Разработка конструкторской документации испытательного механического стенда для настройки системы контроля крутящего момента электропривода запорной арматуры.

ВВЕДЕНИЕ 6
Основная часть 7
ЭТАП№1 «Разработка и проведение испытаний контроллера электронного блока управления электроприводом запорной арматуры» 7
1. Обоснование направления исследований 7
2. Выбор элементной базы блока электронного управления и схемотехнических решений 9
2.2. Выбор силовых полупроводниковых модулей. 9
2.3. Выбор токоограничивающих дросселей 9
2.4. Выбор и разработка защитных цепей полупроводниковых модулей 10
2.5. Выбор датчиков входного тока 10
2.6. Гальваническое разделение датчиков и схем управления силовыми ключами 10
2.7. Выбор датчиков напряжения входной сети 11
2.8. Выбор силовых токоведущих проводников 11
2.9. Выбор вычислительного ресурса 11
2.10. Выбор периферийных устройств для работы с процессором. 15
2.11. Выбор датчика положения выходного вала блока 16
2.12. Выбор индикатора, органов управления. 17
2.13. Выбор и разработка схемы драйверов управления силовыми модулями 17
2.14. Разработка логики реверсивного управления приводом 18
2.15. Разработка схем обработки датчиков тока 18
2.16. Разработка схем обработки датчиков напряжения 18
2.17. Разработка схем ограничения максимального выходного сигнала аналоговых датчиков 18
2.18. Разработка схем обработки датчика положения 18
2.19. Разработка схемы дискретного управления 18
2.20. Выбор слаботочных клемм для ТУ/ТС, последовательного интерфейса 20
2.21. Разработка механической модели корпуса блока управления 20
2.22. Разработка механической модели электрического контроллера 21
2.23. Разработка схем защиты блока от микро и наносекундных импульсов по входной сети, цепям телеуправления 21
2.24. Рзработка печатной платы управления и защиты силовых полупроводниковых модулей 21
2.25. Разработка печатной платы процессора управления и периферии 22
2.26. Разработка печатной платы источника питания собственных нужд 23
2.27. Разработка печатной платы модуля ввода/вывода блока, с защитными цепями 23
3. Синтез алгоритма управления для электропривода запорной арматуры 25
3.1. Формирование требований к алгоритму управления 25
3.2. Компонент исходного состояния системы (ОСТАНОВ) 26
3.3. Компонент проверки короткого замыкания (ТЕСТ) 27
3.4. Компонент запуска электропривода (СТАРТ) 29
3.5. Компонент формирования ударного момента (УДАР) 30
3.6. Компонент обеспечения максимальной скорости (ДВИЖЕНИЕ) 31
3.7. Компонент обеспечения работы на упор (УПОР) 32
3.8. Особенности работы спроектированной системы 33
ЭТАП№2 «Разработка конструкторской документации испытательного механического стенда для настройки системы контроля крутящего момента электропривода запорной арматуры» 36
1. Обоснование направления исследований 36
2. Функциональная схема стенда 37
2.1. Функциональная схема стенда показана на рис. 2.1. 37
2.2. Стенд должен состоять из следующих основных частей: 37
2.3. Механические стенды включают в себя следующие элементы: 37
2.4. Шкаф управления включает в себя следующие элементы: 37
3. Механические стенды 39
3.1. Обоснование схемы механического стенда 39
3.2. Описание схемы механического стенда 39
3.3. Выбор и расчет элементов механических стендов 40
3.4. Выбор энкодера 41
3.5. Выбор муфт 41
3.6. Внешний вид механических стендов показан на рис. 3.4…3.6. 42
4. Шкаф управления 43
4.1. Функциональная схема шкафа управления показана на рис. 2.1. 43
4.2. Регулятор трехфазного напряжения на базе ПЧ 43
4.3. Выбор преобразователя частоты для нагрузочных двигателей 44
4.4. Выбор автоматических выключателей 44
4.5. Выбор контакторов 45
4.6. Соединители шкафа 46
4.7. Элементы управления и индикации 47
4.8. Исследование точности определения момента ПЧ «Данфосс FC-302» 48
5. Программное обеспечение стенда 51
ЭТАП№3 «Разработка испытательного стенда для проверки электронных модулей управления сервоприводами» 53
1. Обоснование направления исследований 53
2. Требования к стенду 54
3. Функциональная схема стенда 55
3.1. Функциональная схема стенда показана на рис. 2.1-2.2. 55
3.2. Стенд должен состоять из следующих основных частей: 55
3.3. Механический стенд включает в себя следующие элементы: 55
3.4. Шкаф управления включает в себя следующие элементы: 55
4. Выбор и расчет элементов стенда СЭЛ 58
4.1. Выбор энкодера 58
4.2. Выбор муфт 58
4.3. Выбор преобразователя частоты 58
4.4. Выбор автоматических выключателей 61
5. Управляющее программное обеспечение 62
ЭТАП№4 «Разработка программного конфигуратора децентрализованных систем управления электроприводами контроля положения рабочих органов исполнительных механизмов. Проведение стендовых испытаний электронного блока управления электропривода запорной арматуры» 65
1. Обоснование направления исследований 65
2. Описание системы конфигурации встроенных систем управления 66
Приложение А. Методы контроля электронного блока управления электроприводом запорной арматуры. 80

Весь текст будет доступен после покупки

На современном уровне развития микропроцессорных средств и силовой электроники среди критериев оценки эффективности электропривода на передний план выходят степень адаптации устройства к обслуживаемому процессу, себестоимость, надежность и время разработки.
Электропривод запорной арматуры является одним из наиболее применяемых в децентрализованных системах управления для технологического процесса перекачки нефтепродуктов. Нарушение нормального хода процесса перекачки может привести к тяжелым экономическим и экологическим последствиям. В связи с этим при разработке системы управления данного электропривода необходимо решать задачи как повышения надежности самого устройства (в том числе и его программного обеспечения), так и его способности обеспечивать функционирование в различных эксплуатационных ситуациях.
Современный электропривод арматуры представляет собой сложный мехатронный модуль, объединяющий в себе систему управления, асинхронный двигатель и редуктор. Снижение себестоимости, повышение надежности и компактности электронного блока управления связано с применением однопроцессорных систем, что в свою очередь вносит существенное ограничение на вычислительные возможности системы управления. Тем не менее, система управления должна обеспечивать все необходимые процессы, протекающие в современном электроприводе: формирование задания на скорость и момент в зависимости от внешних сигналов и условий, электромеханическое преобразование энергии в двигателе с максимальной степенью эффективности, формирование защит двигателя, преобразователя и механизма, поддержка коммуникаций с другими микропроцессорными системами.
Анализ состояния вопроса показал, что можно получить новые эксплуатационные характеристики электропривода арматуры за счет применения встроенной микропроцессорной системы управления и открытой программной платформы.
При серийном производстве электроприводов запорной арматуры на этапе экспериментальной проверки показателей функционирования возникает задача проведения сложных нагрузочных испытаний. В данном режиме выполняется проверка электропривода запорной арматуры на соответствие требованиям по ограничению и формированию выходного момента. При этом испытательное нагрузочное устройство должно полностью имитировать диаграмму эксплуатационных усилий, прикладываемых со стороны элементов запорной арматуры различных типов.

Весь текст будет доступен после покупки

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
ЭТАП№1 «РАЗРАБОТКА И ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ КОНТРОЛЛЕРА ЭЛЕКТРОННОГО БЛОКА УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ЗАПОРНОЙ АРМАТУРЫ»
Целью данного этапа является выбор эффективного метода управления электроприводом запорной арматуры и разработка опытного образца блока управления с целью повышения надежности данного технологического процесса.
Для достижения этой цели в рамках НИОКР необходимо решить следующие задачи:
1. Проанализировать основные требования, предъявляемые к электроприводам запорной арматуры.
2. Разработать методику создания программного обеспечения для блоков электронного управления, позволяющего обеспечивать выполнение всех задач электропривода в режиме реального времени и с учетом рабочих областей применяемых алгоритмов управления.
3. Разработать методики синтеза алгоритма управления, обеспечивающего максимальную производительность, максимальный цикловой КПД и требуемые ограничения по моменту и токовым перегрузкам для электропривода запорной арматуры с тиристорным регулятором напряжения и преобразователем частоты.
4. Разработать схемотехнические решения для реализации выбранного алгоритма управления, выбрать элементную базу.
1. Обоснование направления исследований
Электропривод арматуры представляет собой технический комплекс, эффективное функционирование которого требует решения задач регулирования координат и логического управления состояниями устройства. При разработке методики исследования электропривода арматуры следует учитывать следующие положения:
1. Совокупность электропривода и запорной арматуры является функционально подчиненной подсистемой в АСУ ТП перекачки нефтепродуктов. Анализ взаимосвязи системы и подсистемы должен выявить типовые эксплуатационные ситуации и нормировать определяющие показатели качества электропривода задвижки.
2. Исследование характеристик электропривода необходимо проводить в соответствии с целесообразностью функционирования самого электропривода. Основная цель – выбор оптимального технического решения, позволяющего получить наибольшую герметичность в затворе (либо наибольшее свободное проходное сечение) с наименьшими затратами. Для достижения цели необходимо определить необходимые состав и структуру электропривода, а также связи электропривода с внешней средой.
3. Построение электропривода арматуры возможно из различных по составу частей, что приводит к нескольким решениям задачи, в связи с чем необходимо установить количественную оценку альтернатив. Для этого необходимо установить наиболее оптимальное решение задачи, после чего определить допуски на эксплуатацию, возникающие при применении различных решений.
Основным требованием к электроприводу задвижки являются обеспечение безопасной эксплуатации при минимальных расходах на установку и эксплуатацию электропривода [7].
Обеспечение безопасности технологического процесса перекачки нефти возможно только при высокой надежности электропривода. В основном отказы происходят в устройстве управления электроприводом или по причине его неправильной настройки и эксплуатации. Таким образом, при проектировании необходимо принять все возможные меры в конструктивной и аппаратной части блока управления, которые повысят его отказоустойчивость, а также минимизируют время восстановления после отказа. Согласно ресурсу эксплуатации задвижки, электропривод должен обеспечить безотказное выполнение 3000-4000 циклов открытия/закрытия в течение 15 лет.
Помимо конструктивного исполнения (взрывозащищенность, электробезопасность, надежность и пр.), безопасность эксплуатации должна быть подкреплена корректным функционированием электроприводов. Следует выделить три пункта, которые могут повысить безопасность эксплуатации за счет совершенствования системы управления электроприводом:
1. Наиболее тяжелые последствия аварии при эксплуатации нефтепровода возможны при его разгерметизации и последующем выходе нефти в окружающую среду. Электропривод своим усилием может разгерметизировать корпус задвижки за счет развиваемого момента. Превышение момента возможно как из-за неправильной настройки устройства моментоограничения оператором, так и сбоев в работе самого устройства. Необходимо обеспечить все меры (на конструктивном, программном и аппаратном уровне) для исключения развития электроприводом момента выше лимитирующего значения.
2. Устройство управления электроприводом должно корректно индицировать состояние механизма («Открыто», «Закрыто», «Открывается», «Закрывается», «Промежуточное положение»), а также наличие аварийных режимов работы самого электропривода. Некорректная индикация может ввести в заблуждение оператора и привести к принятию им неправильных решений.
3. В эксплуатации возможно возникновение ситуаций, когда необходимо обеспечить изменение состояние затвора, несмотря на наличие внешних факторов, способных нарушить работоспособность привода – температура окружающей среды, состояние источника электрической энергии, состояние двигателя и пр. Необходимо обеспечить формирование требуемого момента электропривода для создания усилия перемещения и уплотнения для большинства возможных эксплуатационных ситуаций.
Опыт эксплуатации магистральных нефтепроводов России показывает, что нестандартными эксплуатационными ситуациями, фиксируемыми как отказы электропривода, можно считать:
1. Пониженное напряжение и несимметрия фаз сети, ведущие к критическому снижению момента двигателя.
2. Низкие температуры, ведущие к выходу из строя элементов устройства управления, а также к примерзанию механических частей редуктора, штока и затвора задвижки.
3. Накопление посторонних предметов (мусор, глина и пр.) в затворе, ведущее к срабатыванию устройства ограничения момента в зоне крайнего положения с последующим остановом двигателя и отсутствием сигнала достижения конечного положения.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Гошко А.И.. Арматура трубопроводная целевого назначения. Выбор. Эксплуатация. Ремонт. – М.: Машиностроение, 2003 – 432 с.
2. Гошко А.И. Трубопроводная арматура. Классификация. Исполнения. Термины и определения. Технический справочник из серии «Эксплуатация и ремонт арматуры, трубопроводов, оборудования. – М.: Инструмент, 2003. – 126 с.
3. Гумеров А.Г., Гумеров Р.С., Акбердин А.М. Эксплуатация оборудования нефтеперекачивающих станций. – М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2001. – 475 с.
4. Ключев В.И. Теория электропривода: Учеб. для вузов. – 2-е изд.перераб.и доп. – М.: Энергоатомиздат, 2001. – 704 с.
5. Олссон Г., Дж.Пиани. Цифровые системы автоматизации и управления. – СПб.: Невский Диалект, 2001. – 557 с.
6. Патент № 36478. Россия. Электропривод. // Брезгин А.Е., Каракулов А.С., Черемисин В.Н., Антропов А.А. Пр. от 22.10.2003.
7. Сейнов С.В. Трубопроводная арматура. Исследования. Производство. Ремонт. – М.: Машиностроение, 2002. – 392 с.
8. Сейнов С.В., Сейнов Ю.С.. Задвижки клиновые. Использование. Техническое обслуживание. Ремонт. Технический справочник из серии «Эксплуатация и ремонт арматуры, трубопроводов, оборудования. – М.: Инструмент, 2003. – 144 с.
9. Справочник по автоматизированному электроприводу /Под.ред.В.А.Елисеева и А.В.Шинянского. – М.: Энергоатомиздат, 1983. - 616 с.
10. Трубопроводный транспорт нефти./ Г.Г.Васильев, Г.Е.Коробков,А.А.Коршак и др.; под ред. С.М.Вайнштока. – М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2002. – 407 с.

Весь текст будет доступен после покупки