W zakładach przemysłowych o ciągłości produkcji najczęściej mówi się w kontekście dużych awarii: zaniku napięcia, uszkodzenia rozdzielnicy, problemów z transformatorem czy zatrzymania kluczowej maszyny. W praktyce równie groźne bywają jednak zjawiska znacznie mniej spektakularne – mikrozaniki, zapady napięcia, krótkotrwałe przerwy w zasilaniu oraz zakłócenia występujące podczas przełączeń w instalacji.

Dla człowieka takie zdarzenie może pozostać praktycznie niezauważalne. Oświetlenie nie zawsze zdąży przygasnąć, a zasilanie po chwili działa pozornie normalnie. Dla automatyki przemysłowej, układów sterowania czy napędów nawet bardzo krótkie zakłócenie może jednak wystarczyć, aby wywołać restart urządzenia, błąd przemiennika częstotliwości, utratę komunikacji albo zatrzymanie fragmentu procesu technologicznego.

Skutki są dobrze znane służbom utrzymania ruchu. Restart panelu HMI, zatrzymanie sterownika PLC, błąd falownika, chwilowy zanik komunikacji czy przerwanie sekwencji technologicznej mogą pojawić się po zdarzeniu trwającym zaledwie ułamek sekundy. Samo zakłócenie szybko znika, ale powrót do normalnej produkcji może zająć kilkanaście minut, godzinę albo nawet dłużej.

Mikrozanik to tylko jeden z problemów z jakością zasilania

Określenie „mikrozanik” jest powszechnie używane w praktyce przemysłowej do opisywania bardzo krótkich przerw lub zaburzeń zasilania. Z technicznego punktu widzenia warto jednak rozróżnić krótkotrwałą przerwę w zasilaniu od zapadu napięcia.

Zapad napięcia oznacza krótkotrwałe obniżenie jego wartości, po którym następuje powrót do wcześniejszego poziomu. To, czy zdarzenie zakłóci pracę urządzenia, zależy m.in. od głębokości i czasu trwania zapadu oraz odporności konkretnego odbiornika. W instalacji mogą występować również przepięcia łączeniowe, wahania napięcia i inne zaburzenia parametrów zasilania.

Ich źródłem nie musi być problem po stronie sieci elektroenergetycznej. Zakłócenia mogą powstawać także wewnątrz zakładu, m.in. podczas rozruchu dużych silników, pracy sprężarek, spawarek, systemów wentylacyjnych czy przełączania obwodów.

Na takie zdarzenia mogą być wrażliwe sterowniki PLC, panele operatorskie, komputery przemysłowe, urządzenia sieciowe, systemy wizyjne czy przemienniki częstotliwości. W przypadku układów napędowych krótkotrwałe obniżenie napięcia może doprowadzić do zadziałania zabezpieczenia podnapięciowego i zatrzymania napędu. W innym miejscu podobne zakłócenie może wywołać restart sterownika lub urządzenia komunikacyjnego. Dla procesu skutek może być taki sam.

Problem nie zawsze dotyczy więc największego odbiornika w instalacji. Czasami o dostępności całej maszyny lub linii decyduje urządzenie o niewielkiej mocy znajdujące się w szafie sterowniczej.

Objawy mikrozaników, których służby utrzymania ruchu nie mogą ignorować

Sygnałem ostrzegawczym powinny być powtarzające się restarty paneli HMI, krótkotrwałe zaniki komunikacji, sporadyczne błędy przemienników częstotliwości, zatrzymania sterowników bez jednoznacznej przyczyny albo alarmy pojawiające się podczas uruchamiania większych odbiorników.

W takich sytuacjach diagnostyka często koncentruje się na automatyce, konfiguracji falowników, oprogramowaniu lub sieci komunikacyjnej. Jest to naturalny kierunek, ale nie zawsze wystarczający. Jeżeli nie zostanie sprawdzona również jakość i ciągłość zasilania, utrzymanie ruchu może przez długi czas usuwać skutki problemu zamiast jego rzeczywistej przyczyny.

Szczególnie istotne są zdarzenia pojawiające się jednocześnie w kilku pozornie niezależnych urządzeniach. Jeżeli w tym samym momencie występuje błąd napędu, restart sterownika i utrata komunikacji, warto sprawdzić, czy wspólnym mianownikiem nie są warunki zasilania.

Praktycznym krokiem jest zestawienie logów PLC, HMI i przemienników częstotliwości z informacjami o zdarzeniach w instalacji elektrycznej. Jeżeli pojawia się podejrzenie problemów z jakością zasilania, kolejnym etapem powinien być pomiar parametrów jakości energii z rejestracją zdarzeń. Pozwala on określić charakter zaburzenia, jego czas trwania i skalę zmian napięcia oraz porównać te dane z momentem wystąpienia błędów.

Koszt takiego zdarzenia rzadko kończy się na samym czasie zatrzymania maszyny. Dochodzi do niego praca służb technicznych, ponowne uruchomienie procesu, przywrócenie komunikacji i synchronizacji urządzeń, kontrola jakości, a niekiedy również straty materiałowe. W efekcie zakłócenie trwające ułamek sekundy może uruchomić znacznie dłuższy i kosztowniejszy łańcuch konsekwencji.

Zasilacz UPS jako gwarancja ciągłości zasilania i stabilności procesu

W środowisku przemysłowym zasilanie gwarantowane nie powinno być traktowane wyłącznie jako zabezpieczenie na wypadek długotrwałej awarii sieci. Jego rola może być szersza – to ograniczenie ryzyka, że krótkotrwałe zakłócenie zasilania przełoży się na zatrzymanie automatyki, układu sterowania lub całego procesu technologicznego.

W aplikacjach wymagających wysokiej ciągłości zasilania stosowane są m.in. zasilacze UPS on-line o podwójnej konwersji energii, klasyfikowane jako VFI. W normalnych warunkach odbiorniki są zasilane poprzez falownik UPS, co pozwala ograniczyć wpływ części zaburzeń występujących po stronie sieci oraz zapewnić ciągłość zasilania podczas jej zaniku w zakresie wynikającym z parametrów systemu.

Nie oznacza to jednak, że UPS musi zasilać całą linię produkcyjną. Często bardziej racjonalne jest zabezpieczenie tych elementów, których utrata zasilania inicjuje zatrzymanie procesu. Mogą to być sterowniki PLC, panele HMI, komputery przemysłowe, urządzenia komunikacyjne, systemy nadzorujące czy wybrane elementy automatyki.

W innych aplikacjach konieczne może być objęcie zasilaniem gwarantowanym również wybranych odbiorników wykonawczych. Wtedy dobór rozwiązania powinien uwzględniać charakter odbiornika, jego moc i dynamikę obciążenia, wymaganą przeciążalność systemu, sposób rozruchu oraz potrzebny czas podtrzymania.

Dobór UPS-a nie powinien więc sprowadzać się do prostego zsumowania mocy znamionowych odbiorników. Punktem wyjścia powinna być analiza procesu i odpowiedź na pytanie, które urządzenia rzeczywiście wymagają nieprzerwanego zasilania oraz jakie konsekwencje spowoduje ich krótkotrwałe wyłączenie.

Od jakości zasilania do ciągłości produkcji przemysłowej

Postępująca automatyzacja sprawia, że coraz większa część procesu technologicznego zależy od elektroniki, energoelektroniki i komunikacji przemysłowej. Tym samym rośnie znaczenie jakości energii zasilającej te systemy.

Mikrozanik czy zapad napięcia nie muszą bezpośrednio zatrzymać dużego silnika. Mogą jednak wywołać błąd przemiennika częstotliwości, zrestartować sterownik, przerwać komunikację lub doprowadzić do przejścia maszyny w stan awaryjny. Z punktu widzenia produkcji rezultat pozostaje ten sam – proces staje.

Dlatego jakość i ciągłość zasilania warto traktować jako jeden z elementów niezawodności automatyki przemysłowej. Odpowiednio dobrany system UPS może ograniczyć ryzyko, że bardzo krótkie zakłócenie uruchomi długi i kosztowny przestój. Powinien jednak wynikać z wcześniejszej analizy procesu i zidentyfikowanych problemów z zasilaniem, a nie być uniwersalną odpowiedzią na każdy niewyjaśniony błąd automatyki.

Jeżeli w zakładzie pojawiają się niewyjaśnione restarty automatyki, sporadyczne błędy napędów, problemy z komunikacją lub krótkotrwałe zatrzymania linii, jakość zasilania powinna być jednym z obszarów branych pod uwagę podczas diagnostyki.

Sprawdź, jak POWERLINE GREEN 33 PRO wspiera zasilanie krytycznych odbiorników w aplikacjach przemysłowych: ever.eu/green33pro/

EVER Sp. z o.o.
ul. Wołczyńska 19
60-003 Poznań
tel. 61 6500 400
centrum-zasilania@ever.eu
www.ever.eu