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 AUMATIC АС 01.2/АСЕ×С 01.2, согласно «Описание продукции AUMA» стр.15, опубликованное в сети Интернет по адресу http://vvww.auma.com/uploads/media/sp_import2/prospekte/antriebe/drehantriebe/pb_sa2_ac2_a_ml_ru.pdf, выполненный как надстройка к механизму в собственном корпусе, содержащий электронные компоненты, в состав которых входят: блок управления электродвигателем (силовой коммутатор) выполненный на основе электромеханических контакторов или тиристоров, блок центрального процессора, блок связи по сетевым интерфейсам (MODBUS или PROFIBUS), блок связи по беспроводному интерфейсу (Bluetooth), автономный пульт настройки и управления. Этот контроллер является наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели.
Недостатком известного контроллера является наличие значительных скачков тока и перенапряжение в сети питания при пуске электродвигателя, что повышает вероятность отказов и повреждений электродвигателя и предъявляет повышенные требования к системе электропитания, т.е. снижает надежность и эффективность работы контроллера.
Технический результат заявляемой полезной модели предусматривает повышение надежности контроллера и эффективности его работы.
Указанный технический результат достигается тем, что в контроллере для управления электрическим исполнительным механизмом расположенном в корпусе и содержащем электронные компоненты, в состав которых входят блок управления электродвигателем соединенный с блоком центрального процессора и узел беспроводной связи, автономный пульт настройки и управления, выполненный с возможностью осуществления связи согласно стандарту беспроводной связи, блок управления электродвигателем выполнен по схеме преобразователя частоты и состоит из выпрямителя, силовых элементов и микроконтроллера. Причем силовые элементы блока управления электродвигателем выполнены на IGBT транзисторах, а стандартом беспроводной связи является ZigBee.
Сущность полезной модели поясняется функциональной схемой заявляемого контроллера. На схеме 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 управления электродвигателем, выполненный по схеме преобразователя частоты (инверторная схема), 8 - блок токовой защиты, 9 - узел беспроводной связи, выполненный по стандарту ZigBee, 10 - автономный пульт настройки и управления, 11 - датчик положения вала механизма, 12 - датчик крутящего момента, 13 - датчик температурной защиты электродвигателя, 14 - электрический исполнительный механизм, 15 - выпрямитель, 16 - микроконтроллер, 17 - силовые элементы, выполненные на IGBT транзисторах.
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 управления электродвигателем 7 выполненный по схеме преобразователя частоты, 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 посредством узла беспроводной связи 9 согласно стандарту ZigBee, 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. Включает в себя органы управления: ключ-селектор, кнопки управления, выполненные на магнитном эффекте; органы индикации контроллера: дисплей; цифровой индикатор, обеспечивающий индикацию текущего положения выходного органа при наличии и отсутствии основного питания контроллера, светодиодные индикаторы.
Блок управления электродвигателем 7 выполнен по схеме преобразователя частоты и состоит из выпрямителя 15 предназначенного для формирования из однофазного или трехфазного входного напряжения переменного тока, постоянного напряжения для питания силовых элементов 17. Силовые элементы 17, выполненные на IGBT транзисторах, коммутируют цепи в соответствии с алгоритмом заданным микроконтроллером 16 для формирования на выходе трехфазного напряжения переменного тока предназначенного для питания электродвигателя. Микроконтроллер 16 в соответствии с алгоритмом работы управляет силовыми элементами 17 и позволят изменять амплитуды и частоту выходного напряжения.
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 управления электродвигателем 7, что бы исполнить сигнал внешнего управляющего устройства. Одновременно БЦП получает информацию с блока защиты по току 8 о силе тока 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 обеспечивает самодиагностику, контроль состояния и защиту исполнительного механизма с выводом диагностических сообщений на дисплей узла индикации и местного управления.
Контроллер может автономно выполнять более сложные виды управления движением исполнительного механизма, например, изменение скорости движения, 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.
Контроллер может управляться от внешнего управляющего устройства дискретными сигналами, аналоговыми сигналами или сетевым информационным сигналом, что определяется видом узла сопряжения 4, а также от автономного пульта настройки и управления 10.
Контроллер для управления электрическим исполнительным механизмом позволяет устранить недостатки известного устройства, за счет:
- выполнения блока управления электродвигателем по схеме преобразователя частоты позволяющего: выполнять плавный пуск электродвигателя без скачка тока в питающей сети, повысить точность работы механизма в режиме регулирования путем плавного изменения скорости вращения электродвигателя, управлять 3-х фазным электродвигателем при питании от однофазной сети;
- выполнения узла беспроводной связи по стандарту ZigBee позволяет объединять контроллеры в единую беспроводную сеть, которая обеспечивает передачу диагностической информации на головное устройство.
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.