Автоматизация электропривода задвижки

Ни одна трубопроводная система немыслима без использования такого регулирующего органа, как задвижка. Этот тип запорной арматуры предназначен для перекрытия потока жидкости, пара или газа по трубе.

Схема привода различных задвижек

Схема привода различных задвижек

Все задвижки бывают 3 типов: конические, клинкетные и кольцевые. Наибольшее практическое применение получили клинкетные задвижки, которые перекрывают поток жидкости в трубе с помощью плоского затвора, входящего в этот поток перпендикулярно течению жидкости.

Общие сведения об автоматизации электропривода задвижки

У любой задвижки существует две функции: открытие и закрытие трубопровода. Команды на это выполняются в ходе изменения каких-либо контролируемых параметров: давления, температуры, расхода жидкости. Если задвижка включена в систему управления комплексом, то команда на открытие или закрытие может подаваться в зависимости от состояния насосов и вентиляторов.

Схема электропривода задвижки с электромеханической муфтой

Схема электропривода задвижки с электромеханической муфтой

Для осуществления дистанционного управления задвижкой используют различные типы приводов: гидравлический, пневматический, электрический. В целях автоматического управления используют электропривод, так как это наиболее удобно и рационально. Асинхронный двигатель чаще всего является электроприводом для задвижки. Его выходной вал соединен с червячным редуктором, выходная шестерня которого входит в зацепление с винтом на выходе задвижки.

В процессе работы электродвигателя перекрывающий ток жидкости затвор вместе с винтом опускается либо поднимается, осуществляя закрытие или открытие задвижки. Шестерня на выходе редуктора через промежуточные шестерни передает вращение нескольким дискам с особыми кулачками. В момент открытия задвижки эти кулачки поворачиваются в правую сторону и переключают электрические контакты выключателя КВО. В момент же закрытия задвижки напротив кулачки поворачиваются в левую сторону и замыкают контакты выключателя КВЗ. Все диски с кулачками установлены таким образом, что при полном открытии задвижки срабатывает выключатель КВО, а при полном закрытии — выключатель КВЗ.

Принципиальная электрическая схема управления электрическим приводом задвижки предполагает 3 режима управления: автоматический, дистанционный и наладочный.

Дистанционный режим применяют при управлении электрическим приводом на расстоянии, например, с диспетчерского пульта. Для перевода автоматики в данный режим переключатель управления 1ПУ устанавливается в состояние “Дистанционный”, тумблер 1ВБ в состояние “выключен”, тумблер 2ВБ в состояние “включен”. Питание на диспетчерский пульт управления подается через выключатель В.

Схема функционирования электропривода в дистанционном режиме

Для осуществления команды “открыть задвижку”, необходимо нажать кнопку 1КУ. В этом случае произойдет включение реле 1РП, которое замыкает свой открытый контакт в цепи электропитания катушки пускателя ПО. Пускатель включается и инициирует начало работы электродвигателя, который и открывает задвижку через описанный выше механизм.

Электрическая схема электропривода

Электрическая схема электропривода

При достижении задвижкой крайнего положения, тотчас происходит нажатие концевого выключателя КВО. При этом его замкнутый контакт КВО1 размыкается и производит выключение пускателя ПО. Это инициирует выключение электродвигателя задвижки. Одновременно с этим разомкнутый контакт КВО2 замыкается и производит включение лампочки ЛО, которая сигнализирует о том, что задвижка в данный момент открыта.

Аналогично изложенному сценарию происходит обратная команда “закрыть задвижку” при помощи уже кнопки 2КУ. При этом, после полного закрытия задвижки загорается лампочка ЛЗ.

Для обеспечения работы цепи сигнализации использован полярный принцип образования сигналов. Он заключается в том, что полупроводниковые диоды чувствительны к направлению течения электрического тока. Это позволяет сделать всю аппаратуру чувствительной к этому параметру. Для обеспечения того или иного направления тока на пульте управления и на объекте устанавливают по два полупроводниковых диода. Они производят однополупериодное выпрямление и полное избирание. Это обеспечивает передачу по одному проводу 2-х сигналов. В случае полностью открытой задвижки, протечка тока осуществляется через диоды 1Д и 2Д при горящей лампочке ЛО. Когда задвижка полностью закрыта, ток течет через диоды 3Д и 4Д с горящей лампочкой ЛЗ.

Схема автоматического режима

Отличие автоматического режима управления электроприводом задвижки заключается в отсутствии какого-либо участия оператора. Автоматизация электропривода задвижки достигается установкой переключателя 1ПУ в положение “Автомат”. При этом выключатель ВК должен находиться в положении «включен», тумблер 1ВБ в позиции “выключен”, а тумблер 2ВБ в состоянии “включен”.

Таблица существующих модификаций задвижек с электроприводом

Таблица существующих модификаций задвижек с электроприводом

Датчики, осуществляющие контроль величины таких параметров, как расход жидкости или газа, уровень температуры или давления, подают сигнал при достижении заданного уровня на схему контроля, где происходит замыкание контактов 1РК или 2РК. Это заставляет включаться реле 1РП или 2РП. В свою очередь магнитные пускатели ПО или ПЗ выполняют команды открыть или закрыть задвижку соответственно. Контроль исполнения команд осуществляется по наличию загорания одной из лампочек ЛО и ЛЗ.

Особенности наладочного режима

Наладочный режим необходим для апробации работы задвижки с электроприводом после ремонта или первоначального монтажа. Для установки системы в данный режим необходимо переключить тумблер 1ВБ в позицию “включено”. Электропитание в схему управления направляется включением выключателя АВ. Для выполнения команды “открыть задвижку”, нужно нажать кнопку 4КУ. Это действие обеспечивает поступление питания к магнитному пускателю открытия задвижки ПО.

Так устроена клиновая задвижка

Так устроена клиновая задвижка

Когда происходит включение ПО, то в схеме случаются следующие изменения:

  1. Контакт ПО1 в самоблокировочной цепи замыкается и происходит запоминание команды.
  2. Контакт ПО2 в цепи взаимной блокировки размыкается, чтобы исключить подачу ложной команды.
  3. Замыкается цепь электродвигателя через 3 силовых контакта ПО3 и происходит его включение, задвижка перемещается вверх.

В момент полного открытия задвижки кулачок диска производит нажатие на выключатель КВО. Его замкнутый контакт размыкается, включая пускатель ПО. При этом его контакты возвращаются в свое начальное состояние и электродвигатель отключается, задвижка останавливается.

Для выполнения обратной команды “закрыть задвижку”, нужно нажать кнопку 5КУ, которая подает питание на магнитный пускатель закрытия задвижки ПЗ. Аналогично изложенной выше команде осуществляется схема выключения питания электродвигателя. При этом изменяется направление вращения ротора (режим реверса). Тем самым происходит полное закрытие задвижки. Выключение электродвигателя происходит после размыкания контакта выключателя КВЗ.

Виды защиты схемы управления

Как и любой сложный электромеханический прибор, автоматическая задвижка имеет несколько видов защиты схемы управления от различного рода перегрузок.

Схема щитка управления

Схема щитка управления

В щитке управления имеется кнопка ЗКУ, которая служит для мгновенного аварийного выключения электродвигателя. При этом существуют и автоматические элементы защиты:

  1. Защита от минимального напряжения, которую еще называют нулевой защитой. Ее срабатывание происходит в момент полного исчезновения напряжения внутри сети или его критическом понижении. Цель — исключить возможность самостоятельного запуска электродвигателя при внезапном восстановлении напряжения. Эта защита осуществляется при помощи магнитных пускателей и электромагнитных реле напряжения.
  2. Электрическая самоблокировка. Данный вид защиты достигается путем включения размыкающего контакта на пускателе ПО в цепи электропитания пускателя ПЗ и обратно. То есть, пока пускатель ПО находится во включенном положении, цепь питания пускателя ПЗ однозначно будет разомкнутой, а принудительно запустить пускатель ПЗ вместе с магнитным пускателем ПО ни при каких обстоятельствах нельзя.
  3. Защита электрического двигателя от перегрузки при аварийном заклинивании задвижки осуществляется путем размыкания контактов выключателя муфты конечного момента ВМ, который введен в общую цепь электропитания обеих индукционных катушек пускателей.
  4. Максимальная защита гарантирует полную безопасность электродвигателя при возникновении кратковременной перегрузки и короткого замыкания. Осуществляется она в результате использования плавких предохранителей либо электромагнитных автоматических выключателей.

Защита электропривода при помощи устройства ПКП1

Для осуществления защиты электропривода задвижек на насосных станциях часто устанавливается специальный прибор ПКП1:

  • ПКП1Т — контролирует текущие положения задвижки по току, который потребляется электроприводом, и времени ее движения.
  • ПКП1И – контролирует текущие положения задвижки с помощью измерения периодов импульсов, поступающих с датчика. Он расположен на валу задвижки. При этом учитывается и число оборотов вала.

Прибор ПКП1 необходим для управления затворами и задвижками в больших насосных станциях и городской системе «Водоканал», а также для обеспечения защиты их механизмов и электроприводов в случае внезапного заклинивания без применения концевых выключателей.

Схема насосной станции с установленной защитой

Схема насосной станции с установленной защитой

Главные защитные функции прибора:

  • Автоматическое отключение электропривода при достижении крайнего положения задвижкой без применения концевых выключателей.
  • Осуществление индикации и контроля текущего положения задвижек в %.
  • Аварийная остановка управления и подача сигнала «Авария» в момент проскальзывания механизмов электропривода либо заклинивания задвижки.
  • ПКП1 снабжен двумя выходными реле, управляющими задвижкой, двумя реле для имитации срабатывания концевых выключателей и реле для подачи аварийного сигнала.

Кроме того, по желанию потребителя в ПКП1 может быть установлен модуль интерфейса взаимодействия с ЭВМ RS-485 либо модуль, который создает унифицированный токовый сигнал (4-20 мА), который пропорционален степени открытия створки задвижки.

Для настройки этого прибора непосредственно на объекте, с помощью чертежа задают временные параметры движения задвижки и варианты определения ее концевых положений.

Если нам известен рабочий ток электродвигателя, то необходимо просто задать параметры защитного выключения. Эти параметры будут на долго сохранены в энергонезависимой памяти прибора и останутся неизменными даже при отключении питания. Программирование прибора осуществляется кнопками, которые располагаются на передней панели. Чтобы предотвратить несанкционированный доступ к изменениям установленных параметров, имеется специальная защита.

Автоматизация электропривода задвижки может использоваться не только на крупных промышленных предприятиях и в городских сетях водоснабжения, но и в больших по площади домохозяйствах. Эта система обеспечит качественный контроль различных параметров в системе отопления или водоснабжения. Если на вашем участке есть несколько строений, объединенных единой водопроводной сетью, то автоматизация вам не повредит.