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 контроллер для управления электрическим исполнительным механизмом (RU №95866), размещенный в корпусе исполнительного механизма, содержащий электронные компоненты, в состав которых входят узел индикации работы контроллера, противоконденсатный нагревательный элемент, автономный пульт настройки и управления. Это устройство является наиболее близким техническим решением к заявляемому.
Недостатком известного контроллера является невозможность его использования и настройки в сложных эксплуатационных условиях, например - во взрывоопасной зоне из-за отсутствия взрывозащищенной оболочки, в сложных климатических условиях при температурах до минус 60°С. Автономный пульт управления обеспечивает обмен информацией только в зоне прямой видимости по инфракрасному каналу.
Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение возможности использования и настройки контролера в сложных эксплуатационных условиях.
Технический результат полезной модели достигается тем, что контроллер для управления электрическим исполнительным механизмом содержащий электронные компоненты, в состав которых входит узел индикации работы контроллера, нагревательный элемент, автономный пульт настройки и управления, размещен в отдельной взрывозащищенной оболочке состоящей из корпуса, на торцах которого выполнены клеммный отсек с кабельными вводами, и передняя панель с защитными буртиками, смотровым окном и органами местного управления, соединенная с корпусом через механическое соединение, выполненное с возможностью поворота на угол кратный 90° в плоскости его сочленения, основания с направляющими для установки на электрический исполнительный механизм, в состав электронных компонентов введен узел контроля температуры внутреннего пространства связанный с нагревательным элементом. За смотровым окном передней панели расположен узел индикации работы контроллера, содержащий дисплей, цифровой индикатор и светодиодные индикаторы. Органы местного управления содержат, по меньшей мере, кнопки и ключ-селектор. Автономный пульт настройки и управления выполнен с возможностью осуществления связи согласно стандарту беспроводной связи, по меньшей мере, ZigBee или Bluetooth.
На фигуре 1 приняты следующие обозначения: 1 - блок питания, 2 - узел контроля температуры внутреннего пространства, 3 - нагревательный элемент, 4 - узел сопряжения, 5 - блок центрального процессора, 6 - узел индикации и местного управления, 7 - блок бесконтактной силовой коммутации, 8 - блок токовой защиты, 9 - узел беспроводного интерфейса, 10 - автономный пульт настройки и управления, 11 - датчик положения вала механизма, 12 - датчик крутящего момента, 13 - датчик температурной защиты электродвигателя, 14 - электрический исполнительный механизм.
Контроллер для управления электрическим исполнительным механизмом содержит электронные компоненты, в состав которых входят бесконтактный однооборотный или многооборотный датчик положения 11 выходного вала исполнительного механизма 14, датчик крутящего момента 13, выполненные на эффекте Холла, блок бесконтактной силовой коммутации 7 на тиристорах для управления электродвигателем исполнительного механизма 14, блок центрального процессора (БЦП) 5 предназначенный для реализации алгоритма управления и защиты механизма, обеспечения хранения и индикации параметров и состояния механизма, обмена данными с устройствами верхнего уровня, узел сопряжения 4 для подключения к внешним управляющим устройствам, блок токовой защиты 8 обеспечивает защиту контроллера от токовых перегрузок, блок питания 1. В состав контроллера так же входят управляемый БЦП нагревательный элемент 3, узел 2 контроля температуры внутреннего пространства обеспечивающий предварительный прогрев внутреннего пространства контроллера до температуры допустимой для электронных компонентов при более низкой температуре окружающей среды (до минус 60°С), включая нагревательный элемент.
Автономный пульт настройки и управления 10 с дисплеем и клавиатурой, обеспечивающий обмен информацией с БЦП согласно стандарту беспроводной связи, например ZigBee или Bluetooth, для настройки и управления контроллером дистанционно, причем контроллер может быть установлен в труднодоступном месте в пределах дальности действия беспроводной связи.
Узел индикации и местного управления 6 предназначен для задания режимов работы контроллера, местного управления механизмом, индикации параметров и состояний механизма в процессе работы и настройки.
Конструкция контроллера (Фиг.2) состоит из обеспечивающего взрывобезопасность взрывонепроницаемой оболочки - корпуса 15 с размещенными внутри платами с электронными компонентами, передней панели 16 с узлом 6 индикации и местного управления и клеммного отсека 17 с кабельными вводами 18 расположенными на торце корпуса 15, основания 19 с направляющими для установки на электрический исполнительный механизм 14. Подключение внешних сигналов осуществляется через кабельные вводы в клеммном отсеке 17 контроллера. На передней панели 16 выполнены защитные буртики 20 для защиты узла 6 индикации и местного управления от механических повреждений, и прозрачное смотровое окно 21 для защиты органов индикации. Передняя панель 16 соединена с корпусом 15 через механическое соединение, выполненное с возможностью поворота на угол кратный 90° в плоскости его сочленения.
Узел индикации и местного управления 6 включает в себя следующие органы управления: ключ-селектор 22, обеспечивающий возможность установки навесного замка для ограничения доступа к переключению режимов управления; элементы управления - кнопки 23: открытия, закрытия, останова выходного органа и сброса; и защищенные смотровым стеклом окна 21 органы индикации контроллера - дисплей 24 на основе жидкокристаллического индикатора, включающий 4 строки по 16 символов; цифровой индикатор 25, обеспечивающий индикацию текущего положения выходного органа при наличии и отсутствии основного питания контроллера; светодиодные индикаторы 26.
Основной функцией контроллера является управление электрическим исполнительным механизмом в соответствии с командами, получаемыми от различных источников управления. В основе работы контроллера лежит метод управления электродвигателем механизма путем отслеживания углового положения вала механизма с помощью датчика положения, механически связанного с выходным валом механизма и крутящего момента на выходном валу механизма отслеживаемый датчиком момента, то есть БЦП 5 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 8 о силе токе электродвигателя исполнительного механизма 14, сопоставляя ее с информацией с датчика крутящего момента 12, 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.
Контроллер для управления электрическим исполнительным механизмом позволяет устранить недостатки известного устройства, обеспечивая возможность использования и настройки контролера в сложных эксплуатационных условиях, включающих взрывоопасную зону, повышенное воздействие влаги и пыли за счет выполнения контроллера в виде электронного блока в отдельном корпусе, сложные климатические условия за счет введения узла контроля температуры внутреннего пространства и установку механизма в труднодоступном месте за счет выполнение автономного пульта настройки и управления с возможностью обмена информацией с БЦП согласно стандарту беспроводной связи ZigBee или Bluetooth.
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.