Оглавление
1 Практическое применение и обслуживание УЗО
2 Новый микропроцессорный регулятор ТРМ14
3 Культурно-выставочный центр «Сокольники» приглашает
4 Универсальные таймеры
5 Высокопроизводительная распределенная система ввода-вывода
6 Защита и управление при эксплуатации погружных электронасосов
7 «Диалог»

          В предыдущих выпусках «АиП» мы уделили основное внимание истории развития защитного отключения (ЗО) в промышленно развитых странах и СССР (СНГ), техническим характеристикам известных типов УЗО, нигде, правда, не упомянув, что при наличии УЗО на вводе распределительного щита, хищение электрической энергии становится невозможным.
          В этом выпуске даются рекомендации по конкретному выбору вида и типа УЗО для объектов и организации технического обслуживания их в процессе эксплуатации.

           Область применения: жилые и общественные здания (квартиры, офисы, номера гостиниц, зрелищные предприятия, дошкольные, учебные и медицинские учреждения, системы временного электроснабжения, коттеджи, дачные дома и индивидуальные постройки, гаражи, металлические инвентарные сооружения), т.е. практически  везде, кроме лифтового оборудования и устройств аварийного освещения.
           Устаревшие изделия с магнитным пускателем в качестве коммутационного аппарата: УЗО10, УЗОШ10, ЗОУП25, УЗО25 – установочные – высокочувствительная защита с IDN = 10 и 30 мА, обеспечивают индивидуальное и групповое питание электроприборов и оборудования и отключают его от сети не только при появлении дифференциального тока, но и при кратковременном исчезновении напряжения в ней.
          Область применения: переносные и передвижные бытовые и аналогичные приборы (УЗО10, УЗОШ10) – технологическое оборудование периодического использования в сельском хозяйстве, школах, гаражах; технологическое оборудование с трехфазной системой питания (ЗОУП25, УЗО25).
          На рис. 1 приведена упрощенная схема электроснабжения объекта (например, коттеджа) с использованием серийной аппаратуры ЗО. Как видно, эта аппаратура позволяет создать  двух- и трехступенчатую селективную систему безопасности.
          Под словом «селективный» в ЗО подразумевают – избирательный, т.е. осуществляется последовательность срабатывания ступеней системы ЗО от нижней (наиболее чувствительной и быстродействующей) к верхней – более грубой с искусственно введенной постоянной времени срабатывания.
         К сожалению, отечественная промышленность не производит аппаратуры ЗО на Iн >63 А в моноблоке, т.е. в виде автомата на  Iн = 125...630 А из-за отсутствия спроса, поэтому использование на вводе в объект МЗО11 с выносным ДТТ и автоматом серии А3700 с катушкой независимого расцепления весьма громоздко и не совсем правильно, ибо общее время срабатывания такого устройства     tср ё 0,1 с, в то время, как необходимо tср ё 0,2 с. В остальных местах наиболее эффективно использование надежных и перспективных выключателей новой серии ВЗД, среди которых есть исполнения  №№ 11, 13, 15 с временем срабатывания  tср = 0,1 с для работы в качестве селективной групповой защиты.

              Ниже приведен сокращенный вариант разработанной автором для организаций Мосстройкоми-тета «Инструкции по монтажу, эксплуатации и обслуживанию выключателей (устройств) защитного отключения».

МОНТАЖ

ЭКСПЛУАТАЦИЯ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ (УСТРОЙСТВ)

        Фирма «Овен» приступает к производству многоканального микропроцессорного регулятора ТРМ14, который по своим характеристикам не уступает лучшим зарубежным аналогам.
Цель создания нового прибора – это простота в эксплуатации и на-стройке несмотря на использование сложных математических алгоритмов.
        Для построения на базе ТРМ14 систем автоматического регулирования (САР) необходимо подключить к прибору термопреобразователь,  исполни-тельное устройство (нагреватель, трехходовой клапан и т.д.), установить требуемую температуру и включить режим самонастройки. При этом прибор автоматически определит параметры объекта и выберет оптимальную настройку.
        Применив ТРМ14, не имея даже специальных знаний по автоматике и теплотехнике, Вы получаете САР с ПИД-законом регулирования и предсказывающей моделью объекта, позволяющей получить высокое качество регулирования для плохо-управляемых объектов (с большим транспортным запаздыванием). Прибор имеет дополнительные возможности, которые описаны ниже.
       ТРМ14 представляет собой многоканальный регулятор с автоматической настройкой и возможностью выбора типа входного датчика, закона регулирования и типа выходного сигнала для каждого канала регулирования.
Прибор имеет щитовое исполнение 96х96 мм. Глубина монтажа 160 мм (см. рис.).

ВХОДНАЯ ЧАСТЬ

          С 28 октября по 1 ноября 1996 г. в Москве в выставочном центре парка «Сокольники» пройдет 4-я Международная выставка оборудования, приборов и инструментов для металлообрабатывающей промышленности «МЕТАЛЛООБРАБОТКА-96».
          Организаторы выставки: АО Компания Росстанкоинструмент, Выставочный центр «Сокольники».
Проводимые в России преобразования в сфере экономики, развитие рыночных отношений, конверсия оборонных отраслей промышленности, развитие малого и среднего бизнеса открывают новые возможности сотрудничества в области металлообрабатывающего оборудования и инструмента.
          Выставка «Металлообработка-96» будет единственной в 1996 году выставкой в Москве, связанной с проблемами металлообработки и станкостроения. В тематику выставки включены следующие разделы:

          Применение таймеров в производстве активно началось с использованием песочных часов.  На смену им пришли механические и электромеханические. Требованием настоящего времени стало применение электронных таймеров.  Обладающие значительными преимуществами такие таймеры активно заменяют своих предшественников. Для управления технологическими процессами удобно использовать микропроцессорные устройства, например, УТ-1 – реле времени и  УТ-3 – двухканальный таймер.
        УТ-1 предназначен для управления процессами, привязанными к реальному времени. Регулятор имеет шесть режимов работы, определяемые длительностью цикла управления: минутный, часовой, суточный, недельный, месячный, годовой.  В течение цикла возможно установить четыре интервала  включения реле.
Чаще всего используется суточный режим (№ 3). Это обусловлено широким применением реле времени для управления освещением, вентиляторами для проветривания помещений и т.п.
       УТ-1 может быть использован для управления средствами ограничения доступа в склады или другие охраняемые помещения. После установки  заданного времени таймер будет осуществлять автоматическое включение и отключение сигнализации или других устройств.
       УТ-1 можно применять для зарядки автомобильных аккумуляторов в «востановительном» режиме. Такой режим подразумевает повторяющиеся циклы заряда аккумулятора примерно  в течение четырех часов с последующим разрядом небольшой нагрузкой. Подключив УТ-1  к  реле, коммутирующему цепь заряда и цепь разряда,  можно управлять зарядом и разрядом аккумулятора по программе.
       Установка заданного режима работы осуществляется двумя кнопками на передней панели прибора – «режим» и «установка».  Кнопкой «режим» выбирается параметр, который требуется изменить, а кнопкой установка – его значение. Например, для установки режима заряда аккумулятора устанавливается сначала цикл № 4 (недельный), для включения 1 – время начала 14.00 7-го числа и время окончания 18.00 7-го числа, включение 2 – время начала 04.00 8-го числа и время окончания 08.00 8-го числа, включение 3 и 4 аналогично. После этого можно будет выполнить четыре цикла заряд/разряд в течение 48 часов без посторонней помощи.

      В последнее время многие разработчики компьютерных систем управления рассредоточенными технологическими процессами заняты поиском подходящего варианта системы передачи данных, использующей в качестве среды передачи оптическое волокно. Для этого есть достаточно веское основание: оптическое волокно имеет ряд существенных преимуществ перед традиционными металлическими проводниками:
    – широкая частотная полоса пропускания сигнала;
    – низкий показатель затухания сигнала в линии;
    – малое сечение и малая масса проводника;
    – невосприимчивость к электромагнитным помехам;
    – отсутствие искрения при обрыве проводника;
    – защищенность от несанкционированного доступа.
           Благодаря этим качествам система передачи данных может иметь высокую пропускную способность даже при значительной территориальной распределенности в тяжелых производственных условиях. За последние несколько лет разработчиками накоплен  достаточный опыт создания промышленных систем с использованием оптоволоконных каналов. Существуют, например, системы, построенные на интер-фейсах FDDI, OLIVIA, MIL-1773. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки, но ни один из них не получил еще статуса стандарта «де-факто» для систем управления технологическими процессами.
           Это связано с исключительным разнообразием, иногда – несовместимых требований разработчиков к аппаратным и программным средствам, используемым для создания систем управления, начиная с жестких требований к надежности и быстродействию и, кончая естественным желанием минимизировать общую стоимость системы. Немаловажным  показателем при выборе варианта системы передачи данных  является ее «прозрачность». Для программиста-прикладника «прозрачность» означает, прежде всего, легкость посылки и приема необходимых данных без учета особенностей каналов передачи.
           В статье [1] уже обсуждались причины перехода от локальных сетей типа Ethernet к местным шинам класса Fieldbus, позволяющим использовать на нижнем уровне систем управления «безинтеллектуальные» контроллеры, что одновременно снижает стоимость оборудования и стоимость программного обеспечения. Хотя, справедливости ради, следует отметить, что сниже-ние   стоимости аппаратной части не так уж велико: адаптеры оптоволо-конных сетей с протоколом Ethernet имеют умеренную стоимость (для ISA-шины около 340 USD, для PCI-шины около 400 USD) при достаточно высокой скорости передачи данных (10 Мбит/с). Но их использование подразумевает применение в распределенной системе «интеллектуальных» устройств связи с объектом (УСО), т.е. хоть и слабеньких, но компьютеров, работающих хоть под маленькой, но операционной системой со всеми необходимыми драйверами. В тех случаях, когда необходимо обеспечивать в системе режим реального времени, затраты на программное обеспечение становятся весьма значительными.
          В 1992 году немецкая фирма OR Industrial Computers поставила на рынок средств автоматизации набор изделий для создания высокопроизводительной распределенной системы  ввода/вывода на базе оптоволоконной шины LIGHTBUS. Конечно, эта сеть еще не получила статуса Международного стандарта, хотя для этого, пожалуй, есть все предпосылки: такие солидные фирмы-пользователи сети LIGHTBUS как Klockner Moller, HOMAG, Muller Weingarten, Volvo уже заявили о полной пригодности распределенной системы для решения проблем по управлению технологическими процессами (при прочих равных условиях стандартизируется тот протокол, который нравится ведущим фирмам). Кроме того, сама фирма OR Indгstrial Computers среди своих изделий предложила целый спектр контроллеров шины LIGHTBUS для системных интерфейсов компьютеров, которые имеют наибольшее использование в системах управления (при прочих равных условиях стандартизируется тот протокол, который реализуется на наибольшем количестве различных аппаратных платформ). Созданы контроллеры для системных интерфейсов ISA, VMEbus, а также для интерфейсов компьютеров фирм Sun, Siemens, Mitsubishi, Eberle и других.
         Оптоволоконная шина LIGHTBUS относится к сетям типа Fieldbus и предназначена для построения высокопроизводительных распределенных систем ввода/вывода в составе систем управления технологическими процессами, где требуется высокая скорость, надежность и помехозащищенность передачи данных.
        В качестве среды передачи данных шина LIGHTBUS предполагает использование оптоволоконного кабеля. В зависимости от конктерных требований (условия окружающей среды, расстояния между узлами) предусмотрено применение кабелей с двумя типами световодов:
       – PSF (Plastic Cladding Fiber) или «стеклянный» кабель (сердцевина из кварца, оболочка из пластика);
       – APF (All Plastic Fiber) или «пластиковый» кабель (сердцевина и оболочка светодовода из пластика), краткие характеристики которых приведены в таблице 1.

         Протокол передачи данных  по оптоволоконной шине LIGHTBUS реализован на программируемой логической матрице XILINX. Каждые 25 мкс контроллер передает в кольцо посылку (Telegram) длиной          59 бит (1 старт-бит + 7 информа-ционных байт + 2 стоп-бита).
        Информационные байты распределяются следующим образом (см. схему).
        В кольце может находиться  до 254 модулей ввода/вывода, которыми управляет один контроллер, установленный на HOST-компьютере (адреса узлов 0 и 255 зарезервированы в системе). Допустимые функции (состояние полубайта команд) представлены в табл. 2.

         Модули ввода/вывода могут выставлять требования на прерывание в любой посылке в течение цикла передачи. При этом, получив посылку с установленными битами прерывания, HOST-ком-пьютер переходит к процедуре обработки сетевого прерывания (по вводу или по выводу), поддерживая, таким образом, режим работы в реальном времени. Система ввода/вывода, построенная на шине LIGHTBUS, обеспечивает при функционировании автоматическую диагностику: в случае обрыва кабеля или выхода из строя одного или нескольких модулей ввода/вывода, встроен-ный диагностический тест определяет местонахождения неисправности.
         В качестве модулей ввода/вывода на шине LIGHTBUS могут использоваться следующие изделия фирмы OR Industrial Computers:
        – модули ввода/вывода дискретных сигналов;
       – модули вывода мощных дискретных сигналов;
       – модули ввода/вывода аналоговых сигналов;
       – модули ввода числоимпульсных сигналов;
       – модули коммуникационных последовательных портов;
       – модули специализированых преобразователей и другие модули. Все модули ввода/вывода имеют алюминиевые защитные корпуса, которые легко крепятся к монтажной рейке. Имеются варианты брызгозащищенного исполнения со степенью защиты IP65.
       Большие возможности перед разработчиками специализированной аппаратуры для автоматизации процессов открывает «интерфейсный» модуль (модуль каналов пользователя) типа LM1200/LM1210, который позволяет без больших усилий создавать необходимые модули ввода/вывода, подключаемые к шине LIGHTBUS. Обмен сигналами осуществляется через стандартные 34-точечные разъемы (на интерфейсном модуле – штыри, на изделии пользователя – гнезда 2х17). Уровни сигналов соответствуют уровням транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ: «логический нуль»: max 0,4-0,8 В и «логическая единица»: min 2,0-2,4 В).
       В качестве первого шага для освоения шины LIGHTBUS фирма OR Industrial Computers предлагает дешевый (995 DM) демонстрационный комплект программно-аппаратных средств, который включает:
      – ведущий контроллер сети (для шины ISAbus);
      – модуль ввода/вывода дискретных сигналов (8/8);
      – два сегмента оптоволо-конного кабеля (3 м каждый);
      – демонстрационную версию компилятора (PCL/NC под MS-DOS);
      – библиотеку программных модулей (C, BASIC, PASCAL).

         Сформулируем те ключевые требования к устройствам защиты, которые вытекают из анализа рассмотренных в предыдущих публикациях способов и устройств.
        Первое. При разработке и построении схем защитных средств необходимо исходить не из причин аварийных ситуаций, а из следствий – опасных токовых перегрузок в статорной обмотке.
Второе. При построении защитных устройств целесообразно различать их действия, направленные на защиту от аварийных ситуаций, возникших  в электронасосе, в кабеле и до силового ввода.  В первом случае требуется запоминание состояния защитного отключения для выяснения причин аварийной ситуации. Во втором случае этого не требуется и включение, после устранения аварийной ситуации, должно производиться автоматически. То есть, необходима раздельная защита.
        Третье. Действие защиты от  обрыва фаз должно реагировать только на исчезновение напряжения в любой из фаз, либо, при использовании фильтров нулевой последовательности, на несимметрию не менее двухкратной максимальной естественной.
        Четвертое. Для защиты от токовых перегрузок наиболее эффективно применять такие устройства, время-токовая характеристика которых соответствует перегрузочным характеристикам погружных электродвигателей, а контроль тока в каждой из фаз происходит селективно.
        Пятое. Для наиболее эффективной и полной защиты погружного электродвигателя от аварий требуется применять следующие раздельные виды защит: от обрыва фаз, токовых перегрузок и «сухого хода», причем первую без запоминания.
        Эти требования были полностью учтены при разработке комплектного устройства управления и защиты погружными электронасосами «ВЫСОТА».
         Прежде всего авторы при разработке конструкции отказались от применения какой-либо микросхемной и транзисторной элементной базы и связанной с ней схемотехникой. В основу легла современная релейная элементная база.
         В качестве основного элемента для реализации функции защиты от токовых перегрузок в статорных обмотках погружного электродвигателя применяется тепловое токовое реле типа РТТ. Время-токовая характеристика такого реле полностью совпадает с время-токовой перегрузочной характеристикой погружного электродвигателя, что обеспечивает его надежную  защиту при эффективной эксплуатации. Измерительными элементами в реле служат три термоэлемента, которые независимо связаны с исполнительным механизмом с помощью трех подвижных планок, что обеспечивает селективность реагирования реле на перегрузки в каждой фазе. Реле имеет ускоренное срабатывание при обрыве одной из фаз, а также регулировку тока несрабатывания и фиксацию (запоминание) сработанного состояния с последующим ручным возвратом. Регулировка тока несрабатывания (см. табл.) может осуществляться в пределах 15% от номинального значения  тока как в сторону его  увеличения, так и в сторону уменьшения. Это позволяет использовать один и тот же комплект при замене электронасоса на другой, меньшей или большей мощности.

          В комплекте «ВЫСОТА» применена раздельная защита от обрыва фаз и от токовых перегрузок, то есть предусмотрена предупредительная защита, запрещающая включение неработающего электродвигателя или отключающая работающий при обрыве какой-либо фазы. При восстановлении фазы электронасос автоматически включается, то есть действие защиты осуществляется без запоминания. Такое разделение позволяет снизить дополнительный ущерб от простаивания электронасоса. Действительно, если исключить предупредительную защиту, то при обрыве фазы сработает токовая защита от перегрузки (исполнительная защита) с запоминанием и электронасос останется отключенным при восстановлении сети. Более подробно экономические аспекты разделения защиты на предупредительную и исполнительную рассмотрены в [1].
          Кроме того, в комплекте предусмотрена защита от «сухого хода», отключающая электронасос при понижении уровня воды в скважине ниже допустимого, обеспечивающего его нормальную работу, а также короткого замыкания, которые работают с запоминанием.
         Комплект «ВЫСОТА» выполняет и другие функции - функции управления:
        • пуск и останов электронасоса в ручном режиме;
        • автоматический пуск и оста-нов электронасоса в зависимости от уровня воды в резервуаре;
        • автоматический пуск и останов электронасоса по сигналам датчика давления;
        • снижение льдообразования в водонапорной башне, полное исключение её наружного обмерзания;
сервисные функции:
       • световую сигнализацию включения сети и срабатывания защиты от «сухого хода»;
       • контроль нагрузки в одной из фаз;
       • контроль сопротивления изоляции фазных обмоток.
         Современные комплекты «ВЫСОТА» выпускаются в соответствии с ТУ 3431-001-18090050-96, имеют в своем составе щит управления и защиты - ЩУЗ, электрообогреваемый датчик уровня - ДУО-2 и датчик «сухого хода».
Функциям управления электронасосами будет посвящена следующая серия публикаций.