| Тип механизма | Обозначение | Принцип действия | Основное применение |
|---|---|---|---|
| Электрический однооборотный | МЭО | Преобразование электрического сигнала во вращение вала (до 1 оборота) | Шаровые краны, дисковые затворы, заслонки |
| Электрический фланцевый | МЭОФ | Фланцевое крепление, поворот на 90° или 0,63 оборота | Быстродействующая запорная арматура |
| Электрический многооборотный | МЭМ | Многократное вращение вала через редуктор | Задвижки, вентили с большим числом оборотов |
| Пневматический мембранный | МИМ | Перемещение мембраны под действием сжатого воздуха | Регулирующие клапаны прямоходные |
| Пневматический поршневой | МИП | Перемещение поршня в цилиндре | Устройства с большим ходом штока |
| Параметр | Электрические МЭО | Электрические МЭМ | Пневматические МИМ |
|---|---|---|---|
| Крутящий момент | 6,3 - 10000 Н·м | 16 - 250 Н·м | - |
| Время полного хода | 10 - 160 с | 80 - 400 с | Зависит от объема полости и расхода |
| Ход выходного органа | 0,25 - 0,63 оборота | До нескольких десятков оборотов | До 60 мм |
| Питание | 220 В AC / 380 В AC 3ф | 220 В AC / 380 В AC 3ф | Сжатый воздух 20-100 кПа (0,2-1,0 бар) |
| Степень защиты | IP54, IP65, IP67 | IP54, IP65 | IP65, IP67 |
| Режим работы | Повторно-кратковременный S4, S5 | Повторно-кратковременный S4 | Продолжительный |
| Зона гистерезиса | Менее 1% | Менее 1,5% | До 4% (с позиционером до 2,5%) |
| Нормативная база | ГОСТ 7192-89 | ГОСТ 7192-89 | ГОСТ 9887-70 |
| Режим управления | Описание | Оборудование | Применение |
|---|---|---|---|
| Местное | Управление кнопками на месте установки механизма | Кнопочный пост, переключатели | Наладка, техническое обслуживание |
| Дистанционное | Управление с диспетчерского пункта или щита КИПиА | Блок управления, ПЛК, сигнальные кабели | Удаленные объекты, операторные |
| Автоматическое | Управление от регулятора или контроллера по заданному алгоритму | Регулятор, ПЛК, датчик обратной связи | АСУ ТП, регулирование параметров |
| С обратной связью | Позиционирование с контролем положения через датчик | БСПТ, БСПР, БСПИ датчики | Точное регулирование расхода |
| Без обратной связи | Управление без контроля положения, по времени | БКВ (блок концевых выключателей) | Запорная арматура, простые задачи |
| Этап работы | Параметр настройки | Методика | Контролируемые значения |
|---|---|---|---|
| Монтажная настройка | Положение выходного вала | Установка рычага/фланца в среднее положение | Угловое положение относительно нуля |
| Электрическая проверка | Сопротивление изоляции | Измерение мегаомметром 500 В | Не менее 20 МОм |
| Настройка концевиков | Положения срабатывания | Механическая регулировка кулачков | Соответствие крайним положениям |
| Настройка момента | Ограничитель крутящего момента | Регулировка муфты или электронного блока | Момент срабатывания защиты |
| Калибровка датчика | Сигнал обратной связи | Установка 4-20 мА на крайние положения | Линейность характеристики |
| Динамические испытания | Время хода, частота срабатываний | Измерение секундомером, подсчет циклов | Соответствие паспортным данным |
| Функциональная диагностика | Срабатывание по командам | Проверка реакции на управляющие сигналы | Четкость отработки команд |
| Профилактическая диагностика | Вибрация, температура, ток | Периодический мониторинг параметров | Тренды изменения показателей |
Полное оглавление статьи
- Введение в системы автоматизации
- Классификация исполнительных механизмов
- Электрические исполнительные механизмы
- Пневматические исполнительные механизмы
- Системы управления и схемы подключения
- Методы настройки и калибровки
- Диагностика и техническое обслуживание
- Нормативная база и стандарты
- Часто задаваемые вопросы
Введение в системы автоматизации химических производств
Исполнительные механизмы представляют собой конечное звено систем автоматического управления технологическими процессами на химических предприятиях. Эти устройства преобразуют управляющие сигналы от регуляторов или контроллеров в механическое перемещение регулирующих органов запорно-регулирующей арматуры.
В химической промышленности применяются преимущественно электрические и пневматические типы механизмов, что обусловлено требованиями взрывобезопасности, надежности и точности регулирования. Правильный выбор типа механизма определяет эффективность всей системы автоматизации технологического процесса.
Классификация исполнительных механизмов
По типу используемой энергии исполнительные механизмы подразделяются на электрические, пневматические и гидравлические. В химической промышленности наибольшее распространение получили первые два типа.
Основные критерии выбора
При выборе типа механизма учитывают условия эксплуатации, требования к быстродействию, усилию на штоке или моменту на валу. Электрические механизмы предпочтительны при необходимости точного позиционирования и интеграции с цифровыми системами управления. Пневматические устройства применяются в средах с повышенными требованиями к взрывобезопасности.
Электрические исполнительные механизмы
Электрические механизмы серии МЭО и МЭОФ относятся к однооборотным устройствам постоянной скорости Государственной системы промышленных приборов. Принцип действия основан на преобразовании электрического сигнала во вращательное движение выходного вала через электродвигатель и редуктор.
Конструктивные особенности
Механизмы МЭО имеют рычажное крепление к арматуре, МЭОФ - фланцевое. Номинальный крутящий момент составляет от 6,3 до 10000 Н·м в зависимости от модификации. Полный ход выходного вала варьируется от 0,25 до 0,63 оборота, что соответствует углу поворота от 90° до 227°. Время полного хода составляет от 10 до 160 секунд.
Многооборотные механизмы МЭМ применяются для управления задвижками и вентилями, требующими нескольких полных оборотов шпинделя. Диапазон крутящих моментов составляет 16-250 Н·м, время полного хода - от 80 до 400 секунд.
Пневматические исполнительные механизмы
Пневматические мембранные механизмы преобразуют изменение давления сжатого воздуха в прямолинейное перемещение штока. Конструкция включает прорезиненную мембрану, зажатую между двумя крышками, пружину и шток, связанный с регулирующим органом.
Принцип работы
При подаче сжатого воздуха в надмембранную полость создается усилие, перемещающее мембрану и шток. Противодействующая пружина обеспечивает возврат в исходное положение при сбросе давления. Перемещение штока достигает 40-60 мм согласно ГОСТ 13373-67. Перестановочный диапазон давления составляет 20-100 кПа, что соответствует 0,2-1,0 бар. Условное давление мембранной полости по ГОСТ 9887-70 может составлять 250, 400 или 630 кПа.
Поршневые пневматические механизмы используются при необходимости больших перемещений до 300 мм. Давление воздуха действует на поршень в цилиндре, создавая тяговое усилие. Такие механизмы часто оснащаются позиционерами для повышения точности и улучшения динамических характеристик.
Системы управления и схемы подключения
Современные системы автоматизации предусматривают три основных режима управления исполнительными механизмами: местное, дистанционное и автоматическое. Выбор режима осуществляется переключателями на агрегатных или диспетчерских щитах.
Местное управление
Реализуется посредством кнопочных постов, размещенных в непосредственной близости от механизма. Применяется при пусконаладочных работах, техническом обслуживании и в аварийных ситуациях. Оператор осуществляет визуальный или акустический контроль работы оборудования.
Дистанционное управление
Команды подаются с удаленного поста управления через промышленные интерфейсы или цифровые каналы связи. Контроль положения осуществляется по световой сигнализации и показаниям датчиков обратной связи. Дистанционное управление обеспечивает безопасную эксплуатацию оборудования при работе с агрессивными средами.
Автоматическое управление
Программируемые логические контроллеры или распределенные системы управления формируют управляющие воздействия согласно заданным алгоритмам. Датчики обратной связи - токовые, реостатные или индуктивные - передают информацию о текущем положении регулирующего органа.
Методы настройки и калибровки
Настройка исполнительных механизмов включает несколько последовательных этапов, обеспечивающих корректную работу в составе системы автоматизации.
Монтажные операции
Перед монтажом проверяют электрические цепи механизма, измеряя сопротивление изоляции мегаомметром на 500 В. Значение должно составлять не менее 20 МОм. Выходной вал устанавливают в среднее положение относительно полного хода, совмещая указатели на корпусе и поводке.
Настройка концевых выключателей
Механическим способом регулируют положение кулачков, обеспечивая срабатывание выключателей в крайних положениях хода. Механические ограничители полного хода предотвращают повреждение арматуры при отказе электрических концевиков.
Калибровка датчиков обратной связи
Для токовых датчиков устанавливают выходной сигнал 4 мА при нижнем положении и 20 мА при верхнем положении регулирующего органа. Проверяют линейность характеристики в промежуточных точках. Реостатные датчики настраивают на соответствие изменения сопротивления углу поворота вала.
Диагностика и техническое обслуживание
Система диагностики интеллектуальных исполнительных механизмов обеспечивает раннее выявление неисправностей и планирование профилактических мероприятий.
Функциональная диагностика
Регулярно проверяют срабатывание устройств сигнализации и блокировок автоматики безопасности - не реже одного раза в месяц. Значения уставок автоматики должны соответствовать отчету о наладке оборудования. Проверяют правильность прохождения управляющих сигналов и фазировку исполнительных механизмов.
Профилактическое обслуживание
Включает чистку, смазку и проверку реле, датчиков, исполнительных механизмов. Контролируют плотность и герметичность импульсных и соединительных линий. При выявлении неисправностей производят замену элементов и узлов с последующим опробованием в работе.
Предиктивная диагностика
Современные системы мониторинга на базе программного обеспечения позволяют отслеживать тренды изменения параметров - вибрации, температуры, потребляемого тока. Анализ трендов помогает прогнозировать возможные отказы и планировать ремонтные работы.
Нормативная база и стандарты
Проектирование, изготовление и эксплуатация исполнительных механизмов регламентируются комплексом государственных стандартов и технических регламентов.
Основные стандарты
ГОСТ 7192-89 устанавливает общие технические условия на электрические исполнительные механизмы постоянной скорости Государственной системы промышленных приборов. Стандарт определяет типы механизмов, параметры питания, режимы работы, показатели надежности.
ГОСТ 13373-67 регламентирует основные параметры и размеры пневматических мембранных исполнительных механизмов. ГОСТ 9887-70 устанавливает общие технические условия для пневматических мембранных механизмов ГСП, включая требования к гистерезису, нелинейности характеристики, условному давлению мембранных полостей. ГОСТ 24979-81 и ГОСТ 25862-83 устанавливают требования к механизмам для дистанционного управления.
Требования безопасности
ТР ТС 012/2011 определяет требования безопасности оборудования для работы во взрывоопасных средах. Механизмы должны иметь маркировку взрывозащиты Ex в соответствии с ГОСТ 31610.0-2019. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности устанавливают порядок эксплуатации оборудования под давлением.
