Приборы для управления и защиты исполнительных механизмов с электроприводом
Специалистам известна ненадежность концевых выключателей, применяемых на разного рода задвижках и затворах. Из-за их неисправности или нарушения положения происходят аварии, которые могут привести к тяжелым последствиям. Кроме того, стоимость большинства подобных механизмов весьма велика. Значительными также могут быть и затраты на устранение последствий аварии. Компанией ОВЕН несколько лет назад был разработан прибор, позволяющий контролировать работу задвижек без применения концевых или путевых выключателей
Первоначально прибор предназначался для задвижек ЗЭ/300, разработанных и производимых НПП "Морская Техника" (рис. 1), которые не имели концевых выключателей. Эти задвижки в комплекте с прибором были установлены на строящихся насосных станциях Мосводоканала.
Автоматическое выключение электропривода задвижки при достижении ею концевого положения или заклинивании механизма осуществляется прибором благодаря контролю времени перемещения и тока электродвигателя. Прибор получил название ПКП1 — прибор контроля положения.
Ко входам прибора подключаются кнопки управления "ОТКРЫТЬ", "ЗАКРЫТЬ", "СТОП" и трансформатор тока, включенный в цепь одной из фаз, питающих электропривод. К выходу подключаются пускатели, управляющие приводом, а также сигнализаторы аварии и достижения задвижкой полностью открытого или полностью закрытого положения.
- Рис. 1
- Рис. 2
Положение задвижки отображается на четырехразрядном цифровом светодиодном индикаторе, расположенном на лицевой панели прибора. При пропадании питания информация о текущем положении задвижки сохраняется в энергонезависимой памяти прибора до возобновления питания.
Используемый в приборе вид индикации положения задвижки оказался очень удобным для обслуживающего персонала станций. Руководство и специалистов производственного управления насосных станций Мосводоканала заинтересовала возможность применения таких приборов для управления приводом задвижек других типов (рис. 2), которые уже эксплуатируются, например, задвижек типа 30ч925бр и 30ч930бр, оснащенных 4и 7/киловаттными электроприводами, а также щитовых затворов.
Прибор позволяет не только визуально оценивать положение задвижки, но и осуществлять важнейшую функцию — защитное отключение управления приводом при заклинивании задвижки или достижении ею максимально открытого или максимально закрытого положения. Время отработки аварийного выключения в таких приборах может быть задано значительно меньшим, чем время срабатывания теплового реле; таким образом аварийность сводится к нулю.
Еще одним достоинством прибора является простота его установки и подключения: прибор устанавливается в щит управления в диспетчерской, а в электрощитовой, рядом с пускателями, управляющими электродвигателем привода, — трансформатор тока.
В процессе подготовки универсального прибора, рассчитанного на работу с задвижками и затворами различных типов, выяснилось, что не все они имеют ограничение хода в открытом положении, а некоторые не выдерживают значительных механических перегрузок, возникающих при достижении ими крайних положений. Поэтому в приборе теперь предусмотрено задание одного из трех способов определения концевых положений задвижки или затвора.
Первый способ применяется для задвижек и затворов, механические параметры которых позволяют осуществлять плотное закрытие и полное открытие с упором в концевых положениях. При определении концевых положений время хода механизма сравнивается с заданным временем хода между конечными положениями, определенными однократно при настройке прибора на объект. Как только соответствующие показатели становятся равными, происходит автоматическое выключение управления приводом.
Второй способ применяется для задвижек (затворов), допускающих по механическим параметрам выполнять плотное закрытие, но не имеющих упора в крайнем открытом положении. Определение концевого положения при закрытии задвижки производится так же, как и при первом способе, а при открытии задвижки концевое положение определяется по времени.
Третий способ предназначен для задвижек и затворов, не допускающих по своим механическим параметрам перегрузку привода, которая может привести к выходу его из строя или разрушению задвижки. Он осуществляется только по времени.
Порог тока защитного отключения управления приводом и время, в течение которого этот порог допускается превышать, задается пользователем. Оптимальные значения этих параметров задаются с учетом того, что механизм может подклиниваться в процессе работы и при этом не должно срабатывать защитное отключение управления электроприводом.
При возникновении аварийной ситуации прибор отключает управление электроприводом, формирует сигнал "Авария", цифровой индикатор на его лицевой панели начинает мигать.
Для дистанционного контроля положения механизма задвижки прибор может быть дополнен модулем со стандартным выходным токовым сигналом 4…20 мА, значение которого пропорционально положению механизма, или модулем с интерфейсом связи RS/485, с помощью которого можно не только контролировать положение задвижки, но и управлять ею, подавая через компьютер команды "ОТКРЫТЬ", "ЗАКРЫТЬ", "СТОП" и "УСТАНОВИТЬ В ПОЛОЖЕНИЕ…".
Положительные отзывы о работе прибора были получены от начальника участка Саввинской насосной станции г. Москвы: "Вот уже два года приборы управляют задвижками, — и ни одной аварии. Будем ставить такие же приборы на все остальные задвижки". Приборы нашли широкое применение при управлении задвижками и затворами в системах водоканала и теплосетей многих городов России. На выставке "ЭКВАТЭК/2004", проходившей в Москве, представители этой отрасли, использующие на своих объектах приборы ПКП1, положительно отзывались об их работе.
В ходе дальнейших работ по совершенствованию управления задвижками выяснилось, что под нагрузкой время хода некоторых типов механизмов на открытие одно, а на закрытие — другое. Если такая задвижка принимает только концевые положения, то прибор практически всегда можно использовать. Если же перемещение задвижки нужно регулировать, появляется ошибка рассогласования, которая с каждым разом накапливается и может быть обнулена только при установке задвижки в одно из концевых положений.
Выход из создавшейся ситуации может быть только один: установить какой/либо датчик на вторичном валу задвижки. Анализ рынка датчиков показал, что датчики положения дорогостоящие, и к тому же их не всегда можно установить на задвижки уже существующих типов из/за конструктивных особенностей последних. Кроме того, производителями таких датчиков являются в основном зарубежные фирмы. Поэтому был создан прибор новой модификации, в основу которой положен принцип измерения числа импульсов, поступающих от датчика, расположенного на вторичном валу задвижки, а также период их следования.
Теперь вместо времени прибор подсчитывает число импульсов между концевыми положениями, а вместо тока привода измеряет период следования импульсов. Если по истечении заданного периода времени импульс не поступает, это означает, что механизм застопорен и происходит защитное выключение управления электроприводом.
В качестве датчика может применяться пара магнит — геркон, магнит — датчик Холла или активный датчик (индуктивный, емкостной, оптический и др.). При обрыве или замыкании линии или самого датчика прибор выключает управление приводом и формирует сигнал "Авария".
Таким образом, удалось сохранить все функции прибора предыдущей модификации. Еще одно положительное качество прибора новой модификации заключается в том, что если после выключения управления приводом задвижка некоторое время движется по инерции, прибор продолжает считать импульсы, поступающие от датчика, что позволяет сохранять достоверную информацию о положении задвижки.
К единственному недостатку прибора этой модификации можно отнести необходимость установки датчика на задвижке и прокладки линии связи между датчиком и прибором.
Приборы новой модификации прошли испытания на стенде Самородинской насосной станции и Рублевской водопроводной станции г. Москвы. В результате испытаний установлено, что новые приборы обеспечивают эффективную защиту задвижек и электроприводов, что сводит аварийность практически к нулю. Приборы новой модификации также позволяют вместо применения косвенного способа определения положения задвижки оценивать ее положение "напрямую", визуально, что значительно облегчает работу обслуживающего персонала станций.
