Отечественные взрывозащищенные энкодеры для нефте-газовой отрасли, химической промышленности и энергетики
Компания специализируется на разработке и производстве датчиков положения и датчиков тока, а также микросхем, причем в проектировании датчиков применяется, в том числе собственная элементная база. Особое значение в структуре «ИДМ-ПЛЮС» занимает центр проектирования, хорошо известный своими датчиками положения серий БИМС (безредукторная масштабируемая измерительная система) и ИДМ (интеллектуальный датчик магнитный). В 2022 году компания представила свой первый индуктивный датчик положения ИДП 115, который открыл новое направление деятельности компании.
Разработка отечественных взрывозащищенных преобразователей углового положения является актуальной задачей для отечественной промышленности и несет в себе высокий потенциал импортозамещения.
Использование на предприятиях России взрывозащищенных энкодеров (преобразователей углового положения) импортного производства таких производителей как Liene & Linde (Швеция), Nidec (Япония), TR Electronic (Германия), BEI Sensors (США), Baumer (Германия) и т. д. в критических отраслях (нефтегаз, добыча полезных ископаемых, химическая промышленность и т. п.) несет в себе реальные риски возможной остановки поставок в связи с санкциями, а замена отечественными аналогами невозможна в связи с их отсутствием.
Зарубежные энкодеры данного класса обычно изготавливаются с использованием оптических либо магнитных технологий. Предлагаемое к разработке решение опирается на индукционные (вихретоковые) технологии на печатной плате. Данные технологии, работающие на основе токов Фуко в плоских катушках, активно развиваются в мире и используются для создания встраиваемых преобразователей углового положения в автоэлектронике, а также для тяжелых условий эксплуатации. Преимущество принципа — технологическая простота изготовления, а соответственно и конкурентоспособная цена. Базовая конструкция датчика показана на рисунке 1.
Рисунок 1. Базовая конструкция вихретокового датчика
Датчик состоит из печатной платы с выполненными на ней дорожками определенной конструкции (передающая и приемная части) и металлической мишени, обеспечивающей поглощение сигнала передатчика в зависимости от угла поворота вала. Для обработки сигнала с приемной части используется специализированные микросхемы, один из вариантов которой разрабатывается «ИДМ-ПЛЮС» с учетом изготовления на отечественной фабрике. В данной разработке применяется запатентованное решение коррекции ошибки преобразования, поэтому разрабатываемые датчики теоретически могут обладать большей точностью по сравнению с импортными.
Компанией «ИДМ-ПЛЮС» разрабатывается серия преобразователей углового положения с абсолютным и инкрементальным выходом и программируемым количеством импульсов на оборот. Разрабатываемые преобразователи будут применяться для контроля положения на объектах, функционирующих в тяжелых условиях эксплуатации и при наличии взрывоопасной среды. Для выполнения требований по сертификации по классам ATEX и IECEx преобразователи будут выполнены в корпусе из толстостенного металла с учетом требований ГОСТ 30852.1-2002, без разъемного соединения и со специальной кабельной муфтой.
| Показатели | Кол-во, тыс. шт. | Тыс. долл., $ | ||
|---|---|---|---|---|
| 2020 | 2021 | 2020 | 2021 | |
| Объем импорта датчиков, включая энкодеры¹ | 478 | 398 | 9 788 | 8 005 |
| Оценка объема импорта энкодеров² | 314 | 266 | 7 265 | 5 930 |
Рынок, прогноз потребления энкодеров отечественными предприятиями
Согласно отчету Tebiz Group, значимая часть спроса на энкодеры для гражданских применений на российском рынке удовлетворяется за счет продукции зарубежных производителей (80-90%). Тем не менее, в Российской Федерации (РФ) имеется достаточный потенциал для производства отечественных энкодеров различных видов. Потенциал импортозамещения анализировался на основании данных по объемам импорта энкодеров в Россию по данным ФТС РФ 2020-2021 гг. и оценивается на уровне 400-500 тыс. штук на сумму порядка 6-7 млн. $ в 2020-2021 год (см. Таблицу 1).
Перспективы применения датчика в РФ
Разрабатываемый «ИДМ-ПЛЮС» энкодер будет соответствовать следующим техническим параметрам:
•Диапазон измерения угла: 0-360°.
•Количество отсчетов на оборот: программируемое до 65536.
•Выходной интерфейс A/B/Z HTL (до 40 мА).
•Максимальная длина кабеля 350 м (на частоте 100 кГц).
•Напряжение питания 9-30В.
•Защита от переполюсовки питания и перенапряжения.
•Ограничение выходного тока при коротком замыкании.
•Взрывозащищенное исполнение ATEX: EX || 2G Ex db || C T5, EX || 2D Ex tb || C T100 °C, IECEx: Ex db || C T5, Ex tb || C T100 °C.
• Бесконтактный принцип → высокая надежность;
• Магнит не требуется → снижение цены;
• Полная невосприимчивость к рассеянному магнитному полю → экранирование не требуется;
• Измерение абсолютного положения → готовность при включении питания;
• Полный круг, полукруг, дуга, по оси, вне оси, линейные конструкции катушек → гибкость применения;
• Малая толщина датчика ~ 2-3 мм → уменьшение габаритов;
• Высота катушки от нескольких мм до нескольких сотен мм → возможность адаптации к любому применению;
• Компенсация колебаний воздушного зазора → миниатюризация, устойчивость к смещению индуктора;
• Соответствует автомобильным стандартам AEC Q100, ESD, EMC, ASIL → подходит для критически важных для безопасности автомобильных применений;
• Рабочая температура от -40 до +160 °C → подходит для работы при высокой температуре.
В таблице 2 приведено сравнение разрабатываемого отечественного энкодера с импортными аналогами.
| Перечень | Габаритный размер | Интерфейс | Разрешение, угл. сек | Класс защиты | Напряжение питания |
|---|---|---|---|---|---|
| Решение ООО «ИДМ-ПЛЮС» | D107 H95 |
A/B/Z HTL | до 20 | ATEX: EX || 2G Ex db ||C T5, EX || 2D Ex tb ||IC T100 °C Класс IECEx: Ex db ||C T5, Ex tb ||IC T100 °C |
9-30 |
| Leine&Linde Ex 841 | D107 H88 |
A/B/Z HTL | до 32 | ATEX: EX || 2G Ex db ||C T5, EX || 2D Ex tb ||IC T100 °C Класс IECEx: Ex db ||C T5, Ex tb ||IC T100 °C |
9-30 |
| Hohner 100H/DUO | D100 H76 |
A/B/Z HTL/HTL |
до 260 | НЕТ | 5 или 11-30 |
| Baumer POG 11 | D115 H140 |
A/B/Z HTL/HTL |
до 65 | НЕТ | 5 или 9-30 |
| Nidec XR45 | D167 H140 |
A/B/Z HTL/HTL |
до 65 | ATEX/IECEx Zone 1 & 21 Group IIC | 12-24 |
В предложенной технологии, основанной на разработке энкодера с использованием инновационных методов цифровой коррекции синусно-косинусных сигналов, можно сделать ряд важных выводов:
•Интеграция цифровых методов коррекции с сенсорной технологией открывает новые перспективы для повышения точности и быстродействия измерений углового положения.
•Благодаря бесконтактному принципу работы и компенсации колебаний воздушного зазора, датчик обеспечивает стабильные измерения в различных условиях.
•Технология поддерживает различные конфигурации катушек и способы их размещения, что придает системе гибкость и адаптивность к различным применениям. Это делает ее перспективной для широкого спектра отраслей.
•Технология имеет значительный потенциал для экспорта. В связи с ее выдающейся эффективностью, надежностью и гибкостью применения, она может быть востребована на мировом рынке. Российские производители датчиков угла наклона могут занять лидирующие позиции на глобальном уровне.
•Соответствие автомобильным стандартам AEC Q100, ESD, EMC, ASIL делает предложенный энкодер подходящим для критически важных для безопасности автомобильных применений, что усиливает его привлекательность на рынке.
•Рабочий диапазон температур от -40 до +160 °C делает систему применимой в различных климатических условиях, расширяя ее использование в различных отраслях и регионах.
Готовые решения «ИДМ-ПЛЮС» для нефтегазовой отрасли в рамках импортозамещения
Датчики углового положения производства «ИДМ-ПЛЮС» активно применяются заказчиками в нефтегазовой отрасли, при добыче полезных ископаемых, в химической промышленности и энергетике.
ИДП 115 - индуктивный датчик положения
В 2022 году компания представила свой первый индуктивный датчик положения (ИДП) ИДП 115. Была разработана базовая конструкция абсолютного датчика положения, на основе которой может быть построена целая линейка датчиков в разных конструктивных исполнениях, в том числе взрывозащищенных.
Индуктивный датчик положения ИДП 115 предназначен для измерения углового положения ротора диаметром 115 мм с разрешающей способностью до 20 разрядов и погрешностью не хуже ±30". Датчик имеет интерфейс SSI RS 485. Как и типовые индуктивные датчики положения, модель ИДП 115 отличается компактными габаритными размерами (Ø225 Ч 36 мм) и невысокой стоимостью. Обладает высокой точностью, может работать в жестких условиях эксплуатации (при воздействии сильных вибраций и ударов, в диапазоне температур от -50 до 55 °C), причем преобразователь датчика реализован на отечественной элементной базе.
ИДП 115
ИДП 16И-EX
Взрывозащищенное исполнение этого датчика в настоящий момент имеет предварительное название ИДП 16И-EX. Его предполагается сертифицировать по EAC Ex (РФ и Евразийский экономический союз) вместо ATEX (Европа) и других стандартов, на соответствие которым был сертифицирован ближайший аналог - датчик Ex 841 шведской компании Leine Linde.
В отечественном импортозамещающем датчике удалось воплотить практически все технические характеристики зарубежного аналога. Как и в аналоге, для увеличения дальности передачи данных используются токовые сигналы повышенного уровня, так называемые High-Current High Transistor Logic (HCHTL), с которыми за счет неизбежного снижения скорости передачи повышается уровень помехоустойчивости, в отличии от TTL (Transistor-Transistor Logic - «транзисторно-транзисторная логика»). В логике HTL используются сигналы высокого напряжения, где логическая единица обычно соответствует напряжения +24 В, а ноль - нулевому потенциалу. По сравнению с TTL увеличиваются потребляемая мощность, время отклика, а также дальность устойчивой передачи сигнала по кабелю.
По результатам измерения макета датчика, он имеет технические характеристики не хуже аналога Ex 841, в частности, обеспечивает работу в инкрементальном режиме со скоростью вращения до 5000 об/мин. При этом обеспечивает разрешение до 8192 импульсов на оборот и сохраняет работоспособность в диапазоне температур от -40 до +70 °C.
Индуктивный датчик углового положения ИДП-510
«ИДМ-ПЛЮС» выпускает индуктивные датчики углового положения ИДП-510 для измерения абсолютного углового положения вала с высокой разрешающей способностью.
Датчик предназначен для применения в составе измерительных и управляющих систем в качестве датчика обратной связи на приводах среднего диаметра (диаметр ротора~400 мм) в условиях ограниченного пространства по глубине. Датчик обладает высокой точностью и предназначен для работы в жестких условиях эксплуатации. Благодаря применению индуктивной технологии датчик при диаметре ротора 400 мм и внешнем диаметре 510 мм имеет глубину всего 49 мм, при это глубина ротора - всего 10 мм. Особенность датчика - раздельные статор и ротор, что обеспечивает гибкость интеграции в изделия заказчика. Для связи с управляющей системой датчик имеет дифференциальный интерфейс SSI типа RS-485, обеспечивающий передачу данных с частотой до 2 МГц при длине кабеля 5м.
ИДП 510
Решения компании «ИДМ-ПЛЮС» подходят для большинства типовых применений. Компания постоянно развивает номенклатуру, улучшает характеристики продукции для расширения сфер возможного применения, а также осуществляет техническую поддержку поставляемой продукции. Так же в рамках программы импортозамещения компанией «ИДМ-ПЛЮС» освоены датчики производства LEM.
1. Указан объем импорта по тем сделкам, в которых декларируются и энкодеры, и другие датчики (это исходный объем импорта тех сделок, в которых декларируются энкодеры).
2. Для оценки объема импорта именно энкодеров изучались подробные описания товаров крупных производителей/крупных сделок для выявления доли энкодеров в натуральном исчислении. Объем импорта в денежном выражении разделить также, как в натуральном исчислении не представляется возможным, поскольку указывается общая сумма контракта. Оценка объема импорта энкодеров в денежном выражении сделана условно - пропорционально объему импорта в натуральном выражении.
Нефтегаз Экспо №27 март - 2024