Интеллектуальные системы управления электроприводами: математические методы и некоторые подходы для их реализации на практике. Интеллектуальный электропривод запорной арматуры на основе блока управления ESD-VTG Функции интеллектуального привода

Основные предпосылки для разработки интеллектуальных цифровых электроприводов

Стартом к ускоренному развитию цифровых систем, составляющих основу интеллектуальных систем управления электроприводами, следует считать появление в 1971г первого микропроцессора . С тех пор эта отрасль получила бурное развитие, которое наблюдается и в настоящее время.
Благодаря достижениям в микропроцессорной технике и силовой электронике в последние годы нашли практическое применение встраиваемые микропроцессорные системы, IGBT-транзисторы, высокопроизводительные микроконтроллерные системы прямого цифрового управления оборудованием и интеллектуальные силовые модули IPM, способные в реальном времени управлять динамическими процессами электроприводов.

Современные микроконтроллеры включают функции прямого цифрового управления, которые непосредственно встроены в микроконтроллеры и отличаются развитой архитектурой и системой команд, позволяющие на уровне быстрого кода решать большинство типовых задач управления динамическими системами. К числу новых подходов, используемых в системах цифрового управления современными электроприводами, следует отнести :
— переход от обычных счетчиков к наборам универсальных счетчиков/таймеров со встроенными каналами сравнения/захвата и далее к многоканальным процессорам событий;
— наличие каналов высокоскоростного вывода на частотах до 20-50 кГц;
— прецизионная временная обработка входных многоканальных последовательностей импульсов для сопряжения с широким классом датчиков обратных связей (импульсных, индуктивных, на элементах Холла и т.д.);
— наличие функции высокоскоростного ввода на частотах до 100 кГц и выше;
— создание специализированных периферийных устройств типа «квадратурных декодеров» для обработки сигналов наиболее распространенных датчиков обратных связей (в частности, оптических датчиков положения);
— наличие функций прямого управления силовыми ключами и идентификации положения / скорости;
— создание унифицированных многоканальных ШИМ-генераторов со встроенными возможностями прямого цифрового управления ключами инверторов, активных выпрямителей и преобразователей постоянного напряжения в постоянное в режимах фронтовой, центрированной и векторной ШИМ-модуляции;
— интеграция процессора событий и многоканального ШИМ-генератара в одном универсальном устройстве — менеджере событий;
— создание микроконтроллеров со сдвоенными менеджерами событий для прямого цифрового управления приводами по системе: «Активный выпрямитель-Инвертор-Двигатель» и «Преобразователь постоянного напряжения в постоянное – Инвертор -Двигатель», а также для управления двухдвигательными приводами;
— значительное повышение быстродействия аналого-цифровых преобразователей (время преобразования до 100 нс на канал), автосинхронизация процессов запуска АЦП с работой других периферийных устройств, в частности, ШИМ-генераторов;
автоконвейеризация процессов преобразования в АЦП по нескольким каналам (до 16)
— поддержка функций прямого токового управления и прямого управления моментом.
Перечисленные особенности цифрового управления электроприводами в совокупности с ускоренным развитием микропроцессорной техники создает благоприятный климат для разработки и внедрения инновационных технологий и применения современных математических методов для синтеза систем управления электроприводами.

Некоторые математические методы и подходы, применяемые в интеллектуальных системах управления электроприводами

Одной из актуальных задач синтеза современного электропривода является построение оптимальных систем регулирования. При формулировке задачи синтеза оптимального управления кроме уравнений объекта управления выбирается критерий оптимальности, который должен быть достигнут за конечное время при условии выполнения заданных ограничений на управление, фазовый вектор и краевые условия .
В качестве критерия оптимальности выступает некоторая целевая функция (например, достижение максимального быстродействия, минимума потребления энергии и др.).
Известны различные подходы для решения указанной задачи. К числу наиболее распространенных следует отнести так называемыеградиентные методы, в которых целевая функция представлена в виде функционала нескольких переменных состояния динамической системы – F(x1,x2, … xn).
Согласно алгоритму градиентного метода для определения направления движения к оптимуму необходимо найти частные производные: δF/δx1; δF/δx2;… δF/δxn, которые определяют вектор градиента, и сделать шаг в сторону его убывания. На каждом шаге оптимизации процедура вычисления градиента повторяется. В результате в конечной точке значение функционала F(x1,x2, … xn) достигает экстремума, а значение градиента- своего нулевого значения.
При реализации градиентных методов на практике возникает много вопросов, связанных с обоснованием вида функционала качества, длиной шага на каждой итерации, а также с вероятностью сваливания траектории движения в точку локального минимума и решением задачи поиска глобального экстремума.
Переход к цифровым системам управления системами, построенным с использованием современной элементной базы и микропроцессорной техники, позволил перейти к новым технологиям управления электроприводами, которые ранее были недостижимы из-за технических ограничений. К числу таких технологий относится синтез систем электропривода с элементами искусственного интеллекта, в которых широко используются наработки живой природы в вопросах адаптации организмов к изменяющейся внешней среде.
В последнее время предложено множество алгоритмов оптимизации управления динамическими системами, основанных на имитации поведения живых организмов. Широкое распространение получили различные поисковые стохастические алгоритмы, которые в отечественной литературе известны под названием популяционных алгоритмов (pulation algorithms). Их относят к классу эвристических алго¬ритмов (heuristic algorithms), сходимость которых к глобальному решению теоретически не доказана, однако на основе численных экспериментов показано, что в большинстве случаев они дают достаточно хорошие результаты.
В представлена следующая классификаций популяционных алгоритмов:
— эволюционные алгоритмы, включая генетические алгоритмы;
— популяционные алгоритмы, вдохновленные живой природой;
— алгоритмы, вдохновленные неживой природой;
— алгоритмы, инспирированные человеческим обществом;
— прочие алгоритмы.
В свою очередь эволюционные алгоритмы включают в себя:
-генетические алгоритмы (genetic algorithm),
-эволюционную стратегию (evolution strategy),
-эволюци¬онное программирование (evolutionary programming),
-алгоритмы дифферен¬циальной эволюции (differentialevolution),
-генетическое программи¬рование (genetic programming).
Эволюционные алгоритмы ба¬зируются на общих принципах биологической эволюции (отбора, мутации и вос¬производства особей) и являются частью более ши¬рокой технологии так называемых мягких вычислений (soft computing), включающих в себя нечеткую логику, нейронные сети, вероятностные рассуж¬дения и сети доверия, которые самостоятельно или в различных комбинациях применяются при синтезе систем с искусственным интеллектом.
К числу алгоритмов оптимизации, получивших широкое применение для синтеза систем электропривода, следует отнести популяционные алгоритмы, вдохновленные живой природой, которые для поиска экстремума целевой функции не требуют вычисления градиента (алгоритмы роя частиц, муравьиной колонии и пчелиного роя).
По своей сути такие алгоритмы имитируют коллективное поведение стай птиц и косяков рыб или поведение муравьиной колонии, пчелиного роя. Алгоритм поведения каждой особи в стае может быть реализован на следующих принципах :
1) стремление при движении избегать столкновений с ближайшими особями стаи;
2) выбор скорости с учетом скоростей особей, движущимися в стае рядом;
3) минимизация расстояния до ближайших соседей.
Указанные принципы использованы в одном из наиболее популярных математических методов — так называемом методе роя частиц, который изначально был разработан для моделирования хореографии стаи птиц, а в дальнейшем он был развит для решения задач оптимизации динамических систем. Алгоритм оптимизации по методу роя частиц может быть представлен на рис.1.

Рис.1. Алгоритм оптимизации по методу роя частиц
В каждый момент времени частицы имеют в пространстве состояний некоторое положение и вектор скорости, который меняется на каждой итерации по следующей формуле:
vi= ω∙ vi+a1∙ rnd()∙(pbesti — xi) + a2∙rnd(). (gbesti — xi),
где:
a1, a2 — постоянные ускорения (от выбора этих параметров зависит скорость сходимости алгоритма);
pbesti t- лучшая найденная частицей точка;
gbesti - лучшая точка из пройденных всеми частицами системы;
xi - текущее положение частицы;
rnd ()– функция, возвращает случайное число от 0 до 1 включительно.

Коэффициент ω, названный Юхи Ши (Yuhui Shi) и Расселом Эберхартом коэффициентом инерции , определяет баланс между широтой исследования и вниманием к найденным субоптимальным решениям.
В случае ω >1 скорости частиц увеличиваются, они разлетаются в стороны и исследуют пространство более тщательно. В противном случае, скорости частиц со временем уменьшаются.
После вычисления направления вектора v частица перемещается в точку x= x + v,
основываясь на наилучшем достигнутом данной частицей экстремуме и информации о наиболее оптимальных частицах в рое.
В случае необходимости, значения лучших точек для каждой частицы обновляются для всех частиц в целом, после чего цикл повторяется.
В качестве условия завершения алгоритма оптимизации по методу роя частиц может быть выбрано следующее: поиск экстремума завершается по достижению некоторого определенного числа итераций, в течение которых решение не было улучшено.
В настоящее время методы интеллектуального управления, построенные на основе метода роя частиц представляют серьезную альтернативу традиционным методам оптимизации.
Так, например, применительно к системам управления вентильным электроприводом в представлен упрощенный алгоритм, основанный на методе роя частиц, позволяющий оптимизировать параметры пассивных фильтров с целью подавления гармоник тока и повышения КПД электропривода. Такой алгоритм подходит для проектирования пассивных фильтров в системах синхронного электропривода с тремя типами нагрузки: с постоянным крутящим моментом; с постоянной скоростью и переменным крутящим моментом; с переменной скоростью и переменным крутящим моментом. В результате применения метода достигнуто снижение влияния гармонического состава токов и напряжений на сеть переменного тока, а также повышение КПД электропривода
В при решении задачи оптимизации управления активными магнитными подшипниками (AMП) сравнивались две модификации классического алгоритма роя частиц (particle swarm optimization (PSO)): алгоритм с линейно убывающими коэффициентами инерции (Аlgorithm with linearly decreasing inertia weight (LDW-PSO)); алгоритм с применением фактора ограничения (Аlgorithm with constriction factor approach (CFA-PSO)). На основе результатов компьютерного моделирования обоих вариантов алгоритма дана оценка сходимости процедур минимизации целевой функции, определенной в виде интеграла от абсолютного значения ошибки. Показано, что указанные алгоритмы PSO обеспечивают необходимую сходимость и высокую вычислительную эффективность при оптимизации различных структур ПИД-регуляторов, используемых в системах стабилизации ротора в радиальном и осевом направлениях.
В настоящее время метод роя частиц находит применение и в задачах оптимизации конструктивных параметров электрических машин.
Так, в с целью повышения точности расчета потокосцепления, а также оптимизации основных конструктивных и рабочих параметров синхронного двигателя с постоянными магнитами и магнитным подвесом ротора разработана новая методика его моделирования на базе методов оптимизации роя частиц и наименьших квадратов опорных векторов. При моделировании задаются угол ротора, ток рабочей обмотки и сила подвеса и определяется потокосцепление. Выведены соотношения между исходными и определяемыми параметрами. Подтверждены преимущества новой методики по точности и скорости расчетов по сравнению с применявшимся ранее традиционным подходом.
К числу одного из направлений, в которых метод роя частиц получил достаточно широкое применении, является оптимизация конструкций вентильных электродвигателей, используемых в современных системах электропривода. Так, например, известно, что магнитная сегментация полюсов является эффективным и простым способом для сокращения момента от гармонических помех поля, возникающего в мощных синхронных машинах с постоянными магнитами. Для решения указанной задачи необходимо применять методы многокритериальной оптимизации. Одним из возможных и трудоемких подходов является выбор оптимальных ширины и смещения магнитных сегментов с помощью метода конечных элементов. В работе предложена новая более экономичная стратегия, основанная на использовании полуаналитической модели электромагнитного момента, возникающего из-за действия гармонических помех поля, совместно с многокритериальной оптимизацией конструкции машины по методу роя частиц. Эффективность предложенного метода показана на примере сравнения технических характеристик двух опытных образцов синхронных машин с сегментированными полюсами с двумя и тремя блоками постоянных магнитов на полюс, оптимизированных по методу роя частиц, с характеристиками вентильных двигателей с постоянными магнитами с однородными полюсами, оптимизированных с применением метода конечных элементов.
При поисках новых подходов к оптимизации управления электроприводами не ограничиваются подражанию стай птиц и роев насекомых. К числу эффективных популяционных алгоритмов оптимизации относят также алгоритмы, имитирующие поведение некоторых бактерий. Так в рассмотрена инновационная технология смарт-управления вентильно-индукторным двигателем с использованием т.н. алгоритма Smart Bacterial Foraging Algorithm (SBFA), имитирующего хемотаксическое поведение бактерий — их движение по градиенту концентрации питательных веществ. Обсуждены возможности использования SBFA-алгоритма для оптимизации систем адаптивного управления. Эффективность предложенной методологии проиллюстрирована на примере оптимизации пропорционально-интегрального регулятора скорости вентильно-индукторного электропривода с двигателем мощностью 4 кВт и конфигурацией 8/6. В качестве многоцелевой функции оптимизации использован минимум ошибок скорости и пульсаций крутящего момента, а в качестве платформы для реализации алгоритма управления — цифровой сигнальный процессор TMS320F2812.
В целом библиография научных статей, посвященных оптимизации систем управления электроприводами с применением популяционных алгоритмов, имитирующих поведение живых существ, только за последние годы исчисляется сотнями публикаций. Получены вдохновляющие результаты, которые дают основание надеяться на то, что в ближайшем будущем рассмотренные теоретические положения станут повседневной практикой и позволят выйти на новый, ранее не достижимый виток в развитии автоматизации промышленности и транспорта.

ЛИТЕРАТУРА
1. Н.Н. Щелкунов, А.П. Дианов «Микропроцессорные средства и системы», Москва, Радио и связь, 1989, 288с.
2. Козаченко В.Ф. Микроконтроллерные системы управления электроприводами:
современное состояние и перспективы развития,http://www.motorcontrol.ru/publications/controllers.pdf
Кафедра автоматизированного электропривода МЭИ, Москва, 2014г.
3.Воронов А.А. Теория автоматического управления. В 2-х ч. Ч.II Теория нелинейных и специальных систем автоматического управления. –М.: Высшая школа, 1986. 504 с.
4. Алгоритмы, вдохновленные природой: учебное пособие / А. П. Карпенко. - Москва: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014.
6. Singh S., Singh B.. Optimized passive filter design using modified particle swarm optimization algorithm for a 12-pulse converter-fed LCI-synchronous motor drive. IEEE Trans. Ind. Appl.. 2014. 50, N 4, с. 2681-2689. Англ.
7. Stimac Goranka, Braut Sanjin, Zigulic Roberto. Comparative analysis of PSO algorithms for PID controller tuning. Chin. J. Mech. Eng.. 2014. 27, N 5, с. 928-936. Библ. 21. Англ.
Sun Xiaodong, Zhu Huangqiu, Yang Zebin. Nonlinear modeling of flux linkage for a bearingless permanent magnet synchronous motor with modified particle swarm optimization and least squares support vector machines. J. Comput. and Theor. Nanosci.. 2013. 10, N 2, с. 412-418, 3 ил.. Библ. 29. Англ.
Multiobjective shape optimization of segmented pole permanent-magnet synchronous machines with improved torque characteristics. Ashabani Mahdi, Mohamed Yasser Abdel-Rady I. IEEE Trans. Magn. 2011. 47, № 4, c. 795-804, 11 ил. БИБЛ. 47. Англ.
Daryabeigi Ehsan, Dehkordi Behzad Mirzaeian
Smart bacterial foraging algorithm based controller for speed control of switched reluctance motor drives. — С. 364 — 373. — англ. // International Journal of Electrical Power and Energy Systems, 2014, Том 62.

Рисунок. Электронный блок управления ЭП запорно-регулирующей арматуры ESD-VT G

В настоящее время существует значительная потребность в модернизации электроприводов (ЭП) запорной арматуры общепромышленного применения. В 2007 г. для этих целей компания ЭлеСи выпустила серию электронных блоков ESD-VTG (рис. 1), предназначенных для управления ЭП запорно-регулирующей арматуры различных типов (шиберные и клиновые задвижки, шаровые краны, поворотные затворы и т.п.).

Новый блок управления изначально был разработан для модернизации применявшихся ранее ЭП запорной арматуры, имеющих малый ресурс со стороны элементов кулачкового механизма настройки электромеханических путевых микровыключателей. Крайне неудобной с точки зрения эксплуатации является и технология регулировки и настройки путевых выключателей, требующей вскрытия крышки выключателя, а также ручной установки кулачков и стрелки указателя. Точность настройки таких ЭП низка, а интеграция их в современную АСУТП с цифровыми интерфейсами проблематична. В модернизированном электроприводе новый блок управления устанавливается взамен старого. При этом:

появляется возможность интеграции электропривода в АСУТП по последовательному интерфейсу RS-485;
при оснащении ЭП электронным датчиком положения, обеспечивающим высокую точность позиционирования, возможна быстрая настройка конечных положений запорного органа арматуры различными способами, в том числе и без включения двигателя и перемещения запорного органа арматуры;
ЭП оснащается электронной двусторонней муфтой ограничения крутящего момента; данная муфта обеспечивает возможность работы «на упор» с заданным моментом, идентификацию крутящего момента привода при движении на основе значений токов двигателя и напряжения сети, а также задание различных значений ограничения крутящего момента в зависимости от направления движения ЭП и положения запорного органа;
блок самостоятельно обеспечивает весь необходимый комплекс алгоритмов по защите двигателя и арматуры, исключая необходимость установки сложных внешних релейных систем.

Следует отметить, что электронный датчик позволяет контролировать положение выходного звена ЭП, в том числе и при отсутствии напряжения питающей сети, и для его работы в таком режиме не требуется аккумулятор. Настройка ЭП на арматуре осуществляется без проникновения внутрь блока за счет задания параметров в конфигурационные регистры с местного поста управления посредством кнопок управления или инфракрасного пульта управления.

Развитая система иерархического меню, интуитивно понятное словесное описание параметров на русском языке, выводимых на буквенно-цифровой двустрочный дисплей, делают настройку такой же легкой, как и использование мобильного телефона. Электронный блок осуществляет контроль вводимых параметров от выхода за максимальный предел и некорректного задания.

В процессе наладки существует возможность дополнительно задать алгоритм работы ЭП, значения величин ограничения крутящего момента в зависимости от положения запорного органа арматуры, заблокировать алгоритмы выбранных защит, сконфигурировать дистанционный ввод/вывод согласно заданному пользователем алгоритму Также возможно задание такого режима настройки конечных выключателей, при котором не нужно перемещать запорный орган арматуры. Существует возможность задать режимы останова по достижению предельного уплотнения или заданного конечного положения, а также режим «ударного» крутящего момента при пуске на открытие.

Блок имеет систему протоколирования событий, которая отслеживает и запоминает в энергонезависимой памяти команды, аварии и состояния ЭП (последние 300 событий) с указанием метки времени возникновения. Информация, зафиксированная данной системой, позволяет восстановить причины возникновения проблемных ситуаций.

В блоке имеется интерфейс RS-485, работающий по протоколу ModBus RTU. Дискретный интерфейс позволяет подавать команды «Закрыть», «Открыть», «Стоп» посредством сигналов напряжением 220 AC или 24 DC. Время сигнала срабатывания задается в конфигурационных регистрах блока. ЭП выдает дискретные сигналы о положении арматуры «Открыто»,«Закрыто» и др.

В качестве опции к блокам электронного управления потребитель может приобрести инфракрасный пульт для настройки блока и считывания хранящихся в нем данных: журнала событий и параметров настройки. Использование пульта с двусторонним обменом позволяет переносить файл параметров настройки, подготовленный на персональном компьютере, на установленные на объекте ЭП, сокращая тем самым время настройки. Считав с помощью пульта журнал событий блока, его можно визуализировать на экране компьютера для оценки деятельности обслуживающего персонала и корректности работы ЭП, состояния электрической сети и т.д. Файл журнала событий может быть послан через персональный компьютер, подключенный к сети Интернет, в сервисную службу компании ЭлеСи для получения консультаций по проблемным ситуациям.

В качестве силового коммутатора в блоке применен тиристорный регулятор напряжения (ТРН), что определяет малые габариты, высокую надежность и низкую себестоимость ЭП.

Блок в составе тиристорного асинхронного ЭП выполняет следующие функции: y защита от токов короткого замыкания; y ограничение токов двигателя на максимально допустимом уровне; y тепловая защита двигателя от перегрузки; y формирование стартовых импульсов момента, необходимых для преодоления сил сухого трения, заклинивания и т.д.; y ограничение момента в движении, позволяющее предотвратить выход из строя механических элементов ЭП; y работа на упор с поддержанием заданного момента.

Выполнение данных требований в системе ТРН-АД осложняется полууправляемым характером работы тиристоров, несинусоидальным искажением формы статорных токов двигателя и отсутствием методов контроля момента с помощью регулировки угла открытия тиристоров.

В ЭП могут применяться различные типы редукторов. Требования относительно ограничений момента ЭП выполняются с учетом свойств редуктора, и прежде всего следует принимать во внимание передаточный коэффициент по моменту Км. Как показали исследования, коэффициент Км в редукторах существенно изменяется в зависимости от режима работы. Например, для редуктора с передаточным числом Кр = 220, применяемого в ЭП задвижек, значения изменяются следующим образом: y работа на упор при пуске с ударным приложением момента: Км = 0,8 Кр.; y работа на упор при пуске с плавным приложением момента: Км = 0,65 Кр; y работа в движении: Км = 0,9 Кр× f(Мc), где Мc – момент сопротивления; y переход из режима движения в режим работы на упор: Км = 0,95Кр.

Таким образом, алгоритм управления ЭП должен учитывать нелинейный характер его элементов (АД, ТРН, редуктор). В связи с тем, что коэффициент Км для различных редукторов может иметь некоторые отличия (в виду несовершенства технологий изготовления его элементов), необходимо предусмотреть возможность соответствующей адаптации для системы управления. Для решения данной задачи при создании блока электронного управления применен алгоритм, представленный на рис. 3 в виде графа. Узлы графа показывают логические режимы работы системы управления в виде некоторых фиксированных состояний, где существует собственная логика работы, модель процесса и критерии достижения поставленной цели режима. Линии графа показывают условия и направления переходов при возникновении в системе событий, определяющих смену режима. Обозначения событий на стрелках:

команда на движение;
наличие фазного короткого замыкания;
наличие линейного короткого замыкания;
таймер теста фазного короткого замыкания;
таймер теста линейного короткого замыкания;
таймер отсутствия движения;
завершения работы процедуры ударного момента;
количество попыток приложения ударного момента равно нулю;
превышение момента движения;
скорость двигателя больше половины номинальной;
команда на останов, достижение целевого положения;
таймер отсутствия движения.

Выполнение требований по защите от токов короткого замыкания осуществляется за счет подачи на тиристоры предварительных тестовых импульсов с большими углами φ открытия (170° для определения фазного короткого замыкания и 120° – для линейного). По окончании прохождения теста происходит отработка заданного при старте момента упора, в этом случае угол открытия тиристоров формируется в соответствии с заданным ограничением момента и текущим напряжением сети. При отсутствии движения происходит передача управления алгоритму «Удар», формирующему импульс момента за счет нулевого угла открытия тиристоров с контролем количества запусков данного алгоритма и последующим возвращением к прежнему углу открытия тиристоров. В начале движения угол открытия тиристоров стремится к минимальному значению (алгоритм «Движение»), и расчет момента нагрузки осуществляется как табличная функция от напряжения сети, тока двигателя и коэффициента мощности. В данном режиме двигатель работает на линейном участке механической характеристики и обеспечивает скорость, близкую к номинальной. В случае превышения момента над заданным значением происходит передача управления алгоритму «Упор» со ступенчатой сменой угла открытия тиристоров, что приводит к снижению скорости, «расслаблению» редуктора и возможности управления согласно таблице, «формирующей» момент при старте. Если в течение заданного времени движение ЭП не возобновляется, происходит формирование аварийного сигнала о превышении момента нагрузки и отключение двигателя.

В заключение следует отметить, что для более детального изучения возможностей такого ЭП существует возможность получить на сайте www.elesy.ru программный имитатор ЭП запорной арматуры с электронным блоком управления ESDVTG. Данный программный продукт является максимально приближенной моделью реального ЭП с блоком управления ESD-VTG. Существуют также имитаторы и для других блоков электронного управления, производимых компанией ЭлеСи. Данная модель построена на основе: y реального ПО, загружаемого в электронный блок ESD-VTG; y системы дифференциальных уравнений для моделирования работы асинхронного трехфазного двигателя с короткозамкнутым ротором; y принципов работы ТРН на трехфазную нагрузку без нулевого вывода; y возможности создания «виртуального» управления по последовательному интерфейсу. С помощью предлагаемого имитатора пользователь имеет возможность смоделировать работу ЭП запорной арматуры (с учетом нагрузочной диаграммы, состояния электрической сети, произведенных подключений интерфейсной и силовой частей блока и т.д.).

Рисунок. Электронный блок управления ЭП запорно-регулирующей арматуры ESD-VT G

появляется возможность интеграции электропривода в АСУТП по последовательному интерфейсу RS-485;
при оснащении ЭП электронным датчиком положения, обеспечивающим высокую точность позиционирования, возможна быстрая настройка конечных положений запорного органа арматуры различными способами, в том числе и без включения двигателя и перемещения запорного органа арматуры;
ЭП оснащается электронной двусторонней муфтой ограничения крутящего момента; данная муфта обеспечивает возможность работы «на упор» с заданным моментом, идентификацию крутящего момента привода при движении на основе значений токов двигателя и напряжения сети, а также задание различных значений ограничения крутящего момента в зависимости от направления движения ЭП и положения запорного органа;
блок самостоятельно обеспечивает весь необходимый комплекс алгоритмов по защите двигателя и арматуры, исключая необходимость установки сложных внешних релейных систем.

команда на движение;
наличие фазного короткого замыкания;
наличие линейного короткого замыкания;
таймер теста фазного короткого замыкания;
таймер теста линейного короткого замыкания;
таймер отсутствия движения;
завершения работы процедуры ударного момента;
количество попыток приложения ударного момента равно нулю;
превышение момента движения;
скорость двигателя больше половины номинальной;
команда на останов, достижение целевого положения;
таймер отсутствия движения.

Особенности интеллектуального привода электрического NA

Приводы спроектированы с учетом последних достижений в части интеллектуальной защиты привода и его отдельных узлов, а также их дистанционной и локальной диагностики. На сегодняшний день они полностью соответствуют всем современным требованиям, предъявляемым к подобной технике со стороны большинства отраслей народного хозяйства.

Силовая часть электропривода выполнена на базе привода электрического NA. Дополнительные интеллектуальные функции сформированы в интеллектуальном блоке, который присоединяется к приводу в виде отдельного функционального блока.

a. показания режима привода:

Remote - дистанционный контроль привода
Local - местный контроль привода
Off - остановка привода
Auto - режим автосканирования привода (опция в PCU - позиционере привода)
Set - установка параметров привода

b. показания состояния привода:

Open - привод полностью открыт
Close - привод полностью закрыт
Run - привод находится в движении
Fault - ошибка привода

с. показания рабочего положения привода 0 - 100%

d. номер ошибки привода

Функции интеллектуального привода

Диагностика правильности чередования фаз и устранения их рассогласования;
Управление направлением движения привода без перекидывания установочных проводов;
Возможность установки эксплуатационных режимов работы привода - движение толчками и удержание;
Установка направления движения привода в случае пропадания управляющего сигнала;
Выбор метода остановки привода при достижении конечных положений - по достижению конечного положения или по превышению момента;
Проверка наработки привода по ресурсу «открыто-закрыто»;
Проверка состояния измерительного потенциометра;
Режим автоматической калибровки рабочего хода привода;
Выбор исходящих сигналов из представленных типов или установка собственных величин;
Установка и регулировка «мертвых зон» рабочего хода привода - защита от «эффекта молотка»;
Установка и регулировка времени прохождения «мертвой зоны» - откладывание некоторых сигналов на это время;
Выдача сигнала о положении привода после отработки сигнала «неисправность»;
Установка и регулировка начальной и конечной точки аналогового сигнала;

Опции интеллектуального блока, доступные в меню (при применении ПМУ)

	Режим On-Off	CPT (токовый датчик)	PCU (позиционер)
PH-check (проверка фаз)
Direct (направление движения)
Inch/hold (режим толчком/удержание)
Esd dir (движение в случае отсутствия управляющего сигнала)
TQ check (метод остановки при достижении крайних положений)
Cycle (проверка количества циклов)
PIU check (проверка потенциометра)
Auto scan (режим автокалибровки)
Input sel (установка исходящих сигналов)
Input set (установка исходящих сигналов не из меню)
Dead band (установка мертвой зоны)
Time delay (установка времени задержки сигналов)
Input F/A (выдача сигнала о положении привода после сигнала неисправность)
Cl out Set (установка «0» исходящего сигнала)
Op out set)установка «100» исходящего сигнала)

Конструкция электрических соединений, выделенных в отдельный узел, с электрическими схемами соединений, установленными в заводских условиях, не позволяет атмосферной влаге и пыли попасть во внутрь привода. Тем самым повышается жизненный цикл привода и работоспособность каждого из его узлов в течение всего срока службы привода.

Электрическая схема клеммного блока

	Описание

Подача напряжение U, V, W	Напряжение 3-фазы 380 В 50 Гц.



Входные клеммы	Дистанционный контроль - Закрыто
	Дистанционный контроль - Открыто
	Дистанционный контроль - Стоп
	Дистанционный контроль - ESD
	Дистанционный контроль - Auto
	Дистанционный контроль AC COM
	Дистанционный контроль DC COM
	Дистанционный вход 4-20 мА(+)
	Дистанционный вход 2-20 мА(-)
Выходные клеммы	Интегральное напряжение 24VDC(+)
	Интегральное напряжение 24VDC(-)
	Монитор СОМ	Макс. Напр. 250VAC 5А
	Монитор On/Off
	Монитор Дистанционно
	Дефект СОМ	Макс. Напр. 250VAC 5А


	Рабочий ход СОМ	Макс. Напр. 250VAC 5А
	Рабочий ход на Закрыто
	Рабочий ход на Открыто
	Полное закрытие СОМ	Макс. Напр. 250VAC 5А
	Полное закрытие NC
	Полное закрытие NO
	Полное открытие СОМ	Макс. Напр. 250VAC 5А
	Полное открытие NC
	Полное открытие NO
	Дистанционный выход 4-20 мА (+)
	Дистанционный выход 4-20 мА (-)

Электрические схемы подключения

NA 301 (On-Off Type)
NA 302 (CPT Type)
NA 303 (PCU Type)

Высокоскоростной протокол Profibus работает через порт RS485 по 2-х проводной электрической схеме. До 126 приводов включительно может быть соединено по сети подходящим ретранслятором (репитором). В отсутствии ретранслятора (репитера) можно подключить только 32 прибора.

Передача скорости и длина кабеля.

GSD-FAIL master: инсталляция программы

Спецификация интерфейс карты Profibus DP

Сигналы команд и обратной связи:

командные сигналы: величина позиции (00-FF, 256 шагов)
сигнал обратной связи: величина позиции (00-FF, 256 шагов)

Общая спецификация Profibus DP:

коммуникационные протоколы: Profibus DP согласован с IEC 61158 и 617
средство передачи: витая пара, экранированный медный кабель, согласованный по EN50170.

Интерфейс Profibus DP: EIA-485 (RS485).

Номер прибора: 32 прибора без репитера, 126 приборов с репитером. Рабочая температура (-10 +70 o С).

Функции интеллектуального привода

Опции интеллектуального блока, доступные в меню (при применении ПМУ)

Электрическая схема клеммного блока

Электрические схемы подключения

Популярное