отказов оборудования
  • минимизировать влияние неквалифицированного персонала на технологический процесс.

Цена электропривода получилась в разы меньше цены лучших зарубежных аналогов, имеющих аналогичные технические характеристики.

 

 

Борис Георгиевич Хохряков,  к.т.н.,
главный инженер ООО НПО «Сибирский Машиностроитель»

Николай Владимирович Гусев, к.т.н.,
директор ООО «Мехатроника-Томск»

Иван Георгиевич Однокопылов, к.т.н.,
ведущий разработчик встроенного ПО ООО «Мехатроника-Томск»

http://mechatronica-pro.com

Предыдущая статья:

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ СЕРВОКОНТРОЛЛЕР AC-SERVO-200

Теги

Комментарии
Пока еще нет ни одного комментария. Ваш может быть первым!
Добавить комментарий