CC BY
123
В настоящее время проводятся приемочные испытания унифицированного взрывозащищенного запорно-регулирующего ЭИМ МЗОВУ-(500-1600) с настраиваемым, номинальным крутящим моментом от 500 до 1600 Нм. В 2011 году закончились работы, и предприятие приступило к серийному производству регулирующих прямоходных электроприводов типа ЭПП-6300Р на усилие 6300 Н для ЖКХ.
Список литературы
1. Продукция Курского ОАО «Прибор» нефтяникам и газовикам // Газнефтепром. №10. 2010. С. 6.
S.V. Lugovskoy
THE DEVELOPMENT STAGE AND MARKETING OF SINGLE-TURN & LINEAR ELECTRIC ACTUATORS FOR ELECTRIC-OPERATED VALVES DESIGNED BY THE KURSK JSC «PRIBOR»
The brief analysis of development and marketing of civil production of the Kursk JSC «Pribor» is given. Since 1992-1994 we have been designing and manufacturing electric valve operators and actuators for industries, based on our proprietary design and process solutions. Now actuators made by Kursk JSC «Pribor» are successfully used with quick-closing, shutoff and control valves in different industries.
Key words: Shutoff and Control Electric Actuator, a pipeline fittings.
Получено 18.10.11
УДК 621.646-83
В. А. Мозжечков, д-р техн. наук, гл. инженер, (4876) 79-65-58, [email protected],
В.К. Борисов, канд. техн. наук, гл. специалист (4876) 79-65-58, [email protected] (Россия, Тула, ЗАО «ИТЦ «Привод»), А.С. Савин, асп., 8 (920) 756-97-41, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ СЕРИИ ЭП4
Описаны варианты исполнений, функциональные возможности, технические характерные и отличительные особенности многооборотных электроприводов трубопроводной арматуры серии ЭП4. Указаны общие тенденции развития конструкций электроприводов трубопроводной арматуры, нашедшие свое отражение в электроприводах рассматриваемой серии.
Ключевые слова: электропривод, трубопроводная арматура.
Одним из наиболее массовых типов электроприводов являются электроприводы, используемые для управления положением запорного ор-
гана трубопроводной арматуры [1, 2], разновидностями которой являются вентили, задвижки, затворы, краны, клапаны и т.п.
Современные конструкции электроприводов трубопроводной арматуры отражают результаты творческого труда конструкторов и технологов многих компаний различных стран мира на протяжении нескольких десятилетий. Вместе с тем процесс развития данного класса электроприводов не прекращается, а направления их совершенствования имеют не мало общего, несмотря на многочисленность компаний, участвующих в данном процессе.
Общими тенденциями развития рассматриваемого класса приводов в настоящее время являются [3]:
1. Расширение спектра предлагаемых моделей приводов: от предельно простых и дешевых до максимально функциональных моделей, на основе развития и совершенствования принципов модульного построения привода.
2. Расширение диапазона и дробности предлагаемых значений крутящего момента и скорости выходного звена привода, как в сторону сверхмалых, так и в сторону сверхбольших мощностей.
3. Рост многообразия функций реализуемых приводом, проявляющийся, в частности, в расширении перечня контролируемых параметров, в развитии функций настройки и самодиагностики привода, в расширении функций управления, в развитии сетевых протоколов и беспроводных средств передачи данных, насыщение электронными средствами управления и сигнализации с расширенными функциональными возможностями все более широкой номенклатуры приводов.
4. Интеграция в современные системы АСУ ТП, предполагающие реализацию процессов управления посредством приема/передачи слаботочных сигналов управления и сигналов обратной связи о состоянии привода преимущественно по цифровыми каналами связи.
5. Реализация функций диагностики и самодиагностики.
6. Повышение надежности приводов на основе предельного упрощения механики и сокращения количества подвижных деталей, предупреждения неисправностей на основе их ранней диагностики, защитного отключения двигателя, термостабилизации наиболее важных модулей.
7. Минимизация работ по техническому обслуживанию привода на основе применения все более совершенных материалов (уплотнения и смазки), а также на основе рационального планирования работ по предупредительному ремонту на основе диагностических функций «интеллектуального» модуля привода, функций учета и просмотра (в том числе и уда-
ленного) информации об истории функционирования привода и о его современном состоянии.
Перечисленные тенденции нашли свое отражение в конструкции электроприводов серии ЭП4, разработанных ЗАО «ИТЦ «Привод» (г.Тула) и поставленных на серийное производство заводом ЗАО «Тулаэлектропривод». Многооборотные электроприводы серии ЭП4 (рисунок) предназначены для автоматизации управления трубопроводной арматурой широкой номенклатуры.
С целью удовлетворения существенно различающихся и чрезвычайно разнообразных запросов потребителей электроприводы ЭП4 имеют модульное построение. Основными модулями электроприводов ЭП4 являются модули: редуктора, двигателя, ручного дублера, управления, электропитания. Сочетания различных вариантов исполнений указанных модулей составляют множество различных вариантов исполнений электроприводов ЭП4.
Спектр предлагаемых моделей
Электроприводы ЭП4 (см. рисунок) различаются:
1. По режимам работы: для использования в сочетании с регулирующей и с запорной арматурой.
2. По назначению применения: на общепромышленные, взрывоза-щищенные, рудничные, для атомных станций (АС) в вариантах как для обслуживаемых помещений, так и для гермозоны АС.
3. По типу присоединительного фланца: тип М, А, Б, В, Г, Д по ОСТ 26-07-763 и тип Б07.. .Б42 по ИСО 5210.
4. По типу используемого модуля управления:
- с электронным интеллектуальным модулем управления (ЭИМУ);
- с электронным блоком концевых выключателей (ЭБКВ);
- с механическим блоком концевых выключателей (МБКВ).
5. По нижнему значению рабочего диапазона температур: -25, -40 и 60 °С.
6. По типу соединения вала привода с валом арматуры: кулачковое соединение, присоединение под квадрат, присоединение по стандарту ИСО 5210.
7. По направлению вращения выходного вала при вращении ручного дублера по часовой стрелке (режим стандартного закрывания арматуры): по часовой стрелке и против часовой стрелки.
8. Степень защиты корпуса привода от проникновения пыли и воды: 1Р66, 1Р67; 1Р68 по ГОСТ 14254.
9. По электрическому подключению: кабельные вводы или штепсельное подключение.
10. По напряжению электропитания: 220, 380, 660 В.
а
б
в
г
Электроприводы серии ЭП4: а - конструктивная схема 41, крутящий момент Mn от 60 до 500 Нм, частота вращения <Dn от 4 до 180 об/мин, мощность двигателя от 0,18 до 6,3 кВт; б - конструктивная схема 410, крутящий момент Mn от
630 до 2000 Н-м, частота вращения &п 4-90 об/мин, мощность двигателя от 0,18 до 6,3 кВт; в - конструктивная схема 43, крутящий
момент Mn от 2000...8000 Н-м, частота вращения оп от 4 до 90 об/мин, мощность двигателя от 5,6 до 20 кВт; г - конструктивная схема 430, крутящий момент Mn от 12 до 24 кН-м, частота вращения ®п от 4 до 11 об/мин, мощность двигателя от 5,6 до 20 кВт
Диапазон крутящих моментов и скоростей
Электроприводы ЭП4 имеют широкий диапазон и высокую дробность предлагаемых значений крутящего момента (верхний предел настройки ограничителя крутящего момента): 60; 120; 250; 500; 630; 1000; 1500; 1000; 2000; 4000; 8000; 12000; 24000 Нм, а также значений частоты
вращения выходного вала привода: 4; 5,6; 8; 11; 16; 22; 32; 45; 63; 90; 125; 180 об/мин.
Указанные сочетания крутящих моментов и частот вращения достигаются в результате применения асинхронных 3-фазных электродвигателей мощностью от 0,18 до 30 кВт.
Весь диапазон указанных крутящих моментов обеспечивается четырьмя основными конструктивными схемами приводов ЭП4 (см. рисунок), получившими условное обозначение 41, 410, 43, 430.
Функциональные возможности
Приводы ЭП4 реализуют широкий набор функций, различающийся в зависимости от используемого модуля управления.
Электроприводы с электронным интеллектуальным модулем управления (ЭИМУ) оснащены микропроцессорной системой управления с набором датчиков, аппаратурой включения/выключения двигателя, местным кнопочным пультом настройки/управления и элементами индикации состояний привода (дисплей, одиночные и семисегментные светодиоды). Электроприводы в указанном исполнении реализуют функции, перечисленные в табл. 1.
Таблица 1
Функциональные возможности электроприводов серии ЭП4 с ЭИМУ
Управление приводом:
- включение на открытие, закрытие и останов привода по командам от местного (встроенного в привод) и удаленного пульта управления;
- позиционирование выходного вала;
- пошаговое перемещение выходного вала;
- ручное переключение из автоматического режима управления в режим ручной работы;
- вращение выходного вала посредством ручного дублера привода;
- автоматическое переключение из ручного режима в автоматический при подаче электропитания на двигатель привода._
Прием и передача данных:
- прием дискретных сигналов управления (открытие, закрытие и останов) от удаленного пульта;
- прием аналогового сигнала задания положения выходного вала 4.20 шЛ;
- передача текущих значений положения выходного вала и момента нагрузки посредством токовых сигналов 4.20 шЛ;
- передача 6 дискретных сигналов «сухой контакт»;
- прием и передача данных посредством интерфейса ЯБ-485 по протоколам МоёЬш или РгойЬш.
Окончание табл. 1
Блокировки:
- запрет реверса без остановки на заданное время;
- запрет включения двигателя в направлении, при котором произошло достижение крайнего положения выходного вала или предельного значения движущего момента, без его остановки на заданное время;
- запрет несанкционированного задания параметров привода;
- байпас аварийного сигнала момента._
Защитное отключение:
- выключение двигателя при обрыве одной и более фаз питания;
- выключение при превышении допустимого значения момента;
- выключение при отсутствии движения за заданное времени;
- выключение при превышении температуры двигателя;
- перевод вала в назначенное положение и выключение двигателя при потере связи в режиме удаленного управления.
Индикация:
- текущего положения выходного вала привода;
- крайних и двух промежуточных положений;
- текущего значения движущего момента;
- факта вращения выходного вала привода;
- направления вращения выходного вала привода;
- режима работы;
- аварийных ситуаций;
- наличия электропитания. Настройки привода:
- задание крайних и промежуточных положений выходного вала;
- задание предельных значений движущего момента;
- задание времени остановки перед включением реверса;
- спецификация входных и выходных дискретных сигналов;
- спецификация данных, передаваемых по интерфейсу ЯБ485;
- задание параметров функций блокировки и отключения;
- спецификация данных, отражаемых светоиндикаторами. Просмотр переменных состояния, настройки и истории функционирования привода
Регистрация служебной информации и информации об истории функционирования привода
Регулирование температуры приборного отсека
Функциональные возможности интеллектуальных приводов ЭП4 не уступают, а по ряду характеристик превосходят возможности зарубежных аналогов.
В сравнении с зарубежными аналогами интеллектуальный модуль управления приводом ЭП4 обладает рядом преимуществ, к которым относятся:
- управление двигателем мощностью до 20 кВт;
- сейсмостойкость и вибростойкость в диапазоне ускорений до 8,25 g и частот вибрационных воздействий до 200 Гц;
- повышенный уровень помехозащищенности (в линиях логических входов управления приводом (24 В) в режиме повышенной помехоустойчивости токи в цепях управления имеют повышенные значения - до 30 мА, что значительно больше в сравнении с обычным режимом (10 мА), традиционно реализуемом в импортных аналогах.
Электроприводы с электронным блоком концевых выключателей (ЭБКВ) оснащены микропроцессорной системой управления с набором датчиков, местным кнопочным пультом настройки/управления и элементами индикации состояний привода. Однако, они не содержат аппаратуры включения/выключения двигателя привода. Электроприводы в указанном исполнении реализуют функции, перечисленные в табл. 2.
Таблица 2
Функциональные возможности электроприводов серии ЭП4 с ЭБКВ
Управление приводом:
- вращение выходного вала привода посредством электродвигателя привода в направлении закрытия и открытия арматуры (автоматическое управление арматурой), электродвигатель привода подключается к сети питания внешней аппаратурой по командам, формируемым в удаленном пульте управления;
- вращение выходного вала привода посредством ручного дублера в направлении закрытия и открытия арматуры (ручное управление арматурой);
- ручное переключение из автоматического режима управления арматурой в режим ручного управления арматурой;
- автоматическое переключение из ручного режима управления арматурой в режим автоматического управления арматурой._
Функции сигнализации:
- сигналы «сухой контакт» реализуют шесть электромеханических реле, которые содержат гальванически разделенные нормально разомкнутый и нормально замкнутый контакты:
- достижение двух задаваемых концевых и двух промежуточных положений;
- достижение задаваемых значений момента нагрузки на валу привода при движении на закрытие и открытие.
_Продолжение табл. 2
Функции сигнализации:
- отсутствие уплотнения - момент нагрузки на валу привода при движении за границей конечного положения не достиг порога срабатывания моментного выключателя в течение заданного времени после пересечения конечного положения (отключаемая функция);
- перегрев двигателя (отключаемая функция);
- ошибка чтения настроек ЭБКВ из энергонезависимой памяти (выход из строя энергонезависимой памяти) токовый сигнал «4.20 мА» положения выходного вала (опция);
- прием и передача данных посредством интерфейса ЯБ485 (опция) по протоколам МоёЬиБ или РгойЬш.
Функции индикации:
- индикация текущего положения выходного вала привода посредством двухразрядного цифрового индикатора:
- промежуточное положение между «Открыто» и «Закрыто» - в процентах от степени открытия арматуры;
- положения «Открыто» и «Закрыто» - в виде соответствующих пиктограмм;
- индикация величины момента нагрузки, положения выходного вала (в процентах от положения «Открыто»), факта движения вала привода в направлении открывания или закрывания посредством дисплея пульта индикации и настроек;
- индикация состояний привода посредством трех светодиодов. Функции блокировки:
- обеспечение запрета включения привода в том направлении, при движении в котором произошло срабатывание ограничителя крутящего момента, на основе хранения активного состояния моментного реле (активное состояние моментного реле после его срабатывания сохраняется при падении момента ниже порога срабатывания моментного реле до тех пор, пока не начнется движение в обратном направлении, либо не будет нажата кнопка «Сброс» на панели индикации привода);
- запрет несанкционированного задания настроек привода;
- байпас сигнала момента, то есть отсутствие сигнализации произошедшего превышения моментом нагрузки заданного порогового значения при условиях, указанных при настройке привода.
Функции регистрации информации об истории функционирования привода
Окончание табл. 2
Функции настройки привода:
- задание крайних положений «Закрыто» и «Открыто» выходного вала привода (положений срабатывания реле путевой сигнализации конечных положений) посредством запоминания выставленного положения вала, либо путем прямого задания соответствующих значений кода датчика положения;
- задание двух промежуточных положений путем ввода соответствующих им значений процента открытия арматуры;
- задание предельных значений движущего момента на выходном валу привода раздельно для движения в сторону открытия и закрытия посредством ввода требуемых значений с пульта настройки в пределах от 40 до 100 % от верхнего предела настройки ограничителя крутящего момента;
- включение/выключение сигнализации событий «прекращение вращения», «отсутствие уплотнения», «перегрев двигателя»;
- задание двух пороговых значений температуры приборного отсека для управления антиконденсатным подогревом;
- задание пароля доступа к изменению настроек привода;
- задание параметров протокола обмена информацией MODBUS (опция).
Функция антиконденсатного подогрева приборного отсека
Электроприводы с механическим блоком концевых выключателей (МБКВ) оснащены шестью микровыключателями, сигнализирующими достижение предельных значений момента нагружения в сторону открывания и в сторону закрывания арматуры, двух концевых и двух промежуточных положений выходного вала, двумя путевыми микровыключателями, реализующими настройку параметров функции байпаса сигнала крутящего момента, потенциометром и (опционально) токовым датчиком сигнализации положений выходного вала привода. Электроприводы в указанном исполнении реализуют функции, перечисленные в табл. 3.
Таблица 3
Функциональные возможности электроприводов серии ЭП4 с МБКВ
Управление приводом:
- вращение выходного вала привода посредством электродвигателя привода в направлении закрытия и открытия арматуры (автоматическое управление арматурой).
_Окончание табл. 3
Управление приводом:
- вращение выходного вала привода посредством ручного дублера в направлении закрытия и открытия арматуры (ручное управление арматурой);
- ручное переключение из автоматического режима управления арматурой в режим ручного управления арматурой;
- автоматическое переключение из ручного режима управления арматурой в режим автоматического управления арматурой._
Функции сигнализации:
сигналы «сухой контакт» реализуют шесть микровыключателей, которые содержат гальванически разделенные нормально разомкнутый и нормально замкнутый контакты:
- достижение двух задаваемых концевых и двух промежуточных положений;
- достижение задаваемых значений момента нагрузки на валу привода при движении на закрытие и открытие;
токовый сигнал «4.20 мА» положения выходного вала (опция), сигнал «сухой контакт» реализует биметалический датчик перегрева двигателя._
Функции индикации:
- индикация текущего положения выходного вала привода посредством стрелочного указателя_
Функции блокировки: байпас сигнала превышения моментом нагрузки Функции настройки привода:
- задание крайних положений «Закрыто» и «Открыто», а также двух промежуточных положений выходного вала привода (положений срабатывания микровыключателей путевой сигнализации положений);
- задание предельных значений движущего момента на выходном валу привода раздельно для движения в сторону открытия и закрытия;
- задание двух положений выходного вала, ограничивающих зону действия функции байпас сигнала превышения моментом нагрузки._
Функция антиконденсатного подогрева приборного отсека_
Интеграция в современные системы АСУ ТП
Электроприводы серии ЭП4 обеспечивают возможность их интеграции в современные системы АСУ ТП, предполагающие реализацию процессов управления посредством приема/передачи слаботочных сигналов управления и сигналов обратной связи о состоянии привода. В качестве таких сигналов могут выступать дискретные логические сигналы управления (24 В), сигналы обратной связи «сухой контакт», аналоговые сигналы управления и обратной связи (4.20 мА), цифровой канал связи RS-485 (протокол Modbus и Profibus).
30
Реализация функций диагностики
Одним из наиболее актуальных направлений развития «интеллектуальных» приводов является придание им функций диагностики состояний привода и арматуры. Данная способность привода, реализованная в интеллектуальном исполнении электропривода ЭП4, особенна актуальна и востребована для отраслей промышленности, где важно обеспечить минимальную вероятность возникновения аварии (это, в первую очередь атомная энергетика).
Предполагается, что привод обеспечивает сбор информации для диагностических заключений о возможности продолжения работы либо о необходимости проведения профилактических и ремонтных работ. Диагностические заключения осуществляет либо сам привод (это касается самых простых заключений) либо такие заключения делает либо человек-эксперт или система верхнего уровня (АСУ ТП).
Диагностические заключения касаются как самого привода, так и арматуры, управляемой приводом. Диагностические заключения основываются на анализе процессов закрытия/открытия приводом арматуры и соответствующих им кривых изменения токов и напряжений в фазах двигателя, времени и скорости движения, перепадов температуры двигателя, значения момента сопротивления движению и ряд других обобщенных параметров, характеризующих процесс закрытия и открытия арматуры.
Диагностические выводы относительно текущего состояния привода и арматуры делаются на основании анализа процессов изменения указанных выше величин во времени, дрейфов их максимальных, минимальных и среднестатистических значений, а также их отклонений от аналогичных значений вычисляемых системой верхнего уровня на основе статистической обработки данных, получаемых от аналогичных приводов, функционирующих в составе данной производственной системы.
Привод при диагностировании арматуры выступает как своеобразный комплексный сенсор. Такой подход оправдан, ведь современный интеллектуальный привод содержит широкий набор датчиков различных величин. Кроме датчиков привода, в системе диагностики могут использоваться датчики, встраиваемые в арматуру (акустические датчики, датчики утечек и ряд других). Привод выступает при этом в роли локального устройства сбора и обработки диагностической информации. Интеллектуальный модуль, решая задачи диагностики, более весомо оправдывает свое присутствие в приводе.
Минимизация работ по техническому обслуживанию привода
Маслозаполненная конструкция редуктора привода ЭП4 исключает необходимость замены масла на протяжении всего срока службы. Модули управления приводом усовершенствованы в направлении минимизации затрат времени на их настройку. Электронные модули управления (ЭБКВ
и ЭИМУ) реализуют кнопочный режим настройки привода с использованием встроенного в него дисплея и кнопок без применения вспомогательных инструментов. Рационально планировать и минимизировать техническое обслуживание приводов позволяют диагностические функции «интеллектуального» привода, а также реализуемые им функции просмотра (в том числе и удаленного) информации об истории функционирования привода, переменных состояния привода, в частности, значений крутящего момента и токов в фазах двигателя.
Увеличенный срок службы и повышенная надежность
Приводы серии ЭП4 имеют назначенный срок службы 30 лет, что существенно больше по сравнению с электроприводами выпускаемыми в предшествующие годы, в которых он составляет 20 лет.
В результате проведенного усовершенствования конструкции приводы имеют повышенную надежность. По сравнению выпускавшейся ранее и выпускаемой в настоящее время ЗАО «Тулаэлектропривод» линейкой приводов приводы ЭП4 имеют усовершенствованную конструкцию ручного дублера, обеспечивающую отстыковку механизма ручного привода от ротора электродвигателя при использовании ручного режима управления арматурой. Кинематика привода реализует безударное перемещение выходного вала.
Список литературы
1. Гуревич Д. Ф., Заринский О. Н., Косых С. И. Трубопроводная арматура с автоматическим управлением. Л.: Машиностроение, 1982. 320 с.
2. Трубопроводная арматура с автоматическим управлением: справочник / под ред. С.И. Косых М.: Энергоатомиздат, 1982. 389 с.
3. Мозжечков В.А. Общие тенденции развития электроприводов трубопроводной арматуры // Арматуростроение. 2009. №6 (63). С.34-40.
V.A. Mozzhechkov, V.K. Borisov, A.S. Savin
PIPELINE VALVES ELECTRIC ACTUATORS EP4
The different versions, features and technical characteristics of multi-turn pipeline valves electric actuators series EP4 are describes. Indicated general trends in construction of pipeline valves electric actuators.
Key words: electric actuator, pipeline valves.
Получено 18.10.11
