Работу технологической установки можно рассматривать как технологический процесс, направленный на распределение электрической энергии. Для распределения электрической энергии используют автоматические устройства. В зависимости от функций, выполняемых специальными автоматическими устройствами, различают следующие основные виды автоматизации: автоматический контроль, автоматическую защиту, дистанционное и автоматическое управление, телемеханическое управление.
Современной системе управления технологическими установками необходима автоматическая защита, автоматическое управление и сигнализация для повышения оптимизации управления, надежности, безопасности персонала, обеспечения пожарной безопасности.
Автоматическая защита представляет собой совокупность технических средств, которые при возникновении ненормальных или аварийных режимов либо прекращают контролируемый производственный процесс (например, отключают определенные участки электроустановки при возникновении на них коротких замыканий), либо автоматически устраняют ненормальные режимы. Автоматическая защита тесно связана с автоматическим управлением и сигнализацией. Она воздействует на органы управления и оповещает обслуживающий персонал об осуществленной операции. [1]
Для организации современной системы управления используются автоматические выключатели, присутствующие в двух- или многоуровневой архитектуре схемы. Эти автоматические выключатели могут управляться оператором либо автоматизированной системой управления (ПЛК контроллер), либо как в многоуровневой архитектуре — оператором и АСУ.
Актуальность данной темы заключается в усовершенствовании систем управления технологическими установками на предприятиях. При усовершенствовании систем управления предприятие станет безопаснее для рабочего персонала и повысится энергоэффективность за счет контроля за режимами работы электрооборудования и обновления парка оборудования.
Целью работы является оценка возможностей электрооборудования для управления технологическими установками и применение в них автоматических выключателей.
Современные автоматические выключатели, кроме своих основных функций (защиты электрооборудования от токов короткого замыкания), позволяют также не только обмениваться данными с другими устройствами, но и системой управления в целом, которая позволяет:
– передавать аварийные сигналы о срабатывании защиты и сведения о выключателе (например, о его состоянии и положении), а также результаты выполненных электронным расцепителем измерений для удаленной системы диспетчерского управления и контроля. Для передачи системе управления сведений о состоянии аппарата (включен, отключен, сработал), выключатели должны быть оборудованы дополнительными контактами, называемыми также контактами для электронного исполнения;
– принимать команды от этой системы (например, на включение или отключение выключателя) или установки функций защиты, делая возможным дистанционное управление аппаратом. Для реализации дистанционного управления, выключатели должны быть оборудованы моторным приводом с электронным интерфейсом.
Самый простой способ взаимодействия — управление двигателем с помощью магнитного пускателя. Пример такой принципиальной схемы показан на рисунке 1.
Рис. 1. Схема управления двигателем с помощью магнитного пускателя
Кнопка SB2 — кнопка «Пуск». При нажатии на нее на катушку пускателя попадает напряжение, так как она оказывается включенной между фазой С и нулем N. Силовые контакты пускателя подают напряжение на двигатель, а блокировочный замыкается параллельно кнопке «Пуск». Поэтому при отпускании кнопки катушка пускателя не теряет питание, так как ток в этом случае идет через блокировочный контакт.
Остановка работающего двигателя после запуска в схеме с блокировочным контактом выполняется с помощью кнопки SB1 «Стоп». При этом, кнопка создает разрыв в цепи, магнитный пускатель теряет питание и своими силовыми контактами отключает двигатель от питающей сети.
Существуют более высокие уровни управления. Пример распределительной электроустановки в системе централизованного автоматизированного управления объектом показана на рисунке 2. В этом случает на неё воздействуют два потока:
– поток энергии, состоящий из электроэнергии, которая передается потребителям, питая нагрузки предприятия;
– цифровой поток, включающий информацию, данные и команды, используемые для управления распределительной электроустановкой. Именно потоком информации управляет система управления.
Рис. 2. Пример схемы управления с потоком энергии и потоком информации
Можно создавать системы контроля с разной архитектурой, вплоть до наиболее многоуровневой.
В качестве примера можно рассмотреть двухуровневую архитектуру. Она состоит из двух уровней: (привести кратко содержание 4-х след абзацев)
1) уровень управления: включает систему управления и регистрации данных (например, SCADA — система диспетчерского контроля и сбора данных). На этом уровне поступающие от датчиков данные регистрируются, отображаются, обрабатываются и передаются на исполнительные механизмы.
2) полевой уровень: включает полевые устройства, оборудованные коммуникационными интерфейсами (датчики, исполнительные механизмы и аппараты защиты, оборудованные соответствующими электронными расцепителями), смонтированными в электроустановке и непосредственно с ней взаимодействующими. На полевом уровне происходит передача данных распределительной электроустановки на уровень управления, а также происходит исполнение команд, поступающих с уровня управления.
Программируемый логический контроллер — ПЛК — комплекс электронных и программных компонентов и средств, включая модули ввода-вывода, предназначенный для выполнения логических функций; то есть та часть системы безопасности, которая выполняет логические функции, за исключением сенсоров и исполнительных элементов [2].
Плюсом использования ПЛК является возможность его длительной работы без обслуживания и вмешательства человека, в том числе в неблагоприятных погодных условиях. Кроме этого ПЛК обладает устойчивостью к неблагоприятному воздействию внешней среды, возможностью длительной автономной работы, простотой обслуживания.
Достаточно часто на ПЛК строятся системы числового программного управления станком (ЧПУ).
В системах управления технологическими установками преобладают логические команды над числовыми операциями, что позволяет получить мощные действующие системы в режиме реального времени. В современных ПЛК числовые операции реализуются наравне с логическими. Также в ПЛК обеспечивается доступ к отдельным битам памяти, что является преимуществом перед компьютером.
ПЛК программируются, диагностируются и обслуживаются с помощью программаторов, основанных на базе компьютеров или ноутбуков.
В системах управления технологическими процессами ПЛК взаимодействуют с различными компонентами систем человеко-машинного интерфейса (например, операторскими панелями) или рабочими местами операторов на базе ПК, часто промышленных, обычно через промышленную сеть.
Датчики и прочие устройства подключаются к ПЛК:
– централизованно (непосредственно к ПЛК с помощью вводов/выводов);
– по методу распределённой периферии (датчики и исполнительные устройства связаны с ПЛК посредством каналов связи).
В сфере распределения энергии взаимодействие и диалоговый обмен данными между устройствами защиты возможен благодаря микропроцессорным расцепителям, оборудованным коммуникационным интерфейсом Modbus. Применение этих расцепителей позволяет выключателям:
– обмениваться данными с другими электронными устройствами по коммуникационной шине и взаимодействовать с компьютерными системами управления низковольтных электроустановок;
– интегрировать управление распределительной электроустановкой с системами автоматизации технологического процесса всего предприятия. Например,
объединять информацию (значения тока, напряжения и мощности), поступающую от автоматических выключателей. Таким образом, выключатель с интерфейсом Modbus выполняет не только функцию защиты от сверхтоков и подачи электроэнергии на нагрузки, но и выступает в роли полевого устройства системы управления, функционируя и как передатчик, и как исполнительное устройство.
Передача данных АВ позволяет оптимизировать управление электроустановкой и контролировать потребление электроэнергии. Данные, получаемые с АВ, могут контролироваться, сохраняться и анализироваться для:
– снижения энергопотребления, выходящего из нормируемых значений, путем отключения низкоприоритетных нагрузок. Такой подход позволит избежать переплаты поставщику электроэнергии;
– определения и планирования затрат на электроэнергию, связанных с управляемым технологическим процессом.
Исходя из передаваемой выключателем информации можно:
– управлять системами распределения электроэнергии, гарантируя оптимальную работу питаемых ими технологических процессов;
– производить контроль выходных электрических параметров, поддерживая высокое качество электроснабжения;
– анализировать корректность работы, отказы и срабатывания защиты по предупредительным сигналам с выключателей;
– получать информацию о причинах отказов в определенных секциях электроустановки. Причины отказов можно определить по зарегистрированным значениям фазных токов (например, отключение произошло 24.12.2017 в 15:16 из-за короткого замыкания с током 2345 А в фазе L3). По такой информации проводят статистический анализ условий для выявления возможных причин отказов;
– собирать данные диагностики защитных устройств (например, процент износа главных контактов) для создания плана работ по профилактике оборудования, чтобы свести к минимуму простои и гарантировать непрерывность работы электроустановки. Также возможны сбор и передача основных электрических параметров распределительной электроустановки, исключая специальные приборы.
Благодаря использованию электронных расцепителей экономятся средства на закупке щитовых приборов и место в распределительных щитах, так как не требуются специальные датчики, подключаемые к системе управления.
Реализация возможна на основе ПЛК Овен.
Рис. 3. Внешний вид ПЛК Овен
Связь с ПЛК осуществляется через интерфейсы Ethernet, USB, RS-485, RS-232. Для связи со средой программирования, загрузки и отладки программы используется порт DebugRS-232.
По обеим боковым сторонам контроллера расположены клеммы для подключения дискретных датчиков и исполнительных механизмов.
Для удобства контроля состояния электрооборудования на панели контроллера присутствует светодиодная индикация, маломощный звуковой излучатель.
Литература:
- Основные понятия о системах автоматизации // Лекции.Ком. URL: http://lektsii.com/2–65556.html (дата обращения: 5.12.2017)
- Классификация современных контроллеров // Мир Знаний. URL: http://mirznanii.com/a/311159/klassifikatsiya-sovremennykh-kontrollerov (дата обращения: 10.12.2017)
