Электропневматический позиционер (ЭПП) — это устройство, механически или электропневматически управляющее положением привода, который, в свою очередь, регулирует поток жидкости, газа или сыпучих материалов. Позиционер получает управляющий сигнал от оператора или системы АСУТП в виде токовой петли, а обратная связь осуществляется посредством координат выходного звена пневмопривода. Конструкция клапана «сопло-заслонка» часто используется внутри позиционеров для надежного и точного управления.
Области применения позиционеров
В различных технологических процессах значимыми параметрами управления являются температура, вязкость, плотность и объемный расход продукта.
В традиционных схемах управления непрерывными процессами датчики фиксируют физические параметры. Изменяя проходное сечение, например, через седельный клапан, можно достичь нужного расхода рабочей среды, что влияет на такие ключевые параметры, как температура, вязкость и плотность.
В процессе дозирования химических реагентов при флотации на горно-обогатительных комбинатах отлично себя зарекомендовали сегментные поворотные клапаны с пневматическим приводом, управляемым посредством пропорциональных электропневматических позиционеров.
Для регулировки подачи возвратной воды в этом же технологическом процессе активно используются дисковые затворы, оснащенные поворотными пневмоприводами и электропневматическими позиционерами.
В пищевой промышленности седельные клапаны и дисковые затворы широко применяются для подачи пара при стерилизации или пастеризации продуктов. На шинных заводах клапаны регулируют подачу пара для прогрева формовочного оборудования – вулканизаторов.
На целлюлозно-бумажных предприятиях используются сегментные клапаны для стабилизации расхода бумажной массы, что помогает поддерживать качество конечного продукта при подаче смеси на бумагоделательную машину.
В рассмотренных случаях основное управляющее устройство — это электропневматические позиционеры. Они регулируют ход клапана или пневмопривода при получении сигнала постоянного тока в диапазоне 4-20 мА от пульта или калибратора. Среди различных моделей позиционеров выделяются базовые серии и более точные смарт-позиционеры.
Принцип работы
Основной принцип работы ЭПП заключается в следующем:
- Прием электрического сигнала: Позиционер получает электрический сигнал от системы управления, который соответствует желаемому положению исполнительного механизма.
- Преобразование сигнала: Внутри позиционера электрический сигнал преобразуется в пневматический. Это может быть достигнуто с помощью различных технологий, таких как сопло-заслонка или мембранный усилитель.
- Управление пневматическим приводом: Полученный пневматический сигнал подается на пневматический привод исполнительного механизма, вызывая его перемещение в заданное положение.
- Обратная связь: Позиционер непрерывно отслеживает текущее положение исполнительного механизма с помощью встроенного датчика положения. Эта информация используется для сравнения с заданным значением и для корректировки выходного пневматического сигнала при необходимости.
Функции электропневматического позиционера
- Точное позиционирование: Обеспечивает высокую точность позиционирования исполнительного механизма, что особенно важно для процессов, требующих точного регулирования.
- Быстрое реагирование: Позволяет быстро реагировать на изменения входного сигнала, что повышает динамические характеристики системы.
- Высокая надежность: Современные ЭПП обладают высокой надежностью и долговечностью, что обеспечивает бесперебойную работу технологических процессов.
- Гибкость настройки: Многие модели ЭПП позволяют изменять параметры настройки, такие как диапазон регулирования, скорость реакции и т.д., что делает их универсальными устройствами.
- Дополнительные функции: Некоторые ЭПП оснащены дополнительными функциями, такими как блокировка концевых положений, ручные дублеры, диагностика неисправностей и др.
Схема управления позиционером
Типовая система управления клапаном включает в себя позиционер, регулирующий давление в приводе, сам привод, который управляет открытием клапана, и, собственно, клапан, контролирующий поток жидкости.
Конструкция электропневматического позиционера
Типичная конструкция ЭПП включает в себя следующие элементы:
- Корпус: Изготавливается из различных материалов, таких как алюминий или нержавеющая сталь, в зависимости от условий эксплуатации.
- Электронный блок: Содержит микропроцессор, датчики, усилители и другие электронные компоненты, обеспечивающие обработку сигнала и управление пневматическим приводом.
- Пневматический блок: Содержит сопло-заслонку или мембранный усилитель, преобразующий электрический сигнал в пневматический.
- Датчик положения: Отслеживает текущее положение исполнительного механизма.
- Крепежные элементы: Позволяют установить позиционер на пневматический привод.
Разновидности позиционеров
Наиболее распространённым типом конструкции являются базовые электропневматические позиционеры, которые применяются для управления линейными и поворотными пневмоприводами через электрический контроллер или систему с аналоговым выходом 4-20 мА. Внешнее питание 24 В им не требуется, так как питание поступает от управляющего сигнала 4-20 мА. Дополнительное питание необходимо лишь в случаях, когда требуется обратная связь 4-20 мА для системы верхнего уровня.
Настройка базовых позиционеров осуществляется механически. Доступны варианты для эксплуатации в условиях низких и высоких температур, взрывозащищенное исполнение, а также функция обратной связи с сигналом 4-20 мА.
СМАРТ-позиционеры
Смарт (SMART) позиционеры предназначены для точного управления запорной арматурой на основе входного сигнала 4…20 мА. Такие позиционеры оснащены высокопроизводительным процессором, который обеспечивает функции автокалибровки и позволяет выбирать различные характеристики регулирования, такие как линейный, равнопроцентный, режим быстрого открытия и другие настройки.
Благодаря встроенному дисплею, смарт-позиционеры поддерживают визуальную диагностику, изменение параметров ПИД-регулирования, а также, с помощью HART-протокола, возможность передачи данных о состоянии устройства в систему управления. Дополнительно предусмотрены опции обратной связи с сигналом 4-20 мА, а также механические или индуктивные датчики конечных положений. Все модели по умолчанию оборудованы пневматическими дросселями для настройки расхода воздуха, что позволяет использовать их с различными типами пневмоприводов.
Смарт-позиционер принимает входной сигнал 4-20 мА от внешнего задающего устройства, после чего микропроцессор сравнивает его с сигналом обратной связи, получаемым через потенциометр, и формирует управляющий сигнал для модуля преобразования «ток/давление». Этот сигнал передается на сервомотор, который преобразует его в пневматический сигнал для пилотного клапана, управляя открытием регулирующего клапана за счет изменения выходного давления OUT1 и OUT2.
Существуют модели с внешним резистивным датчиком, что позволяет использовать позиционер для управления элементами арматуры, установленными на значительной высоте или в труднодоступных местах, а также при высоких температурах (выше 85°С) и сильных вибрациях.
Под крышкой смарт-позиционера расположены жидкокристаллический дисплей, кнопки управления, датчики конечных положений, клеммы для подключения входного сигнала, контакты для обратной связи и реле «Авария».
Взрывозащищённые исполнения
Для использования во взрывоопасных условиях выпускают версии во взрывонепроницаемой оболочке Ex d. Корпус состоит из двух изолированных модулей, что позволяет полностью отделить электрические компоненты от пневматической части и исключить воздействие влажного сжатого воздуха на электронные элементы. Уровень защиты корпуса — IP66.
HART-протокол в этих позиционерах (используется 7-я версия) нередко необходим для интеграции устройства в промышленную сеть. Смарт-позиционеры поддерживают программные DD и DTM-драйверы, доступные через программы PACTware и FieldMate, что позволяет считывать данные в реальном времени, такие как положение (%), управляющий сигнал, скорость перемещения, ошибки и отклонения.
Также смарт-позиционеры с HART-протоколом оснащены функцией теста частичного хода (PST-тест). В рамках этого теста можно изменять следующие параметры:
- выбор режима (выключен, по расписанию, ручной запуск),
- стартовое и целевые положения 1 и 2,
- расписание с периодичностью от 1 до 365 дней,
- допустимое отклонение стартового положения,
- лимит времени перемещения до нового положения,
- задержка перед следующим перемещением.
После PST-тестов можно просмотреть последние три результата, включая время движения, отклонения стартового положения, таймаут по времени хода и отсутствие перемещения клапана.
Кроме того, смарт-позиционеры позволяют строить графики значений переменных в реальном времени.
При установке позиционера на односторонний поворотный привод отверстие Выхода 2 следует закрыть, а Выход 1 подключить к отверстию A привода. Для двустороннего привода Выход 1 соединяется с отверстием A, а Выход 2 — с отверстием B.
При монтаже кронштейна и подключении рычага к соединительному штифту штока следует соблюдать следующие условия:
- При положении клапана на 50% рычаг обратной связи должен быть горизонтальным.
- При ходе клапана на 50% соединительный штифт должен соответствовать положению клапана.
У линейных позиционеров угол поворота рычага относительно горизонта составляет 30° вверх и вниз. Если угол слишком мал, может ухудшиться линейность регулирования.
Позиционеры относятся к устройствам пропорционального регулирования с обратной связью по положению, поэтому на них распространяются законы ПИД-регулирования. Задача ПИД-регулятора — минимизировать статическую и динамическую ошибку привода, что улучшает управление потоками жидкостей и газов в технологических процессах. Параметры ПИД-регулятора можно настраивать как в автоматическом режиме, так и вручную. Автоматическая настройка доступна даже для технологов без навыков в КИП, в то время как ручной режим позволяет тонко регулировать три коэффициента ПИД-регулятора (KP, KI, KD) при рассогласовании более +/-1%, а также дополнительные коэффициенты (GKP, GKI, GKD) при рассогласовании менее 1%.
Дополнительно смарт-позиционеры оснащены функциями самодиагностики, включая определение конечного и нулевого положения, контроль уровня входного тока, мониторинг температуры окружающей среды, счётчик циклов срабатывания и диагностику состояния памяти (EEPROM) и других показателей.
Выбор электропневматического позиционера
При выборе ЭПП необходимо учитывать следующие факторы:
- Тип исполнительного механизма: Линейный или поворотный.
- Диапазон регулирования: Минимальное и максимальное значение выходного сигнала.
- Скорость реакции: Время, за которое позиционер реагирует на изменение входного сигнала.
- Точность позиционирования: Максимальное отклонение фактического положения исполнительного механизма от заданного.
- Условия эксплуатации: Температура, влажность, вибрация, наличие агрессивных сред.
- Дополнительные функции: Блокировка концевых положений, ручные дублеры и т.д.
Электропневматические позиционеры являются важными компонентами современных систем автоматизации. Благодаря своей высокой точности, надежности и гибкости настройки, они широко применяются в различных отраслях промышленности. Правильный выбор и настройка ЭПП позволяют обеспечить оптимальную работу технологических процессов и повысить эффективность производства.
Основные категории запорной арматуры
- Запорная арматура используется для регулирования и перекрытия потока рабочей среды в пневматических системах.
- Затворы дисковые поворотные служат для полного перекрытия потока рабочей среды поворотом диска.
- Рукоятки для дисковых затворов обеспечивают ручной механический привод для управления дисковыми затворами.
- Коаксиальные клапаны используются для точной регулировки потока рабочей среды, часто применяются в сочетании с другими клапанами.
- Пережимные клапаны служат для быстрого перекрытия и открытия потока рабочей среды.
- Предохранительные клапаны защищают систему от превышения допустимого давления, автоматически открываясь при достижении критического значения.
- Приводы запорной арматуры используются для автоматического управления запорной арматурой, могут быть электрическими, пневматическими или гидравлическими.
- Пневмоприводы запорной арматуры специальный тип приводов, работающих на сжатом воздухе, обеспечивают дистанционное управление запорной арматурой.
- Принадлежности для приводов запорной арматуры включают в себя различные элементы для монтажа, крепления и обслуживания пневмоприводов.
- Блокировочные клапаны для пневмоприводов запорной арматуры обеспечивают безопасность при обслуживании пневмоприводов, предотвращая случайное включение.
- Переходные втулки для приводов запорной арматуры используются для соединения элементов пневмосистемы с различными диаметрами труб или фитингов.
- Переходные кронштейны для приводов запорной арматуры служат для крепления пневмоприводов к различным типам запорной арматуры.
- Удлинительные адаптеры для приводов запорной арматуры используются для увеличения длины пневмоприводов при необходимости.
- Ручные дублёры (редукторы) для запорной арматуры позволяют осуществлять ручное управление запорной арматурой в случае отказа автоматического привода.
- Седельные клапаны используются для герметичного перекрытия потока рабочей среды, имеют седло, на которое прижимается затвор.
- Электромагнитные клапаны управляются электрическим сигналом, широко используются в автоматизированных системах.
- Импульсные клапаны для очистки рукавных фильтров используются для периодической очистки рукавных фильтров от накопившейся пыли и загрязнений.
- Фланцы для запорной арматуры служат для соединения фланцевых соединений труб и арматуры.
- Фланцы стальные ГОСТ 33259-2015 серии FF стандартные стальные фланцы, соответствующие ГОСТу, используются в различных отраслях промышленности.
- Шаровые краны запорная арматура с шаровым затвором, обеспечивают быстрое и надежное перекрытие потока.
- Электропневматические позиционеры используются для точного позиционирования исполнительных механизмов, таких как пневмоцилиндры.
Ссылки на подкатегории
- Бустеры-усилители расхода CC100
- Электропневматические позиционеры CMSX
- Электропневматические позиционеры E
- Электропневматические позиционеры IP8100
- Электропневматические позиционеры для седельных клапанов 0P0
- Электропневматические позиционеры линейные CC600L
- Электропневматические позиционеры поворотные CC600R
- Электропневматические СМАРТ-позиционеры взрывозащищённые CC900
- Электропневматические СМАРТ-позиционеры искробезопасные CC800
