Особенности применения интеллектуального и электромеханического привода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Особенности применения интеллектуального и электромеханического привода

Кошеков К.Т.,

Савельев А.О.

При автоматизации объектов нефтегазодобычи, линейных частей трубопроводов все чаще предпочтение отдается электроприводам, оснащенным "искусственным интеллектом". Постепенно смысл слова "интеллект" в отношении электропривода стал подразумевать не просто наличие встроенной электроники, но и наличие таких функций, как самодиагностика, измерение и возможность вывода измеренного крутящего момента, диагностика ресурса арматуры, наличие развитой системы настройки, сервисные и вспомогательные функции[1].

В том и другом типе электроприводов неизменными, как правило, остаются электродвигатель (ЭД), редуктор (Р) и механизм ручного дублера (МРД).

Структурная схема традиционного привода представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Структурная схема электромеханического привода

ЭД - электрическая машина (электромеханический преобразователь), в которой электрическая энергия преобразуется в механическую.

Р - механизм, передающий и преобразующий крутящий момент, с одной или более механическими передачами.

МРД - устройство для управления арматурой при наладочных работах, а также при отсутствии энергии для двигателя. Снабжается переключателем в ручное положение для исключения травмирования обслуживающего персонала, если во время ручного управления привод будет подключен к сети.

Структура интеллектуального привода достаточно сложна, его схема представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Структурная схема интеллектуального электропривода

Определим основные конструктивные отличия интеллектуального электропривода от традиционного электромеханического. Отличаются устройство контроля положения запорного органа, устройство ограничения усилия, прикладываемого к запорному органу, и устройство управления электродвигателем.

В традиционном электромеханическом электроприводе контроль положения запорного органа арматуры осуществляется концевыми выключателями, на которые воздействует специальный кулачковый механизм, связанный с выходным звеном привода. В большинстве электроприводов концевых выключателей четыре. Два контролируют крайние положения и два настраиваются на контроль промежуточных. В электроприводах регулирующей арматуры дополнительно могут присутствовать датчики непрерывного контроля положения с электрическим выходом. Ограничение усилия на выходном элементе электромеханического привода осуществляется кулачковыми или фрикционными муфтами, элементы которых воздействуют на концевые выключатели, а те, в свою очередь, отключают электродвигатель от сети.

Управление электродвигателями в электромеханическом приводе промышленной трубопроводной арматуры осуществляется контакторами (или магнитными пускателями). С помощью контакторов возможен лишь пуск двигателя прямым включением в сеть и его реверс. Контакторы могут устанавливаться непосредственно в оболочку привода или в устройство распределения электрической энергии, от которого питается привод.

Основным достоинством электромеханического привода промышленной трубопроводной арматуры является простота и наглядность электрической схемы. Это позволяет производить монтаж, наладку и эксплуатацию электропривода силами персонала с относительно невысокой квалификацией. Это же обстоятельство определяет невысокую стоимость электромеханического привода.

Недостатки традиционного электромеханического привода заключаются в следующем:

* настройка устройства контроля положения запорного органа производится только вручную путем перестановки кулачков, воздействующих на концевые выключатели, что весьма неудобно в зимних условиях и при наличии осадков;

* точность установки кулачков крайне низка;

* настройка в обязательном порядке сопровождается вскрытием корпуса привода;

* в процессе эксплуатации из-за вибрации арматуры кулачки могут смещаться, при этом возможна выдача ложной сигнализации положения запорного органа.

Недостатки устройства ограничения усилия на выходном элементе электромеханического привода:

* сложность и неудобство настройки;

* необходимость вскрытия корпуса;

* невысокая точность настройки;

* ненадежность срабатывания.

Контакты концевых выключателей подвержены окислению, подгорают во время работы, являются источником коммутационных помех, для подавления которых требуются специальные меры. Пуск электродвигателя привода прямым включением в сеть с помощью контактора способствует быстрому износу привода и создает коммутационные помехи.[2]

Современные системы управления характеризуются движением интеллекта "в поле". В части управления арматуры это встраивание микропроцессорных контроллеров в электропривод. Стремительное развитие микропроцессорной техники в последние годы сделало встраивание контроллера в электропривод рентабельным - гибкость системы и существенное улучшение диагностики привода[3].

Интеллектуальный электропривод промышленной трубопроводной арматуры, как правило, свободен от недостатков, присущих традиционным электромеханическим электроприводам. Кроме того, в состав интеллектуального электропривода обязательно входит микропроцессорный контроллер. Именно его наличие делает электропривод промышленной трубопроводной арматуры интеллектуальным и придает ему свойства, которые не могут быть реализованы в традиционном электромеханическом приводе. Во-первых, это возможность свободно программировать циклограмму работы

привода и реализовывать различные автоматические регуляторы и устройства. Во-вторых, возможность обмена информацией между приводом и внешними устройствами по цифровым последовательным интерфейсам. Это дает возможность встраивать электроприводы в современные системы управления промышленными объектами и объектами инфраструктуры без привлечения дополнительных устройств сопряжения. В-третьих, микропроцессорный контроллер в сочетании с бесконтактным энергонезависимым датчиком положения запорного органа позволяет производить настройку привода без вскрытия корпуса с помощью пульта с инфракрасным приемо-передатчиком. Кроме того, это сочетание дает возможность отказаться от использования ненадежных фрикционных и кулачковых муфт предельного момента.

Действие муфт предельного момента основано на том, что при заклинивании запорного органа или наезде на препятствие выходное звено привода останавливается, а приводной двигатель продолжает вращаться. При этом элементы муфты начинают перемещаться относительно друг друга и воздействуют на концевой выключатель. Концевой выключатель, в свою очередь, отключает приводной двигатель. В интеллектуальном электроприводе промышленной трубопроводной арматуры положение запорного органа контролируется микроконтроллером непрерывно с помощью бесконтактного цифрового датчика. При существенном снижении скорости перемещения запорного органа (50% и более) или полной его остановке микроконтроллер может отключить приводной двигатель с заданной выдержкой времени, что эквивалентно действию муфты.

Основными же недостатками интеллектуального электропривода промышленной трубопроводной арматуры считаются:

* высокая критичность к качеству питающего напряжения;

* подверженность различным электрическим и электромагнитным помехам;

* эмиссия электрических и электромагнитных помех во внешнюю среду;

* относительно высокая стоимость привода.

Именно эти недостатки и являются основным препятствием на пути широкого использования интеллектуального электропривода в промышленности[2].

При выборе интеллектуальных электроприводов для использования на технологической установке необходимо оценить качество питающей ее электрической сети, особенно если электроприводы монтируются на установку, находящуюся в эксплуатации длительный срок.

Если отклонения параметров сети существенно отличаются от стандартных, следует принять меры по приведению указанных отклонений в стандартные рамки. Вплоть до установки развязывающих трансформаторов с регуляторами напряжения и систем гарантированного электропитания.

Наличие интеллекта в электроприводе позволяет получить функционал, которым не обладают электромеханические приводы, а именно: можно произвольно формировать диаграмму работы электропривода, обеспечить точный приход в конечные положения, обеспечить функцию удержания выходного звена, реализовывать встроенные регуляторы положения и технологического параметра. "На борту" интеллектуального привода есть полный комплекс защит электродвигателя: от короткого замыкания, обрыва фаз, от перегрева обмоток, от снижения сопротивления изоляции. Все эти функции совокупно дают информацию о текущем состоянии электропривода и его готовности к выполнению технологических операций. Несмотря на эти явные преимущества интеллектуальных электроприводов, их применение ограничивается из-за ряда причин. Как любое сложное электронное устройство, электропривод чувствителен к состоянию питающей сети.

Другим сдерживающим фактором для применения интеллектуальных электроприводов является их высокая стоимость по сравнению с механическими. Но этот фактор требует более детального рассмотрения, т. к. при расчете стоимости электропривода обычно не учитывается сопряженное оборудование, а оно в случае применения электромеханического привода включает в себя шкаф с реверсивными пускателями, блок защит электродвигателя, промежуточные реле, контроллер автоматики. В итоге, при учете суммарной стоимости решения, интеллектуальный привод выигрывает в большинстве приложений [1].

Решения различных технологических задач на базе интеллектуальных электроприводов лучше отвечают современным требованиям автоматизации.

Все это позволит эксплуатировать интеллектуальные электроприводы без существенных проблем и при этом в полной мере пользоваться их преимуществами. привод интеллектуальный электромеханический

Литература

1. А.Н. Дубровин. Трубопроводная арматура и оборудование, 2013.

2. А.Т. Антропов. Интеллектуальные электроприводы промышленной трубопроводной арматуры. Особенности применения, 2011.

3. В.А. Менделевич. Интеллектуальное управление арматурой, 2011.

Размещено на Allbest.ru