Блок управления электроприводом БУЭП-1

1 Назначение

1.1 Блок управления электроприводом БУЭП–1 (далее «прибор»), выполненный на основе микроконтроллеров, предназначен для регулирования степени открытия технологических клапанов и задвижек, снабженных одно– и трехфазными исполнительными электроприводными механизмами.

Состояние исполнительного механизма контролируется с помощью реостатных или индуктивных датчиков положения и путевых выключателей. Кроме того, прибор выполняет контроль за током потребления электропривода. Для трехфазного электропривода прибор обеспечивает измерение текущего значения тока потребления по фазе C.

Индикация степени открытия, выраженная в процентах, осуществляется на семисегментном светодиодном индикаторе, имеющем четыре знакоместа. Дополни тельно, состояние исполнительного механизма индицируется дискретными светодиодными индикаторами «Закрыто», «Открыто», «Авария», «Ток двигателя» (только для трехфазного электропривода).

Рабочая коммутация силовых цепей выполняется полупроводниковым трехфазным реверсивным реле. При возникновении аварийных ситуаций, а также снятии питания со схемы управления, силовые цепи размыкаются электромагнитным реле, включенным до рабочего полупроводникового реле.

1.2 Прибор работает под управлением регуляторов с выходным токовым сигналом 0…5 мА или 0…20 мА (режим работы – «Автомат»).
Прибор обеспечивает ручное местное или дистанционное управление электроприводом (режим работы – «Местное» или «Дистанционное»).

1.3 Входы прибора, обеспечивающие дистанционное управление, предназначены для работы со схемами, состоящими из «сухих контактов», и не требуют дополнительных источников питания.

1.4 Прибор имеет в своем составе:
– три дискретных выхода для организации пользователем схем индикации на светодиодах;
– четыре дискретных выхода для индикации положения рабочего органа исполнительного механизма;
– токовый выход 0…20 мА для индикации степени открытия клапана (задвижки);
– токовый выход 0…20 мА для индикации тока двигателя электропривода.

1.5 Условия эксплуатации и степень защиты прибора

1.5.1 Номинальные значения климатических факторов – согласно ГОСТ 15150 для вида климатического исполнения УХЛ4, тип атмосферы II (промышленная).

1.5.2 Степень защиты прибора IP50 по ГОСТ 14254 (защита от пыли).

2 Технические данные

2.1 Характеристики прибора:
– типы микроконтроллеров – PIC16F73-I/SP, PIC16F873A-I/SP;
– тактовые частоты – 4 МГц (PIC16F73-I/SP), 20 МГц (PIC16F873A-I/SP);
– разрядность аналого-цифровых преобразователей (АЦП) микроконтроллеров – восемь двоичных разрядов;
– время преобразования АЦП на один канал – 60 мкс;
– число дискретных выходов для организации пользователем схем индикации на светодиодах – три;
– число дискретных выходов для индикации положения рабочего органа исполнительного механизма – четыре;
– число токовых выходов 0…20 мА для индикации степени открытия клапана (задвижки) – один;
– число токовых выходов 0…20 мА для индикации тока двигателя электропривода – один;
– число токовых входов 0…20 мА (0...5 мА) для подключения внешнего регулятора управления – один.

2.2 Электрические параметры и характеристики

2.2.1 Питание прибора осуществляется от сети переменного тока напряжением от 190 до 242 В, частотой (50 ±1 ) Гц.

2.2.2 Мощность, потребляемая прибором, не превышает 18 В·А.

2.2.3 По степени защиты от поражения электрическим током прибор относится к классу защиты I в соответствии с требованиями ГОСТ 12.2.007.0.

2.2.4 Электрическая изоляция между цепями управления и силовыми цепями прибора, а также сетью ~220 В, 50 Гц выдерживает без пробоя и поверхностного перекрытия испытательное напряжение ~1500 В, 50 Гц в нормальных условиях применения.

2.2.5 Сопротивление изоляции силовых цепей прибора, а также сети ~220 В, 50 Гц относительно металлических частей корпуса не менее 20 МОм в нормальных условиях применения.

2.3 Прибор предназначен для непрерывной работы.

2.4 Параметры дискретных входов прибора:
– активное сопротивление не менее 10 кОм;
– напряжение логического нуля на входе прибора от 0 до 2 В;
– логическая единица на входе – «обрыв»;
– минимальная длительность логической единицы и логического нуля на входе 0,1 с.

2.5 Предельные параметры ключей прибора:
– напряжение коммутации силового ключа не более 500 В постоянного тока или ~500 В, 50 Гц;
– амплитудное значение коммутируемого силовым ключом тока не более 10 А;
– напряжение коммутации информационного ключа не более 36 В;
– выходной ток информационного ключа не более 250 мА.

2.6 Активное сопротивление токового входа прибора:
– 200 Ом для токового сигнала 0…20 мА;
– 804 Ом для токового сигнала 0…5 мА.

2.7 Токовые выходы прибора обеспечивают выходной ток в диапазоне от 0 до 20 мА на нагрузке до 250 Ом.

2.8 Диапазон измерения текущего значения тока фазы С трехфазной цепи питания электропривода составляет от 0 до 10 А.

2.9 Абсолютная основная погрешность измерения тока не более ± 0,5 А.

2.10 Значение тока срабатывания защиты цепей питания электропривода (9 ± 0,5) А.

2.11 Приведенная основная погрешность определения положения рабочего органа электропривода не более ± 2 %.

2.12 Дискретные выходы для индикации положения рабочего органа исполнительного механизма представляют собой источники вытекающего тока величиной 10 мА, обеспечивающие напряжение питания схем от 0 до 6 В.

2.13 Надежность

2.13.1 Средняя наработка на отказ прибора с учетом технического обслуживания, не менее 40000 ч.

2.13.2 Срок службы прибора составляет 10 лет.

3 Общее устройство и принцип работы прибора

3.1 Прибор выполнен на основе микроконтроллеров PIC16F73 и PIC16F873A и выполняет функции автоматического, ручного и дистанционного управления электроприводом.

3.2 Непосредственное управление исполнительным электроприводным механизмом осуществляется силовым полупроводниковым реверсивным реле.

Управляющее воздействие для него формирует микроконтроллер на основе анализа положения рабочего органа и состояния путевых выключателей электропривода. Это позволяет исключить выход из строя исполнительного механизма при достижении рабочим органом крайних положений.

Диапазон перемещения рабочего органа ограничен путевыми выключателями «рабочего хода» (РХ) и «полного хода» (ПХ). Срабатывание путевых выключателей сигнализирует о выходе рабочего органа за границы регулирования. Путевой выключатель «рабочий ход закрыто» (РХЗ) соответствует 0 % диапазона перемещения рабочего органа, а путевой выключатель «рабочий ход открыто» (РХО) – 100 % диапазона перемещения рабочего органа.

Текущее положение рабочего органа внутри диапазона регулирования определяется с помощью датчика положения электропривода.

3.3 Прибор обеспечивает запитку датчиков положения стабильным током. Для реостатного типа датчика используется постоянный ток, для индуктивного – синусоидальный переменный ток частотой 70 Гц.

Выходной сигнал датчика положения и сигналы с путевых выключателей обрабатываются микроконтроллером и отображаются на индикационном табло передней панели.

На основе анализа положения рабочего органа микроконтроллер принимает решения о возможности формирования управляющего воздействия для исполнительного механизма.

В автоматическом режиме прибор работает под управлением входного токового сигнала 0…5 мА или 0…20 мА, причем 0 мА соответствует 0 %, а 5 мА или 20 мА – 100 % диапазона перемещения рабочего органа.

Микроконтроллер измеряет уровень входного токового управляющего воздействия, ставит ему в соответствие текущее положение рабочего органа, определяет направление и степень рассогласования, формирует управляющий сигнал для исполнительного механизма.

С началом движения рабочего органа микроконтроллер, считывая сигнал с датчика положения, следит за уменьшением степени рассогласования и снимает сигнал управления силовым реле в тот момент, когда положение рабочего органа соответствует уровню входного токового управляющего воздействия.

В ручном режиме прибор транслирует на исполнительный механизм управляющее воздействие оператора.

3.4 Структурная схема прибора приведена на рисунке V.1.1 и содержит следующие узлы:
– выключатель (ВЫКЛ);
– блок питания (БП4);
– модуль контроля и коммутации МКК (МКК);
– ручной тумблер (РТ);
– модуль сопряжения МС (МС);
– механическое реле (МР);
– модуль коммутации МК (МК);
– полупроводниковое реле (ПР).
Сетевое напряжение ~220 В, 50 Гц через выключатель поступает на БП4, вырабатывающий напряжения, необходимые для работы остальных узлов прибора. Кроме того, БП4 обеспечивает питание блока сигнализации положения исполнительного механизма, транслируемое через МКК и МС.

МС содержит узлы сопряжения с внешними цепями прибора (кроме силовых).

МКК является центральным узлом прибора. В его задачи входит контроль состояния электропривода с помощью датчика положения и путевых выключателей. Полученная информация индицируется на знаковом и дискретных светодиодных индикаторах. МКК через МС принимает управляющие воздействия от регулятора с токовым выходом и от устройства дистанционного управления и формирует для этих устройств дискретные сигналы обратной связи о состоянии электропривода. В задачи МКК входит также опрос четырех кнопок местного управления прибора, управление МК, измерение и индикация рабочего тока двигателя электропривода. Кроме того, МКК преобразует измеренные значения степени открытия клапана (задвижки) и рабочего тока двигателя в выходные токовые сигналы, пропорциональные измеренным значениям.

Силовое трехфазное напряжение (А, В, С) для трехфазных исполнительных механизмов или однофазное напряжение (А, В) для однофазных исполнительных механизмов поступает на МР, обеспечивающее обесточивание силовых цепей ПР и обмоток двигателя электропривода при возникновении аварийных ситуаций или вводе прибора в состояние программирования.

ПР преобразует управляющее воздействие от МК в соответствующий порядок коммутации цепей питания на обмотках двигателя электропривода.

МК содержит элементы защиты ПР от самопроизвольного включения его внутренних семисторов, обеспечивает контроль и измерение тока двигателя электропривода и формирует сигнал аварийного отключения для МР при развитии токов короткого замыкания в силовых трехфазных цепях.

Нормально замкнутые путевые выключатели полного хода исполнительного механизма включаются в приборе последовательно с цепью запитки катушки МР и выполняют роль аварийных аппаратных выключателей при достижении рабочим органом своих крайних положений. РТ обеспечивает замыкание цепей каждого путевого выключателя полного хода, и, одновременно дублируя кнопки ручного управления (ОТКРЫТЬ, ЗАКРЫТЬ), позволяет оператору вернуть рабочий орган электропривода в его рабочий диапазон.

3.5 Прибор имеет два рабочих состояния:
– cостояние управления электроприводом;
– cостояние программирования.
В состоянии управления электроприводом прибор определяет положение рабочего органа исполнительного механизма, состояния путевых выключателей, обеспечивает индикацию этих параметров и, в соответствии с одним из четырех выбранных режимов работы («Автомат», «Отключено», «Местное», «Дистанционное»), формирует сигналы управления исполнительным механизмом.

В состоянии программирования производится настройка прибора, при этом определение положения рабочего органа или реакции на входное токовое управляющее воздействие не производится, а силовые цепи электропривода обесточиваются.

3.6 На передней панели прибора расположен четырехразрядный семисегментный индикатор (далее «индикатор»), на который в состоянии управления выводится значение текущего положения рабочего органа, а в состоянии программирования – стилизованное название параметра настройки и его значение.

Ряд одноцветных светодиодов, расположенных на передней панели прибора, индицируют выбранный режим работы прибора в состоянии управления. Для режима «Отключено» горит светодиод красного цвета, для режима «Дистанционное» – желтого, для остальных режимов – зеленого.

Для индикации текущего направления движения рабочего органа и состояния путевых выключателей используются трехцветные светодиоды, снабженные надписями «Авария», «Открыто», «Закрыто». Зеленое свечение светодиодов «Открыто» или «Закрыто» означает, что рабочий орган находится в движении в соответствующую сторону. Желтое свечение этих светодиодов с возможным сопровождением двухтоновым звуковым сигналом сигнализирует срабатывание соответствующего путевого выключателя рабочего хода. Красное свечение светодиодов «Открыто» или «Закрыто» (продублированно красным свечением светодиода «Авария») индицирует срабатывание соответствующего путевого выключателя полного хода и сопровождается монотонным звуковым сигналом.

С помощью кнопок, расположенных на передней панели прибора, производится переключение режимов работы прибора, изменение его состояния и формирование оператором управляющего воздействия исполнительным механизмом.

Вертикальная светодиодная линейка показывает текущее относительное значение тока трехфазного электропривода. Съемный лючок прибора открывает доступ оператору к резисторам настройки прибора, позволяющим согласовывать диапазон движения рабочего органа с уровнем 0 % и 100 %.

3.7 Прибор выполнен в металлическом корпусе.
БП4, МК и МС представляют собой печатные платы, имеющие с одной стороны разъем связи с МКК, а с другой стороны разъемы связи с внешними устройствами и узлы крепления к металлической задней панели. МКК выполняет одновременно функции кросс–платы. Узел, образованный при креплении к задней панели модулей МК и МС, а также БП4, вставленных во врубные разъемы ячейки МКК, вдвигается в корпус по направляющим. Конструкция обеспечивает фиксацию узла в корпусе прибора и предохраняет прибор от проникновения посторонних предметов.

Элементы ПР и МР устанавливаются на металлической панели, которая связана с задней панелью прибора, и, через металлические втулки, с платой МС.

Передняя часть прибора закрыта панелью с декоративным шильдиком, которая имеет окна для светодиодных индикаторов и кнопок, лючок, закрывающий органы настройки прибора, а также резьбовые отверстия с невыпадающими винтами, предназначенными для установки прибора на щит потребителя.

Сетевой выключатель, кабель питания, РТ, разъемы связи прибора с внешними устройствами и клемма защитного заземления прибора расположены на задней панели.

4 Описание режимов работы прибора

4.1 Как было описано выше, прибор имеет два состояния: управления электроприводом (ЭП) и программирования. После включения питания прибор переходит в состояние управления ЭП, которое, в свою очередь, имеет четыре возможных режима работы («Отключено», «Местное», «Дистанционное», «Автомат»). Блок–схема алгоритма функционирования прибора приведена на рисунке V.1.2.

4.2 Режим «Отключено» характеризуется полным снятием напряжения питания с управляемого ЭП с разрывом «сухих контактов» реле в этой цепи. В этом режиме возможно осуществить переход в состояние программирования прибора. Вход в режим «Отключено» осуществляется при включении питания или из режима «Автомат» одновременным нажатием двух кнопок ВВОД и ВЫБОР.
При следующем нажатии кнопки ВЫБОР прибор переходит в режим «Местное».

4.3 Режим «Местное» обеспечивает управление ЭП с помощью кнопок передней панели прибора. В этом режиме на индикаторе присутствует текущее положение ЭП по показаниям датчика положения. Нажатие кнопки ОТКРЫТЬ ведет к увеличению этой величины, а нажатие кнопки ЗАКРЫТЬ – к ее уменьшению. Для перевода ЭП в другое положение следует нажать соответствующую кнопку и удерживать ее до совпадения показаний на индикаторе с требуемым.
Из этого режима имеется два перехода к другим режимам работы. При одновременном нажатии кнопок ВВОД и ВЫБОР прибор переключается на дистанционное управление (режим «Дистанционное»), а при нажатии кнопки ВЫБОР – на автоматическое управление (режим «Автомат»).

4.4 Режим «Дистанционное» предназначен для управления ЭП из дистанционной схемы управления, построенной на «сухих контактах».
В этом режиме прибор продолжает индицировать текущее положение ЭП и игнорирует нажатие всех кнопок, кроме кнопки ВЫБОР. При ее нажатии прибор переходит в режим автоматического управления (режим «Автомат»).

4.5 Режим «Автомат» предназначен для управления ЭП от внешнего устройства с токовым выходом. В этом режиме выраженное в процентах положение рабочего органа ЭП поддерживается численно равным выраженной в процентах величине входного тока от управляющего устройства.

4.6 Во всех описанных режимах, кроме «Отключено», прибор имеет второй вид индикации. Нажатие кнопки ВВОД ведет к кратковременному появлению на индикаторе величины рассогласования между текущим положением рабочего органа ЭП, выраженным в процентах, и величиной входного токового сигнала, также выраженной в процентах.

4.7 Блок–схема алгоритма работы прибора в режиме «Отключено» приведена на рис. V.1.3.
После проведения инициализации режима проводится процедура определения положения рабочего органа и состояния путевых выключателей ЭП с контролем состояния кнопки ВВОД, позволяющей ввести прибор в состояние программирования.

В своей работе прибор использует четыре параметра настройки, ввод и отображение которых осуществляется на четырехразрядном семисегментном индикаторе в состоянии программирования прибора в следующем виде:

Параметр «Зона нечувствительности» используется для того, чтобы оградить ЭП от лишних операций при малом отличии положения рабочего органа от значения уставки. При этом, если величина рассогласования не превышает половины величины параметра, то включение ЭП не происходит.
Параметр изменяется в диапазоне от 0 до 30 % с дискретностью 2 %.

В случае, когда управляемый ЭП имеет значительную величину выбега, для увеличения точности достижения заданной уставки используется параметр «Упреждение уставки», численно равный величине выбега, выраженной в процентах.
Параметр изменяется в диапазоне от 0 до 7,5 % с дискретностью 0,5 %.

Параметры «Ограничение крайнего положения 0 и 100 %» могут использоваться как программные путевые выключатели для уменьшения износа механических путевых выключателей или в случае их отсутствия. Эти параметры численно равны упреждениям достижений крайних положений.
Параметры изменяются в диапазоне от 0 до 7,5 % с дискретностью 0,5 %.

Процесс программирования начинается с перевода прибора в режим «Отключено». Далее, для входа в режим программирования надо нажать кнопку ВВОД. Прибор начинает пооче редно предлагать параметры для программирования в следующем порядке:
– зона нечувствительности;
– упреждение уставки;
– ограничение крайнего положения 100 %;
– ограничение крайнего положения 0 %.
Для перехода к каждому следующему параметру требуется нажать на кнопку ВВОД.
Когда прибор переходит к программированию очередного параметра, то сначала на индикаторе высвечивается его текущее значение. По истечении небольшого времени прибор начинает циклически изменять параметр, ожидая нажатия кнопки ВВОД для выбора нового значения и перехода к следующему параметру. Для завершения процесса программирования необходимо нажать кнопку ВВОД при индикации последнего параметра – при этом прибор переходит в режим «Отключено».

4.8 Блок–схема алгоритма работы прибора в режиме «Местное» приведена на рисунке V.1.4.
В этом режиме прибор ожидает управляющего воздействия оператора. Анализируя текущее положение рабочего органа, состояние путевых выключателей, уровень тока цепи питания ЭП, прибор принимает решение о возможности формирования сигналов управления для ЭП в соответствии с действиями оператора. Отказом в выполнении прибором действий являются:
– срабатывание путевых выключателей, соответствующих направлению воздействия;
– срабатывание защиты двигателя ЭП по току.

4.9 Блок–схема алгоритма работы прибора в режиме «Автомат», когда прибор обеспечивает положение рабочего органа ЭП, соответствующее уровню сигнала внешнего токового регулятора, приведена на рисунке V.1.5.

При принятии решения о включении двигателя ЭП прибор использует все параметры настройки, сравнивая их значения с текущим местоположением рабочего органа и анализируя сигналы аварийного отключения токовой защиты и путевых выключателей.

Когда цель работы прибора в этом режиме достигнута (степень рассогласования Delta положения рабочего органа и соответствующего уровня сигнала внешнего регулятора равна нулю), происходит снятие управляющего воздействия с двигателя ЭП. Последующее приведение в движение рабочего органа не может произойти раньше интервала времени, равного четырем секундам и определяемого паспортными данными на используемые ЭП.

4.10 Блоксхема алгоритма работы прибора в режиме «Дистанционное», когда управление ведется с внешнего пульта дистанционного управления (ПДУ), приведена на рисунке V.1.6. В режиме «Дистанционное» функционирование прибора определяется положением механического переключателя «Род работы».

Каждому из трех возможных положений переключателя ПДУ в режиме «Дистанционное» соответствуют подрежимы «Отключено», «Ручное», «Автомат», дублирующие режимы работы прибора «Отключено», «Местное», «Автомат» и аналогичные по процедурам выполнения управляющих воздействий и определения положения рабочего органа ЭП. Так, например, в подрежиме «Ручное» оператор с помощью кнопок ПДУ ОТКРЫТЬ или ЗАКРЫТЬ может выполнить действия, аналогичные воздействию кнопок ОТКРЫТЬ и ЗАКРЫТЬ, расположенных на передней панели прибора.

Выход из режима «Дистанционное» осуществляется оператором при нажатии кнопки ВЫБОР, расположенной на передней панели прибора, и не зависит от подрежима, в котором вэтот момент находился прибор.

5 Комплектность поставки
В комплект поставки прибора входят:
– блок управления электроприводом БУЭП–1 УНКР.466514.006        – 1 шт.;
– паспорт УНКР.466514.006 ПС                                                            – 1 шт.;
– руководство по эксплуатации УНКР.466514.006 РЭ                       – 1 шт.;
– розетка кабельная РП10–22ЛУ с кожухом
НЩ0.364.005 ТУ (для присоединения силовых цепей)                       – 1 шт.;
– розетка кабельная DHS–26F с кожухом
(для присоединения управляющих цепей)                                          – 1 шт.;
– вилка кабельная DB–15M с кожухом
(для присоединения блока сигнализации положения)                       – 1 шт.;
– тара транспортная УНКР.321312.004–01                                          – 1 шт.

6 Габаритные размеры и масса

6.1 Габаритные размеры прибора приведены на рисунке V.1.7 и не превышают 240х145х295 мм.

6.2 Масса прибора не более 4,5 кг.

7 Установка прибора

7.1 Прибор устанавливается в помещении с искусственным освещением для возможности круглосуточной работы. Установка прибора производится на щит потребителя.

7.2.2 Сведения по установке даны в руководстве по эксплуатации УНКР.466514.006 РЭ.

7.3 Схемы подключения к прибору внешних устройств представлены на рисунках V.1.8...V.1.11.

8 Дополнительная информация

8.1 Подробно сведения по техническим характеристикам, принципу действия, установке, подготовке к работе и порядке работы с прибором даны в руководстве по эксплуатации УНКР.466514.006 РЭ.

8.2.2 Руководство по эксплуатации в электронном виде размещено на прилагаемом к настоящему каталогу CD-диске.