АВР на ПЛК — схема, алгоритм, программирование

Структурная схема АВР на два ввода с секционным выключателем

Введение

Электрооборудование подключают к нескольким источникам питания, что бы обеспечить бесперебойное электропитание. Когда один из источников выходит из строя, оборудование питают от резервного источника. Что бы переход от одного источника к другому осуществлялся в автоматическом режиме, используют устройства автоматического ввода резерва, далее АВР. АВР контролирует напряжение на источниках питания, состояние автоматических выключателей и на основании этих данных отдаёт команды на моторные приводы и независимые расцепители автоматических выключателей.

В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ 7 издание) выделяют три категории надежности электроснабжения. Нас интересуют первые две.

Электроприемники I категории 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.

Электроприемники II категории рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. При нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады.

Везде, где необходимо обеспечить I категорию применяется схема АВР «Два рабочих ввода с секционированием». Схема также применима и для II категории.

В нормальном режиме электроснабжения питание поступает на две секции шин, к которым подключена нагрузка. При нарушении питания на одном из вводов, АВР должен обеспечить питание аварийной секции путем переключения питания с аварийного ввода на рабочий, посредством секционного выключателя.

Почему рассматриваем АВР на ПЛК

На рынке представлено множество вариантов реализации АВР, как готовых, так и сборных. Чтобы представить, насколько отличаются цены, мы подготовили небольшое сравнение. Доукомплектовали базовые контроллеры всем необходимым: автоматическими выключателями, кнопками, лампочками и реле. Взяли цены из открытых источников без специальных условий.

Как мы видим, диапазон цен достаточно широк. Сравнивать «в лоб» такие решения нельзя, так как функционал сильно отличается. При выборе готовых решений особое внимание стоит уделить не только самому функционалу, но и надежности данных решений. Мы же расскажем вам о реализации АВР на основе ПЛК Modicon M221.

Разница в цене между АВР на программируемом реле Zelio Logic и АВР на ПЛК Modicon M221 составляет порядка 11 000 рублей, однако это не такая большая сумма, если говорить об общей стоимости проекта. При этом ПЛК, позволяет обеспечить более гибкий функционал АВР, чем другие решения на программируемом реле.

Использование ПЛК требует программирования, но расширяет функциональность: изменение алгоритма работы под конкретное решение, самодиагностика цепей управления, диспетчеризация, подключение сенсорной панели для наглядной визуализации работы и корректировки параметров. Схемы АВР могут меняться, а ПЛК оставаться одним и тем же. Это удобно при проектировании, когда схемы похожи и периодически повторяются. Достаточно один раз разобраться.

ПЛК также можно полноценно интегрировать в систему диспетчеризации SCADA или АСУТП с поддержкой интерфейсов и протоколов верхнего уровня. Таким образом преимущества использования ПЛК при реализации АВР очевидны.

Рассмотрим основные элементы АВР и схему подключения основных цепей АВР

Схема подключения основных цепей АВР

Основные элементы

Реле напряжения контролируют наличие напряжения на шинах, питающих рабочие секции шин. Также реле дают сигнал ПЛК при возникновении различных нарушений питающей сети, таких как пониженное или повышенное напряжение, асимметрии и нарушение порядка чередования фаз.

Реле напряжения выбирают в зависимости от задач. Мы рекомендуем использовать реле с регулируемыми уставками времени и номиналами контролируемого напряжения, например РНПП-312 Новатек, 704284002032 Finder, RMNF22TB30 Schneider Electric.

ПЛК управляет включением и отключением вводных и секционного автоматических выключателей по запрограммированному алгоритму, тем самым выполняя в автоматическом режиме АВР.

Блок питания для ПЛК понижает и выпрямляет напряжение сети с 220В до напряжения входных сигналов ПЛК 24В.

Органы местного управления, переключатели, индикаторы. Служат для ручного управления, сигнализации состояния и аварий в цепи АВР. Кнопки управления дублируют механические органы управления автоматических выключателей и позволяют управлять аппаратами, не открывая двери электрического шкафа, что обеспечивает высокую безопасность обслуживающего персонала. Ручное управление должно иметь приоритет перед автоматическим.

Автоматические выключатели, либо предохранители для защиты в цепях питания ПЛК и реле напряжения, так как автоматика тоже требует защиты.

Требования к вводным и секционному автоматическим выключателям

Для управления вводными и секционным автоматическими выключателями они должны комплектоваться дополнительными устройствами дистанционного управления — моторными приводами, независимыми расцепителями максимального тока, контактами сигнализации состояния, контактами сигнализации отключения по аварии.

Схема элементов управления автоматического выключателя, входящего в АВР

Программа и алгоритм работы АВР

Для программирования и настройки ПЛК Modicon M221 требуется бесплатное ПО EcoStruxure Machine Expert Basic. Последняя версия находится в свободном доступе на официальном сайте se.com.

Среда EcoStruxure Machine Expert (ранее SoMachine) позволяет сократить время разработки благодаря интуитивно понятным инструментам. В ПО входят такие языки программирования, как «Instruction List» IL, «Ladder Diagram» LD, «Sequential Function Chart» SFC, «Function Block Diagram» FBD.

Для этой статьи мы подготовили программу для ПЛК Modicon M221 на универсальном языке программирования функциональных диаграмм Ladder Diagram. Данный язык наглядно показывает алгоритм работы в виде контактно-релейных схем и очень удобен для визуализации работы программы. Сама программа с комментариями изложена ниже. Также доступна для скачивания в конце статьи и полностью готова для загрузки в ПЛК.

Алгоритм управления вводным выключателем

Рассмотрим сам алгоритм работы программы для АВР на базе контроллера Modicon M221 в схеме с двумя вводами и секционным аппаратом.

Алгоритм управления первого вводного автоматического выключателя 1QF и второго вводного выключателя 2QF аналогичны, поэтому рассмотрим только на примере первого. Начнем с механизма блокировки включения.

Блокировка включения
Включение вводного выключателя должно блокироваться при его отключении по перегрузке или короткому замыканию, при включенных выключателях второго ввода и секционного, а также в режиме «Ручное управление». Формируем сигнал блокировки включения вводного выключателя 1QF.

Включение
Сигнал на включение вводного выключателя будет сформирован при условии, что на вводе есть напряжение и отсутствует сигнал блокировки этого выключателя. Выдержка времени на время стабилизации напряжения на вводе настраивается на реле контроля напряжения. Сигнал включения должен быть импульсным, чтобы не сжечь катушку включения, поэтому он снимется после включения выключателя.

Отключение
Сигнал на отключение будет формироваться при пропадании питающего напряжения ввода выключателя при наличии сигнала «режим Автоматический». Сигнал будет сниматься при отключении выключателя. Задержка на отключение не даёт выключить вводной аппарат при кратковременной просадке напряжения.

В случае аварии сигнал на отключение будет формироваться без задержки и снятия сигнала. В этом режиме катушка отключения не даст включить выключатель в любом из режимов, и будет работать как электрическая блокировка.

Алгоритм управления секционным выключателем 3QF

Алгоритм не допускает включение вводных автоматических выключателей на параллельную работу трансформаторов.

Блокировка
Включение секционного выключателя должно блокироваться при срабатывании аварийного расцепителя любого из выключателей, при включенных выключателях обоих вводов, а также в режиме «Ручное управление». Формируем сигнал блокировки включения секционного выключателя 3QF.

Включение
Условия включения секционного выключателя выполнятся при пропадании напряжения на одном из вводов, а также при отсутствии сигнала блокировки. Сигнал включения секционного выключателя сформируется через задержку времени для обеспечения безопасного развода контактов вводных выключателей при их отключении. Сигнал включения должен быть импульсным, чтобы не сжечь катушку включения, поэтому он снимется после включения выключателя.

Отключение
Сигнал отключения секционного выключателя сформируется при появлении стабильного напряжения на обоих вводах, при наличии сигнала «режим Автоматический».

В случае аварии сигнал на отключение будет формироваться без задержки и снятия сигнала. В этом режиме катушка отключения не даст включить выключатель в любом из режимов и будет работать как электрическая блокировка.

Ниже приведена схема назначения входов-выходов ПЛК в АВР согласно приведенной выше программы.

Назначение входов-выходов ПЛК в АВР, согласно программе из этой статьи

Заключение

В данной статье мы рассмотрели основные элементы схемы реализацию АВР на конкретном примере ПЛК Modicon M221, разобрали основные элементы схемы и структуру алгоритма программы. Мы выяснили что не только сам ПЛК, но и другие компоненты АВР — важны.

Для надёжной работы АВР необходимо использовать качественные комплектующие, так как ПЛК исполняет только заложенный в него алгоритм, а контроль параметров сети и переключения нагрузки обеспечивают реле контроля напряжения и силовые автоматические выключатели.

Мы рекомендуем использовать реле напряжения: РНПП-312 Новатек, 704284002032 Finder, RMNF22TB30 Schneider Electric. Разъединители — держатели предохранителей: OEZ:43685 OPVP10-3-S 3p, 32А, со вставками OEZ:40760 PV, 1А 10×38мм. Автоматические выключатели серии NSX Schneider Electric.

Программа АВР для ПЛК Modicon M221

Программа в формате pdf для чтения