Отечественные взрывозащищенные энкодеры для нефте-газовой отрасли, химической промышленности и энергетики

30 июля 2024

«ИДМ-ПЛЮС»
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 угового положения) импортного производства таких производителей как Liene & Linde (Швеция), Nidec (Япония), TR Electronic (Германия), ВЕI 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 кглового 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.

Таблица 1. Оценка объема импорта энкодеров в Россию, 2020-2021 гг.

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.

Основные достоинства разрабатываемого изделия:
• 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 отечественногоо энкодера с импортными аналогами.

В предложенной технологии, основанной на разработке энкодера с использованием инновационных методов цифровой коррекции синусно-косинусных сигналов, можно сделать ряд выжных 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 бысть 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 тимповы 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-ЕХ

Взрывозащищенное исполнение этого датчика в настоящий момент имеет предварительное название ИДП 16И-ЕХ. 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, обеспечивающей передачу данных с частатой 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 предоставляется 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