Промышленные ИБП - Источник бесперебойного питания

Промышленные ИБП используются для обеспечения надежного, качественного, бесперебойного энергоснабжения производственного, коммунального и прочего индустриального оборудования. Объектом обслуживания промышленного ИБП может быть один станок, а может – цех, или крупный производственный комплекс.

Каждое производство нацелено на выпуск определенной продукции или услуг, качество которых могло бы выдерживать конкуренцию на рынке и пользоваться спросом у потребителей. Любой даже кратковременный сбой электропитания оборудования, колебания напряжения в сети приводят к непоправимому браку выпускаемых изделий, остановке конвейеров и станков, отклонению технологических операций от нормы, затяжке или полной остановке производственного процесса, авариям, травмам, а иногда и к человеческим жертвам. В момент перепада напряжения рабочий инструмент станка может неконтролируемым образом соскочить в любую сторону.

Если хозяйственный объект имеет особый уровень ответственности, как, например, атомная электростанция или нефтеперерабатывающий завод, или общественный транспорт, то масштабы последствий перебоев с электроэнергией умножаются многократно и могут перерасти в катастрофу регионального, а то и национального уровня.

Гарантированную защиту от всего комплекса неприятностей, связанных с внештатными ситуациями в энергообеспечении и обеспечивают промышленные ИБП. Такие источники бесперебойного питания изначально разрабатываются для эксплуатации на производственных объектах, с учетом специфики жестких стандартов конкретных отраслей. Соответственно проверку и тестирование промышленные ИБП проходят в тех эксплуатационных условиях и при тех нагрузках, при которых им предстоит в дальнейшем трудиться.

Промышленные ИБП призваны заботиться и о надежном электропитании основной исполнительной механики, и о питании систем управления и мониторинга. Стремительное развитие и усложнение производственного оборудования расширило круг задач индустриальных ИБП. Сегодня источники бесперебойного питания берут на себя защиту от угрозы воздействий разных помех – предохранение технологического процесса и целых циклов, имеющих критичный характер, защиту обработки и передачи электронной информации и другое.

Эксперты в сфере информбезопасности, опираясь на свои исследования, отмечают, что за последнее время количество кибератак на промышленные объекты выросло в разы. Большинство из экспертов относят уровень киберугроз системам управления производственным оборудованием к критическому или высокому. Поэтому на современных предприятиях, где ИБП имеют свою микропроцессорную начинку, последним приходится разделять общую заботу о защите стабильности технологического процесса. Современные промышленные ИБП интеллектуального уровня должны органично вписываться в единую систему управления производственной линией и всего комплекса.

Промышленные ИБП находят применение в разных областях, поэтому кроме общих требований к ним предъявляются еще и особые отраслевые требования как к функциональным возможностям, так и к конструкторскому исполнению. В то же время, в отличие от ИБП, так скажем, гражданского применения, общего назначения, к индустриальным ИБП «облегчены» требования по уровню шумов, по габаритам, дизайну и т.п. Главное здесь все-таки надежная функциональность.

1. Надежность и отказоустойчивости высокого уровня. Производители ИБП промышленного назначения еще на этапах НИОКР закладывают в расчеты такие исходные данные всех элементов, чтобы в итоге иметь многократный коэффициент надежности. Такой подход автоматически ведет к повышению стоимости ИБП, но оправдывается гарантированной надёжностью работы и большим сроком службы и самих ИБП, и оборудования, на которое они работают.

2. Большая выходная мощность. Необходимость больших мощностей диктуются гигантской мощностной нагрузкой на ИБП. Более подробно о выборе ИБП по мощности мы еще поговорим ниже.

3. Устойчивая работа с нестандартными напряжениями и частотами.

4. Широкий спектр рабочего температурного режима.

5. Стойкость к вибрациям, ударным воздействиям и воздействию агрессивных и загрязненных сред – соответствие IP43 классу защиты и выше.

6. Надежная работа при негативном воздействии электромагнитных полей.

7. Устойчивость к кратковременной перегрузке высокой мощности.

8. Емкость аккумуляторов должна иметь гарантированный запас и в случае аварийного отключения электричества надежно снабжать питанием производственное оборудование и управляющие модули.

9. Главным образом рекомендуется использование внешних стационарных аккумуляторов. Причем они должны быть составляющей схемы оперативного тока (110В/ 220В). Зарядка батарей должна производиться отдельными выпрямителями большой мощности (зарядные режимы: ускоренный, поддерживающий и выравнивающий).

10. В системе энергоснабжения на АКБ необходимо гальваническое разведение электроцепей с постоянным и переменным током.

11. Удобство эксплуатации, сервисного и ремонтного обслуживания, свободная доступность всех блоков и систем. Для обеспечения этого требования производителям иногда приходится идти на увеличение габаритных размеров шкафа, в котором размещается ИБП. Для оперативной диагностики, быстрого и удобного ремонта с заменой компонентов ИБП рекомендуется иметь фронтальный доступ к содержимому шкафа.

12. Возможность модернизировать, в частности, – по наращиванию мощности ИБП.

К перечисленным пунктам можно добавить еще следующее.

Для выхода на высокие показатели надежности стараться использовать внешние схемы отказоустойчивости, таких как включение ИБП в параллель или по (N + 1), или по (N + 2), или по схеме, дающей еще больший уровень запаса мощности.

Некоторые производители надежность бесперебойного питания повышают тем, что не используют микропроцессор в силовых блоках, а задействуют их исключительно для мониторинга. Это снижает процент отказов, поскольку при поломке процессора сам ИБП будет продолжать выполнять свои основные функции.

Некоторые производители в борьбе за повышение долговечности ИБП и урезания объема сервисных работ стремятся сокращать в источниках бесперебойного питания промышленного назначения количество механических узлов и элементов. Так, например, в угоду этой стратегии отдается предпочтение естественной системе охлаждения силового блока и отказ от использования вентиляторов. Наличие вентиляторов в ИБП в условиях производства имеет свои существенные недостатки К ним можно отнести обслуживание и определенный регламент замен, периодическая смена фильтров (при сильном загрязнении достаточно частая). Кроме того, на многих производствах вентиляторы вынуждены трудиться в экстремальных температурных режимах и перекачивать воздух с мелкодисперсной пылью. Такая воздушная среда, работая как абразив, приводит к быстрому износу рабочих поверхностей вентиляторов и раньше положенного срока выводит из строя подшипники. Вентиляторы таким образом добавляет забот по части обслуживания, частота выхода из строя вентиляторов в таких условиях увеличивается. Поэтому для некоторых производств предпочтительнее без вентиляторные системы. Отказ от них снижает сервисные расходы и увеличивает долговечность всей системы.

Для источников бесперебойного питания бытового, офисного или общего назначения немаловажными является требования по дизайну, снижению стоимости, веса, минимизации габаритов, поэтому у них отсутствует трансформатор в инверторе. В индустриальных ИБП обязательно должно быть организованно гальваническое разделение шины постоянного тока и сетей переменного тока.

В этой связи ИБП промышленного назначения обычно имеют инвертор с трансформатором, а в некоторых моделях еще и стоит трансформатор выпрямителя на выходе. В случае короткого замыкания, благодаря последнему, ИБП обеспечен достаточно большими значениями тока и усиленной стойкостью к перегрузкам. Правда, весовые и габаритные показатели такого ИБП где-то в два раза выше, чем у их собратьев бытового, офисного и общего предназначения с аналогичной мощностью. Все в данном случае определяют требования к надежности.

Отраслевые требования определяют особенности условий, в которых должен работать ИБП и особенности полезной нагрузки. Индустриальная среда может иметь следующие свойства, которые необходимо принимать во внимание при выборе ИБП: повышенный уровень вибрациий и ударных воздействий, высокое содержание разного рода пыли и мелкодисперсности в воздухе, критические значения рабочих температур и влаги, аномальные параметры электромагнитных полей. Также при выборе ИБП для конкретного производства и конкретного региона или особого вида эксплуатации (морская нефтяная платформа, шахта, электропоезда, метрополитен) надо знать и иметь в виду, какие нестандартные напряжения вырабатывают местные электростанции, подстанции и электрогенераторы. Так, например, часто встречается питание в 110В или в 220В постоянного тока.

Довольно часто «производственная необходимость» вынуждает пользователя подключать ИБП к общей шине с оборудованием большой мощности (таковыми могут оказаться электродвигатели с регуляторами скорости вращения привода). Такие «соседи» способны доставить свой набор неприятностей. Например, скачки напряжения и большие искажения характеристики переменного тока приведут к холостым срабатываниям автоматов. Во избежание этого на вход к выпрямителю ИБП обычно ставят изолирующий трансформатор. А в некоторых моделях ИБП его ставят и на выходе. Такое решение вместе с гальваническим разделением обеспечивает и гарантию исключения на выходе постоянной составляющей, появление которой способно даже лишить нагрузку работоспособности. Требуемые характеристики тока могут обеспечиваться трансформатором, входящим в конструкцию ИБП, или внешней трансформаторной станцией, к которой он подключается.

Если промышленному АКБ предстоит работать в условиях повышенных температур, то при выборе ИБП надо пристальнее присмотреться к характеристикам его аккумуляторных батарей. Надо иметь в виду, что если по ходу производственного процесса внешняя температура имеет обыкновение повышаться на 10о С, то срок службы АКБ может сократиться двукратно

Ко всем вышеперечисленным общим требованиям, а также отраслевым , предъявляемым к ИБП промышленного назначения, на практике могут добавляться еще и пожелания конкретных эксплуатантов с учетом особенностей их объектов. Например, такие как – места установки шкафов, трассировка кабелей, обеспечение специального контроля изоляции, выбор вида индикации и сигнализации (звуковая, световая), добавочная защитная и коммутационная автоматика и др. Сегодня и отечественным компаниям, занимающимся выпуском промышленных источников бесперебойного питания, и представительствам зарубежных производителей можно заказать разработку ИБП с учетом всех особенностей конкретного производства и условий эксплуатации устройства.

В промышленности находят применение все три основных типа ИБП:

Промышленные ИБП выпускаются как для эксплуатации в однофазных, так и в трехфазных сетях.

Выбор промышленного ИБП для конкретного производства определяется теми требованиями, которые были перечислены выше и главным из них является выбор мощности ИБП и подбор емкости АКБ.

Этап 1.

Определение выходной мощности ИБП начинается с определения максимальной и номинальной мощности, потребной для станка или группы станков, электропитанием которых и должен обеспечить бесперебойник. Мощность станка можно найти в техпаспорте или на шильдике, закрепленном на стенке станка.

Определение ведется по полной мощности (РПолн. ВА, выражается в ВА). То есть с учетом всей мощности, потребляемой оборудованием – и активной (РАктивн. Вт, выражается в ВТ), и реактивной ее составляющих.

Реактивная нагрузка это – оборудование с реактивными элементами и индуктивностью (те, которые имеют электродвигатель, а также люминесцентное освещение, кондиционеры и т.д.). Активная нагрузка – то оборудование, которое не содержит реактивных элементов и индуктивности (обогревательные приборы, обычное освещение и т.п.).

РПолн. ВА и РАктивн. Вт связанны коэффициентом мощности:

РПолн. ВА = РАктивн. Вт • kР

Конкретную величину коэффициента мощности приводят в паспортных данных ИБП, обозначая его как cosφ. Определение мощности ИБП должно вестись с оптимизацией по стоимости и габаритам. Так, какие-то вспомогательные операции по обслуживанию основной работы станка иногда вполне нормально могут обходиться и «обычным» электропитанием, получаемым напрямую из общей сети без подключения к ИБП.

Этап 2.

Определение необходимой емкости аккумуляторных батарей ИБП осуществляется исходя из времени, потребного для того, чтобы корректно без брака и травм завершить на станке начатую технологическую операцию.

Современное металлообрабатывающее оборудование содержит высокоточную электронику, очень чувствительную к качеству питания. Максимальная потребляемая мощность станка с ЧПУ складывается из нескольких слагаемых. Например, лазерный станок с ЧПУ работает в разных диапазонах мощностей и скоростей обработки детали. В положении максимума он имеет стопроцентное потребления мощности. К этой величине надо добавить мощность, потребляемую приводом вытяжного компрессора и мощность чиллера (охлаждающей системы). Общая потребность такого станка в мощности складывается из суммы всех необходимых расходов, в которые входят еще расходы на работу электроники станка, на работу его дополнительных поворотных и подъемных устройств и других вспомогательных систем. К суммарному значению мощности следует еще прибавить запас порядка 30% с таким расчетом, чтобы при переключении на резервный режим работы аккумуляторов хватило примерно на 20 минут для окончания технологической операции. Для экономии ресурса АКБ источника бесперебойного питания при возникновении сбоя в электропитании имеет смысл выключать компьютер, поскольку оборудование с ЧПУ способно выполнять свои основные функции без ПК.

Следует добавить еще то, что к промышленным ИБП в единой комплектации обычно имеются программы по мониторингу нагрузки в реальном времени. С ее помощью можно определить величину фактической нагрузки станка и организовать более эффективное его обеспечение бесперебойным питанием.

Общие рекомендации по выбору источника бесперебойного питания для двигателя следующие:

Отметим, что для подбора ИБП для сложного производственного оборудования, а также электродвигателей лучше прибегать к помощи профессиональных специалистов.