Варианты питания электроприводной арматуры в случае аварии питающей сети

Есть продуктовые решения, которые встречаются достаточно редко в стандартном продукте, но применив которые раз, начинаешь получать ощущение удовлетворения от удачного выбора. Про одно из таких решений в электроприводной технике я и хочу рассказать.

Как известно, электроприводы в стандартном исполнении работают по управляющим командам контроллеров. При этом к электроприводу должно быть подведено силовое питание. Если силовое питание привода пропадает по каким–то причинам (например, в случае аварии), электропривод останется в том положении, в котором напряжение пропало. Тогда для завершения техпроцесса необходимо вмешательство оперативного персонала, и закрытие или открытие арматуры нужно осуществлять с помощью ручного дублера. Это отнимает много времени, ресурсов персонала, причем это не всегда безопасно.

Если электроприводы установлены на объек тах с 1–й категорией электропитания, то ничего страшного не должно произойти, потому что присутствует резервная питающая линия. Если же нет, приводы работают на объектах с меньшей категорией, то могут возникнуть достаточно серьезные проблемы при завершении технологического процесса. Для предотвращения таких проблем служит опция батарейного блока, которая встраивается в электроприводы NA. Опция включается при отключении силового питания привода и в зависимости от выбранных заранее установок электропривод с арматурой дорабатывает до состояния «открыто» или «закрыто» без вмешательства оперативного персонала.

Внешний вид электропривода с опцией RBP со встроенным батарейным блоком показан на рисунке.

Все было бы хорошо со всей линейкой, однако даже при такой минимальной потребляемой мощности, объем дополнительных блоков ограничен. Батарей, способных работать с приводами в течение 15 минут, хватает только до мощности электропривода в 40 Вт. В переводе на момент электропривода — это составляет 280 Н•м. Для реализации дальнейших усилий необходимо было другое техническое решение.

Такое решение было спроектировано командой конструкторов ООО «СПД “БИРС”» под названием «электроприводной технологический комплекс» — сокращенно ЭПТК. Решение основано на уникально низкой потребляемой мощности асинхронных двигателей, применяемых в электроприводах NA, которые представляет на российском рынке наша компания. Так, мощность двигателя на электропривод усилием 3500 Н•м составляет всего 230 Вт. На меньшие усилия мощность еще меньше. Решение представляет собой электропривод с однофазным электродвигателем и электронный блок ЭПТК, устанавливаемый в шкафу отдельно от электропривода. Решение покрывает всю линейку четвертьобо ротных приводов компании от усилия 50 Н•м до усилия 3500 Н•м. Реализуется на приводах с однофазными электродвигателями.

Электронный блок для приводов умещается в стандартный алюминиевый корпус, габариты которого показаны ниже.

Электронный блок для приводов - габариты.
Электронный блок для приводов — габариты.

Электронный блок ЭПТК позволяет помимо функции по отработке сигналов на полное открытие или закрытие привода (арматуры) сглаживать нестабильную работу питающей сети и дает возможность нормальной работы электропривода при ее колебаниях от 180 до 266 VAC.

Зависимость работы аккумуляторной батареи от мощности электропривода показана на графике.

Зависимость работы аккумуляторной батареи от мощности электропривода показана на графике.
Зависимость работы аккумуляторной батареи от мощности электропривода показана на графике.

Кривая соответствует результатам измерений времени автономной работы. Все измерения проводились с новыми, полностью заряженными батареями в типичных климатических условиях без подачи напряжения на вход и с резистивной нагрузкой на выходе.

К достоинствам шкафного размещения электронного блока можно отнести возможность установки самого электропривода на открытый воздух с отрицательными температурами до –60 °С с укрытием самого электронного блока дистанционно в отапливаемом помещении. Понятно, что такое решение невозможно при встраивании батарейного блока в сам привод из–за резкого падения работоспособности аккумуляторных батарей при отрицательных температурах. Поэтому разделение привода с электронным блоком в данном случае является большим преимуществом.

Еще одним значимым достоинством применения ЭПТК с приводами «легких» серий является возможность работы одного электронного блока ЭПТК с группой приводов. Например, имеется возможность применения до 25 штук приводов серии SA005 с одним электронным блоком ЭПТК. Это позволяет применить указанные преимущества сразу к группе приводов. При этом стоимость такого решения будет совершенно незначительной.

Итак, перечисляю преимущества электрон ного блока ЭПТК:

  • возможность стабильной работы при колебаниях питающей сети от 180 до 266 В;
  • возможность завершения работы электро привода в нужном направлении при аварийном отключении силового питания;
  • возможность реализации первых двух функций при сильных отрицательных температурах окружающей среды;
  • возможность применения для взрывозащищенных исполнений приводов;
  • возможность группового применения одного электронного блока ЭПТК.

Бриллиант автоматизации. О четвертьоборотных приводах Emico SA005

Маленький, но мощный. Недорогой, но продвинутый. Легкий, но функционально насыщенный. Кто из эксплуатационников не мечтал о таком приводе, ворочая многокилограммовых монстров исполнительной техники, заменяя в них сгоревшие двигатели, оберегая их от прямого попадания солнечных лучей и дождя, пытаясь сочленить их со сделанной под ИСО арматурой…

Предложения зарубежных производителей, присутствующих на российском рынке, также не вполне отвечают всем перечисленным выше требованиям. Что — то очень дорого, что — то из пластика, что — то не отвечает по функциональности… В общем задача нахождения идеального привода не решена до сих пор.

Попробуем сравнить потребительские качества некоторых приводов, представленных на российском рынке. Берем самый маленький привод на 50 Н — м и смотрим по следующим параметрам:

  • цена привода;
  • масса и габариты;
  • потребляемая мощность;
  • разные виды защит, не позволяющие приводу сгореть, с одной стороны, и повредить арматуру с другой;
  • возможность установки в разных местах: как в помещениях, так и на открытом воздухе;
  • возможность подключения к разным системам управления;
  • наращивание опций.

Итоговые значения, как и значения по параметрам трактуются так: чем выше балл, тем хуже параметр по сравнению с аналогичным у конкурентов.

1. Цена — масса

Цена

Наименование

Производитель

Цена, руб. без НДС

Рейтинг

SA005

БИРС-Emico

8 500

1

ПК-50

Тулаэлектропривод

9 200

2

МЭОФ40

ЗЭиМ

9 660

3

МОК 63

Печки

19 660

4

SG04.3

Аума

(851 евро) 38 300

5

Понятно, что цена является в данном исследовании самым «плавающим» фактором. Поэтому методика получения цены была одинаковой для всех — запрос цены на 1 штуку привода на усилие 50 Н — м в самой простой конфигурации, без всяких опций. Цена, выставляемая в евро ( ООО «Приводы » Аума » » ), умножалась на курс ЦБ на день расчета. Цена от «Печек» была получена от их официального представителя по России, компании ООО «Геба индастриз». Остальные цены были получены от заводов — изготовителей.

Попробуем построить двухосевые графики по полученным результатам и прокомментировать их:

Масса привода

Наименование

Производитель

Габариты/V

Масса, кг

Рейтинг по Vгаб

Рейтинг по массе

SA005

БИРС-Emico

148x132x148/0,003

2,7

1

1

МОК63

Печки

213x273x247/0,014

7,4

4

2

МЭОФ40

ЗЭиМ

200x185x230/0,008

8,0

2

3

SG04.3

Аума

381x237x207/0,021

8,3

5

4

ПК-50

Тулаэлектропривод

330x225x168/0,012

9,5

3

5

Самый тяжелый привод у Тулаэлектропривода. Объясняется очень просто — самая старая силовая конструкция из всех приведенных в сравнительном тесте. Рука конструктора не меняла ее несколько десятилетий. Чуть более молодой конструктив у «ЗЭиМа» — всего пару десятилетий. Соответственно и параметры по массе и цене не очень сильно отличаются друг от друга. Применение унифицированных решений для всего ряда приводов и применение принципа модульности, который проповедует «Аума», несомненно, утяжеляют конструкцию привода. Неизменность выбора «Печек» в качестве силовой передачи планетарной также делают конструкцию более тяжелой, чем при применении червячной передачи. В то же время, применение червячной передачи, сделанной по современным конструкторско — технологическим нормам, в индивидуальном, не — унифицированном корпусе может сделать конструкцию привода очень компактной, что и показывает привод SA 005.

При этом я умышленно не фиксирую связь массы привода с его сроком службы из — за разных методик формирования такой информации производителями приводов, потому что в таком случае привод ПК -50 со своими 4-6000 циклами работы явно проиграл бы приводу МОК с 10 000 циклами работы без дополнительного сервисного обслуживания и приводу «Аума» с 20 000 циклов работы с промежуточными сервисными работами. Исполнительные механизмы «ЗЭиМ», проектируемые по ГОСТу на исполнительные механизмы, вообще не предусматривают формирование гарантийных циклов работы в режиме «открыть — закрыть». Приводы SA 005 обеспечивают 20 000 циклов работы электропривода без дополнительного сервисного обслуживания привода.

2. Цена — потребляемая мощность

Потребляемая мощность

Наименование

Производитель

Мощность двигателя, Вт

Потребляемый ток на 220 В, мА

Рейтинг

SA 005

БИРС — Emico

6

230

1

SG 04.3

Аума

15

300

2

МОК 63

Печки

15

370

3

ПК -50

Тулаэлектропривод

90

450

4

МЭОФ 40

ЗЭиМ

95

500

5

Этот параметр опирается на два существенных фактора. Первый — чем больше механическая часть привода, тем мощнее должен быть электродвигатель на входе. Второй — чем выше КПД силовой части привода, тем меньше должен быть электродвигатель на входе. Эти аксиомы прослеживаются очень наглядно. Устаревшие и массивные конструкции от «ЗЭиМ» и «Тулаэлектропривод» демонстрируют самые худшие результаты по параметру потребляемая мощность. В то же время видно, что технологичность немецкой «Аума» при всей массивности конструктива обеспечивает очень высокий КПД силовой передачи и позволяет практически достигнуть лидера теста — привод SA 005. Получается, что КПД привода SA 005 хуже КПД привода «Аума», так как массовые характеристики силовой передачи меньше чем у «Аумы». Не очень сильно отстали от конкурентов и «Печки» — более высокий КПД планетарной силовой передачи дает о себе знать.

3. Цена — защиты привода

Защиты привода

В сравнении этих параметров опять прослеживается историческое наследие продуктов, спроектированных несколько десятилетий назад и современных продуктов. Аутсайдеры теста МЭОФ 40 и ПК -50 демонстрируют явное пренебрежение к защитам отдельных узлов и привода в целом. В то же время более современные приводы имеют практически полный набор современных средств защиты. Высокие IP, защита электродвигателя и внутренних конструкций привода — это обязательный стандартный набор современного привода, что и демонстрируют победители. Отсутствие механических ограничителей на малых конструкциях в приводах «Аума» и NOAX объясняется просто — малые усилия физически не могут разрушить арматуру, на которую будет устанавливаться привод. Поэтому в случае, если не сработают выключатели пути, то все равно сработают термовыключатели электродвигателя. «Печки» пошли немного по другому пути — у однофазного исполнения привода убрали термовыключатели в двигателе, но оставили механические упоры на приводе. Дублирующая система безопасности в сумме сохранилась. У приводостроителей сработал принцип разумной достаточности.

4. Цена — возможность установки на открытом воздухе

Возможность установки в помещениях и на открытом воздухе на арматуру по стандартам ISO 5211

Наименование

Производитель

IP

Лакокрасочное покрытие

Посадка по ISO 5211

Рейтинг

SG04.3

Аума

IP67

KN — стандартная индустриальная защита, возможность работы на открытом воздухе без навеса

F04; F05; F07

1-2

SA005

БИРС-Emico

IP68

Работа на открытом воздухе без навеса

F04; F05; F07

1-2

МОК 63

Печки

IP65

Работа на открытом воздухе с навесом

F04;F05

3

МЭОФ 40

ЗЭиМ

IP54

Работа на открытом воздухе с навесом

Не под ISO

4-5

ПК-50

Тулаэлектропривод

IP54

Работа на открытом воздухе с навесом

Не под ISO

4-5

Ситуация по этому параметру очень похожа на предыдущий тест. Старые конструкции демонстрируют такое же пренебрежение к стойкости лакокрасочного покрытия, удобства установки на арматуру и высокому IP. «Аума» и NOAX демонстрируют схожие высокие показатели. «Печки» несколько отстали из — за того, что более низкий IP привода не позволяет использовать его на открытом воздухе без устройства дополнительного навеса.

5. Цена — протоколы

Этот параметр демонстрирует возможности приводов встраиваться в современные системы управления, в том числе работающие по цифровым протоколам. Здесь видна проделанная работа «ЗЭиМ» по проектированию контроллера привода КИМ и сопряжения его с существующим номенклатурным рядом исполнительных механизмов — отрыв по этому параметру от лидеров незначителен. Только отсутствие работы по протоколу Profibus не поставило его на один уровень с лидерами — «Аумой» и NOAX. Исполнение привода МОК с механическими выключателями не позволило приводам «Печек» дотянуться до лидеров. Ожидаемое последнее место ПК -50 от «Тулаэлектропривода» является следствием его древнего происхождения. До обновления номенклатурного ряда четвертьоборот — ных приводов, которое «Тулаэлектропривод» анонсировали еще несколько лет назад, ничего ждать не приходится.

Возможность подключения к разным системам управления и протоколам передачи данных

Наиме нование

Производитель

Трехточечное управление

( вперед — стоп — назад )

Позиционер

Modbus

Profubus

Рейтинг

SG04.3

Аума

Стандарт

В составе Matic

В составе Matic

В составе Matic

1-2

SA005

БИРС -Emico

Стандарт

Опция

Опция

Опция

1-2

МОК 63

Печки

Стандарт

В составе регулятора ZP2

Нет

Нет

3-4

МЭОФ 40

ЗЭиМ

Стандарт

В составе КИМ

В составе КИМ

Нет

3-4

ПК -50

ТЭП

Стандарт

Нет

Нет

Нет

5

6. Цена — наращивание опций

Наращивание опций

Наименование

Производитель

ПМУ

Встроенный пускатель

Средства диагностики и архивирования

Рейтинг

МЭОФ 40

ЗЭиМ

В составе КИМ

В составе КИМ

В составе КИМ

1

SG04.3

Аума

В составе Matic

В составе Matic

Диагностика ОТКР — ЗАКР

2-3

SA005

БИРС -Emico

Опция

Опция

Диагностика параметров регулятора

2-3

МОК 63

Печки

Да

Нет

Диагностика параметров регулятора

4

ПК -50

Тулаэлектропривод

Нет

Нет

Нет

5

Наименование

Производитель

IP

Термозащита двигателя

Термо-
нагреватель, Вт

Мех. ограничители

Моментные выкл.

Выкл. пути

Рейтинг

SG04.3

Аума

IP67

Термовыключатели

5-20

Да

Нет

Да

1-3

МОК 63

Печки

IP65

Только в 3-фазном

4

Да

Да

Да

1-3

SA005

БИРС-Emico

IP68

Да

2

Нет

Нет

Да

1-3

МЭОФ 40

ЗЭиМ

IP54

Нет

Нет

Да

Нет

Да

4-5

ПК-50

Тулаэлектропривод

IP54

Нет

Нет

Да

Нет

Да

4-5

Этот параметр также демонстрирует принципы построения современных приводов и их возможности без изменения силовой части получить дополнительные опции, в том числе диагностику основных узлов привода. Введение специализированного контроллера привода КИМ -1 вывело приводы «ЗЭиМ» по этому параметру в лидеры теста. Примерно схожие параметры с меньшими возможностями по диагностике привода демонстрируют «Аума» и Emico, а также «Печки». Прогнозируемо полное отсутствие современных опций у «Тулаэлектропривода».

Еще раз о проблеме выбора приводов

В. Сироткин, управляющий ООО «СПД «БИРС»

От главного редактора.

С Вадимом Сироткиным мы хорошо знакомы с тех еще пор, когда он работал на ОАО «ЗЭиМ», возглавляя продуктовое направление «Приводы и Арматура». Я лично считаю Вадима одним из лучших молодых российских специалистов в области приводной техники, глубоко сведущим как в рынке приводов для арматуры, так и в разнообразии их конструкций. Причем вот именно такая «двумерная компетенция» и позволяет получить системный, комплексный взгляд не только на проблему выбора приводов, но и на тенденции развития их рынка.

У данной статьи есть своя маленькая история. Когда Вадим ушел с «ЗЭиМ» вслед за СИ. Ляпуновым и создал компанию «БИРС», я принялся «мучить» его просьбами поделиться своим видением нынешнего состояния российского рынка неполноповоротных приводов. «Ты ведь, начиная новое дело, наверняка копнул в этом направлении, не такли?Ну так расскажи народу, что «нарыл»!» Вадим вежливо соглашался, но, как говорится, «тянул кота за хвост». Оно и понятно: кому ж хочется «за просто так» делиться с конкурентами своими сермяжными выводами? Пришлось слегка подкорректировать постановку вопроса: «Хорошо, расскажи, допустим, почему ты взялся именно за приводы компании EMICO, чем они тебя привлекли?» И тогда, наконец, появилась эта статья.

Статья вышла неожиданной: скорее художественной, чем научной, и потому грешащей неточностями. Статья получилась несколько одиозной в пользу определенного продукта (чего, впрочем, в данном случае следовало ожидать). С целью компенсации оных недочетов редакция попросила ряд известных в отрасли специалистов прокомментировать статью — их мнения приводятся ниже.

Но вопреки вполне уместному недовольству и даже возмущению многих читателей статья опубликована — вот она, перед вами. Ибо я почему-то уверен, что и не во всем обоснованный «наезд» порой может пойти на пользу, если все-таки заставит не только возмутиться, но и задуматься. В то время как елейная пустословная похвальба бесполезна всегда.

Пролог. Некоторые аспекты теории маркетинга и производства

В данной статье изложен личный взгляд автора на проблему выбора 1/4-оборотных приводов для трубопроводной арматуры. Автор на протяжении 12 лет работал на этом рынке, занимался маркетинговыми исследованиями, продажами и конструированием электрических приводов. За это время сложился определенный взгляд на то, каким должен быть привод для массового сегмента рынка, какими достоинствами и потребительскими свойствами он должен обладать и чем должен отличаться от нишевых предложений.

Если двинуться «от печки» (не имея в виду одноименную компанию), то мы увидим, что при проектировании новых приводов каждый производитель одновременно ориентируется на несколько параметров:

  • целевые потребители/сегменты рынка, которые определяют потенциальный объем рынка и то, в каком ценовом диапазоне должен находиться вновь спроектированный продукт;
  • действующее оборудование, на котором будут производиться приводы — определяет технологические возможности предприятия и способность производить тот или иной технический уровень изделий;
  • действующие технологии проектирования и расчета силовых передач — определяют возможность конструкторов спроектировать и рассчитать перспективные силовые передачи.

Таким образом, любой новый продукт — это всегда баланс желаний маркетологов и продавцов, с одной стороны, технологических возможностей предприятия — с другой, и конструкторско-технологического потенциала предприятия — с третьей.

 

Характеристики электропривода SA005 от корейской компании Emico

 

SA005

Напряжение, Вольт

24/220

Время хода на 90 г., сек

10; 17; 63

Макс.усилие при запорном режиме, Нм

50

ПВ, %

35

Защита от внешних воздействий (IP) стандарт

IP68

Рабочий ход, град.

90-180-270-360

Рабочая температура, С, стандарт

-20… +70

Рабочая температура, С опция

-40… +70

Ограничитель момента

нет

Ограничители положения

механический

Дополнительные путевые выключатели (опция)

2 шт.

Нагр. элемент, Вт

2

Ток двигателя при макс, усилии (220 В), мА

230

Термическая защита двигателя

да

Наличие резистивного датчика

опция

Наличие токового датчика

опция

Позиционер

опция

Пульт местного управления

опция

Батарейный блок питания

опция

Взрывозащищенное исполнение

нет

Работа на открытом воздухе

Без навеса

Посадочные размеры

ISO5211 (F03, F05, F07)

Вес, кг

2,8-3,2

Обзор электроприводов Emico

Электроприводы SA. Общепромышленное исполнение

Электроприводы SA являются сверхкомпактными электроприводами неполноповоротного типа для дисковых затворов, шаровых кранов и поворотных клапанов. Диапазон крутящих моментов приводов серии SA от 50 до 150 Н∙м. Особенностями привода являются уникально малая масса (от 2,7 кг), максимально высокая степень защиты IP 68 и полный спектр опций современного привода. Имеется возможность комплектовать электроприводы двигателями переменного тока 220 VAC или постоянного тока на 24 VDC со встроенной защитой от перегрева. Электрический режим работы двигателя S2 с ПВ 75 %. Базовое исполнение привода включает в себя 2 концевых и 2 путевых выключателя, антиконденсатный резистор, двигатели со встроенной термозащитой, светодиодный визуальный индикатор положения, молибденосодержащую смазку на весь срок службы электропривода. В качестве опций используются реостатный датчик положения; токовый датчик положения; позиционер, пульт местного управления, регулятор скорости привода, батарейный блок RBP. Температурный режим работы привода от –20 до +70 Опционально нижний предел температур до 60 °С.

Электроприводы SA. Взрывозащищенное исполнение

Взрывозащищенные исполнения электропривода SA имеют тип взрывозащиты Exd IIB T4 (IP68). Уникальная конструкция корпуса позволяет добавлять опции в привод без замены самого корпуса. Самотормозящий червячный редуктор предотвращает самопроизвольное вращение выходного вала привода и арматуры. Может устанавливаться в любом пространственном положении. Имеет стандартную защиту корпуса привода от промышленной окружающей среды. В качестве опции имеется возможность применения усиленной антикоррозионной защиты корпуса. На случай отключения питания имеется съемный ручной дублер. Посадочные размеры привода сделаны под 3 размера ISO.

Регулятор скорости привода SA.

Для возможности увеличения времени рабочего хода электропривода применяется встраиваемый в привод регулятор скоро сти. Он позволяет варьировать время работы электропривода в диапазоне от 17 до 177 с исполнения SA005 без изменения силовой части привода. Для исполнения SA009 время работы рабочего органа будет от до 452 с. Имеется возможность оперативного ручного настраивания времени работы привода. Встроенный батарейный блок питания RBP Для автоматического завершения работы (аварийного завершения техпроцесса) в случае пропадания питания, в привод можно встроить батарейный блок RBP. Он позволяет электроприводу SA 005 работать на резервном питании на протяжении 15 мин, что достаточно для аварийного завершения практически любого технологического процесса. Батарейный блок состоит из Ni– Mn батарей, системы АВР и ламп– индикаторов положения привода и зарядки батарей.


Электроприводной технологический комплекс ЭПТК 50 Для потребителей, которые сталкиваются с проблемами низкого качества питающей сети, пропаданием питающего напряжения и резкими отрицательными температурными нагрузками при эксплуатации трубопроводной арматуры применяется разработка ЭПТК–50, которая включает в себя электронный блок

ЭПТК и электропривод SA005.

Электронный блок ЭПТК имеет для шкафное исполнение и может работать на значительном удалении от электропривода. ЭПТК позволяет стабилизировать вы42 ходное напряжение питающей сети при колебаниях входной сети от 180 до 266 VAC. работы электропривода SA005 при автономном питании составляет не менее 30 мин. Данный комплект прошел эксплуатационные испытания и вошел в программу «АЭС 2006».

Рычажное исполнение электропривода SA005

Для потребителей у которых есть процессы с высокой вибрацией и температурой применяют электроприводы рычажного исполнения с вынесенным за пределы кстановки арматуры приводом. Арматура в таком варианте соединена с выходным валом привода через рычаг и тягу. Все преимущества и опции привода SA, включая взрывозащищенное исполнение и батарейные блоки, сохраняются.

Интеллектуальные приводы как эволюционное развитие мотор-редуктора.

Сироткин В.Л., техничексий директор Студии промышленного дизайна «БИРС», г. Чебоксары

Предисловие. Статья отражает исключительно мнение автора на рынок электроприводов и исполнительных механизмов. Автор соглашается с существованием других мнений на эту тему, а также допускает некоторое упрощение проблем  представленных в нижеприведенном материале.

Прочел статью «Хочу позвонить задвижке» в 5 номере журнала за 2009 год и задумался. Очевидно, что выводы автора  провокационны и опираются большей частью на собственные мысли инженера (анахронизм 1, 2, 4, 5). Однако, некоторые аспекты статьи показались интересными с точки зрения сравнений, аналогий и трендов в части электроприводной и электроисполнительной техники, присутствующей в России.       

Попробую пояснить свою мысль.

1. Приводы как эволюция мотор-редукторов.

Если отойти от  привычных стереотипов (когда мы говорим электропривод или исполнительный механизм, мы подразумеваем для себя некое устройство, выпускаемое тем или иным производителем – собственно так устроен наш мозг – мыслить стандартными категориями), то обнаружится, что устройства которые управляют арматурой, являются комбинацией электродвигателя того или иного типа и редуктора той или иной конструкции. По сути, это мотор-редуктор с измененной посадочной частью и некоторыми блокировками. Если прочесть ГОСТы на мотор-редукторы (ГОСТ Р 50968-96 Общие технические условия), то в этой мысли утверждаешься еще больше. А если взглянуть на конструкции наших старых электроприводов, выпускавшихся и выпускаемых до сих пор заводами Тулаэлектропривод и Ракитянским заводом, то последние сомнения отпадут – перед нами типичный мотор-редуктор. К нему добавили аксессуары (конечные выключатели, моментные выключатели, ручной дублер, указатель выходного вала), изменили выходной вал под шток арматуры и назвали электроприводом. Каких то принципиальных изменений нет.

Доводы в пользу этого:

  • мотор-редуктор является комбинацией асинхронного двигателя и зубчатого редуктора с постоянным передаточным числом (то же относится и к электроприводу);
  • мотор-редуктор может крепиться фланцем со стороны выходного вала (ГОСТ 29067-91), так же как и электропривод;
  • зубчатые передачи, на которых конструируются электроприводы, совпадают с передачами, на которых конструируются и по которым классифицируются мотор-редукторы (ГОСТ 29067-91).
  • электрические режимы работы электроприводов (S2) попадают в диапазон работы мотор-редукторов; продолжительность включения ПВ25% также попадает в диапазон работы мотор-редукторов.
  • максимальные пусковые моменты по сравнению с номинальными не определены ни для мотор-редукторов, ни для электроприводов (для электроприводов ¼ оборотных даже нет собственного ГОСТа) – все отдается на откуп производителям.
  • выбеги выходного вала после отключения питания двигателя не регламентируются.

Какие типы электроприводов очень похожи на слегка модернизированные варианты мотор-редукторов?

Из ¼ оборотных:

  • приводы Belimo и прочие пластиковые приводы из систем вентиляции;
  • приводы ПК;

Из многооборотных:

  • электроприводы РП Ракитянского завода;
  • электроприводы многооборотные типов НМ-НД Тулаэлктропривода.
  • электроприводы ПЭМы от ЗЭиМ

2. Электропривод как таковой.

Чем же отличается привод от модернизированного мотор-редуктора?

Есть несколько коренных отличий, на мой взгляд, принципиально меняющих картину:

  • появляется специализированный электродвигатель с повышенными характеристиками пускового момента и уменьшенной инерцией (в мотор-редукторах в большей части применяются двигатели с «вентиляторной» характеристикой, которая не позволяет выдавать больший по сравнению с рабочим пусковой момент, и большой инерцией);
  • появляется высокая степень защиты внутренних частей привода от воздействий окружающей среды;
  • появляется термическая защита электродвигателей от перегрева;
  • появляется развитая система настроек приводов;
  • появляется большое количество опций по вариантам корпусов; диапазонам температур; электрических схем подключений; применяемых типов микровыключателей;

Кто из производителей попадает в этот ряд?

Из ¼ оборотных:

  • приводы SG от Auma;
  • приводы MOKED от ZPA Pecky;
  • приводы NA от Бирс;

Из многооборотных:

  • приводы SA Auma;
  • приводы MON от ZPA Pecky;
  • приводы Бетро;.

По всем параметрам видно, что эти продукты представляют следующий, более высокий уровень предоставления основной функции – передачи крутящего момента на шток арматуры.

3. Эволюция приводов.

Эволюция приводов, как и любой другой техники, неумолима. Появилось новое поколение интеллектуальных приводов. Привод стал насыщаться средствами диагностики параметров, средствами архивирования. Им стало проще управлять и проще обслуживать. Основные дополнительные возможности, которые при этом появились:

  • автоматическая коррекция фаз;
  • цифровые протоколы передачи данных;
  • архивирование наиболее важных параметров работы;
  • диагностика параметров работы привода;
  • изменяемая скорость приводов – не всегда (стандартные приводы и мотор-редукторы это устройства постоянной скорости);
  • программируемое поведение в аварийных ситуациях – не всегда.

Кто из производителей попадает в этот ряд?

Из ¼ оборотных:

  • приводы SG c Aumatic от Auma;
  • приводы ZPA Pecky с интеллектуальным блоком;
  • приводы NA с E-matic от Бирс;

Из многооборотных:

  • приводы IQ от Rotork
  • приводы SA c Aumatic от Auma
  • приводы  от ZPA Pecky с интеллектуальным блоком;
  • приводы ЭП Тулаэлектропривод;
  • приводы Сибмаша, ТомЗЭЛа, ТЭК;
  • приводы Уфимского завода с интеллектуальным блоком ТомЗЭл;

4. Каким будет следующее поколение приводов?

Электропривод, несомненно, станет еще более интеллектуальным. Есть такая закономерность в системах управления – чем раньше будет отработан обратный сигнал, тем устойчивее будет система в целом. Или перефразируя – сигнал должен быть обработан в месте возникновения для уменьшения скорости реагирования и избегания его потери.

Таким образом, локальные задачи управления будут отрабатываться самим приводом в локальном процессоре по заданным алгоритмам. Данные же о состоянии объекта управления будут передаваться на контроллер верхнего уровня, который будет решать задачи управления группой объектов.

Из-за улучшения скорости передачи данных и устойчивости сетей к помехам, данные о состоянии объектов можно будет передавать в специализированные центры обслуживания (например, сервисменам заводов-производителей приводов), находящиеся на расстоянии многих тысяч километров от места эксплуатации. Они  на основе получаемых данных смогут давать рекомендации по действиям, которые необходимо предпринять в случае возникновения той или иной проблемы.

5. Немного о регулирующих приводах или исполнительных механизмах.

Помимо запорных приводов существует менее многочисленный класс регулирующих приводов (или исполнительных механизмов по классификации ГОСТ Р). Так как требования к исполнительным механизмам по выполняемым функциям гораздо более жестки, то они изначально проектировались в отрыве от мотор-редукторов. В исполнительных механизмах четко регламентированы следующие параметры:

  • нормируемые электрические характеристики работы двигателей;
  • нормируемые частота включения двигателей
  • нормируемые величины выбега выходного вала;
  • нормируемые значения люфта выходного вала;
  • нормируемые значения дифференциального хода электрических выключателей
  • нормируемые значения пускового момента привода.

Именно поэтому исполнительные механизмы, особенно в ¼ оборотном исполнении, оказались гораздо более конкурентоспособны при появлении на рынке импортной арматуры. Однако смена поколений затронула и их.

Изменения, описанные в п.2 , в полной мере относятся и к исполнительным механизмам. Также как и эволюция функций, описанная в п.3 данной статьи и тренды п.4, которые прослеживаются исходя из тенденций развития автоматизации промышленных объектов.

Таким образом, видно, что электрические приводы в процессе жизненного цикла меняются достаточно кардинально и начинают представлять из себя уникальные специализированные устройства, очень сильно отличающиеся от прародителей – мотор-редукторов.

Было бы интересно с точки зрения эволюции электроприводов и получения универсальных индикаторов снять следующие характеристики у разных производителей и сравнить их между собой:

  • сравнение пар характеристик – вес/крутящий момент и цена/вес разных поколений приводов (по теории интеллектуализация приводов делает каждый килограмм современного привода более дорогим) у каждого производителя и сравнение между собой полученных кривых;
  • сравнение цены 1 Нм при смене поколений у каждого производителя и сравнение между собой полученных кривых;

Эпилог. Автор надеется, что его размышления будут небезынтересны другим читателям журнала, подтолкнут его к собственным размышлениям о достоинствах и недостатках представленных на российском рынке приводов и позволят подходить к их выбору с большим знанием и критичностью к рекламным материалам.

Неучебное пособие ненаучного маркетолога

Приятно быть бронзовым. А еще приятнее при этом стоять на постаменте.

Это первая мысль, которая приходит в голову при прочтении статьи уважаемого мною Хохрякова Б.Г. Я думаю, редкий человек отказался бы ездить на совершенстве инженерной мысли – на автомобиле БМВ седьмой серии. Классный автомобиль. Удобный, безопасный, быстрый, красивый и т.д. перечислять можно долго. И с точки зрения конструктора БМВ-7 все остальные модели всех остальных производителей безусловно являются устаревшими и не отвечающими современным требованиям. Остается одно НО!!! Почему-то не все ездят на БМВ-7. Достаточно взглянуть на наши дороги. Вопрос – почему?

И попытка ответить на этот вопрос приводит меня отнюдь не к сравнению абсолютных технических параметров изделий. Ведь ВМВ-7 лучше. Но почему то люди в свое массе ездят совершенно на других автомобилях. Значит дело не в высоких технических параметрах.

Если заглянуть в теорию маркетинга, то любой рынок состоит из множества отдельных потребителей, которые предъявляют к продукту собственные, отличные от другого потребителя требования. В идеале каждому потребителю нужен индивидуальный продукт. Но так как в практике этого достичь невозможно, то производитель вынужден (кто-то осознанно, а кто-то и неосознанно) группировать эти требования. А потребителей, которые предъявляют схожие требования, объединять в группы или сегменты рынка. Таким образом, происходит сегментирование рынка, т.е. деление его на группы потребителей со схожими требованиями к продукту. И то что идеально подходит одной группе потребителей может практически по всем параметрам не подходить к требованиям другой, несмотря на схожесть внешних признаков продукта. Верно ли это предположение? Попробуем проверить. Как писали теоретики политэкономии социализма «Практика – критерий истины».

Сегментирование можно проводить по разному – в зависимости от целей, которые ставит перед собой исследователь. Для наших целей проведем два среза – срез по применению в том или ином технологическом процессе и по принадлежности к ценовому уровню. Сделаем несколько допущений. Допущение 1 – на рынке присутствует бесконечно большое количество приводов и потребитель сегодня выбрал тот привод, который подходит под его требования. Допущение 2 – потребитель выбирает приводы по оптимальному для него показателю цена-функциональность. Допущение 3 – 3-х бальные шкалы (0-слабое требование к критерию, 1 – критерий желателен, 2-необходимый критерий). Применяем критерии по применению – вес, ресурс, наличие большого количества функций. Применяем критерий по принадлежности – нижний ценовой диапазон – 0, средний ценовой диапазон – 1, высокий ценовой диапазон – 2.

По применению в технологическом процессе проведем срез только по верхнему уровню. Так как мы рассматриваем электроприводы для арматуры, а предназначение арматуры – управление потоками различных сред, то для наших целей вполне можем сегментировать все по средам — на арматуру, управляющую воздушной средой, арматуру, управляющую потоком жидкости и арматуру, управляющую потоком физических сред. Рассматриваем российский рынок, как находящийся в зоне нашего непосредственного контакта. Не рассматриваются редкие и уникальные условия применения электроприводов, а также отсечные варианты. Что происходит у нас в части приводов для воздушной арматуры?

  1. Воздух. На холодных воздуховодах практически полное доминирование приводов Belimo (по применению 1, 0, 0, по принадлежности 0) . На усилия большие – обычные приводы с тягой без особых требований (по применению 1, 0, 0, по принадлежности 0) . На горячих воздуховодах – поворотная арматура с любым электроприводом (по применению 1, 1, 1, по принадлежности 1). На сверхгорячих воздуховодах – дросселирующие клапаны с вынесенным электроприводом или сложная и дорогая технологическая арматура с повышенными, в связи с этим, требованиями к электроприводу (по применению 2, 2, 1, по принадлежности 1).
    Газ. Основное требование – наличие взрывозащиты. Достаточно четкое деление на приводы, закупаемые в ОАО «Газпром», с особыми требованиями по надежности, скоростям, режиму работы и ресурсу и прочие приводы для газа, где повышенных требований нет (по применению 1, 1, 1, по принадлежности – 1).
  2. Жидкости – вода. Повышенных требований к приводам в большинстве случаев нет (по применению – 1, 1, 1, по принадлежности – 0).
    Жидкости – нефть и производные. Основное требование – наличие взрывозащиты. В большинстве случаев повышенные требования к приводу (по применению – 1, 2, 1, по принадлежности – 2).
    Жидкость – органические соли, кислоты и основания. Очень мало применяется электроприводов. Там где применяются повышенные требования к приводу (по применению – 1, 2, 1, по принадлежности – 2).
  3. Потоки физических вред. Применение приводов для открытия ворот и ставен, где требования несущественные (по применению – 1, 1, 0, по принадлежности – 1) и применение в качестве приводов шиберов и заслонок (по применению – 1, 0, 0, по принадлежности – 0).

Как видно, существует не очень много подсегментов, где требовались бы самые верхние показатели по применению и по принадлежности. Поэтому потребители и не стали выбирать приводы с более высокими характеристиками. Таким образом, стало немного понятнее, почему не все люди ездят на БМВ-7 модели.

Попробуем теперь посмотреть на проблему выбора приводов потребителем с точки зрения систем управления.

Большинство сегодняшних систем управления выходят корнями из прошлого и принадлежат к централизованным системам управления. Характеризуются дискретно-аналоговым управлением, силовой коммутацией, находящейся в сборках РТЗО и центральным процессором, управляющим несколькими контурами управления. Однако недостатки, присущие данным системам, давно вынудили производителей оборудования КИПиА преобразовывать системы таким образом, чтобы интеллект центрального процессора начал опускаться на более низкие уровни управления, вплоть до полевого уровня оборудования.

Промежуточным состоянием систем управления являются интеллектуальные стойки РТЗО ( Плескач Н.В. «Промышленные АСУ и контроллеры» сентябрь 2007 г. ). В переложении на управление приводами очень характерно предложение Мелихова Н.Н., когда управляющие автоматы (процессоры) стоят в стойке и управляют приводом по цифровому каналу. Силовая коммутация также находится в шкафах управления.

Конечным на сегодняшний день состоянием трансформации систем управления является интеллектуализация полевого уровня, когда процессоры устанавливаются в датчиках, силовых коммутаторах, электрических приводах. С точки зрения эффективности управления сигнал должен обрабатываться в месте его возникновения.

Применительно к дополнительным свойствам, которые несет с собой интеллект, таким как архивация параметров, самодиагностика привода, диагностика арматуры, управление по различным законам движения, различные защиты и возможность работы по различным сетевым протоколам, то они в каждой из существующих систем могут реализовываться в разной степени. Очевидно, что наиболее полно в третьей системе, наименее полно в первой – централизованной.

Таким образом, мы приходим ко второму выводу о том, почему не все люди ездят на ВМВ-7. Потому что выстроенная системная инфраструктура не позволяет воспользоваться теми преимуществами, которые заложил в нее констурктор.

Теперь несколько слов по технической стороне. Хотелось бы восстановить справедливость классическим передачам. Характеристики силовых редукторов варьируются в очень сильных пределах в зависимости от технологии их изготовления и проектирования. Так фирма «Лимиторк» заявляла о достижении их червячным редуктором кпд 0,72. В то же время кпд редуктора на телах качения Бердского электромеханического завода аналогичному редуктору «Сибирского машиностроителя» не достигают указанных цифр. В то же время расчетная величина кпд планетарного силового редуктора на новый многооборотный привод ПЭМ-В ОАО «ЗЭиМ» достигла 0,88. Поэтому классические цифры кпд из справочников по тем или иным редукторам с помощью современных методов проектирования и изготовления становятся существенно выше. При этом очевидно, что по экономике, изготовление всего одной червячной передачи (как в приводе Роторк) существенно дешевле, чем изготовление сложного редуктора на промежуточных телах качения. По предельным скоростям ситуация похожая. Приводы Роторк на червячной передаче могут выдавать скорость в 192 об/мин, что не может сделать привод Сибмаша (Гусар ЭВ 56 об/мин). Вес привода Ротор IQ18 (108 Нм) 27 кг, вес Гусара на 100 Нм – 36 кг.

Если посмотреть на веса других приводов, то ситуация тоже не столь однозначна, как пытается представить автор. К примеру, вес четвертьоборотного привода J3, который появился недавно на российском рынке, на усилие 300 Нм составляет всего 5,2 кг. Он работает на классических цилиндрических зубчатых передачах, имеет нормальный (не уменьшенный как в приводах Belimo) ресурс работы и функции, необходимые для попадания в свой рыночный сегмент.

В то же время, при применении цилиндрических, планетарных редукторов и редукторов на промежуточных телах качения передача перестает иметь эффект самоторможения, т.е. коэффициент самоторможения опускается ниже 0,35, что чревато большим выбегом выходного вала из-за большой инерционности системы. Для приведения в соответствие с параметрами, которым должен отвечать запорно-регулирующий привода придется применять специальные меры – например, вводить в конструкцию тормоз, что опять отражается на экономике привода.

При этом опять встает вопрос целесообразности. Общеизвестно, что 80% рынка приводов это приводы для запорных режимов и лишь 20% приходиться на запорно-регулирующие и регулирующие. Вопрос: к чему в базовой комплектации привода выдерживать все требования и «изыски» необходимые для более сложных и дорогих регулирующих процессов, ведь это начинает существенно удорожать привод! Хотя целевой сегмент покупателей В MW о цене конечно не рассуждает….

Для полноты картины также нужно сравнить выдаваемые характеристики приводов, которые закладываются при проектировании и определяются целевой направленностью привода. Приводы Роторка малоинерционны, с пусковым моментом более чем в 3 раза превышающим номинальный момент, что очень приближенно к время-моментным характеристикам задвижек. Т.е. можно сказать, что Роторк сделал идеальный привод для задвижки. Это хорошо описано фирмой «Элеси» в журнале «itech». Если сравнивать отечественные приводы, в том числе приводы «Сибмаша», то здесь ситуация несколько хуже – кратность пускового момента к номинальному меньше чем у Роторка, инерционность больше. И введение процессора в управление приводом действительно может снизить негативные моменты, возникающие при большой инерционности двигателя при запорном режиме, но никак не смогут помочь при запорно-регулирующем с большим количеством включений.

И последний момент по сопряжению привода к арматуре. Бесспорно, ориентировать присоединительные размеры привода под арматуру отечественного производителя ход в общем то очевидный и даже необходимый. Так же поступили все отечественные производители (особенно в многооборотной арматуре). Но как только мы начинаем говорить об удобстве конечного производителя, то сразу начинаем говорить о стандартах ИСО 5210/5211. Постоянное возрастание импортной арматуры, неразбериха с присоединительными (под привод) размерами у большинства отечественных производителей арматуры с неизбежностью наталкивают на мысль о том, что преобладающим стандартом все таки станет европейский ИСО. И как раз применение такой унификации позволит отказаться от услуг всяких посредников в присоединении арматуры к приводу и от ошибок, которые при этом возникают.

Резюмируя сказанное: Бесспорно перспективные разработки компании «Сибмаш» интересны и иновационны. Они нашли свою нишу на рынке ТПА и своих покупателей и почитателей. Однако утверждать на уровне «учебника» что предложенная конструкция есть истина в последней инстанции и будущее только за ними, крайне преждевременно и с точки зрения маркетолога не очень грамотно. Всё в бизнесе, да и в жизни определяется полезностью и целесообразностью: ну не возят кирпичи на «седанах» — просто исходя из соображений здравого смысла. А потому каждая компания для достижения успеха должна бы определиться со своим местом – положением на рынке в координатах «цена-комплекс потребительских свойств» и целевой группой клиентов для которой этот комплекс свойств был бы наилучшим.. Позиционирование, не просто термин в маркетинге, как многие думают. Это и стратегия бизнеса и его философия.

По существу же статьи – автором проделана огромная работа, как инженером-разработчиком, так и специалистом по маркетингу и, разумеется, она будет интересна и полезна всем участникам рынка ТПА.

С уважением директор БЦ «Приводы и арматура» В.Л. Сироткин.