Введение 4
1 Тенденции развития систем электроснабжения и автоматизации
технологического оборудования на автомобильных предприятиях 9
2 Резервирование систем электроснабжения оборудования 14
2.1 Системы автоматического ввода резерва 14
2.2 Компоненты АВР 16
3 Виды АВР и их классификация 19
3.1 Принцип действия устройств АВР 19
3.2 Критерии необходимости применения устройств АВР 21
3.3 Схемы АВР 22
3.4 Решения АВР для подстанций КТП для РУ-0,4 кВ 24
3.5 Схема внутреннего устройства снабжения оборудования в производстве 30
4 Классификация АВР и варианты его реализации 34
4.1 Электромеханические системы АВР 34
4.2 Тиристорные АВР 39
4.3 АВР с микропроцессорной системой управления 41
4.4 Системы АВР с применением программируемых логических
контроллеров 46
4.5 Система резервного питания системы управления на линии сборки
двигателей 49
4.6 Применение универсальных логических программируемых реле в
системах АВР 54
5 Схемы АВР с применением программируемого реле Zelio Logic 61
5.1 Типовые схемы АВР для реле Zelio Logic 61
5.2. Работа системы АВР на реле Zelio в схеме с двумя рабочими вводами с секционированием при нарушении электроснабжения 63
Заключение 69
Список используемых источников 72
Приложение А Программа логики коммутации входов и выходов программируемого реле Zelio Logic для схемы с двумя вводами и секционированием 77
Приложение Б Перечень элементов для построения схемы АВР с двумя вводами и секционированием не программируемом реле Zelio Logic 79
Электроэнергия является основным энергоносителем для большинства технологических операций в сфере производства. Сегодня любое понижение напряжения или же его полное отключение являются наиболее критическими проблемами для качества энергоснабжения любой системы в мире. Резкие пики и броски напряжения при снабжении электроэнергией технологического оборудования в производствах являются причиной критичных остановок в производственных процессах и могут приводить к неконтролируемым процессам в производстве [1].
Бесперебойное снабжении энергией промышленных предприятий именно тех, где идут технологические процессы, остановка которых пусть даже на малый срок будет очень критичным для качества выпускаемой продукции или же общей работоспособности технологического оборудования, будет очень важным аспектом. В связи с учетом большой изношенности энергетического оборудования и сетей на предприятиях, работающих более 20-25 лет, вопрос бесперебойного энергоснабжения становится крайне актуальным [2].
Как работоспособность технологического оборудования, так и качество жизни сейчас напрямую зависит от бесперебойного обеспечения подачи электрической энергии. От качества снабжения электроэнергией напрямую зависит работа таких учреждений как: больниц, госучреждений, объектов образования и сельского хозяйства, сферы ЖКХ и объектов жизнеобеспечения [3].
Качественное и своевременное электроснабжение сегодня стало одним из основополагающих аспектов для обеспечения функционирования современного человека в динамично развивающемся мире. В быту же, человек сталкиваясь с некими проблемами, которые возникают при не контролируемом или неожиданном отключении электричества, часто очень остро ощущает последствия подобных явлений на себе. Любые перерывы в
электроснабжении некоторых сфер, например, как: атомная промышленность, связь, медицина, оборона, космос и др. отрасли со сложным технологическим процессом могут привести к сильным или даже катастрофическим последствиям, таким как повреждение дорогостоящего оборудования или даже людским жертвам. Примером подобных действий является недавнее массовое отключение электроэнергии в Венесуэле, в результате которого в лечебных учреждениях погибло почти 80 человек, или последствия неправильной работы энергосистемы на атомной электростанции на японском острове Фукусима, приведшие к радиационному заражению очень большой по площади территории [4].
Объекты данных стратегически значимых отраслей должны иметь устойчивые системы электроснабжения с необходимым уровнем резервирования каналов обеспечения подачи электроэнергии. Это все напрямую доказывает необходимость резервирования систем подачи электропитания и автоматизации их подключения, особенно в критически важных и значимых местах и отраслях промышленности. Любые длительные перерывы также влекут за собой и значительные материальные убытки, значимые угрозы в отношении сохранности работоспособности техники и могут представлять угрозу жизни и безопасности людей. Чтобы этого не допустить энергосистему подключают к двум или сразу нескольким независимым источникам питания. При этом переход от одного источника к другому осуществляют в автоматическом режиме с помощью автоматических устройств [5].
Для повышения надежности любой системы электроснабжения в зависимости от необходимости применяют разные типы и варианты резервирования электропитания или же автоматизации данного процесса. Внедрение таких систем для резервирования автоматического ввода резерва (АВР), предназначенных для автоматизации подключения нагрузки у потребителя к любому резервному источнику обеспечения электроснабжения, в случае отсутствии электроэнергии на основном вводе, является важным элементом любой системы электроснабжения потребителя, как в быту, так и на производстве [6].
В основном, устройства автоматического ввода резервного питания обеспечивают переключение между двумя независимыми источниками электроснабжения или же производят переключение с основного ввода на некоторый запасной источник электроснабжения [7]. В качестве такого источника может быть применена как любая другая подстанция, так и любой автономный источник, обеспечивающий необходимое питание.
Чаще всего в качестве таких источников применяют дизель- генераторы, источники бесперебойного питания или же аккумуляторные батареи. А для электроснабжения некоторых категорий, особо ответственных объектов, могут быть использованы несколько таких источников, включение которых будет контролироваться автоматикой системы АВР [8].
В ПУЭ [1] дана классификация для всех электроприемников по степени обеспечения надежности их систем электроснабжения. Их принято подразделять на три категории: I, II и III. К I категории относятся такие электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство работы сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства.
Также в первой категории выделена особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения основного оборудования. II группа - это электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недовыпуску товарной продукции, простоям и бездействию сотрудников предприятий, отдельных механизмов и транспортных систем, а также нарушению нормальной жизнедеятельности огромного количества людей, проживающих как в городах, так и в сельской местности.
Самые жесткие ограничения и требования при этом будут применяться к электроприемникам I (первой) категории. Они должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания [9].
Для электроснабжения особой группы электроприемников I категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника. Некоторые типы технологического оборудования и технологические цепочки требуют непрерывного и стабильного обеспечения электропитания [10]. К ним относят следующие виды производств: производства непрерывного цикла (литейные и металлургические производства, химические и фармацевтические предприятия), предприятия по производству электроники, машиностроительные предприятия с длинным циклом выпуска продукции или поточным производством. На таких предприятиях непрерывная подача электропитания для технологического оборудования является залогом как качественной продукции, так и отсутствия проблем техносферного характера.
Предприятия автомобильной промышленности представляют собою некий комплексный вариант различных технологических цепочек потребителей, относящихся как к 1, так и ко 2 категории. К таким предприятиям можно отнести и АО «АВТОВАЗ», на котором эксплуатируется огромный парк технологического оборудования, сильно зависящего от непрерывности и качества получаемой электроэнергии. И хотя качество электроэнергии для питания оборудования может быть и обеспечено, но проблема бесперебойности электроснабжения все же остается актуальной [11].
Решить ее возможно только за счет внедрения системы резервирования иных энергетических вводов и их подключения в автоматическом режиме для питания для особых групп технологического оборудования (например, насосных установок очистки и подготовки воды в производствах окраски, термопластавтоматах, линиях сборки, оборудовании с непрерывным технологическим циклом и т.п.) [12].
Например, в структуре АО «АВТОВАЗ» существует металлургическое производство, в некоторых подразделениях которого используется оборудование непрерывного цикла, в Сборочно-Кузовном и Механосборочном производстве на хранении постоянно находится значительный резерв различных ГСМ, при этом контроль за их хранением и учетом происходит за счет функционирования автоматизированных систем хранения. Также в механосборочных производствах работают высокопроизводительное технологическое оборудование, прецизионные станочные комплексы или автоматизированные сборочные и иные технологические линии, стенды «горячих испытаний» двигателей, потребляющие бензин и термические производства, работающие на природном газе и являющимися особо контролируемым представителями Ростехнадзора РФ.
Безаварийная работа всего этого технологического оборудования, а также качество и количество продукции зависит напрямую от систем энергоснабжения данных производств. В связи с этим, непрерывное обеспечение подачи электропитания для нужд функционирования сложного, высокотехнологического оборудования - это одна из приоритетных задач, которые необходимо решать при проектировании систем электроснабжения предприятий.
Непосредственный выбор системы АВР и схемы ее построения зависит в основном от того, к какой группе относят данный конкретный приемник электроэнергии, как должна быть построена система ввода резерва для данного потребителя, на сколько быстро необходимо осуществлять переход с основной линии на резервный источник питания, а также особенностей технологического процесса нагрузки.
В условиях тотальной автоматизации производства, массовому внедрению промышленных проводных и беспроводных сетей и требованиям по системам прослеживаемости всех аномалий как в техпроцессе, так и в состоянии отдельных станков и автоматических линий, отслеживаемом параметров в реальном времени, целесообразным является выбор систем АВР с максимальным быстродействием и возможностью различных систем сетевых коммуникаций. Этим требованиям в достаточной мере отвечают системы АВР, которые будут построенные на PLC (программируемых реле) или микроконтроллерах и оснащенные возможностью предавать данные по всевозможным различным протоколам промышленных сетей: Profibus, Modbus, CanOpen и д.р.
Выбор системы АВР конкретного производителя и типа устройства на прямую будет зависеть от того, как будет построена системе АВР: групповая она или индивидуальная, на сколько велика мощность потребителя и какой у нее характер нагрузки, особенностей ее функционирования и действующих норм по промышленной безопасности и энергетики для конкретно взятого объекта.
Применение промышленных контроллеров (PLC) или же различных типов программируемых реле в качестве элементов управления в системах электроснабжения промышленного оборудования и диспетчеризации в целом производственной системы на данный момент является основной тенденцией в технике. В случае работы с достаточно большим количеством технически сложных производств, в которых действует много разных промышленных устройств автоматизации с разными вариантами сетевого обмена данными между ними, построение систем АВР как для конкретного оборудования или технологической цепочки, так и в целом для самого предприятия с применением стандартных средств автоматизации является более приемлемым решением, чем использование узко специализированных устройств АВР.
В структуре АО «АВТОВАЗ» существует металлургическое производство, в некоторых подразделениях которого используется оборудование непрерывного цикла, в Сборочнокузовном и Механосборочном производстве на хранении постоянно находится значительный резерв различных ГСМ, при этом контроль за их хранением и учетом происходит. Для Механосборочных и Сборочнокузовных производств в АО «АВТОВАЗ» характерно применение технических компонентов основных мировых производителей в соответствии с рекомендуемым списком поставщиков оборудования для заводов Альянса. В него входит оборудование таких мировых брендов как: АВВ, Legrand, Schneider Electric, Siemens и д.р., так как промышленное оборудование, поставляемое во все новые проекты оснащено промышленными контроллерами и системами управления данных производителей, что положительно влияет на возможность связать все эти системы в единую информационную систему и сеть, что и дает возможность проводить централизованную диспетчеризацию всего технологического процесса управления энергоснабжением и энергопотреблением предприятия в целом [40].
В ходе работы было выявлено, что наиболее оптимальным для внедрения системы резервирования питания систем управления сборочной линией двигателей, при существующей компоновке производства и с учетом всех возможных ограничений накладываемых особенностями функционирования оборудования и технологического процесса является внедрение в состав действующей системы управления МОР источников бесперебойного питания ф. Siemens, как части комплексного решения для создания интеллектуальной системы энергоснабжения, а не создание для линии системы АВР [41].
Для оборудования подающего ГСМ на стенды горячих испытаний двигателей, установленных в этом же производстве, в качестве АВР разработана система с применение интеллектуального программируемого реле серии Zelio Logic ф. Шнайдер Электрик с двумя независимыми вводами с секционированием, что даст возможность обеспечить бесперебойное снабжение электроэнергией лимитирующего, пожароопасного технологического оборудования а также позволит отслеживать проблемы с подачей электропитания на уровне производственной системы завода, для более точного планирования выпуска продукции.
Таким образом, цель магистерской диссертации достигнута, задачи выполнены.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
