СТАЦИОНАРНЫЙ ДАТЧИК КОНТРОЛЯ "СКМ" (SKM") ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СТАНКОВ-КАЧАЛОК

Предлагаемый датчик относится к контрольно-измерительной технике и предназначен к использованию в нефтедобывающей промышленности для автоматизации измерений мощности, потребляемой электродвигателем станка-качалки, с целью определения технического состояния оборудования и повышения безопасности выполнения измерений. Датчик также может быть использован для контроля технического состояния другого динамического оборудования.
Известно предназначенное для этих целей устройство - выносной делитель напряжения IP30, разработанное ООО HПП «РОС». Прототип содержит блок защиты от перенапряжения, блок питания устройства, блок питания токовых клещей, блок гальванической развязки, блок ограничения выхода. Минимально возможная фазовая задержка сигнала, обеспечиваемая блоком гальванической развязки, 50 мкс.
Алгоритм преобразования непрерывных электрических сигналов заключается в следующем: по току - в приеме сигнала с токовых клещей, пропорционального току и трансляции на выходной разъем устройства, напряжение с одной из фаз станции управления станком-качалкой подается в блок гальванической развязки, где преобразуется в изолированный сигнал пропорциональный входному напряжению, и далее транслируется на выходной разъем. Необходимо отметить, что прототип IP30 является переносным устройством, поэтому для его подключения требуется остановка станка-качалки для проведения подключения устройства к станции
управления. Преобразованные сигналы тока и напряжения транслируются на выходной разъем прототипа непосредственно при его подключении.
Рассмотренный алгоритм выявляет три существенных недостатка прототипа.
Во-первых, необходимость предварительного отключения станка-качалки.
Во-вторых, подключение прибора к станции управления может осуществляться только квалифицированным персоналом с группой допуска не ниже III по электробезопасности. Это обусловлено тем, что работа непосредственно внутри станции управления станком-качалкой сопряжена с повышенной опасностью поражения электрическим током.
В-третьих, преобразование сигнала напряжения производится через блок гальванической развязки, который, в свою очередь, вносит дополнительную погрешность измерения за счет присутствия фазовой задержки. Блок гальванической развязки необходим для предотвращения поражения электрическим током в случае некорректного подключения устройства.
Отмеченные недостатки выявлены трехлетним опытом эксплуатации прототипа и устранены в предлагаемом устройстве, которое является стационарно устанавливаемым устройством и в котором отсутствует блок гальванической развязки. Возможность исключения блока гальванической развязки обусловлена тем, что монтаж датчика производится однократно квалифицированными специалистами в соответствии с необходимыми требованиями эксплуатации.
Предлагаемое устройство отличается от прототипа IP30 тем, что является стационарным устройством и устанавливается в шкаф станции управления станком-качалкой, при этом преобразование сигнала тока производится посредством бесконтактного трансформатора тока, который обеспечивает более высокую точность измерения тока по сравнению с клещами, используемыми в прототипе, преобразование сигнала напряжения
производится с помощью прецизионного делителя напряжения, который не дает фазового сдвига и тем самым увеличивает точность измерения, блок настройки коэффициентов преобразования обеспечивает универсальный для всех устройств данного типа коэффициент преобразования, блок управления выходом обесточивает выходной разъем устройства в статическом режиме функционирования, а в динамический режим работы (режим измерения) устройство переходит только по разрешающему сигналу от регистрирующего прибора, причем на выходной разъем транслируются преобразованные сигналы. При этом вход бесконтактного трансформатора тока и вход прецизионного делителя напряжения соединены с выходами блока защиты от перенапряжения, один выход бесконтактного трансформатора тока соединен с входом магнитного пускателя, а другой выход - с первым входом блока настройки коэффициентов преобразования, второй вход которого соединен с выходом прецизионного делителя напряжения, два выхода блока настройки коэффициентов преобразования соединены с двумя входами блока управления выходом, два других входа которого и один выход соединены с выходным разъемом, выход блока питания соединен с входом блока настройки коэффициентов преобразования и входом блока управления выходом.
На чертеже (фигуре) приведена функциональная блок-схема предлагаемого устройства, которая содержит блок защиты от перенапряжения (1), трансформатор тока (2), прецизионный делитель напряжения (3), блок питания устройства (4), блок настройки коэффициентов преобразования (5) и блок управления выходом (6).
Устройство работает следующим образом. Напряжение с одной из фаз, равное ~220+/-20% В, подводится к данному устройству. В случае превышения входного напряжения уровня ~270 В блок защиты от перенапряжения (1) предотвращает выход устройства из строя. Пройдя через блок защиты, напряжение подается в прецизионный делитель напряжения (3)
и блок питания (4), который обеспечивает питание для всех блоков устройства, в нем имеется схема ограничения тока, которая обеспечивает ограничение тока короткого замыкания до 10 мА. Прецизионный делитель напряжения (3) уменьшает входное напряжение до необходимого уровня и транслирует его на входной усилитель блока настройки коэффициентов преобразования (5). Проводник с током, потребляемым нагрузкой (электродвигателем станка-качалки), проходит непосредственно через трансформатор тока (2) устройства без нарушения изоляции. Выходной сигнал трансформатора тока (2), пропорциональный потребляемому нагрузкой току, также поступает на входной усилитель блока настройки коэффициентов преобразования (5). Блок настройки коэффициентов (5) служит для точной настройки уровней выходных сигналов тока и напряжения. Выход блока (5) непосредственно связан с блоком управления выходом (6), в котором также имеется схема ограничения уровня выходного напряжения, срабатывающая при превышении уровня 5 В, преобразованные сигналы транслируются на выходной разъем устройства только в случае получения внешнего управляющего сигнала от регистрирующего устройства.
Таким образом, предлагаемый стационарный датчик контроля «СКМ» («SKM») технического состояния станков-качалок, предназначенный для преобразования непрерывных электрических сигналов тока и напряжения в непрерывные электрические сигналы с заданным коэффициентом преобразования, устраняет недостатки прототипа IP30 и обеспечивает:
- повышение точности измерений;
- проведение измерений на работающем оборудовании без предварительного отключения станка-качалки;
- минимизацию численности диагностического персонала и трудоемкости проведения «полевых» измерений;
- отсутствие напряжения на выходном разъеме в статическом режиме функционирования;
- отсутствие превышения напряжения на выходном разъеме более 5 В и тока (короткого замыкания) более 10 мА в динамическом режиме функционирования (режиме измерения).