Концепция индустрии 4.0 была впервые озвучена в 2011 году Клаусом Швабом применительно к «умным производствам». Одним из основных элементов индустрии 4.0 является концепция цифрового двойника. Этот термин все больше входит в обиход и приобретает распространение в связи с процессами цифровизации производственных предприятий.
Как таковой устоявшейся системы классификации цифровых двойников не существует, и каждая отрасль использует свою собственную классификацию. Будем придерживаться определения: цифровой двойник (Digital Twin, DT) — это виртуальная копия технического объекта, достоверно воспроизводящая и задающая структуру, состояние и поведение оригинала в реальном времени [1].
Будем рассматривать упрощенную модель цифрового двойника применительно к возможности мониторинга состояния электрической сети измерительными приборами производства АО «ВИБРАТОР» в процессе эксплуатации (самый нижний уровень архитектуры Рис.1), более полная концепция цифрового двойника изложена в статье [2].
Важно не путать цифровую модель с цифровым двойником. Цифровые модели традиционно используются в системах автоматизированного проектирования на этапе разработки. На уровне предприятия цифровая модель энергетической системы представляет собой полную структуру электрических сетей предприятия, включающую все точки контроля оборудования и участки электрических сетей. Цифровой двойник получает данные в процессе работы электросетей и оборудования на основе цифровой модели, производит автоматический мониторинг различных параметров и позволяет контролировать и обрабатывать полученные данные на более высоких уровнях архитектуры цифрового предприятия.
Цифровой двойник промышленного предприятия с помощью интеллектуальных измерительных приборов получает информацию о состоянии всего находящегося на предприятии оборудования, в том числе о состоянии линий электроснабжения для заблаговременного обнаружения неисправностей изоляции (снижение значений сопротивления, пробой), предотвращения сбоев в работе и обеспечения своевременного профилактического обслуживания.
Получение данных от цифрового двойника позволит заблаговременно прогнозировать износ изоляции, предотвращать нештатные ситуации и своевременно на них реагировать, снижать угрозы безопасности, здоровью людей и окружающей среде.
Применение систем контроля изоляции в составе цифровых двойников.
Неисправности изоляции могут возникнуть где угодно. Старение, механический износ, сжатие, тепло, сырость и т.д. – все это может вызвать неисправности изоляции. Неисправности могут возникнуть в кабелях, в генераторах, устройствах, машинах и системах, в общем, везде, где есть электрический ток.
Важнейшим параметром электрической сети, свидетельствующим о ее нормальном состоянии, является сопротивление изоляции подводящих питание к оборудованию силовых кабельных линий переменного тока, а также сопротивления сетей постоянного тока (СОПТ) во вторичных системах электропитания. Сети бесперебойного вторичного питания обязательно присутствуют на объектах электроэнергетики, в медицинских стационарах – для освещения операционных и питания реанимационного оборудования.
Для соответствия производственного предприятия концепции индустрии 4.0 требуется максимальная бесперебойность работы электросети и оборудования, так как автоматизация охватывает все большее количество производственных процессов и даже краткосрочная остановка производства может нести огромные финансовые потери.
Максимальную бесперебойность работы сети и безопасность для обслуживающего персонала обеспечивают электрические сети с изолированной нейтралью (IT-сеть), поэтому данные сети будут все более востребованы на «умных промышленных предприятиях» соответствующих концепции индустрии 4.0.
Для применения в электросетях с изолированной нейтралью инженерный центр АО «ВИБРАТОР» разработал системы автоматического контроля сопротивления изоляции серий РКСИ, ИСИ, УКСИ.
Реле контроля сопротивления изоляции серии РКСИ относятся к приборам релейной защиты, способным сигнализировать о снижении качества изоляции сети постоянного тока, с напряжением от 24В до 36В предназначено реле РКСИ-1001. Для сетей переменного тока 120В, 220В или 380В предназначено реле РКСИ-1002.
Информацию о достижении аварийного значения по сопротивлению с данных приборов можно передать в системы мониторинга и телемеханики при помощи регистрации переключения контактов исполнительного реле встроенного в прибор (т.н. сухой контакт), например, при помощи программируемого логического контроллера интегрированного в АСУ ТП предприятия.
Такие приборы оптимально применять для контроля состояния изоляции небольших участков электрических сетей с малыми значениями емкости. По светодиодам на передней панели реле РКСИ-1001 для сетей постоянного тока, специалист может определить, на каком полюсе произошло нарушение изоляции, а для реле РКСИ-1002 в сетях переменного тока персонал сможет определить величину снижения сопротивления с помощью светодиодной шкалы.
Измеритель сопротивления изоляции ИСИ1625
Для контроля состояния изоляции сетей средней емкости – до 50 мкФ можно использовать прибор автоматического контроля сопротивления ИСИ1625, стандартный интерфейс RS-485 которого упрощает интеграцию в промышленные системы. Прибор способен контролировать сопротивление, как сетей переменного, так и постоянного тока. Компактный размер и крепление на DIN рейку обеспечивают удобное размещение прибора в промышленных условиях в шкафу автоматизации. Результат измеренного сопротивления отображается на дисплее. Значения предупреждающих и аварийных порогов срабатывания задаются кнопками на передней панели прибора или в удаленном режиме с помощью интерфейса RS-485. Измеритель сопротивления можно использовать на мобильных установках, генерирующих электроэнергию, а также при обесточенных нагрузках для предупреждения включения неисправного электрооборудования.
Устройство автоматического контроля сопротивления изоляции УКСИ1629
Устройства УКСИ1629 (рис. 5) могут обнаруживать ухудшение сопротивления изоляции в диапазоне сопротивления до 10 МОм в электросетях с большой емкостью – до 600 мкФ, то есть задолго до того, как возникнет пробой изоляции, который сможет нарушить работу электросети. Это позволит провести работы по техническому обслуживанию сети до наступления аварийного состояния, что значительно снижает издержки и возможные риски.
Прибор может работать в любой электрической сети: как переменного двухфазного или трехфазного типа, так и постоянного тока.
При использовании в сетях постоянного тока устройство может измерять и показывать на графическом дисплее значение сопротивления по положительному и отрицательному полюсам, а эквивалентное сопротивление на цифровом индикаторе. Прибор отображает также график изменения измеряемого значения по каждому полюсу.
Прибор связывается с промышленной сетью по интерфейсу RS-485, поддерживает протокол связи modbus, а через специализированное программное обеспечение, устанавливаемое на компьютер, возможно, провести удаленное конфигурирование и получить данные о сопротивлении изоляции для дальнейшей постобработки и анализа в системах предиктивной аналитики и или обучения нейронных сетей.
Через программное обеспечение можно задать тип измеряемой сети, род переменного или постоянного тока, уровни срабатывания аварийных и предупредительных уставок, тип действий, производимых при достижении порогов предупреждения с помощью встроенных реле прибора и др. (рис. 6)
Для выбора систем контроля сопротивления изоляции в зависимости от типа электросети и решаемой задачи рекомендуем воспользоваться сравнительной таблицей.
Вывод:
Применение приборов и систем автоматического контроля сопротивления изоляции, производства АО «ВИБРАТОР», в составе автоматизированных систем цифровых двойников предприятия позволяет распознать проблемы с изоляцией электрических сетей на ранней стадии и принять меры по их устранению, до того, как они станут серьезной проблемой. Эта философия профилактики позволяет вывести предприятие на новый уровень и соответствовать современным тенденциям цифровизации и индустрии 4.0.
Автор статьи: Заболотников Роман Александрович, product manager приборостроительного завода «Вибратор»
Использованные источники:
- Madni A.M., Madni C.C., Lucero S.D. Leveraging digital twin technology in model-based systems engineering // Systems. 2019. Vol. 7(1). P. 7. https://www.mdpi.com/2079-8954/7/1/7
- Андрюшкевич С, Ковалев С., Нефедов Е. Подходы к разработке и применению цифровых двойников энергетических систем. http://digitalsubstation.com/blog/2020/03/06/podhody-k-razrabotke-i-primeneniyu-tsifrovyh-dvojnikov-energeticheskih-sistem/
- Кокореве Д.С., Юрин А.А. Цифровые двойники: понятие типы преимущества для бизнеса. https://cyberleninka.ru/article/n/tsifrovye-dvoyniki-ponyatie-tipy-i-preimuschestva-dlya-biznesa/viewer
