Назначение инновационного проекта: Устройство предназначено для управления исполнительными  механизмами постоянной скорости запорной арматуры в системах телемеханики и АСУ ТП.

1. Область применения, аналоги, новизна разработки

Исполнительные механизмы (ИМ) систем промышленной автоматики, выполненные на базе асинхронных трехфазных электродвигателей, очень широко распространены в промышленности. Это объясняется простотой конструкции этого оборудования, многофункциональностью, универсальностью, большим перестановочным усилием, а также простотой управления и реверсирования. Кроме того, использование дешевых асинхронных двигателей для получения крутящего момента делает такие механизмы более дешевыми по сравнению с устройствами на базе двигателей постоянного тока. По сравнению с пневматическими пружинными ИМ, также широко распространенными в силу дешевизны и простоты конструкции, электрические предпочтительнее, поскольку не требуют организации на предприятии специальной системы снабжения сжатым воздухом. Дополнительным преимуществом электродвигательного ИМ является неизменность положения выходного вала при аварийном исчезновении управляющего сигнала.

Для управления ИМ в контурах автоматического регулирования и системах противоаварийной защиты (ПАЗ) в промышленности используются специализированные устройства – пускатель симмисторный (ПСТ) и блок релейного пускателя (БРП). Блок ПСТ предназначен для реализации локальных систем автоматического управления (САУ) с исполнительным механизмом постоянной скорости. Блок БРП предназначен для реализации релейных блокировок в системах телемеханики и системах ПАЗ с исполнительными механизмами постоянной скорости. Как правило, данные блоки выполнены на старой элементной базе и требуют больших затрат при обслуживании. В связи с высокими требованиями к безопасности ведения технологических процессов и качеству управления в промышленности были введены в эксплуатацию современные микропроцессорные системы контроля технологического процесса, которые позволяют реализовать эффективные алгоритмы управления и повысить надежность. Однако проводимая модернизация не затронула каналы управления, состоящие из модулей управления и ИМ постоянной скорости. Для решения проблемы улучшения качества управления технологическими процессами, сотрудниками Томского политехнического университета (ТПУ) проведены дополнительные исследования контура, включающего микропроцессорный контроллер с импульсным выходом, модуль управления и ИМ типа А и МЭО. Исследования с целью обеспечения требуемого качества управления показали, что он не обеспечивает требуемой точности и качества управления. Для решения этой проблемы разработано устройство управления исполнительным механизмом постоянной скорости (УУИМПС) с использованием современной элементной базы на основе однокристального микроконтроллера. Это устройство обеспечивает высокую надежность и низкие затраты по обслуживанию. Снижение затрат обусловлено: использованием существующих пусковых стативов, кабельной разводки и конструктива ПСТ/БРП, существенно меньшим выходом из строя новых модулей УУИМПС по сравнению с ПСТ и БРП.

2. Стадия разработки

Разработан промышленный образец для мелкосерийного производства. Устройство успешно испытано на радиохимическом заводе ОАО «Сибирский химический комбинат» (согласно акту ОАО «СХК» №70/5953 от 10.10.2005г.), принято в эксплуатацию (согласно акту ОАО «СХК» №23/798 от 20.10.2005г.). В настоящее время осуществляется мелкосерийное производство силами ОАО «Сибирский химический комбинат». В 2010г. доработано программное обеспечение модуля для реализации функции «электронная блокировка».

3. Оценка рынков сбыта (российского, зарубежных)

В настоящее время российской промышленностью выпускаются устройства управления исполнительными механизмами постоянной скорости, выполненные на дискретных элементах, без использования микропроцессорной техники. Одним из таких устройств является У24.11, выпускаемый заводом МЗТА (http://komplekt.mzta.ru). Данное устройство является достаточно дорогим устройством и имеет сравнительно большие габариты (2 блока 190x60x210, масса около 5 кг), достаточно сложное в настройке, обслуживании и ремонте.

Среди зарубежных аналогов имеются более сложные и дорогие устройства по функциональному составу, например, преобразователь FR-E500, выпускаемый фирмой MITSUBISHI ELECTIC (www.privod.ru). Применение таких устройств не целесообразно в имеющихся на сегодняшний день производственных условиях, в которых невозможно использовать все их функциональные возможности (когда нет необходимости изменять частоту вращения вала электродвигателя), что приводит к не оправдываемым затратам.

В результате аналитического обзора и патентных исследований, установлено, что в настоящее время большинство изобретений могут быть реализованы только при использовании электромеханических, а не современных твердотельных бесконтактных реле, что существенно снижает их срок службы. Ряд найденных устройств имеют достаточно громоздкую и сложную силовую часть тормозного устройства. Часть изобретений могут быть выполнены только на устаревшей элементной базе без использования микропроцессорной техники. В результате чего схемы управления этих устройств достаточно сложны, так как они снабжены большим количеством дискретных элементов (транзисторы, операционные усилители, логические элементы и т. д.). Использование устройств такого класса в промышленных условиях приводит к большим трудозатратам на их ремонт и настройку. Отсутствие в составе каждого устройства одновременно входной гальванической развязки и быстродействующей защиты от короткого замыкания в силовых цепях существенно снижает его надёжность. Наличие нестандартных трансформаторных преобразователей тока и импульсных трансформаторов снижает ремонтопригодность, а сами импульсные трансформаторы ухудшают массогабаритные показатели устройств. Кроме того устройства, имеющееся на рынке, не позволяют произвести оптимальную замену устаревших симисторных пускателей без замены существующих пусковых стативов, кабельной разводки и конструктива.

Потенциальные потребители – промышленные предприятия, использующие исполнительные механизмы постоянной скорости, в частности предприятия нефтяной и химической промышленности, ядерного топливного цикла и атомные электростанции.

4. Научно-техническое описание

Разработанное устройство имеет малые габаритные размеры и достаточно низкую себестоимость. Выполнено на современной отечественной элементной базе. Схема управления выполнена на основе однокристального микроконтроллера, что существенно упрощает ее схемотехнику, настройку и ремонт. Отсутствие импульсных трансформаторов для управления симисторов существенно улучшает массогабаритные показатели устройства. Применение современных твердотельных реле существенно повышает надежность устройства при наличии импульсных помех в питающей сети. Устройство реализует следующие функции: электронная блокировка; открытие/закрытие вентиля запорной арматуры; отключение электропривода по срабатыванию муфты ограничения крутящего момента; отключение электропривода по одновременной команде «открытие/закрытие»; отключение электропривода по команде «быстрый реверс»; фильтрацию входных сигналов, защиты от ошибочных команд, защиты от перегрузки и короткого замыкания; электродинамическое торможение.

Научно-техническая ценность результатов заключается в получении новых знаний о реализации систем телемеханики и блокировок в схемах управления запорной арматурой.

Практическая ценность работы заключаться в повышении технико-экономических показателей, надежности, безопасности и культуры производства за счет сокращения затрат на содержание устаревшего оборудования для реализации релейных блокировок и систем автоматического управления.