КОНТРОЛЛЕР ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫМ МЕХАНИЗМОМ

Полезная модель относится к машиностроению, в частности - к исполнительным механизмам и приводам, управляющим трубопроводной арматурой (например, задвижками или шаровыми кранами), и может быть использована для дистанционного и/или автоматического регулирования и управления потоками жидких или газообразных сред с помощью аппаратуры, установленной на трубопроводах различного назначения.
Известен полевой контроллер для управления электрическими исполнительными механизмами (RU №19936, МПК 7 G05B 13/00), содержащий связанный с электрическим исполнительным механизмом датчик положения выходного вала механизма, блок бесконтактной силовой коммутации, соединенный с блоком центрального процессора, узел сопряжения, связанный с внешним управляющим устройством, блок защиты по току, узел индикации и блок питания. Это устройство является наиболее близким техническим решением к заявляемому.
Недостатком известного контроллера является то, что функции управления механизмом осуществляются посредством системного контроллера по полевой магистрали, что влечет расширение физических связей и приводит к большому числу контактов, что снижает надежность работы контроллера в целом.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение надежности в работе контроллера и технологичности изготовления контроллера, т.е. создание контроллера характеризующегося компактной компоновкой, недорогой сборкой приспособленной к освоенным технологическим процессам и оборудованию, универсальностью за счет использования взаимозаменяемых блоков и узлов.
Технический результат полезной модели достигается тем, что в контроллер для управления электрическим исполнительным механизмом содержащий бесконтактный датчик положения выходного вала механизма, блок бесконтактной силовой коммутации для управления двигателем, соединенный по цепям управления с блоком центрального процессора, который осуществляет дешифрацию сообщений и команд, преобразование аналоговых сигналов с датчика положения выходного вала механизма в цифровую форму, подключение к внешнему управляющему устройству через узел сопряжения, блок защиты по току в цепи между блоком бесконтактной силовой коммутации и электрическим исполнительным механизмом, расположенным в корпусе под крышкой, автономный пульт управления и блок питания, введены узел индикации работы контроллера связанный с выходами блока центрального процессора и датчика положения, датчик крутящего момента расположенный на выходном валу исполнительного механизма и связанный с входом блока центрального процессора, противоконденсатный нагревательный элемент, управляемый блоком центрального процессора, причем узлы контроллера размещены под крышкой исполнительного механизма на несущей панели, которая одновременно является радиатором охлаждения для элементов блока бесконтактной силовой коммутации. Узел индикации работы контроллера выполнен в виде светодиодных индикаторов и механического указателя положения, связанного с датчиком положения через механическую передачу. Крышка исполнительного механизма содержит окно для обзора узла индикации контроллера. Автономный пульт управления обеспечивает обмен информацией с блоком центрального процессора по беспроводным каналам связи, по крайней мере, по инфракрасному каналу. Узел сопряжения выполнен в виде отдельного мезонина.
На фигуре 1 представлена блок-схема контроллера для управления электрическим исполнительным механизмом, а на фигуре 2 - конструктивное выполнение контроллера под крышкой исполнительного механизма (в разрезе).
На фигуре 1 приняты следующие обозначения: 1 - блок питания, 2 - датчик положения выходного вала механизма, 3 - датчик крутящего момента, 4 - блок защиты по току, 5 - противоконденсатный нагревательный элемент, 6 - блок центрального процессора, 7 - блок бесконтактного силового коммутатора, 8 - узел индикации работы контроллера, 9 - узел сопряжения, 10 - автономный пульт настройки и управления, 11 - электрический исполнительный механизм.
Контроллер для управления электрическим исполнительным механизмом содержит бесконтактный датчик положения 2 выходного вала исполнительного механизма 11 выполненный на эффекте Холла, датчик крутящего момента 3 на выходном валу исполнительного механизма 11, блок бесконтактной силовой коммутации 7 на тиристорах для управления электродвигателем исполнительного механизма 11, блок центрального процессора (БЦП) 6, узел сопряжения 9 для подключения к внешним управляющим устройствам, блок защиты по току 4, блок питания 1. В состав контроллера так же входят управляемый БЦП противоконденсатный нагревательный элемент 5 для подсушки внутреннего пространства механизма и создания оптимальных микроклиматических условий в условиях эксплуатации, узел индикации 8 работы контроллера в виде светодиодных индикаторов и механического указателя положения, связанного через механическую передачу с датчиком положения, автономный пульт настройки 1 и управления 10 с дисплеем и клавиатурой, обеспечивающий обмен информацией с БЦП по инфракрасному каналу связи для настройки и управления контроллером дистанционно. Узел сопряжения 9 выполнен в виде отдельного мезонина, для подключения контроллера к внешнему управляющему устройству. Это легкозаменяемый блок, различные виды которого позволяют подключать контроллер, и соответственно исполнительный механизм к любым внешним управляющим устройствам.
Конструктивно (фиг.2) контроллер для управления электрическим исполнительным механизмом размещен под крышкой 12 исполнительного механизма 11 на месте стандартного датчика и соответствует его установочным и габаритным параметрам. Все блоки и узлы контроллера размещены на несущей панели 13, которая одновременно является радиатором охлаждения для элементов блока бесконтактной силовой коммутации 7. На крышке 12 исполнительного механизма расположено окно 14 для обзора узла индикации 8 контроллера.
В основе работы контроллера лежит метод управления электродвигателем механизма путем отслеживания углового положения вала механизма с помощью магниточувствительного датчика, механически связанного с выходным валом механизма и крутящего момента на выходном валу механизма отслеживаемого датчиком крутящего момента. БЦП 6 получает сигналы управления исполнительным механизмом, например «открыть», от внешнего управляющего устройства через узел сопряжения 9, дешифрировав этот сигнал БЦП выдает команду, например «открыть», на включение бесконтактного силового коммутатора 7, который подает электрический ток на электродвигатель исполнительного механизма, и одновременно получает информацию с датчика положения 2 об угловом положении выходного вала исполнительного механизма, информацию с датчик крутящего момента 3 о моменте на выходном валу исполнительного механизма, то есть получает информацию о параметрах исполнительного механизма в конкретный момент времени, анализирует их и выдает такую команду на блок силового коммутатора 7, что бы исполнить сигнал внешнего управляющего устройства. Одновременно БЦП получает информацию с блока защиты по току 4 о силе токе электродвигателя исполнительного механизма 11, сопоставляя ее с информацией с датчика крутящего момента 3, осуществляется проверка исправности как электродвигателя так и исполнительного механизма в целом. БЦП так же имеет вход, к которому можно подключить датчик перегрева электродвигателя, который обычно располагается в обмотках электродвигателя. По этой совокупности информации БЦП продолжает управлять электродвигателем исполнительного механизма, либо отключает его в защитных целях. Информацию о параметрах исполнительного механизма, выполняемой команде БЦП индицирует через узел индикации 8, а также передает через узел сопряжения 9 внешнему управляющему устройству. Причем узел индикации имеет механический указатель положения, связанный через механическую передачу с датчиком положения 2, что позволяет визуально контролировать угловое положение выходного вала исполнительного механизма при отсутствии электрического питания. Для создания микроклимата под крышкой 12 исполнительного механизма в контроллере имеется нагревательный элемент 5 управляемый от БЦП встроенным температурным датчиком.
Контроллер может автономно выполнять более сложные виды управления движением исполнительного механизма, например, старт-стопное движение, позиционирование, аварийное управление по отдельному дискретному или сетевому сигналу. Контроллер самостоятельно останавливает исполнительный механизм при достижении конечных положений, либо заданной величины момента при закрытии и/или открытии арматуры. Параметры настройки контроллера могут быть заданы с помощью автономного пульта настройки и управления 10 с беспроводным интерфейсом или информационной сети и сохраняются в энергонезависимой памяти. Причем беспроводный интерфейс позволяет настраивать параметры контроллера без снятия крышки исполнительного механизма, то есть, не нарушая целостности исполнительного механизма. Контроллер может управляться от внешнего управляющего устройства дискретными сигналами, аналоговыми сигналами или сетевым информационным сигналом, что определяется видом узла сопряжения 9, а также от автономного пульта настройки и управления 10.
Контроллер для управления электрическим исполнительным механизмом установленный внутри исполнительного механизма с датчиком крутящего момента позволяет устранить недостатки известного устройства за счет сокращения количества оборудования, линий связи, силовых кабелей, т.е. повысить надежность в работе контроллера. Кроме того, за счет введения противоконденсатного нагревательного элемента, механического указателя положения и светодиодных индикаторов режимов работы контроллера удалось существенно повысить удобство при эксплуатации исполнительного механизма с установленным в него контроллером. Размещение всех узлов на несущей панели, являющейся одновременно радиатором охлаждения, позволяет создать компактную конструкцию контроллера характеризующейся упрощенной и недорогой сборкой, приспособленной к освоенным технологическим процессам и имеющемуся оборудованию. Заявляемый контроллер планируется применить для управления запорно-регулирующим органом трубопроводной арматуры в разрабатываемых исполнительных механизмах, что позволяет сделать вывод о соответствии его критерию «промышленная применимость» для полезной модели.