RU127962U1

RU127962U1 - CONTROLLER FOR CONTROL OF ELECTRICAL EXECUTIVE MECHANISM

Info

Publication number: RU127962U1
Application number: RU2012122911/08U
Authority: RU
Inventors: Андрей Алексеевич Дарвин; Василий Николаевич Казаков; Андрей Николаевич Дегтярев; Владимир Константинович Коновалов
Original assignee: Открытое акционерное общество "АБС ЗЭиМ Автоматизация" (ОАО "АБС Автоматизация")
Priority date: 2012-06-04
Filing date: 2012-06-04
Publication date: 2013-05-10

Abstract

1. Контроллер для управления электрическим исполнительным механизмом, расположенный в корпусе и содержащий электронные компоненты, в состав которых входят блок управления электродвигателем, соединенный с блоком центрального процессора, и узел беспроводной связи, автономный пульт настройки и управления, выполненный с возможностью осуществления связи согласно стандарту беспроводной связи, отличающийся тем, что блок управления электродвигателем выполнен по схеме преобразователя частоты и состоит из микроконтроллера, связанного с блоком центрального процессора, выпрямителя и силовых элементов, входы которых соединены с выходами выпрямителя и микроконтроллера.2. Контроллер по п.1, отличающийся тем, что силовые элементы блока управления электродвигателем выполнены на IGBT транзисторах.3. Контроллер по п.1, отличающийся тем, что микроконтроллер выполнен с возможностью изменения амплитуды и частоты выходного напряжения.4. Контроллер по п.1, отличающийся тем, что стандартом беспроводной связи является ZigBee.1. The controller for controlling the electric actuator, located in the housing and containing electronic components, which include an electric motor control unit connected to the central processor unit, and a wireless communication unit, a standalone control and configuration panel configured to communicate according to the wireless standard connection, characterized in that the motor control unit is made according to the frequency converter circuit and consists of a microcontroller associated with the unit ohm of the central processor, rectifier and power elements, the inputs of which are connected to the outputs of the rectifier and microcontroller. 2. The controller according to claim 1, characterized in that the power elements of the motor control unit are made on IGBT transistors. The controller according to claim 1, characterized in that the microcontroller is configured to change the amplitude and frequency of the output voltage. The controller according to claim 1, characterized in that the wireless communication standard is ZigBee.

Description

Полезная модель относится к машиностроению, в частности - к исполнительным механизмам и приводам, управляющим трубопроводной арматурой (например, задвижками или шаровыми кранами), и может быть использована для дистанционного и/или автоматического регулирования и управления потоками жидких или газообразных сред с помощью аппаратуры, установленной на трубопроводах различного назначения.The utility model relates to mechanical engineering, in particular to actuators and actuators controlling pipeline valves (for example, valves or ball valves), and can be used for remote and / or automatic regulation and control of flows of liquid or gaseous media using equipment installed on pipelines for various purposes.

Известен контроллер для управления электрическим исполнительным механизмом AUMATIC АС 01.2/АСЕ×С 01.2, согласно «Описание продукции AUMA» стр.15, опубликованное в сети Интернет по адресу http://vvww.auma.com/uploads/media/sp_import2/prospekte/antriebe/drehantriebe/pb_sa2_ac2_a_ml_ru.pdf, выполненный как надстройка к механизму в собственном корпусе, содержащий электронные компоненты, в состав которых входят: блок управления электродвигателем (силовой коммутатор) выполненный на основе электромеханических контакторов или тиристоров, блок центрального процессора, блок связи по сетевым интерфейсам (MODBUS или PROFIBUS), блок связи по беспроводному интерфейсу (Bluetooth), автономный пульт настройки и управления. Этот контроллер является наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели.A known controller for controlling the electrical actuator AUMATIC AC 01.2 / ACE × C 01.2, according to the "Description of the AUMA products" page 15, published on the Internet at http://vvww.auma.com/uploads/media/sp_import2/prospekte/ antriebe / drehantriebe / pb_sa2_ac2_a_ml_en.pdf, made as an add-on to the mechanism in its own case, containing electronic components, which include: an electric motor control unit (power switch) made on the basis of electromechanical contactors or thyristors, a central processor unit, a network interface communication unit Ysam (MODBUS or PROFIBUS), communication unit via wireless interface (Bluetooth), stand-alone control and configuration panel. This controller is the closest technical solution to the claimed utility model.

Недостатком известного контроллера является наличие значительных скачков тока и перенапряжение в сети питания при пуске электродвигателя, что повышает вероятность отказов и повреждений электродвигателя и предъявляет повышенные требования к системе электропитания, т.е. снижает надежность и эффективность работы контроллера.A disadvantage of the known controller is the presence of significant current surges and overvoltage in the power supply when starting the electric motor, which increases the likelihood of failures and damage to the electric motor and places increased demands on the power supply system, i.e. reduces the reliability and efficiency of the controller.

Технический результат заявляемой полезной модели предусматривает повышение надежности контроллера и эффективности его работы.The technical result of the claimed utility model provides for increasing the reliability of the controller and its efficiency.

Указанный технический результат достигается тем, что в контроллере для управления электрическим исполнительным механизмом расположенном в корпусе и содержащем электронные компоненты, в состав которых входят блок управления электродвигателем соединенный с блоком центрального процессора и узел беспроводной связи, автономный пульт настройки и управления, выполненный с возможностью осуществления связи согласно стандарту беспроводной связи, блок управления электродвигателем выполнен по схеме преобразователя частоты и состоит из выпрямителя, силовых элементов и микроконтроллера. Причем силовые элементы блока управления электродвигателем выполнены на IGBT транзисторах, а стандартом беспроводной связи является ZigBee.The specified technical result is achieved by the fact that in the controller for controlling the electric actuator located in the housing and containing electronic components, which include an electric motor control unit connected to the central processor unit and a wireless communication unit, an autonomous control and configuration panel configured to communicate according to the wireless standard, the motor control unit is made according to the frequency converter circuit and consists of Amplifier, power elements and microcontroller. Moreover, the power elements of the motor control unit are made on IGBT transistors, and the standard for wireless communication is ZigBee.

Сущность полезной модели поясняется функциональной схемой заявляемого контроллера. На схеме приняты следующие обозначения: 1 - блок питания, 2 - узел контроля температуры внутреннего пространства, 3 - нагревательный элемент, 4 - узел сопряжения, 5 - блок центрального процессора, 6 - узел индикации и местного управления, 7 - блок управления электродвигателем, выполненный по схеме преобразователя частоты (инверторная схема), 8 - блок токовой защиты, 9 - узел беспроводной связи, выполненный по стандарту ZigBee, 10 - автономный пульт настройки и управления, 11 - датчик положения вала механизма, 12 - датчик крутящего момента, 13 - датчик температурной защиты электродвигателя, 14 - электрический исполнительный механизм, 15 - выпрямитель, 16 - микроконтроллер, 17 - силовые элементы, выполненные на IGBT транзисторах.The essence of the utility model is illustrated by the functional diagram of the inventive controller. The following notation is used in the diagram: 1 - power supply unit, 2 - internal temperature control unit, 3 - heating element, 4 - interface unit, 5 - central processor unit, 6 - indication and local control unit, 7 - electric motor control unit according to the scheme of the frequency converter (inverter circuit), 8 - current protection unit, 9 - wireless communication unit, made according to the ZigBee standard, 10 - stand-alone control and configuration panel, 11 - mechanism shaft position sensor, 12 - torque sensor, 13 - sensor temperatures no protection of the electric motor, 14 - electric actuator, 15 - rectifier, 16 - microcontroller, 17 - power elements made on IGBT transistors.

Контроллер для управления электрическим исполнительным механизмом содержит электронные компоненты, в состав которых входят бесконтактный однооборотный или многооборотный датчик положения 11 выходного вала исполнительного механизма 14, датчик крутящего момента 13, выполненные на эффекте Холла, блок управления электродвигателем 7 выполненный по схеме преобразователя частоты, блок центрального процессора (БЦП) 5 предназначенный для реализации алгоритма управления и защиты механизма, обеспечения хранения и индикации параметров и состояния механизма, обмена данными с устройствами верхнего уровня, узел сопряжения 4 для подключения к внешним управляющим устройствам, блок токовой защиты 8 обеспечивает защиту контроллера от токовых перегрузок, блок питания 1. В состав контроллера так же входят управляемый БЦП нагревательный элемент 3, узел 2 контроля температуры внутреннего пространства обеспечивающий предварительный прогрев внутреннего пространства контроллера до температуры допустимой для электронных компонентов при более низкой температуре окружающей среды (до минус 60°С), включая нагревательный элемент.The controller for controlling the electric actuator contains electronic components, which include a non-contact single-turn or multi-turn position sensor 11 of the output shaft of the actuator 14, a torque sensor 13 made on the Hall effect, the control unit of the electric motor 7 made according to the frequency converter circuit, a central processor unit (BCP) 5 designed to implement the control algorithm and protect the mechanism, provide storage and indication of parameters and state I have a mechanism for exchanging data with upper-level devices, interface node 4 for connecting to external control devices, current protection unit 8 provides protection for the controller from current overloads, power supply 1. The controller also includes a heating element 3 controlled by the BCP, control unit 2 temperature of the internal space providing preliminary heating of the internal space of the controller to a temperature acceptable for electronic components at a lower ambient temperature (up to minus 60 ° C), including the heating element.

Автономный пульт настройки и управления 10 с дисплеем и клавиатурой, обеспечивающий обмен информацией с БЦП посредством узла беспроводной связи 9 согласно стандарту ZigBee, для настройки и управления контроллером дистанционно, причем контроллер может быть установлен в труднодоступном месте в пределах дальности действия беспроводной связи.A stand-alone control and setup panel 10 with a display and a keyboard, which provides information exchange with the BCP via the wireless communication node 9 according to the ZigBee standard, for remote control configuration and control, and the controller can be installed in an inaccessible place within the range of wireless communications.

Узел индикации и местного управления 6 предназначен для задания режимов работы контроллера, местного управления механизмом, индикации параметров и состояний механизма в процессе работы и настройки. Включает в себя органы управления: ключ-селектор, кнопки управления, выполненные на магнитном эффекте; органы индикации контроллера: дисплей; цифровой индикатор, обеспечивающий индикацию текущего положения выходного органа при наличии и отсутствии основного питания контроллера, светодиодные индикаторы.The indication and local control unit 6 is intended for setting the operating modes of the controller, local control of the mechanism, indication of the parameters and states of the mechanism during operation and tuning. Includes controls: key-selector, control buttons, made on a magnetic effect; controller display organs: display; a digital indicator that provides an indication of the current position of the output organ in the presence and absence of the main power supply of the controller, LED indicators.

Блок управления электродвигателем 7 выполнен по схеме преобразователя частоты и состоит из выпрямителя 15 предназначенного для формирования из однофазного или трехфазного входного напряжения переменного тока, постоянного напряжения для питания силовых элементов 17. Силовые элементы 17, выполненные на IGBT транзисторах, коммутируют цепи в соответствии с алгоритмом заданным микроконтроллером 16 для формирования на выходе трехфазного напряжения переменного тока предназначенного для питания электродвигателя. Микроконтроллер 16 в соответствии с алгоритмом работы управляет силовыми элементами 17 и позволят изменять амплитуды и частоту выходного напряжения.The motor control unit 7 is made according to the frequency converter circuit and consists of a rectifier 15 designed to form an AC single-phase or three-phase input voltage, a constant voltage to power the power elements 17. The power elements 17, made on IGBT transistors, switch circuits in accordance with the algorithm specified microcontroller 16 for forming at the output of a three-phase AC voltage designed to power the electric motor. The microcontroller 16 in accordance with the algorithm of operation controls the power elements 17 and will allow you to change the amplitude and frequency of the output voltage.

Основной функцией контроллера является управление электрическим исполнительным механизмом в соответствии с командами, получаемыми от различных источников управления. В основе работы контроллера лежит метод управления электродвигателем механизма путем отслеживания углового положения вала механизма с помощью датчика положения, механически связанного с выходным валом механизма и крутящего момента на выходном валу механизма отслеживаемый датчиком момента. То есть БЦП 5 получает информацию о параметрах исполнительного механизма в конкретный момент времени, анализирует их и выдает такую команду на блок управления электродвигателем 7, что бы исполнить сигнал внешнего управляющего устройства. Одновременно БЦП получает информацию с блока защиты по току 8 о силе тока электродвигателя исполнительного механизма 14, сопоставляя ее с информацией с датчика крутящего момента 12, осуществляется проверка исправности как электродвигателя, так и исполнительного механизма в целом.The main function of the controller is to control the electric actuator in accordance with the commands received from various control sources. The controller’s operation is based on the method of controlling the mechanism’s electric motor by tracking the angular position of the mechanism shaft using a position sensor mechanically connected to the output shaft of the mechanism and torque on the output shaft of the mechanism monitored by the torque sensor. That is, the BCP 5 receives information about the parameters of the actuator at a particular point in time, analyzes them and issues such a command to the motor control unit 7 to execute a signal from an external control device. At the same time, the BCP receives information from the current protection unit 8 about the current strength of the electric motor of the actuator 14, comparing it with the information from the torque sensor 12, the health of both the electric motor and the actuator as a whole is checked.

БЦП так же имеет вход, к которому можно подключить датчик перегрева электродвигателя, который обычно располагается в обмотках электродвигателя. По этой совокупности информации БЦП продолжает управлять электродвигателем исполнительного механизма, либо отключает его в защитных целях.The BCP also has an input to which you can connect a motor overheating sensor, which is usually located in the motor windings. Based on this set of information, the BCP continues to control the electric motor of the actuator, or turns it off for protective purposes.

Контроллер обеспечивает самодиагностику, контроль состояния и защиту исполнительного механизма с выводом диагностических сообщений на дисплей узла индикации и местного управления.The controller provides self-diagnosis, status monitoring and protection of the actuator with the output of diagnostic messages on the display of the display unit and local control.

Контроллер может автономно выполнять более сложные виды управления движением исполнительного механизма, например, изменение скорости движения, аварийное управление по отдельному дискретному или сетевому сигналу. Контроллер самостоятельно останавливает исполнительный механизм при достижении конечных положений, либо заданной величины момента при закрытии и/или открытии арматуры. Параметры настройки контроллера могут быть заданы с помощью автономного пульта настройки и управления 10 с беспроводным интерфейсом или информационной сети и сохраняются в энергонезависимой памяти.The controller can autonomously perform more complex types of motion control of the actuator, for example, changing the speed of movement, emergency control by a separate discrete or network signal. The controller independently stops the actuator when reaching the end positions, or the specified value of the moment when closing and / or opening the valve. The controller settings can be set using the stand-alone control and setup panel 10 with a wireless interface or information network and stored in non-volatile memory.

Контроллер может управляться от внешнего управляющего устройства дискретными сигналами, аналоговыми сигналами или сетевым информационным сигналом, что определяется видом узла сопряжения 4, а также от автономного пульта настройки и управления 10.The controller can be controlled from an external control device by discrete signals, analog signals or a network information signal, which is determined by the type of interface node 4, as well as from a stand-alone control and configuration panel 10.

Контроллер для управления электрическим исполнительным механизмом позволяет устранить недостатки известного устройства, за счет:The controller for controlling the electric actuator allows to eliminate the disadvantages of the known device, due to:

- выполнения блока управления электродвигателем по схеме преобразователя частоты позволяющего: выполнять плавный пуск электродвигателя без скачка тока в питающей сети, повысить точность работы механизма в режиме регулирования путем плавного изменения скорости вращения электродвигателя, управлять 3-х фазным электродвигателем при питании от однофазной сети;- execution of the electric motor control unit according to the frequency converter circuit which allows: to carry out a soft start of the electric motor without a current surge in the supply network, to increase the accuracy of the mechanism in regulation mode by smoothly changing the speed of rotation of the electric motor, to control a 3-phase electric motor when powered from a single-phase network;

- выполнения узла беспроводной связи по стандарту ZigBee позволяет объединять контроллеры в единую беспроводную сеть, которая обеспечивает передачу диагностической информации на головное устройство.- implementation of the wireless communication node according to the ZigBee standard allows you to combine the controllers into a single wireless network, which provides the transmission of diagnostic information to the head unit.

Заявляемый контроллер планируется применить для управления запорно-регулирующим органом трубопроводной арматуры в разрабатываемых исполнительных механизмах, что позволяет сделать вывод о соответствии его критерию «промышленная применимость» для полезной модели.The inventive controller is planned to be used to control the shut-off and regulating body of pipe fittings in the developed actuators, which allows us to conclude that it meets the criterion of "industrial applicability" for the utility model.

Claims

1. The controller for controlling the electric actuator, located in the housing and containing electronic components, which include an electric motor control unit connected to the central processor unit, and a wireless communication unit, a standalone control and configuration panel configured to communicate according to the wireless standard connection, characterized in that the motor control unit is made according to the frequency converter circuit and consists of a microcontroller associated with the unit ohm of the central processor, rectifier and power elements, the inputs of which are connected to the outputs of the rectifier and microcontroller.

2. The controller according to claim 1, characterized in that the power elements of the motor control unit are made on IGBT transistors.

3. The controller according to claim 1, characterized in that the microcontroller is configured to change the amplitude and frequency of the output voltage.

4. The controller according to claim 1, characterized in that the wireless communication standard is ZigBee.