Словарь терминов промышленной автоматики

Словарь терминов промышленной автоматики от инженеров КАСТОН. Собрали короткие и точные определения по частотным преобразователям, электродвигателям и КИПиА с реальными диапазонами и нормами по ГОСТ. Пользуйтесь как справочником при подборе оборудования и чтении технической документации.

Частотные преобразователи и приводы

ШИМ

Широтно-импульсная модуляция — способ формирования переменного напряжения из постоянного за счёт быстрого переключения силовых ключей на частоте 2–16 кГц. В частотном преобразователе ШИМ задаёт частоту и амплитуду напряжения на двигателе.

U/f-управление

Скалярный закон управления, при котором отношение напряжения к частоте (U/f) удерживается постоянным для сохранения магнитного потока. Простой и надёжный метод для насосов и вентиляторов, но с невысокой точностью на малых оборотах.

Векторное управление

Метод регулирования, при котором ток статора разделяется на составляющие момента и потока и управляется раздельно. Обеспечивает высокую точность и полный момент уже на нулевой скорости — нужен для кранов, экструдеров, станков.

Преобразователь частоты (ЧРП)

Устройство, изменяющее частоту и напряжение питания асинхронного двигателя для плавного регулирования скорости в диапазоне обычно 0–400 Гц. Частотные преобразователи экономят до 30–50% электроэнергии на насосах и вентиляторах за счёт отказа от дросселирования.

Устройство плавного пуска (УПП)

Аппарат, ограничивающий пусковой ток двигателя за счёт плавного подъёма напряжения, снижая бросок с 6–7 до 2–3 номиналов. Применяют там, где не нужно регулировать скорость в работе — конвейеры, компрессоры, насосы.

Сетевой дроссель

Индуктивность, включаемая на входе частотника для сглаживания тока и снижения сетевых гармоник. Уменьшает искажения, защищает диодный мост и продлевает срок службы конденсаторов звена постоянного тока.

Моторный дроссель

Дроссель на выходе преобразователя, сглаживающий фронты ШИМ-импульсов и снижающий перенапряжения на длинном кабеле. Рекомендован при длине кабеля до двигателя свыше 30–50 метров.

Синус-фильтр

LC-фильтр на выходе частотного преобразователя, превращающий ШИМ-сигнал в почти синусоидальное напряжение. Защищает изоляцию двигателя и допускает кабели длиной 100 метров и более без перенапряжений.

Тормозной резистор

Резистор, рассеивающий энергию, которую двигатель возвращает при торможении, в виде тепла. Нужен для быстрой остановки инерционных механизмов — центрифуг, кранов, намоточных машин.

Гармоники

Кратные основной частоте искажения тока и напряжения (150 Гц, 250 Гц и выше), которые вносит нелинейная нагрузка. Повышают нагрев проводов и трансформаторов; уровень нормируется ГОСТ 30804.3.2.

Звено постоянного тока

Промежуточное звено частотника, где выпрямленное сетевое напряжение сглаживается конденсаторами до постоянного уровня около 540–620 В для сети 380 В. Из него инвертор формирует выходное ШИМ-напряжение.

Перегрузочная способность

Кратковременный ток, который преобразователь выдаёт сверх номинала: обычно 150% в течение 60 секунд для тяжёлых нагрузок или 110–120% для насосов. Определяет запас на пуск и пиковый момент.

Электродвигатели

Асинхронный двигатель

Двигатель переменного тока, ротор которого вращается медленнее поля статора, создавая скольжение. Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором — самый распространённый тип привода в промышленности благодаря простоте и надёжности.

Скольжение

Относительная разница между синхронной частотой поля и реальной скоростью ротора, у стандартных двигателей 2–5% под нагрузкой. Из-за скольжения двигатель 3000 об/мин фактически даёт около 2850–2900 об/мин.

Число полюсов

Количество магнитных полюсов обмотки статора (2, 4, 6, 8), определяющее скорость двигателя. Чем больше полюсов, тем ниже обороты: 2 полюса — 3000, 4 — 1500, 6 — 1000 об/мин при 50 Гц.

Синхронная частота вращения

Скорость вращения магнитного поля статора, равная 60×f/p об/мин, где f — частота, p — число пар полюсов. При 50 Гц это 3000, 1500, 1000 или 750 об/мин.

Номинальный момент

Крутящий момент на валу при паспортной мощности и скорости, рассчитывается как M = 9550×P/n (Н·м, при кВт и об/мин). Например, двигатель 7,5 кВт на 1500 об/мин даёт около 48 Н·м.

Монтажное исполнение IM

Обозначение способа крепления двигателя по ГОСТ 2479: IM B3 — на лапах, IM B5 — фланцевый, IM B35 — комбинированный (лапы плюс фланец). Определяет посадку в механизм.

Степень защиты IP

Двузначный код защиты корпуса от пыли и воды по ГОСТ 14254: у двигателей обычно IP54 или IP55. Первая цифра — защита от твёрдых тел, вторая — от воды.

Класс изоляции

Показатель допустимой температуры обмотки: класс F выдерживает 155 °C, класс H — 180 °C. Большинство современных двигателей выпускают с изоляцией класса F.

Режим работы S1

Продолжительный режим по ГОСТ Р 52776, при котором двигатель работает с постоянной нагрузкой до выхода на установившуюся температуру. Всего стандарт определяет режимы S1–S10 для разных циклов.

Класс энергоэффективности IE

Классификация КПД двигателя по ГОСТ IEC 60034-30-1: IE1 — стандартный, IE2 — высокий, IE3 — премиум, IE4 — сверхвысокий. Чем выше класс, тем меньше потери и счета за электроэнергию.

Серия АИР

Основная серия общепромышленных асинхронных двигателей, где А — асинхронный, И — единой серии, Р — с привязкой мощности к габариту. Выпускается от 0,18 до 400 кВт с высотой оси вращения 56–355 мм.

КПД двигателя

Отношение механической мощности на валу к потребляемой из сети, у современных двигателей 80–96% в зависимости от мощности и класса IE. Потери уходят на нагрев обмоток, стали и трение.

Датчики и КИПиА

Датчик Pt100

Платиновый термометр сопротивления с сопротивлением 100 Ом при 0 °C, диапазон измерения −50…+500 °C и выше. Датчики температуры Pt100 линейны и точны, поэтому применяются в промышленных регуляторах.

ТСМ и ТСП

Термопреобразователи сопротивления: ТСМ — медные (−50…+180 °C), ТСП — платиновые (−200…+650 °C). Меняют сопротивление с температурой и подключаются к вторичным приборам по ГОСТ 6651.

Сигнал 4-20 мА

Стандартный токовый сигнал по ГОСТ 26.011, где 4 мА — нижний предел диапазона, 20 мА — верхний. Живой ноль в 4 мА позволяет отличить нулевое значение от обрыва линии.

ПИД-регулятор

Регулятор, формирующий управление по сумме пропорциональной, интегральной и дифференциальной составляющих. Удерживает температуру, давление или уровень на уставке с минимальным отклонением.

ТРМ (измеритель-регулятор)

Прибор ОВЕН для измерения и регулирования температуры и других величин с одним или несколькими каналами. Работает с термопарами, Pt100 и сигналами 4-20 мА, поддерживает ПИД-закон.

ПЛК

Программируемый логический контроллер — промышленный компьютер для управления оборудованием по заданной программе. Программируемые контроллеры ОВЕН работают с дискретными и аналоговыми сигналами и протоколом Modbus.

Программируемое реле ПР

Компактный логический контроллер начального уровня для простых алгоритмов автоматизации на несколько входов и выходов. Заменяет релейные схемы там, где полноценный ПЛК избыточен.

Датчик давления

Преобразователь давления в унифицированный сигнал 4-20 мА или 0-10 В с диапазонами от долей бара до сотен бар. Применяется в насосных станциях, гидравлике и системах отопления.

Датчик уровня

Прибор для контроля уровня жидкости или сыпучего материала: поплавковый, гидростатический, ёмкостный или ультразвуковой. Выдаёт дискретный сигнал уставки или аналоговый 4-20 мА.

НКПР

Нижний концентрационный предел распространения пламени — минимальная доля газа в воздухе, при которой возможно воспламенение. Сигнализаторы загазованности срабатывают на порогах 10% и 20% НКПР.

Датчик загазованности

Прибор, измеряющий концентрацию горючих или токсичных газов и выдающий сигнал при превышении порога в % НКПР или мг/м³. Обязателен в котельных и на объектах с метаном, пропаном, угарным газом.

Протокол Modbus RTU

Промышленный протокол обмена данными по линии RS-485 с двоичной передачей и проверкой CRC. Связывает частотники, контроллеры и датчики в единую сеть со скоростью обычно 9600–115200 бод.

Общие термины автоматики

RS-485

Промышленный стандарт последовательной связи с дифференциальной передачей по витой паре на расстояние до 1200 метров. Допускает до 32 устройств на линии и служит физической основой для Modbus RTU.

DIN-рейка

Металлическая монтажная планка шириной 35 мм по ГОСТ IEC 60715 для крепления модульного оборудования в щитах. На неё ставят автоматы, реле, блоки питания и контроллеры.

cos φ (коэффициент мощности)

Отношение активной мощности к полной, показывающее долю полезно используемой энергии. У асинхронных двигателей под нагрузкой обычно 0,8–0,9, на холостом ходу падает до 0,2–0,3.

Реактивная мощность

Мощность, которая циркулирует между источником и индуктивной нагрузкой без совершения полезной работы, измеряется в вар. Загружает сеть и трансформаторы, поэтому её компенсируют конденсаторными установками.

IP-код

Международное обозначение степени защиты оболочки по ГОСТ 14254 из букв IP и двух цифр, например IP54. Первая цифра (0–6) — защита от пыли, вторая (0–9) — от воды.

ГОСТ 15150 (климатическое исполнение)

Стандарт, задающий климатические исполнения (У, УХЛ, Т) и категории размещения (1–5) для оборудования. Например, УХЛ4 — для отапливаемых помещений, У1 — для открытого воздуха в умеренном климате.

Щит управления

Металлический или пластиковый шкаф, объединяющий аппаратуру защиты, коммутации и управления приводом на DIN-рейке. Собирается под конкретную задачу — насосную станцию, вентиляцию, конвейер.

Дискретный и аналоговый сигнал

Дискретный сигнал имеет два состояния (включено/выключено), аналоговый меняется плавно — ток 4-20 мА или напряжение 0-10 В. Дискретные входы читают датчики положения, аналоговые — датчики температуры и давления.

Гальваническая развязка

Электрическая изоляция цепей, исключающая прямую связь по току при передаче сигнала через оптрон или трансформатор. Защищает контроллер от помех и перенапряжений в силовых цепях.

Датчики уровня и контроль загазованности

Поплавковый датчик уровня

Датчик-сигнализатор с поплавком и герконом: при достижении уровня магнит поплавка замыкает контакт. Применяется для чистых жидкостей, точность порога ±5–10 мм, работает как «сухой контакт» без питания.

Кондуктометрический датчик уровня

Электродный датчик для электропроводных жидкостей (вода, стоки, растворы кислот и щелочей). Ток между электродами замыкается жидкостью; до 5 электродов задают до 5 порогов. Не работает в масле, дизтопливе и дистилляте.

Гидростатический датчик уровня

Погружной датчик, измеряющий давление столба жидкости (P = ρ·g·h) и пересчитывающий его в уровень. Даёт непрерывный сигнал 4–20 мА, исполнение IP68, глубина погружения до 250 м и более.

Метан (CH4)

Основной компонент природного газа, легче воздуха. Взрывоопасен, НКПР около 4,4 % об. В котельных контролируется сигнализатором загазованности с порогами 10 % и 20 % НКПР; датчик монтируют под потолком.

Угарный газ (CO)

Продукт неполного сгорания топлива, без запаха и цвета, смертельно опасен. ПДК рабочей зоны 20 мг/м³; пороги сигнализации в котельной — 20 и 100 мг/м³. Датчик ставят в зоне дыхания (~1,5 м).

Сжиженный газ (пропан-бутан, СУГ)

Углеводородный газ тяжелее воздуха, скапливается у пола. Датчик загазованности на пропан устанавливают внизу, на высоте 0,1–0,3 м от пола, в отличие от датчика метана под потолком.

Клапан-отсекатель газа

Электромагнитный запорный клапан на газопроводе (нормально открытый или закрытый), автоматически перекрывающий подачу газа по сигналу системы контроля загазованности при превышении порога.

Пуск и защита электропривода

Прямой пуск (DOL)

Подключение двигателя напрямую к сети без ограничения тока. Пусковой ток достигает 6–8 номиналов и сопровождается механическим рывком; для мощных приводов заменяется устройством плавного пуска или частотным преобразователем.

Пусковой ток

Ток в момент запуска асинхронного двигателя. При прямом пуске составляет 6–8×Iном, через устройство плавного пуска — 3–4×Iном, через частотный преобразователь — 1–1,5×Iном.

Байпасный контактор

Контактор, шунтирующий силовые тиристоры устройства плавного пуска после разгона двигателя, чтобы снять с них тепловую нагрузку и сохранить КПД в рабочем режиме.

Гидроудар

Резкий скачок давления в трубопроводе при мгновенной остановке насоса. Предотвращается плавным остановом двигателя через устройство плавного пуска или частотный преобразователь.

Сухой ход

Работа насоса без жидкости, ведущая к перегреву и выходу из строя. Предотвращается датчиком или сигнализатором уровня, отключающим насос при достижении минимального уровня.