Блок сигнализации положения цифровой

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к блокам сигнализации положения и может быть использована для установки в многооборотные электроприводы для преобразования положения выходного органа, момента на выходном органе, температуры электродвигателя - в электрические сигналы, поступающие на устройство управления, для работы электропривода в составе АСУТП.
Известен блок сигнализации положения патентообладателя ОАО «АБС ЗЭиМ Автоматизация» по патенту RU № 92949, опубликованному 27.10.2009 г., содержащий указатель положения выходного вала с элементами индикации, датчик положения, устройство управления с входами для подключения датчиков момента и температуры, размещенных в электроприводе. Недостатком данного блока является недостаточная надежность, обусловленная следующими характеристиками: низкий ресурс дискретных выходов; отсутствие резервирования цифрового интерфейса сигнализации состояния электропривода; отсутствие резервирования источника питания; невозможность местного управления электроприводом без установки дополнительного пульта управления.
Наиболее близким аналогом заявляемого устройства, взятым за прототип, является блок сигнализации положения патентообладателя ОАО «АБС ЗЭиМ Автоматизация» по патенту RU № 109550, опубликованному 05.05.2011 г., содержащий датчик положения, датчик момента, элементы индикации положения и момента, органы управления и настройки, элементы сигнализации конечных и промежуточных положений, а также сигнализации превышения крутящего момента в виде дискретных выходов типа сухой контакт (электромагнитные реле), источник токового сигнала пропорционального положению выходного вала привода с диапазоном 4-20 мА, и опционально цифровой интерфейс стандарта RS-485 для передачи положения и момента на устройство управления. Питание блока осуществляется от сети переменного тока с напряжением 220 В или от сети постоянного тока с напряжением 24 В. Недостатком данного блока является недостаточная надежность, обусловленная следующими характеристиками: низкий ресурс дискретных выходов; отсутствие резервирования цифрового интерфейса для сигнализации состояния электропривода; отсутствие резервирования источника питания; невозможность местного управления электроприводом без установки дополнительного пульта управления.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства, обеспечивающего повышенную надежность при эксплуатации.
Техническим результатом является повышение надежности.
Технический результат достигается тем, что в заявляемый блок сигнализации положения цифровой, содержащий узел основного питания, датчик положения, датчик крутящего момента, датчик температурной защиты электродвигателя, выходами соединенные с входом узла центрального процессора, узел токового сигнала положения, узел основного канала интерфейса RS-485 и узел дискретных выходов на электромагнитных реле, входами соединенные с выходом узла центрального процессора, узел индикации и управления, обменивающийся информацией с узлом центрального процессора, введены узел резервного питания, выходом соединенный с входом узла центрального процессора, узел резервного канала цифрового интерфейса RS-485 входом соединенный с выходом узла центрального процессора, дополнительные реле с возможностью формирования дискретных выходов местного управления, введены в узел дискретных выходов входом соединенный с выходом узла центрального процессора. При этом узел дискретных выходов выполнен на бистабильных электромагнитных реле с рабочим током 8 А при напряжении 220 В.
Повышение надежности достигается за счет того, что
в узле дискретных выходов применены бистабильных электромагнитные реле с большей нагрузочной способностью. Реле с рабочим током 0,5 А при напряжении 220 В заменены на реле с рабочим током 8 А при напряжении 220 В. Использование бистабильных реле позволяет повысить надежность выходов (увеличить нагрузочную способность) без увеличения мощности узла питания, которое потребовалось бы при использовании моностабильных реле;
в блок введен узел для подключения резервного питания от источника постоянного тока с напряжением 24 В, позволяющий повысить надежность при эксплуатации (при пропадании основного питания работать от резервного источника питания);
в блок введен резервный канал цифрового интерфейса стандарта RS-485, позволяющий повысить надежность при эксплуатации для сигнализации состояния электропривода;
в узел дискретных выходов введены дополнительные электромагнитные реле для формирования дискретных выходов местного управления (команды "открыть", "закрыть") при нажатии на кнопки на передней панели блока, т.е. повышение надежности при эксплуатации без установки дополнительного пульта управления.
Сущность полезной модели поясняется функциональной схемой.
На схеме приняты следующие обозначения: 1 - узел основного питания, 2 - узел резервного питания, 3 - узел индикации и управления, 4 - узел центрального процессора, 5 - узел токового сигнала положения 4-20 мА, 6 - узел основного канала интерфейса RS-485, 7 - узел резервного канала интерфейса RS-485, 8 - узел дискретных выходов, 9 - датчик положения, 10 - датчик крутящего момента, 11 - датчик температурной защиты электродвигателя, 12 - бистабильные реле, 13 - дополнительные реле.
Блок содержит следующие элементы: узел основного питания 1, представляющий собой электрическую схему, работающую от сети переменного тока с напряжением 220 В, узел резервного питания 2, представляющий собой электрическую схему, работающую от сети постоянного тока с напряжением 24 В, формирующие питающее напряжение для всех узлов блока и подающие его в узел центрального процессора 4, выполненного на микроконтроллере и предназначенного для реализации алгоритма работы датчиков, алгоритма формирования сигналов для устройства управления, алгоритма переключения источников питания, обеспечения хранения и индикации параметров и состояния электропривода. Также блок содержит датчик положения 9, представляющий собой многооборотный бесконтактный датчик угла поворота, механически связанный с выходным валом электропривода, датчик крутящего момента 10, представляющий собой бесконтактный датчик угла поворота, вал которого механически связан с валом электропривода, угловое положение которого пропорционально крутящему моменту на выходном валу электропривода, датчик температурной защиты электродвигателя 11, представляющий собой входы для подключения терморезистора расположенного в электродвигателе, сигналы с которых поступают на вход узла центрального процессора 4. Входящий в состав блока узел индикации и управления 3, представляющий собой четырехразрядный семисегментный индикатор, светодиоды индикации состояния, четыре кнопки управления и переключатель режимов работы, расположенные на передней панели блока, обменивается информацией с узлом центрального процессора 4. В состав блока также входят узлы, обрабатывающие сигналы от узла центрального процессора 4 и передающие их далее к устройству управления: узел токового сигнала положения 5, представляющий собой электрическую схему, предназначенную для формирования токового сигнала пропорционального положению вала электропривода с диапазоном 4-20 мА, узлы основного 6 и резервного 7 каналов цифрового интерфейса RS-485 для передачи информации о положении, моменте и другой диагностической информации устройству управления, узел дискретных выходов 8, состоящий из шести бистабильных реле 12 с рабочим током 8 А при напряжении 220 В, для формирования сигналов конечных и промежуточных положений, а также сигнала превышения крутящего момента на валу электропривода, двух маломощных реле 13 типа G6S-2-DC5 для формирования сигналов местного управления.
В основе работы блока сигнализации положения цифрового лежит метод контроля параметров электропривода путем отслеживания положения выходного вала электропривода с помощью датчика положения 9, отслеживания крутящего момента на валу электропривода, с помощью датчика крутящего момента 10 и контроль температуры обмотки электродвигателя с помощью датчика перегрева электродвигателя 11.
Сигнал положения выходного вала электропривода, формируемый датчиком положения 9, сигнал момента на выходном валу электропривода, формируемый датчиком момента 10 и сигнал перегрева электродвигателя, формируемый датчиком температурной защиты электродвигателя 11 поступают в узел центрального процессора 4, содержащий программное обеспечение, реализующее функциональные возможности блока. Узел центрального процессора 4, в свою очередь, в зависимости от настроек передает сигнал на узел индикации и управления 3 для индикации текущего состояния электропривода, сигнал на узел токового сигнала положения 5 для формирования токового сигнала с диапазоном 4-20 мА, пропорционального положению выходного вала электропривода, сигнал на узлы основного 6 и резервного 7 каналы цифрового интерфейса RS-485 для передачи устройству управления, сигнал на узел дискретных выходов 8 для формирования соответствующих дискретных сигналов. Узел индикации и управления 3 при нажатии на кнопки или переключении режима работы формирует сигналы, поступающие на узел центрального процессора 4, где в соответствии с алгоритмом работы программного обеспечения, выполняется изменение настроек блока или в случае переключения в режим местного управления, передается сигнал в узел дискретных выходов 8 для формирования сигналов местного управления. Узел центрального процессора 4 контролирует наличие основного и резервного питания, информация об этом поступает от узла основного питания 1 и узла резервного питания 2, и в случае пропадания основного питания узел центрального процессора 4 подает сигнал о переключении блока на работу от резервного источника питания.
Блок сигнализации положения цифровой позволяет повысить надежность при эксплуатации за счет создания резерва цифрового интерфейса сигнализации состояния электропривода и резерва источника питания за счет введения узла резервного питания, увеличить нагрузочную способность дискретных выходов за счет применения бистабильного реле с рабочим током 8 А при напряжении 220 В.
Заявляемый блок может быть неоднократно воспроизведен на современном оборудовании. Блок планируется применять в многооборотных электроприводах, что позволяет сделать вывод о соответствии его критерию «промышленная применимость» для полезной модели.