УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ, ДИАГНОСТИКИ И НАСТРОЙКИ ДВУХПОЗИЦИОННЫХ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ Российский патент 2024 года по МПК G05B23/02 

Изобретение относится к системам, предназначенным для проведения электрических испытаний и контроля систем управления или их элементов, в частности исполнительных механизмов систем автоматики и телемеханики. Предложенное в настоящей заявке устройство применимо как для диагностики технического состояния и настройки двухпозиционных исполнительных механизмов различного типа, используемых для управления запорно-регулирующей арматурой, так и для других двухпозиционных исполнительных механизмов с наличием или отсутствием в них функций контроля текущего состояния и независимо от напряжения электропитания.

Из уровня техники известно устройство для имитации исполнительных механизмов (RU 183182, МПК Н01Н 3/00, опубликовано 13.09.2018). Прибор состоит из релейных модулей, на которых смонтированы шунтирующие резисторы, позволяющие имитировать положение исполнительных механизмов и реле с контактами для самоблокировки, позволяющими отслеживать прохождение ложных команд управления.

Недостатком известного устройства является то, что прибор предназначен только для имитации прохождения сигналов напряжением 110 В на исполнительные механизмы через силовые цепи системы автоматического управления и линии обратной связи. Кроме того, недостатком устройства является то, что с его помощью невозможно произвести диагностику работоспособности станции управления, настройку клапанов и соленоидов, управлять запорно-регулирующей арматурой.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению и выбранным в качестве прототипа признано программно-аппаратная система для осуществления способа автоматической диагностики системы с электроприводом (RU 2533877, МПК G05B 23/02, опубликовано 20.11.2012). Устройство соединено посредством каналов связи с электроприводом, содержащим блок управления и электродвигатель, основанный на последовательной подаче тестирующих сигналов, при этом систему переводят в режим диагностики, при котором сначала диагностируют информационные каналы связи блока управления путем подачи тестовых сигналов с выходов блока управления на входы управляющего устройства и анализа управляющим устройством поступления тестовых сигналов на своих входах. Затем при условии признания исправными информационных каналов связи блока управления диагностируют управляющие каналы связи блока управления путем подачи тестовых сигналов с выходов управляющего устройства на входы блока управления и анализа блоком управления поступления тестовых сигналов на своих входах.

Недостатком известной автоматической системы диагностики является ее низкая технологичность, связанная со сложностью устройства, что обусловлено необходимостью использования для диагностики состояния электропривода автоматизированной системы управления технологическим процессом. Кроме того, система не может быть реализована в виде портативного прибора, что ограничивает ее возможности для использования в полевых условиях.

Технической задачей заявленного изобретения является сокращение временных затрат, необходимых для проведения технического обслуживания, диагностики или оптимизации настройки исполнительных механизмов, и возможность проведения упомянутых работ непосредственно на объекте управления.

Указанная задача решена тем, что устройство для технического обслуживания, диагностики и настройки двухпозиционных исполнительных механизмов содержит блок питания, подключенный к цепи питания ШИМ-контроллера, первый и второй выходы которого подключены к затворам N-канальных MOSFET-транзисторов, истоки которых подключены к нулевому контакту узла сигнализации, а стоки подключены к первичной обмотке трансформаторного преобразователя напряжения, при этом вторичная обмотка преобразователя напряжения через двухполупериодный мостовой выпрямитель подключена к цепи питания узла управления. Узел сигнализации выполнен на основе светодиодов с питанием от стабилизатора напряжения, с возможностью коммутации узла с выходами блоков сигнализации положения двухпозиционных исполнительных механизмов, а узел управления выполнен на основе транзисторных усилителей с возможностью его коммутации с входами блоков управления двухпозиционных исполнительных механизмов.

Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытой выше совокупностью признаков устройства, является возможность его использования для технического обслуживания двухпозиционных исполнительных механизмов различного типа, применяемых для управления запорно-регулирующей арматурой, непосредственно на объекте управления, за счет реализации в конструкции устройства узлов сигнализации и управления, позволяющих, соответственно, опрашивать концевые датчики положения рабочих органов исполнительных механизмов и управлять их силовыми приводами. Кроме того, применение в устройстве ШИМ-контроллера позволяет улучшить качество электрического сигнала в цепи питания узла управления.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена упрощенная структурная схема устройства, а на фиг. 2 приведена одна из возможных электрических принципиальных схем, реализующая функциональные возможности устройства, на фиг. 3 - фото устройства.

Устройство для технического обслуживания, диагностики и настройки двухпозиционных исполнительных механизмов имеет следующую конструкцию.

Устройство содержит блок питания 1, представляющий собой аккумуляторную батарею с номинальным напряжением 12 В, подключенный к цепи питания ШИМ-контроллера 2 (U1), при этом нулевая линия цепи питания снабжена первым предохранителем 3 (F1) для защиты устройства от недопустимых режимов работы и тумблером 4 (S1) для включения устройства. Первый и второй выходы ШИМ-контроллера 2 подключены к затворам N-канальных MOSFET-транзисторов (Т1) 5 и (Т2) 6, истоки которых подключены к нулевому контакту 7 (Х2) узла сигнализации 8, а стоки транзисторов 5 и 6 подключены к первичной обмотке трансформаторного преобразователя напряжения 9 (TR1), при этом отвод от середины первичной обмотки подключен к положительной линии цепи питания ШИМ-контроллера 2.

ШИМ-контроллер 2 содержит два усилителя ошибки, внутренний регулируемый генератор, компаратор управления длительностью мертвого времени (DTC), импульсно управляемый переключатель, источник опорного напряжения 5 В ± 5% и схему контроля выходной цепи. Усилители ошибки выполнены с возможностью выдавать синфазное напряжение в диапазоне от 0.3 В до 2 В. Компаратор мертвого времени имеет фиксированное смещение и дает пятипроцентную временную задержку выходного управляющего сигнала. ШИМ-контроллер может быть выполнен как на дискретных элементах, так и на основе микросхемы серии TL494.

Вторичная обмотка трансформаторного преобразователя напряжения 9 через двухполупериодный мостовой выпрямитель 10 (D3-D6) с параллельно включенным конденсатором (С3) подключена к цепи питания узла управления 11, снабженным вторым предохранителем 12 (F2), при этом в цепь для сигнализации о перегрузке включено реле 13 (Rel1) и индикатор перегрузки 14, выполненный в виде светодиода, а для контроля напряжения в цепи к ней подключен цифровой вольтметр 15. Дополнительно между отводом от середины вторичной обмотки и отрицательным выводом вторичной обмотки установлен тумблер 16 (S4), предназначенный для выбора выходного напряжения устройства = 110 В или = 24 В.

Узел сигнализации 8 включает в себя стабилизатор напряжения 17 (VR1), подключенный через вход «IN» к блоку питания 1, при этом положительный выход «OUT» стабилизатора через токоограничивающие сопротивления (R5, R6) и светодиоды 18, 19 (LED1, LED2) подключен, соответственно, к первому 20 (X1) и второму 21 (Х3) положительным контактам узла сигнализации 8, а нулевой выход «GND» подключен к его нулевому контакту 7 (Х2).

Узел управления 11 состоит из двух усилителей, выполненных на основе биполярных транзисторов 22,23,24,25 (VT1, VT2, VT3, VT4), в каждом из которых пары транзисторов VT1-VT2 и VT3-VT4, соответственно, подключены по схеме Шиклаи, при этом выходы усилителей подключены к затворам N-канальных MOSFET-транзисторов 26, 27 (Т3, Т4), истоки которых подключены к нулевой линии цепи питания узла управления 11, а стоки к первому и второму нулевым выходным контактам 28,29 (Х5, Х7) узла управления 11, при этом первый и второй выходные положительные контакты 30,31 (Х4, Х6), через светодиоды 32,33 (LED4, LED5) индикации работы исполнительных устройств, токоограничиваюшие сопротивления (R20, R21) и тумблеры 34, 35 (S2, S3) включения устройств, подключены к положительной линии цепи питания узла управления 11.

Гальваническое разделение цепей узла сигнализации 7 и узла управления 11 выполнено с помощью оптопар 36, 37.

Устройство для технического обслуживания, диагностики и настройки двухпозиционных исполнительных механизмов работает следующим образом.

Первоначально устройство находится в состоянии «Выключено».

Для подготовки его к работе выполняют коммутацию контактов (входов) 20 (X1) и 7 (Х2), соответствующих первому конечному положению исполнительного механизма («Положение 1» объекта управления) и коммутацию контактов (входов) 21 (Х3) и 7 (Х2), соответствующих второму конечному положению исполнительного механизма («Положение 3» объекта управления) с соответствующими выходами блока сигнализации положения исполнительного механизма тестируемого агрегата. Затем выполняют коммутацию выходных контактов 28 (Х4) и 30 (Х5) устройства, обеспечивающих перевод исполнительного механизма в первое положение («Положение 1» объекта управления) и коммутацию выходных контактов 31 (Х6) и 29 (Х7), обеспечивающих перевод исполнительного механизма во второе положение («Положение 3» объекта управления), с соответствующими входами блока управления исполнительным механизмом тестируемого агрегата.

Далее с помощью тумблера 9 (S4) выбирают режим работы устройства, соответствующий выходного напряжения исполнительного механизма = 110 В или = 24 В, после чего тумблером 1 (S1) осуществляют включение устройства.

После включения устройства вольтметр 15 отображает напряжение (110 В или 24 В) в цепи питания узла управления 11,асветодиоды 18 (LED1) и 19 (LED2) индицируют исходное положение исполнительного механизма.

Первым 34 (S2) или вторым 35 (S3) тумблерами задают требуемое положение исполнительного механизма, при этом подаваемый управляющий сигнал на открытие или закрытие механизма индицируется с помощью светодиодов 32 (LED4) или 33 (LED5). При достижении требуемого положения исполнительным механизмом на светодиодах 18 (LED1) или 19 (LED2) индицируется его фактическое положение.

В настоящее время изготовлен опытный образец предлагаемого прибора, испытания которого последовательно проводятся на ряде действующих установок. Предварительные испытания показали положительные результаты.

По завершению испытаний будет принято решение об использовании заявляемого изобретения в производстве и об изготовлении необходимого количества приборов для технического обслуживания, диагностики технического состояния и настройки двухпозиционных исполнительных механизмов различного типа.

Изобретение относится к системам, предназначенным для проведения электрических испытаний и контроля систем управления или их элементов. Устройство содержит блок питания, подключенный к цепи питания ШИМ-контроллера, первый и второй выходы которого подключены к затворам N-канальных MOSFET-транзисторов, истоки которых подключены к нулевому контакту узла сигнализации, а стоки подключены к первичной обмотке трансформаторного преобразователя напряжения, при этом вторичная обмотка преобразователя напряжения через двухполупериодный мостовой выпрямитель подключена к цепи питания узла управления. Узел сигнализации выполнен на основе светодиодов с питанием от стабилизатора напряжения, с возможностью коммутации узла с выходами блоков сигнализации положения двухпозиционных исполнительных механизмов, а узел управления выполнен на основе транзисторных усилителей с возможностью его коммутации с входами блоков управления двухпозиционных исполнительных механизмов. Технический результат - возможность использования устройства для технического обслуживания двухпозиционных исполнительных механизмов различного типа, применяемых для управления запорно-регулирующей арматурой, непосредственно на объекте управления. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для технического обслуживания, диагностики и настройки двухпозиционных исполнительных механизмов, содержащее блок питания, подключенный к цепи питания ШИМ-контроллера, отличающееся тем, что первый и второй выходы ШИМ-контроллера подключены к затворам N-канальных MOSFET-транзисторов, истоки которых подключены к нулевому контакту узла сигнализации, а стоки подключены к первичной обмотке трансформаторного преобразователя напряжения, при этом вторичная обмотка преобразователя напряжения через двухполупериодный мостовой выпрямитель подключена к цепи питания узла управления; узел сигнализации выполнен на основе светодиодов с питанием от стабилизатора напряжения, с возможностью коммутации узла с выходами блоков сигнализации положения двухпозиционных исполнительных механизмов, а узел управления выполнен на основе транзисторных усилителей с возможностью его коммутации с входами блоков управления двухпозиционных исполнительных механизмов.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок питания представляет собой аккумуляторную батарею с номинальным напряжением 12 В.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ШИМ-контроллер содержит два усилителя ошибки, внутренний регулируемый генератор, компаратор управления длительностью мертвого времени, импульсно управляемый переключатель, источник опорного напряжения и схему контроля выходной цепи.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что усилители ошибки выполнены с возможностью выдавать синфазное напряжение в диапазоне от 0,3 вольт до 2 вольт.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что узел сигнализации включает в себя стабилизатор напряжения, подключенный через вход IN к блоку питания, при этом положительный выход OUT стабилизатора через токоограничивающие сопротивления и светодиоды подключен, соответственно, к первому и второму положительным контактам узла сигнализации, а нулевой выход GND подключен к его нулевому контакту.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что узел управления состоит из двух усилителей, выполненных на основе биполярных транзисторов, в каждом из которых пары транзисторов подключены по схеме Шиклаи, при этом выходы усилителей подключены к затворам N-канальных MOSFET-транзисторов, истоки которых подключены к нулевой линии цепи питания узла управления, а стоки к нулевым выходным контактам узла управления, при этом выходные положительные контакты через светодиоды индикации работы исполнительных устройств, токоограничивающие сопротивления и тумблеры включения устройств подключены к положительной линии цепи питания узла управления.