Category: Корпоративные новости 

Применение и анализ характеристик модуля питания ABB PHARPS3220000 в системе DCS Baley

1. Позиционирование продукта и его основные функции
PHARPS32200000 — это высокопроизводительный блок питания от ABB, разработанный специально для промышленной автоматизации. Он предназначен в первую очередь для серий DCS (распределённых систем управления) Bailey и обеспечивает стабильное электропитание ключевого оборудования, такого как ПЛК, датчики, микропроцессоры и т.д. Основные функции модуля включают:

Многополосная выходная способность: поддержка многополосных выходов 5 В/60 А, ±15 В/3 А, 24 В/17 А и других, что позволяет удовлетворить разнообразные требования к питанию цифровых и аналоговых нагрузок. Подходит для промышленных сценариев, требующих точного управления скоростью и моментом вращения двигателя (например, при прокатке стали, вращающихся цементных печах).
Высокостабильная конструкция: применение передовых схем и технологий производства обеспечивает устойчивость к колебаниям напряжения и электромагнитным помехам в промышленной среде, гарантирует непрерывность электропитания и снижает риск отказов системы.
Гибкие варианты настройки: доступны различные варианты напряжения и мощности, позволяющие пользователю выбирать конфигурацию в соответствии с реальными потребностями, например, через соответствующие варианты обозначений F8-G2B9B3B6 для подбора конкретных технических характеристик.
2. Технические характеристики и преимущества
Резервирование и отказоустойчивость:
Модуль имеет встроенный избыточный дизайн, поддерживает горячее вставку и позволяет заменять неисправные модули без прерывания работы системы, повышая её доступность.
Функция самодиагностики неисправностей в режиме реального времени отслеживает состояние работы, предупреждает о потенциальных проблемах заранее и сокращает время ремонта.
Адаптивность к окружающей среде:
Широкий диапазон рабочих температур (точные параметры см. в инструкции к продукту), способен работать в суровых промышленных условиях, таких как высокие температуры, влажность и пыль.
Уровень защиты соответствует стандарту IEC, эффективно защищает от электромагнитных помех и механических вибраций.
Обеспечение удобства обслуживания:
Модульная конструкция упрощает процесс установки и демонтажа, снижая затраты на обслуживание.
ABB обеспечивает глобальное снабжение запасными частями и сервисное обслуживание, гарантируя долгосрочную надежность.
3. Типичные сценарии применения
Энергетическая отрасль:
В качестве ключевого компонента системы DCS серии Symphony, PHARPS3220000 широко применяется в процессах очистки воды и управления котлами на электростанциях, обеспечивая стабильную работу оборудования.
Например, в системе возбуждения обеспечивается постоянный ток для генератора, что поддерживает стабильность напряжения на выходе и повышает безопасность электросети.
В области управления процессами:
Поддержка автоматизированных производственных линий в нефтехимической, фармацевтической, металлургической и других отраслях для точного контроля температуры, давления и расхода.
В процессе прокатки стали стабильное электропитание обеспечивает точность контроля крутящего момента двигателя, повышая качество продукции.
Инфраструктура и производство:
Используется в таких сценариях, как управление вращением цементных печей и распределение электроэнергии для станков с ЧПУ, оптимизируя производительность и снижая энергопотребление.

Цифровая система управления, также известная как компьютерная система управления, возникла на фоне стремительного развития технологий автоматического управления и вычислительной техники. К середине 1950-х годов классическая теория управления уже достигла высокой степени зрелости и успешно применялась во многих областях инженерных технологий. [1] В частности, цифровая система управления — это автоматическая система управления, реализующая различные функции управления с помощью цифровых технологий. Основные типы таких систем включают системы управления, основанные на компьютерах, такие как системы мониторинга с использованием компьютеров, прямые цифровые системы управления, многоуровневые компьютерные системы управления и распределённые системы управления. [2]

Цифровые системы программного управления (numerical control systems) представляют собой цифровые системы управления, в которых для управления используются цифровые коды, отражающие последовательность операций, методы обработки и параметры обработки. Эти системы часто называют системами числового программного управления (NC). В таких системах обычно используется специализированный электронный компьютер, в котором информация о технологических процессах и этапах обработки заранее записывается в виде цифровых кодов на перфокарты, перфокарты, ленты или диски. Во время работы системы считыватель последовательно передает коды в компьютер и преобразует их в соответствующие электрические импульсы, которые управляют рабочими механизмами, выполняя все операции обработки в заданном порядке. Цифровые системы управления отличаются высокой точностью и эффективностью обработки, что особенно подходит для сложных технологий производства единичных или небольших партий изделий. Они широко применяются в производстве инструментов, механической обработке, автомобилестроении и судостроительной промышленности.
Вначале широко использовались жёсткие системы числового программного управления с фиксированными соединениями, в которых один специализированный компьютер управлял одним оборудованием. Позже стали применять мини-компьютеры вместо специализированных компьютеров, используя разработку различных программных модулей для реализации разных типов управления, что позволило повысить функциональность и гибкость системы. Такие системы получили название компьютерных систем ЧПУ (CNC) или программно-управляемых систем ЧПУ (СУЧ). Впоследствии они развивались до такой степени, когда один компьютер напрямую управлял и контролировал группу оборудования с ЧПУ, что привело к появлению систем группового управления компьютерами (DNC). Дальнейшим развитием стало создание сетей, состоящих из нескольких станков с ЧПУ, оборудования NC и компьютеров DNC, позволяющих осуществлять многоуровневое управление. К 1980-м годам система ЧПУ перешла на интеграцию проектирования и производства в машиностроении, объединив компьютерное проектирование (CAD) и компьютерное производство (CAM), что позволило создать полностью автоматизированную систему проектирования и производства продукции. На более высоком уровне развития системы ЧПУ — это интегрированная система машинного производства, объединяющая множество станков, заготовок, режущих инструментов, зажимных устройств и автоматизированных линий обработки, которые централизованно управляются компьютером, образуя так называемую гибкую производственную систему (FMS).
Система числового программного управления состоит из носителя информации, устройства ЧПУ, сервопривода и управляемого оборудования. Носителем информации служат ленты, магнитные полоски, магнитные карты или диски, которые используются для хранения данных об обработке, таких как параметры, последовательность действий, ход и скорость. Устройство ЧПУ, также называемое интерполятором, генерирует последовательность импульсов на основе вводимых данных об обработке. Каждый импульс представляет собой приращение перемещения. Интерполятор фактически является простым специализированным компьютером, который может быть использован напрямую в виде микрокомпьютера.

Интерполятор выводит импульсы с приращением, которые воздействуют на соответствующие приводные механизмы или системы, управляя движением стола или инструмента. Если приводным механизмом используется шаговый двигатель, система ЧПУ работает в открытом контуре управления. Для точных станков требуется замкнутый контур управления, где сервопривод выполняет роль привода.

Цифровая система управления состоит из компьютера, внешних устройств, пульта управления, входных и выходных каналов, датчиков измерений, исполнительных механизмов, объекта управления и соответствующего программного обеспечения. [1]

1. Компьютер
Компьютер является ядром цифровой системы управления. Через интерфейсы он может передавать различные команды управления различным частям системы, а также осуществлять операции по времени в режиме реального времени по отношению к параметрам объекта управления. Его функции включают хранение программ, численные вычисления, логическое сравнение и обработку данных. [1]

2. Входные и выходные каналы процесса
Входные и выходные каналы процесса являются связующими звеньями для передачи и преобразования информации между компьютером и объектом управления. Входной канал преобразует параметры объекта управления в цифровые коды, понятные компьютеру, что обычно включает три этапа: дискретизацию, квантование и кодирование. Выходной канал преобразует команды управления и данные, выдаваемые компьютером, в сигналы управления, позволяющие управлять объектом управления. Входные и выходные каналы обычно включают аналоговые входные и выходные каналы, цифровые входные и выходные каналы. [1]

3. Внешние устройства
Внешние устройства предназначены для обмена информацией между компьютером и внешним миром и называются периферийными устройствами. Они включают устройства взаимодействия с человеком (И/Г), устройства ввода-вывода и внешнюю память.

Входные устройства: клавиатура, сканер, фотоэлектрический вводный аппарат и т.д., используются для ввода программ и данных.
Выходные устройства: принтер, регистратор, дисплей и т.д., в основном предоставляют оператору информацию и данные, чтобы он мог своевременно отслеживать процесс управления.

Внешняя память: включает магнитные полоски, диски и т.д., используется для хранения системных программ и данных. [1]

4. Датчики измерений
Для управления объектом управления необходимо сначала собирать данные о его параметрах, таких как температура, давление, уровень жидкости, скорость и т.д. Это делается с помощью датчиков измерений, которые преобразуют нематериальные параметры в электрические и передают их в компьютер. [1]

5. Исполнительные механизмы
Исполнительные механизмы являются важной частью системы управления компьютером. Они выполняют задачи управления, например, электродвигатели и т.д. [1]

6. Пульт управления
Пульт управления — это устройство, позволяющее оператору взаимодействовать с системой управления компьютером. Он включает:

(1) Экран отображения: экран, люминесцентный цифровой дисплей, отображают информацию, требующую отображения, и сигналы тревоги.
(2) Функциональные клавиши: клавиша сброса, клавиша запуска, клавиша печати, клавиша отображения, клавиша прерывания.
(3) Цифровые клавиши: используются для ввода определённых данных или изменения параметров системы управления. [1]

7. Программное обеспечение
Программное обеспечение — это набор программ, выполняющих различные функции цифровой системы управления. Оно является центральной нервной системой системы управления компьютером. Под руководством программного обеспечения вся система координированно работает. Программное обеспечение включает системное программное обеспечение и прикладное программное обеспечение. [1]

1. Системное программное обеспечение. Это общее название программ, предназначенных для повышения эффективности использования компьютера, расширения функций, удобства пользовательского взаимодействия, использования, обслуживания и управления компьютером.1. Системное программное обеспечение включает операционную систему, систему обработки языков и диагностическую систему, обладает определенной универсальностью и обычно поставляется вместе с аппаратным обеспечением производителями компьютеров. [1]

2. Прикладное программное обеспечение. Различные программы, созданные пользователями для решения конкретных практических задач. В системах управления компьютерами это означает программы, выполняющие различные функции системы, например, управляющие программы, программы сбора и обработки данных, программы циклического контроля и сигнализации.

Контроллер давления
Регулятор давления — это специальный прибор для контроля давления, используемый в промышленных системах управления и измерения процессов, часто называемый переключателем давления. Он использует давление в качестве управляющего сигнала и автоматически регулирует давление с помощью электрического переключателя. Регулятор давления может срабатывать, когда давление превышает или опускается ниже заданного значения, обеспечивая защиту или автоматическую регулировку.

Датчик регулятора давления выполнен в виде металлической мембраны 316L и может использоваться в нейтральных маслах, газовых средах и воде. Заданные параметры регулятора можно настроить, диапазон регулировки составляет от -0,1 до 40 МПа, выбор диапазона произвольный.

Взрывозащищённая модель имеет маркировку взрывозащиты Exed II CT6.

Управляющий модуль — это логический функциональный модуль, осуществляющий управление устройствами в локальной домашней сети в электроэнергетической системе. Данное определение взято из стандарта электроэнергетической отрасли DL/T 1398.1—2014 «Системы умного дома. Часть 1: Общие положения» [1]. Его основные функции включают преобразование сигналов и управление задержкой, которые можно разделить на первый управляющий блок (ответственный за преобразование и усиление сигналов) и второй управляющий блок (выполняющий операции задержки) [3]. Модуль обеспечивает связь между центральным контроллером и конечными устройствами с помощью беспроводных технологий сетей, таких как ZigBee и LoRa, поддерживая передачу команд и обратную связь состояния в условиях энергоемких сетевых условий [4] [6]. В области применения управляющие модули уже расширились на такие сферы, как системы управления накопителями тепла (с использованием жидкого охлаждения для регулирования температуры элементов), промышленная автоматизация (реализация безопасных блокировок на основе булевой логики и ПЛК) [5], автомобильная электроника (внедрение защиты от полярности и перенапряжения) [4]. Типичные аппаратные решения включают архитектуру сетей на чип-сети CC2530, микроконтроллерные устройства (MCU) и платформу процессоров ARM [6–7]. На данном этапе развитие технологий сосредоточено на повышении производительности процессоров, оптимизации технологии корпусирования (технологии CoC/SiP-интеграции) и тестировании стабильности окружающей среды (включая испытания на замыкание и тестирование на пониженное напряжение).

Термин «распределённая система управления» (distributed control system, DCS) был переведён с учётом названий продукции иностранных компаний. Поскольку производителей продукции многочисленны, а конструкции систем различаются, функции и особенности каждого продукта уникальны, поэтому названия продуктов также имеют свои особенности. В Китае при переводе используются различные термины: наиболее распространённые — распределённая система управления (distributed control system, DCS), общая распределённая система управления (total distributed control system, TDCS), распределённая компьютерная система управления (distributed computer control system, DCCS). [6]

Различия в названиях связаны лишь с намерением и переводом, а по сути система остаётся одинаковой, её внутреннее содержание совпадает. В китайской электроэнергетической отрасли чаще всего используется термин «распределённая система управления». [6]

Описание системы
DCS обычно имеет иерархическую структуру, где каждый уровень состоит из нескольких подсистем, каждая из которых выполняет определённые конкретные задачи, формируя пирамидальную структуру. Надёжность является жизненной силой развития DCS. Для обеспечения высокой надёжности применяются три основных подхода: широкое использование высоконадёжного аппаратного обеспечения и технологий производства; активное применение технологий избыточности; широкое внедрение в программном обеспечении технологий отказоустойчивости, самодиагностики неисправностей и автоматического обработки. Сегодня большинство распределённых систем управления имеют среднее время безотказной работы (MTBF), достигающее десятков тысяч или даже сотен тысяч часов.

Распределённая система управления представляет собой систему, в которой физические и логические ресурсы (множество компьютеров или процессорных модулей, множественные источники данных, множественные источники команд и программ) размещены в распределённом виде, соединены между собой с помощью сети связи или коммуникационной сети. Система обладает высокой степенью автономности локальных ресурсов, способностью к взаимному согласованию ресурсов и комплексной координации и управления ресурсами, что позволяет осуществлять динамическое управление и распределение распределённых ресурсов, параллельный запуск распределённых программ, а также функциональное распределение в компьютерных сетях управления. Значение термина «распределённая система управления» заключается в слове «распределённый», которое охватывает несколько аспектов. [6]

Конфигурация распределена
Географическое расположение управляемых устройств разбросано, соответствующие им системные управляющие устройства также размещаются распределённо. Множество распределённых управляющих модулей на основе микропроцессоров выполняют различные управляющие задачи. [6]

Функциональное распределение
Функции распределённой системы управления не сосредоточены в центральной системе управления, а распределены по всему числу распределённых управляющих модулей. Кроме того, такие функции, как сбор данных, управление процессами, отображение работы, мониторинг операций, автоподстройка параметров, также распределены и относительно независимы. [6]

Отображение распределено
Функции отображения в распределённой системе управления могут быть реализованы не только в центральной операторской станции, но и распределены на местных операторских станциях. Центральная операторская станция обладает возможностью отображать всю информацию о любом точке распределённого процесса всей системы, а также может отображать информацию на различных терминалах. Местные операторские станции не только могут постоянно отображать информацию на местных управляющих модулях, но и могут вызывать информацию с других местных операторских станций или центральной операторской станции для распределённого отображения. [6]

База данных распределена
В современных распределённых системах управления часто используются распределённые базы данных. На местных управляющих модулях и станциях имеются локальные базы данных, которые доступны для всей системы. [6]

Связь распределена
В распределённых системах управления применяется технология локальной сети связи, при которой все процессы в сети обладают равным правом управления и связи, что позволяет осуществлять распределённую связь. [6]

Питание распределено
Распределённая система управления обеспечивает независимые системы электропитания для различных управляющих модулей, что делает питание системы более распределённым и повышает её надёжность. [6]

Нагрузка распределенаВ системах распределённого управления общие задачи рационально распределяются между различными управляющими модулями, при этом один управляющий модуль выполняет управление несколькими локальными контурами или подсистемами. Таким образом, нагрузка на всю систему распределена, а нагрузка на каждый управляющий модуль практически равномерна. [6]
Распределение опасности
Реализация «распределения» означает, что опасность всей системы распределяется.

Выключатель — это коммутационное устройство, способное замыкать, выдерживать и разрывать ток в нормальных условиях цепи, а также автоматически отключать ток при аварийных условиях в заданный срок времени. Выключатели делятся на высоковольтные и низковольтные в зависимости от области применения, хотя граница между ними неочевидна: обычно выше 3 кВ называют высоковольтными. Выключатели могут использоваться для распределения электроэнергии, редкого запуска асинхронных электродвигателей, защиты электрических линий и двигателей. При возникновении серьёзных перегрузок, коротких замыканий или понижения напряжения они автоматически отключают цепь, выполняя функции, аналогичные комбинированному устройству из предохранительного выключателя и реле перегрева или понижения напряжения. Кроме того, после отключения аварийного тока, как правило, нет необходимости в замене компонентов, поэтому такие устройства получили широкое распространение.

В процессе генерации, передачи и использования электроэнергии распределение энергии является крайне важным этапом. Система распределения включает трансформаторы и различные высоковольтные и низковольтные электроприборы, причём низковольтные выключатели являются наиболее широко применяемыми.

Принцип работы
Представляет собой систему с контактами, дугогасящей системой, операционным механизмом, выключателем и корпусом.

При коротком замыкании большой ток (обычно в 10–12 раз) создаётся магнитное поле, преодолевающее противодействие пружины, что заставляет выключатель действовать, мгновенно разъединяя цепь. При перегрузке ток увеличивается, повышая теплообразование, и биметаллическая пластина деформируется до определённой степени, толкая механизм. Чем выше ток, тем короче время действия.

Существуют электронные модели, в которых трансформаторы используются для сбора токов по фазам, которые сравниваются с заданным значением. При отклонении от нормы микропроцессор подаёт сигнал, и электронный выключатель активирует механизм.

Функции выключателя заключаются в отключении и замыкании нагрузочных цепей, а также отключении аварийных цепей, предотвращении усугубления аварий и обеспечении безопасной эксплуатации. Выключатели высокого напряжения должны отключать дугу при напряжении 1500 В и токе 1500–2000 А; даже при длине дуги до 2 м дуга продолжает гореть. Поэтому дугогашение является обязательной задачей для высоковольтных выключателей.

Принцип дугогашения основывается главным образом на охлаждении дуги для ослабления термического разряда, а также на продувке дуги для увеличения длины дуги, усиления рекомбинации и рассеивания заряда частиц, одновременно выбрасывая заряженные частицы из зазора и быстро восстанавливая изоляционную прочность диэлектрика.

Низковольтный выключатель, также известный как автоматический воздушный выключатель, может использоваться для замыкания и размыкания нагрузочных цепей, а также для управления редко запускаемыми электродвигателями. Его функции эквивалентны совокупности функций обычного выключателя, реле перегрузки, реле понижения напряжения, теплового реле, устройства защиты от утечки тока и других устройств, являясь важным защитным элементом в низковольтных распределительных сетях.

Низковольтные выключатели обладают множеством защитных функций (перегрузка, короткий замыкание, защита от понижения напряжения и т.д.), регулируемым значением срабатывания, высокой отключающей способностью, удобством в эксплуатации и безопасностью, поэтому широко применяются.

Конструкция и принцип работы низковольтного выключателя включают механизм, контакты, защитные устройства (различные типы выключателей), дугогасящую систему и другие компоненты.

Основные контакты низковольтного выключателя замыкаются вручную или электрически при срабатывании. После замыкания основные контакты фиксируются свободным выключателем в положении замкнутого. Обмотка реле перегрузки и термическое исполнительное устройство подключены последовательно с основной цепью, а обмотка реле понижения напряжения и источник питания подключены параллельно. При возникновении короткого замыкания или сильной перегрузки в цепи обмотка реле перегрузки притягивает сердечник, заставляя свободный выключатель действовать, разъединяя основные контакты от основной цепи. При понижении напряжения в цепи обмотка реле понижения напряжения размагничивается. Также свободный выключатель действует.

Реле с расцеплением используется для дистанционного управления: в нормальном режиме обмотка не питается, а при необходимости дистанционного управления нажатием кнопки запуска обмотка питается.Диапазон установки тока срабатывания защиты от перегрузки (Ir или Irth) и защиты от короткого замыкания (Im); номинальный ток размыкания при коротком замыкании (Icu для промышленных выключателей; Icn для бытовых выключателей).

Номинальное рабочее напряжение (Ue): это напряжение, при котором выключатель работает в нормальных (непрерывных) условиях.

Номинальный ток (In): это максимальный ток, который выключатель может бесконечно выдерживать при заданной температуре окружающей среды, указанной производителем, без превышения температурного предела узлов, рассчитанных на ток.

Ток срабатывания реле короткого замыкания (Im): ток срабатывания реле короткого замыкания (мгновенного или с коротким запаздыванием), используемый для быстрого отключения выключателя при возникновении высоких значений тока аварии, является предельным током отключения Im.

Номинальная способность к отключению при коротком замыкании (Icu или Icn): номинальный ток размыкания при коротком замыкании — это максимальный (ожидаемый) ток, который выключатель может отключить без повреждений. В стандарте указывается действующее значение среднего квадратичного значения составляющей переменного тока аварии. При расчете стандартного значения постоянная переходная составляющая (всегда присутствующая при коротком замыкании в худшем случае) принимается равной нулю. Номинальные значения промышленных выключателей (Icu) и бытовых выключателей (Icn) обычно выражаются в виде действующего значения в киловольт-амперах (kA).

Способность к отключению при коротком замыкании (Ics): номинальная способность выключателя к отключению подразделяется на номинальную предельную способность к отключению при коротком замыкании и номинальную способность к отключению при эксплуатации. Согласно национальному стандарту «Низковольтное оборудование и устройства управления: низковольтные выключатели» (GB14048.2—94), номинальная предельная способность к отключению при коротком замыкании и номинальная способность к отключению при эксплуатации определяются следующим образом:

1. Номинальная предельная способность к отключению при коротком замыкании: способность выключателя к отключению при заданных условиях испытаний, не включая способность выключателя продолжать выдерживать номинальный ток.

2. Номинальная способность к отключению при эксплуатации: способность выключателя к отключению при заданных условиях испытаний, включая способность выключателя продолжать выдерживать номинальный ток.

3. Процедура испытания предельной способности к отключению при коротком замыкании:
O — t — CO.
Конкретное испытание проводится следующим образом: ток в цепи регулируется до ожидаемого значения тока короткого замыкания (например, 380 В, 50 кА), при этом кнопка испытаний не включена, а выключатель находится в закрытом положении. После нажатия кнопки испытаний выключатель проходит через ток короткого замыкания 50 кА и мгновенно разрывается (открытие, обозначается как O). Выключатель должен быть исправен и иметь возможность повторного включения (закрытие, обозначается как C). Время t представляет собой промежуточное время, обычно составляет 3 минуты, после чего цепь остается в теплом режиме, и выключатель снова включается (закрытие, обозначается как C) и последующим образом разрывается (открытие, обозначается как O). (Испытание включения проверяет электрическую и тепловую стабильность выключателя при пиковых токах.) Эта процедура называется CO. Если выключатель может полностью отключиться, его предельная способность к отключению при коротком замыкании считается соответствующей требованиям.

4. Процедура испытания номинальной способности к отключению при эксплуатации (Icn) — O — t — CO — t — CO. По сравнению с процедурой Icn добавляется этап CO. После испытания, если выключатель может полностью отключаться и гасить дугу, его номинальная способность к отключению при эксплуатации считается соответствующей требованиям.

Таким образом, видно, что номинальная предельная способность к отключению при коротком замыкании Icn означает, что низковольтный выключатель может нормально работать после отключения максимального трехфазного тока короткого замыкания на выходе выключателя и еще раз отключить этот ток. Что касается возможности дальнейшего нормального включения и отключения, выключатель не гарантирует.

Номинальная способность к отключению при коротком замыкании Ics означает, что выключатель может несколько раз нормально отключать ток короткого замыкания на выходе при возникновении максимального трехфазного тока короткого замыкания.

Стандарт IEC947—2 «Низковольтное оборудование и устройства управления: низковольтные выключатели» предусматривает, что Ics для выключателей класса A (только с защитой от перегрузки с длительным запаздыванием и защитой от короткого замыкания с мгновенным срабатыванием) может быть равен 25 %, 50 %, 75 % и 100 %.Ics для выключателей класса B (выключателей с защитой от перегрузки с длительным запуском, короткого замыкания с коротким запуском и короткого замыкания с мгновенным отключением) может составлять 50%, 75% или 100% от Icu. Таким образом, можно сделать вывод, что номинальная способность к отключению при коротком замыкании представляет собой значение тока отключения, меньшее по сравнению с номинальным предельным током отключения. [1]

Как правило, выключатели с функциями защиты от перегрузки с длительным запуском, короткого замыкания с коротким запуском и короткого замыкания с мгновенным отключением обеспечивают выборочную защиту и используются в качестве основных защитных устройств на большинстве главных линий (включая выходные концы трансформаторов). Выключатели без функции короткого замыкания с коротким запуском (только с защитой от перегрузки с длительным запуском и короткого замыкания с мгновенным отключением) не могут обеспечить выборочную защиту и применяются исключительно на ответвлениях.

Согласно стандарту IEC92 «Электрооборудование судов»: выключатели с защитой трёх ступеней больше ориентированы на их номинальную способность к отключению при коротком замыкании, тогда как выключатели, используемые на ответвлениях, должны обеспечивать достаточную предельную способность к отключению при коротком замыкании.

Независимо от типа выключателя, все они обладают двумя важными техническими параметрами — Icu и Ics. Однако для выключателей, используемых на ответвлениях, достаточно удовлетворительной номинальной предельной способности к отключению при коротком замыкании. Распространённое заблуждение заключается в стремлении к максимальному значению, считая, что чем больше, тем лучше, и что большие значения обеспечивают надёжность. Однако чрезмерно высокие значения приводят к ненужной потере мощности (например, H-тип — высокопрерывной тип стоит в 1,3–1,8 раз дороже S-типа — обычного). Поэтому на ответвлениях нет необходимости строго следовать показателю номинальной способности к отключению при коротком замыкании.

Для выключателей, используемых на главных линиях, необходимо не только соответствовать требованиям номинальной предельной способности к отключению при коротком замыкании, но и номинальной способности к отключению при коротком замыкании. Если оценка качества отключающей способности основывается исключительно на номинальной предельной способности Icu, это создаёт угрозу безопасности для пользователя.

Выключатель — это базовое устройство низковольтной электротехники, которое обладает функциями защиты от перегрузки, короткого замыкания и пониженного напряжения, а также способностью защищать линии и источники питания.

Основными техническими параметрами являются номинальное напряжение и номинальный ток. В зависимости от области применения выключатели различаются по функциональности, выпускаются в различных модификациях и размерах, и имеют множество конкретных технических характеристик.

Свободное расцепление выключателя: если в процессе замыкания выключателя в любой момент времени происходит срабатывание защиты, замыкаясь цепь отключения, выключатель полностью и надёжно разъединится. Это называется свободным расцеплением. Выключатели с функцией свободного расцепления позволяют быстро отключаться при коротком замыкании, предотвращая распространение аварии.

Основные классификации:

По количеству полюсов: одно-, двух-, трёх- и четырёхполюсные;

По способу установки: вставные, фиксируемые и шкафные.

Описание продукта A9/EC65 малогабаритный выключатель: защита от короткого замыкания и перегрузки в осветительных цепях.

A9LE/EPNLE выключатель с защитой от утечки тока: защита от короткого замыкания, перегрузки и утечки тока в заземлённых системах. При нормальной эксплуатации и аварийном отключении выключатель находится в разомкнутом состоянии, и обе фазы и нейтральная линия остаются разомкнутыми, что исключает подачу тока при неисправности нейтральной линии. При операциях включения и отключения приоритет отдается включению нейтральной линии, а отключение происходит позднее. Устройство обладает функцией ограничения тока короткого замыкания, высокой номинальной способностью к отключению при коротком замыкании. Оснащено устройствами защиты от перегрузки, короткого замыкания, утечки тока и пониженного напряжения, имеет полный комплект защитных функций, простое и надёжное подключение.

Выключатель с защитой от утечки тока: автоматический выключатель с задержкой при перегрузке и пониженном напряжении — новое поколение продукции, разработанное по запросам рынка. Данный выключатель имеет продуманную конструкцию и собран из импортных и известных отечественных компонентов. Продукт может быстро и надёжно переключать питание при возникновении ударного воздействия высокого напряжения и пониженного напряжения, обеспечивая защиту бытовых электроприборов. Когда напряжение возвращается к нормальным значениям, после задержки автоматически включается цепь, восстанавливая подачу питания, что эффективно предотвращает распространение аварии.

Все функции работают автоматически, не требуют участия специалиста в управлении, оснащены двусторонними светодиодными индикаторами, безопасны и быстры.EC100 малогабаритный автоматический выключатель: промышленная система распределения электроэнергии, защита от короткого замыкания и перегрузки. Номинальный ток 63 А–125 А, высокая номинальная способность к отключению при коротком замыкании, наличие конструкции ограничения тока при коротком замыкании. Полнофункциональная защита, включает устройства защиты от перегрузки и короткого замыкания, безопасное и надежное подключение по схеме «корпус», простое расширение функций, безопасность и надежность. Может быть оснащен различными дополнительными устройствами: выключателем для защиты от утечки тока, вспомогательными контактами, сигнальным контактом, разъединителем с размагничиванием, выключателем при пониженном напряжении, шиной сбора.

EPD пробковый выключатель: пробковый выключатель с возможностью извлечения работает по тому же принципу и следует тем же критериям выбора, что и фиксированный пробковый выключатель. Защищает от перенапряжений, вызванных косвенными или прямыми воздействиями молний, а также другими мгновенными перенапряжениями.

EIC1 пускатели переменного тока: в основном предназначены для работы на переменном токе частотой 50 Гц или 60 Гц, номинальным напряжением до 660 В и ниже, используются для дистанционного включения и отключения цепей, могут комбинироваться с термореле или электронными защитными устройствами соответствующих параметров в виде электромагнитных или комбинированных электродвигательных стартеров.

ENS пластиковый выключатель: пластиковый выключатель с корпусом — это один из новых типов выключателей, разработанных с использованием передовых международных технологий. Используется в распределительных сетях с номинальным изоляционным напряжением 800 В, предназначен для распределения электроэнергии и защиты линий и источников питания от повреждений, вызванных перегрузкой, коротким замыканием, пониженным напряжением и другими неисправностями, а также может применяться для редкого включения двигателей и защиты от перегрузки, короткого замыкания и пониженного напряжения. Этот выключатель обладает компактными размерами, высокой отключающей способностью, коротким временем сворачивания дуги (или отсутствием дуги), является идеальным продуктом для пользователей. Выключатель может устанавливаться вертикально (стопроходной) или горизонтально (поперечный).

ENSLE пластиковый выключатель с защитой от утечки тока: используется для защиты людей от косвенного контакта, предотвращает возникновение пожароопасного тока при повреждении изоляции оборудования, а также обеспечивает защиту от перегрузки, короткого замыкания и пониженного напряжения в линиях и источниках питания, может применяться для редкого переключения линий и редкого включения двигателей.

EGL-125 разъединитель: разъединитель является наиболее распространённым видом высоковольтных выключателей и выполняет функцию разделения в цепи. Принцип работы и конструкция его самого относительно просты, однако из-за большого объёма использования требуется высокая надёжность работы, что оказывает значительное влияние на проектирование, строительство и безопасную эксплуатацию подстанций и электростанций. Основная особенность разъединителя — отсутствие способности гашить дугу, он может только разъединять и замыкать цепь при отсутствии тока нагрузки.

EGL-125-4000A предназначен для переключения двух низковольтных цепей или двух нагрузочных устройств, а также для безопасного разделения.

EATS3 двойной переключатель питания: обеспечивает надёжность электропитания за счёт двух источников питания, происходит надёжный переключатель между двумя источниками питания. Данный продукт имеет две функции переключения: автоматическое включение и автоматическое отключение, а также ручное включение и автоматическое отключение. Это ручной переключатель. Обладает новым дизайном, высокой безопасностью и надёжностью, высоким уровнем автоматизации, широким диапазоном применения.

EW45 универсальный интеллектуальный выключатель: в основном используется для распределения электроэнергии и защиты линий и источников питания от повреждений, вызванных перегрузкой, коротким замыканием, пониженным напряжением, однофазным заземлением и другими неисправностями. Выключатель обладает множеством интеллектуальных защитных функций, может выполнять выборочную защиту, точные действия, исключают ненужные отключения, повышают надёжность и безопасность электропитания.

[1]

Компоненты
Продолжение
Внутренние комплектующиеВспомогательные контакты: Контакты, механически соединённые с механизмом размыкания и замыкания основной цепи выключателя, предназначены в основном для отображения состояния размыкания и замыкания выключателя. Подключаются к управляющей цепи выключателя и используются для управления или блокировки соответствующих электрических устройств в зависимости от размыкания и замыкания выключателя. Например, передают сигналы на сигнальные лампы, реле и т.д.

Для пластиковых корпусных выключателей:
– Номинальный ток корпуса 100 А — однополюсные контакты;
– Номинальный ток корпуса 225 А и выше — мостовые контакты, допустимый нагревательный ток составляет 3 А;
– Номинальный ток корпуса 400 А и выше — возможны два постоянно разомкнутых и два постоянно замкнутых контакта, допустимый нагревательный ток составляет 6 А.
Количество операций соответствует общему количеству операций выключателя.

Сигнальные контакты: Используются для сигнализации о неисправностях выключателя. Эти контакты активируются только после срабатывания выключателя. Основное назначение — автоматическое срабатывание при перегрузке, коротком замыкании или пониженном напряжении нагрузки выключателя. Сигнальные контакты переходят из исходного положения «разомкнуто» в положение «замкнуто», замыкаясь в вспомогательной цепи индикаторов, динамиков, звуковых сигналов и т.д., что позволяет отобразить или предупредить о неисправности выключателя

PLC, или программируемый логический контроллер, представляет собой миниатюрный компьютер с микроконтроллерной встроенной системой. Эта система развивалась на основе релейного управления и в основном используется в области промышленной автоматизации. Язык программирования для PLC в основном является трапециевидной диаграммой (табличкой), которая проста и наглядна, однако методы программирования могут различаться в зависимости от производителя. Например, языки программирования для PLC компаний Siemens, Mitsubishi и Schneider имеют свои особенности.

Плата, также известная как печатная платная плата (PCB), — это электронная плата с определёнными функциями, на которой расположены электронные компоненты и соединительные провода. В процессе изготовления платы предусмотрены разъёмы, позволяющие вставлять её в специальные слоты основной платы компьютера, обеспечивая таким образом управление аппаратным обеспечением. Платы могут управлять различными устройствами, такими как мониторы, карты сбора данных и т. д. После установки соответствующих драйверов функциональность этих устройств полностью раскрывается.

Оба типа оборудования имеют явные различия по функциям и применению. PLC в основном используется в промышленной автоматизации, например, для управления производственными линиями, роботами и т. д., обладая мощными возможностями логического управления. Плата же чаще служит расширительным компонентом компьютерной системы, усиливая её функции, например, выводом информации, сбором данных и т. д. Каждое из них выполняет свою роль, но оба являются важнейшими элементами современной промышленности и информационных технологий.

Хотя PLC и платы существенно отличаются по функциям и применению, оба требуют аппаратной поддержки. Например, PLC осуществляет обмен данными с оборудованием на месте через входные и выходные модули, тогда как плата использует интерфейсы, предоставляемые основной платой компьютера, для связи с другими компонентами системы. Кроме того, конструкция PLC и платы соответствует разным стандартам и нормам, что обеспечивает их совместимость с другими устройствами и системами.

В целом, PLC и платы играют уникальную роль в промышленной автоматизации и компьютерных технологиях. PLC хорошо справляется с логическим управлением и обработкой данных, а плата больше ориентирована на предоставление конкретных аппаратных функций и расширение возможностей. Их совместное использование обеспечивает мощную поддержку развитию современной промышленной автоматизации и компьютерных технологий.

Полупроводник — это материал, электропроводность которого при комнатной температуре находится между проводниками и изоляторами. Электропроводность полупроводников может изменяться путем легирования, концентрация и полярность примесей, вводимых в основной полупроводник, существенно влияют на его электропроводные свойства. В полупроводниках с доминирующими примесями (донорными) основными носителями тока являются электроны из зон проводимости, а в полупроводниках с примесями-акцепторами (акцепторными) ток передаётся через дырки.

Открытие полупроводниковых материалов восходит к XIX веку. В 1833 году британский учёный Майкл Фарадей впервые обнаружил характерное для серебряного сульфидного полупроводника явление электропроводности, которое отличалось от обычных металлов: при повышении температуры сопротивление уменьшалось. В 1911 году термин «полупроводник» впервые был использован Конибелгом и Виссом. В начале XX века, несмотря на ограниченное понимание полупроводников, активно продолжались исследования их применения. В 1950-х годах, чтобы улучшить характеристики транзисторов и повысить их стабильность, быстро развивались технологии производства полупроводников. С 1980-х годов исследование материалов квантовых линий и полупроводниковых квантовых приборов стало горячей темой в области материаловедения, что вызвало волну интереса к нанотехнологиям на международном уровне. После 1990-х годов, с быстрым развитием связи, начали появляться полупроводниковые материалы второго поколения. В начале XXI века стали проявляться полупроводниковые материалы третьего поколения, такие как SiC, GaN, алмаз и другие.

К распространённым полупроводниковым материалам относятся кремний, германий, галлий arsenide и другие. По химическому составу полупроводники делятся на два основных типа: элементные и соединения. В зависимости от примесей, которые вводятся в материал, они могут быть N-типом или P-типом.

Свойства полупроводников включают оптические и транспортные свойства [21]. Полупроводники находят применение в интегральных схемах, потребительской электронике, системах связи, фотоэлектрических генераторах, освещении, преобразователях высокой мощности и других областях. Например, диод — это базовый прибор, изготовленный из полупроводника.[3] В 1879 году американский физик Холл открыл эффект Холла. Эффект Холла — это физическое явление, при котором на тонких пленках возникает поперечное электрическое напряжение, когда магнитное поле воздействует на носители заряда в проводнике или полупроводнике. [18]

Ранний период развития
В начале XX века физическая революция (теория относительности и квантовая механика) позволила понять свойства микромира (атомов и молекул), а затем эти новые теории успешно были применены в новых областях (включая полупроводники). Теория зоны запрещённых энергий заслужила прочную теоретическую основу для технологии полупроводников, а прогресс в технологиях выращивания материалов заложил материальную основу для полупроводниковой техники (полупроводниковые материалы требуют чистых матричных материалов и очень точного уровня легирования). [11] В 1906 году Дэн Уди изобрёл детектор из карбида кремния, что положило начало применению полупроводников в радиотехнике. Затем было обнаружено, что такие материалы, как кремний, сфалерит, медно-цинковый минерал, бисфалерит, могут использоваться в качестве детекторов. [20] Название «полупроводник» впервые было использовано Кони Байгом и Виссом в 1911 году. [3]

В начале XX века учёные провели обширные исследования полупроводниковых материалов. В то время образцы, используемые в исследованиях, в основном представляли собой сульфиды и оксиды, и были созданы выпрямители из оксида меди (Cu₂O), фотоэлементы из селена (Se) и другие устройства. Развитие теории квантовых систем в твёрдых телах позволило людям в этот период использовать полупроводниковые материалы, полученные непосредственно из природы или из промышленных стандартных продуктов, без специального очистки и кристаллизации. [20] В 1931 году Ленц и Бергман разработали солнечный фотоэлемент из селена. В 1932 году в Германии были успешно созданы полупроводниковые инфракрасные детекторы из сульфида свинца, селенида свинца и теллурида свинца, которые во время Второй мировой войны использовались для обнаружения самолётов и кораблей. Во время войны союзники также добились значительных успехов в исследованиях полупроводников: например, в Великобритании с помощью инфракрасных детекторов неоднократно обнаруживали немецкие самолёты. [19]

Дальнейшее развитие
В 1948 году Дж. Бардин, У.Х. Блатен и У.Б. Шао-Лей создали транзистор, что вызвало революцию в современной электронике и способствовало стремительному развитию исследований в области физики, материаловедения и устройств на основе полупроводников. В последующие десятилетия микроэлектроника полупроводников и фотонная электроника полупроводников стали важной технологической базой современного общества, вызвав информационную революцию по всему миру и оказав глубокое влияние на развитие человеческой цивилизации. [21]

В 1954 году была предложена теория эффективной массы полупроводников, что стало значительным достижением в теории полупроводников. Она количественно описывает тонкую структуру зон энергий вблизи границы между зонами проводимости и запрещёнными, даёт теоретические методы исследования уровней примесей (доноров и акцепторов), экситонных уровней, магнитных уровней и других в полупроводниках, способствуя развитию экспериментальных исследований, таких как кольцевая резонансная спектроскопия, магнитно-оптическая абсорбция, поглощение свободных носителей заряда, спектроскопия экситонов. [21] В 1958 году появились интегральные схемы. В 1959 году была предложена концепция псевдопотенциала, что значительно упростило расчёты зон энергий твёрдого тела. Используя свойство ортогональности между состояниями валентных электронов и ядерных состояниях атома, можно заменить реальный потенциал атома на псевдопотенциал, получив уравнение, удовлетворяемое состояниями валентных электронов в твёрдом теле. С помощью метода псевдопотенциала удалось получить достаточно точную структуру зон энергий практически всех полупроводников. В 1962 году был изобретён лазер на основе полупроводников. [21] В 1968 году были созданы MOS-устройства на основе полупроводников (металл-оксид-полупроводник) и осуществлена крупномасштабная промышленная производство интегральных схем. [21]1970 году появилась технология анализа поверхностной энергии с помощью сверхвысокого вакуума, что положило начало исследованиям физики поверхностей и границ раздела полупроводников, включая такие вопросы, как 7×7-поверхностная реконструкция на поверхности кремния, причины формирования Шоттки-барьеров на границах раздела между металлами и III-V-композитами, свойства границ раздела CoSi/кремний и металла/кремния, а также захват энергий Ферми. В начале 1970-х годов Рёко Кадзаки и Р. Чжу впервые предложили новую концепцию сверхрешётки полупроводников, основываясь на идеи о контроле распределения потенциала электронов и волновых функций в полупроводниках. Одновременно Чжо Ихэ из Белл-лабораторий США разработал технологию молекулярно-лучевой эпитаксии. Удачное сочетание новых идей и технологий привело к созданию первой сверхрешётки типа AlyGa1-xAs/GaAs с согласующимися решётками, что ознаменовало начало нового этапа искусственного проектирования в области полупроводниковых материалов. В 1978 году Р. Динджерл и его коллеги исследовали двумерный электронный газ в гетероструктурах, транспортирующийся параллельно границе раздела, и обнаружили явление усиления электронной подвижности. В последующие годы благодаря усовершенствованию технологий подвижность двумерного электронного газа увеличилась почти на три порядка, что привело к появлению транзисторов с высокой подвижностью электронов (HEMT) и создало условия для открытия эффекта квантового Холла.

В 1980 году немецкий учёный К. фон Кригинг обнаружил целочисленный эффект Холла, а в 1982 году Цуй Ци и другие исследователи в гетероструктуре AlGa1-y/GaAs с очень высокой подвижностью электронов обнаружили дробочный эффект Холла — важное открытие в физике полупроводников, каждое из которых получило Нобелевскую премию по физике. Благодаря ограничительному эффекту сверхрешёток и квантовых ям, в 1984 году Д.А.Б. Миллер и его коллеги наблюдали красное смещение энергии пиков поглощения экситонов в квантовых ямах при изменении интенсивности электрического поля, а также оптические нелинейные эффекты, вызванные изменениями коэффициента поглощения или показателя преломления, что послужило важной основой для разработки следующего поколения оптических бистабильных устройств.

В 1990 году британский учёный Л.Т. Канхэм впервые наблюдал видимый световой фотолюминесценс пористого кремния при комнатной температуре, открыв новый перспективный направление в технологии фотоэлектронной интеграции на основе кремния. Наночастицы, наносовок и наноплёночные материалы открыли новую область исследований материалов. Эти новые функциональные материалы, содержащие большое количество атомов на поверхности или в границах раздела, обладают уникальными физическими, химическими и механическими свойствами и считаются наиболее перспективными материалами XXI века.

В октябре 2019 года международная научная группа заявила, что по сравнению с традиционными методами измерения Холла, где получается всего три параметра, новая технология позволяет получить до семи параметров при каждом испытании интенсивности света, включая подвижность электронов и дырок, плотность зарядового носителя, время рекомбинации, а также длины диффузии электронов, дырок и биполярных типов. [4]

В 2022 году исследователи обнаружили, что кубический борид арсенида является одним из лучших полупроводников, известных в науке, и получил название «чемпион полупроводников». [12]

5 ноября 2024 года миниатюрные полупроводники достигли уровня «нано», размером всего в 10万分之一 диаметра волоска волоса. В том же месяце в списке «50 самых инновационных компаний Китая» по версии Forbes опубликовали список, в который вошли компании полупроводников: Shanghai Super Silicon, Hygoness, Hanbo Semiconductor, HiSilicon Huawei, Changxin Storage и Zhongwei. [15]

Связанные термины
ПродолжитьДва электрона в ковалентной связи называются связанными электронами. Обычно, при отсутствии внешнего возбуждения, в кристаллах кремния и германия не существует свободных электронов; свободные электроны могут образоваться только при внешнем возбуждении, когда небольшое количество электронов приобретает достаточную кинетическую энергию, чтобы освободиться от ковалентной связи и стать свободными электронами.

Пузырьки
После того как электрон освобождается от ковалентной связи и становится свободным электроном, в ковалентной связи остается пустота, называемая пузырьком. В обычных условиях атомы являются электрически нейтральными. Когда электрон освобождается от ковалентной связи и становится свободным электроном, электрическая нейтральность атома нарушается, и он приобретает положительный заряд. Под действием внешнего электрического поля атом с пузырьком может притягивать валентные электроны соседних атомов, заполняя этот пустоту. Одновременно в ковалентной связи соседнего атома, утратившего один валентный электрон, появляется другой пузырек, который также может быть восполнён валентными электронами соседних атомов, и в этом атоме снова образуется пустота. Таким образом, пузырек продолжает двигаться, подобно движению положительного заряда. Направление движения пузырка противоположно направлению движения валентного электрона, поэтому движение пузырка эквивалентно движению положительного заряда.

Переносчики заряда
Таким образом, при приложении внешнего напряжения к полупроводнику в нем возникают два типа тока: первый — электронный ток, создаваемый направленным движением свободных электронов; второй — ток пузырков, создаваемый восполнением пустот (пузырек) свободными электронами. В полупроводнике одновременно существуют электронная проводимость и проводимость пузырков, что является главной особенностью способа проводимости полупроводников и принципиальным отличием между полупроводниками и металлами.

Структура энергетических зон
Для твёрдых тел с периодическим расположением атомов, то есть для кристаллических тел, согласно теории энергетических зон, структура энергетических зон состоит из ряда зон, разделённых запрещённой зоной. В пределах запрещённой зоны нет уровней энергии, занятых электронами. При абсолютном нулевой температуре электроны в твёрдом теле занимают энергетические уровни в порядке возрастания энергии: основные электроны заполняют все низшие энергетические уровни, и основные электроны, находящиеся в заполненных зонах, тесно связаны с ядрами атомов. Поэтому в обычных экспериментальных условиях можно не учитывать вклад основных электронов в физические свойства кристалла. Зона выше основной зоны, где находятся валентные электроны, называется валентной зоной, а над валентной зоной располагаются ряды зон, не занятых электронами, — это зоны пустот. В зависимости от степени заполнения валентной зоны, твёрдое тело может быть металлом или диэлектриком. В структуре энергетических зон металла валентная зона является незаполненной, а уровень Ферми находится внутри этой незаполненной зоны. В структуре энергетических зон диэлектрика валентная зона полностью заполнена, а зона выше валентной зоны представляет собой зону пустот, и уровень Ферми находится в прямой передаче к вершине валентной зоны. [27]

PN-сквозное соединение
В полупроводнике из-за различий в легировании плотность электронов и пустот в двух типах полупроводников различна: в P-типе больше пустот, а меньше электронов, в N-типе больше электронов, а меньше пустот. Если соединить P-тип полупроводника с N-типом, происходит диффузия электронов из области N-типа в область P-типа и диффузия пустот из области P-типа в область N-типа, в результате чего в области границы возникает накопление положительных и отрицательных зарядов: в одной стороне области P-типа — отрицательный заряд, в другой стороне области N-типа — положительный заряд. Эти заряды формируют область пространственного заряда (электроно-протонный слой или слой истощения), структура которого называется PN-сквозным соединением. Толщина такого соединения обычно составляет порядка микрометра.

1. SVG-шкаф осуществляет динамическую компенсацию реактивной мощности за счёт управления включением и выключением внутренних электронных компонентов. Подробное объяснение принципа: основу SVG-шкафа составляют электронные устройства, такие как IGBT и т.д. Точным контролем времени включения и выключения этих устройств можно быстро и гибко регулировать величину и фазу выходного тока, тем самым обеспечивая или поглощая реактивную мощность в соответствии с потребностями системы, что позволяет достичь цели динамической компенсации.

2. SVG-шкаф на основе постоянного мониторинга параметров напряжения, тока и других показателей системы рассчитывает необходимую величину компенсируемой реактивной мощности.

Подробное объяснение принципа: в шкафу установлены датчики напряжения и тока, которые в реальном времени собирают сигналы напряжения и тока в системе. С помощью встроенных алгоритмов анализируются и обрабатываются эти сигналы, точно определяется текущий объём реактивной мощности, необходимой для компенсации, что служит основой для последующих операций компенсации.

3. SVG-шкаф использует технологию импульсной широтной модуляции (PWM), формируя компенсирующий ток, соответствующий требованиям системы.

Подробное объяснение принципа: технология PWM изменяет время включения электронных устройств путём регулирования ширины импульсов, создавая компенсирующий ток определённой амплитуды, частоты и фазы. Этот компенсирующий ток способен взаимно компенсировать реактивный ток в системе, эффективно улучшая коэффициент мощности.

4. Управляющая система SVG-шкафа на основе результатов расчёта корректирует выходное напряжение и фазу внутреннего инвертора.

Подробное объяснение принципа: после расчёта необходимой величины компенсируемой реактивной мощности система точно управляет внутренним инвертором. Изменяя выходное напряжение и фазу инвертора, она обеспечивает взаимодействие между выходным компенсирующим током и реактивным током в системе, достигая эффекта реактивной компенсации.

Распределённая система управления
Распределённая система управления (Distributed Control System, сокращённо DCS) — это автоматизированная система управления, основанная на микропроцессорах и разработанная с распределёнными функциями управления и централизованным отображением операций, также известная как распределённая система управления. Её основная структура включает уровни управления процессом и мониторинга процесса. Аппаратное обеспечение состоит из полевых управляющих станций, операторских станций и инженерных станций, а по иерархической структуре обеспечивается распределение рисков и централизованное управление.

Развитие распределённых систем управления прошло три ключевых этапа. До середины 1970-х годов была закладана основа для дальнейшего совершенствования и технологий распределённых компьютерных систем управления. С середины 1970-х до середины 1980-х годов появились первое и второе поколения DCS: первое поколение представлено такими моделями, как TDC-2000 и CENTUM, которые обеспечивали распределённые управляющие блоки и базовые функции мониторинга, но имели ограничения в области совместимости связи. Второе поколение было модернизировано посредством локальных сетей, продукция стандартизировалась и модулифицировалась, что значительно повысило надёжность и гибкость системы. С середины 1980-х годов, а также с 1990-х годов появилось третье поколение, а также новые тенденции развития. Третье поколение достигло прорыва в открытой связи и интеллектуальных функциях, четвёртое поколение строится вокруг концепции «информации и интеграции» и формирует четырёхуровневую систему. Последние тенденции объединяют искусственный интеллект и цифровые двойники, например, система iNICS реализует предупреждение о неисправностях и интеллектуальное обслуживание, способствуя развитию открытого экосистемы приложений.

Данная система широко применяется в таких областях, как электроэнергетика, металлургия, нефтехимия и других, с коэффициентом проникновения более 95%. К 2024 году объём рынка достиг 14,8 млрд юаней, уровень местного производства превысил 45%, а доля китайских компаний на рынке нефтехимии составила 40,4%. Ярким примером является платформа «Линлун-1» для ядерных реакторов, использующая платформу «Лунлинь» (уровень безопасности) и платформу «Лунфэн» (неуровень безопасности), которые отвечают за безопасный контроль и управление эксплуатацией реактора соответственно. 10 апреля 2024 года был установлен первый шкаф DCS, начались работы по установке и наладке. Меры технического обслуживания включают регулярную проверку, тестирование сопротивления заземления и испытания резервирования питания, что позволяет достичь уровня доступности системы близкого к 100%, среднее время безаварийной работы превышает 100 тыс. часов.
Введение в систему
Продвижение
Редактирование
Название системы

Термин «распределенная система управления» (distributed control system, DCS) является переводом названия продукта иностранных компаний. Поскольку производителей продукции многочисленны, а проектирование систем различается, функции и особенности каждого устройства уникальны, поэтому названия продуктов также имеют свои особенности. В Китае при переводе используются различные термины: распределенная система управления (distributed control system, DCS), общая распределенная система управления (total distributed control system, TDCS), распределенная компьютерная система управления (distributed computer control system, DCCS). [6] Различные названия отражают лишь разницу в намерении и переводе, но суть системы остается практически одинаковой, внутреннее значение едино. В китайской электроэнергетической отрасли наиболее распространено название «распределенная система управления». [6]

Описание системы

DCS обычно имеет иерархическую структуру, где каждый уровень состоит из нескольких подсистем, каждая из которых выполняет определенные конкретные задачи, формируя пирамидальную структуру. Надежность является жизненной силой развития DCS. Для обеспечения высокой надежности применяются три основных подхода: широкое использование высоконадежного аппаратного обеспечения и технологий производства; активное применение технологий избыточности; широкое внедрение в программном обеспечении технологий отказоустойчивости, самодиагностики неисправностей и автоматического обработки ошибок. Сегодня большинство распределенных систем управления имеют среднее время между отказами (MTBF), достигающее десятков тысяч или даже сотен тысяч часов.

Распределенная система управления представляет собой систему, в которой физические и логические ресурсы (множество компьютеров или процессоров, множественные источники данных, множественные источники команд и программ) распределены по разным местам, соединены между собой с помощью сети связи или коммуникационной сети. Система обладает высокой степенью автономности локальных ресурсов, способностью к взаимному координации ресурсов и комплексному управлению ими, что позволяет осуществлять динамическое управление и распределение распределенных ресурсов, параллельный запуск распределенных программ, а также функциональное распределение в компьютерных сетях управления. Значение термина «распределенная система управления» заключается в слове «распределенный», которое охватывает несколько аспектов. [6]

Конфигурация распределена

Географическое расположение управляющих устройств разбросано, соответствующие управляющие устройства системы также размещаются распределенно. Множество распределенных управляющих модулей на основе микропроцессоров выполняют различные управляющие задачи. [6]

Функциональное распределение

Функции распределенной системы управления не сосредоточены в центральной управляющей станции. Они распределены по всему числу распределенных управляющих модулей. Кроме того, такие функции, как сбор данных, управление процессами, отображение работы, мониторинг операций, автоподстройка параметров, также распределены и относительно независимы. [6]

Отображение распределено

Функции отображения в распределенной системе управления могут быть реализованы не только в центральной операторской станции, но и на локальных операторских станциях. Центральная операторская станция способна отображать всю информацию о любом точке распределенного процесса всей системы, а также может отображать информацию на различных терминалах. Локальные операторские станции не только могут постоянно отображать информацию с местных управляющих модулей, но и в третьей и четвертой генерации распределенных систем управления можно вызывать информацию с любой локальной операторской станции или центральной операторской станции для отображения информации на локальных станциях. [6]

База данных распределена

Современные распределенные системы управления часто используют распределенные базы данных. На местных управляющих модулях и управляющих станциях имеются собственные базы данных, которые доступны для всей системы. [6]

Связь распределена

В распределенных системах управления используется технология локальной сети связи. Все процессы в сети обладают равными правами на коммуникацию и управление, что позволяет осуществлять распределенную связь. [6]

Питание распределено

Распределенные системы управления обеспечивают независимые системы электропитания для различных управляющих модулей, что повышает надежность системы. [6]

Нагрузка распределенаВ системах распределённого управления задачи разумно распределяются между различными управляющими модулями, каждый из которых отвечает за управление несколькими локальными контурами или подсистемами. Рабочая нагрузка всей системы распределена, и нагрузка на каждый управляющий модуль практически равномерна. [6]

Распределение опасности
Реализация «распределения» означает, что опасность всей системы распределяется. [6]

Потенциал и причины возникновения
Продвижение

Редактировать

Требования-движущие силы
Современные крупные промышленные производственные процессы требуют сложного управления, что служит основной движущей силой их развития; [6]

Техническая база
На основе обобщения преимуществ традиционных аналоговых приборов управления и ранних компьютерных систем, с применением современных научно-технических достижений была создана новая система; [6]

Ключевые технологические прорывы
В начале 1970-х годов произошёл значительный прорыв в микроэлектронике: развитие больших интегральных схем, появление микрокомпьютеров и микропроцессоров обеспечили малогабаритные, высокопроизводительные, надёжные и недорогие полупроводниковые чипы и компьютерные системы, заложив прочную материальную основу; [6]

Сопутствующие технологические решения
Дальнейшее развитие технологий отображения на мониторах CRT и цифровых коммуникаций предоставило более полные условия для исследований; [6]

Теоретическое и проектирование руководство
Под руководством теории управления, теории информации, системного менеджмента и других дисциплин, с целью комплексной автоматизации, проводятся исследования и разработки, следуя принципам декомпозиции, автономности и координации. Появление систем распределённого управления является результатом технологии «4C», продуктом многодисциплинарного взаимодействия и комплексного развития, а также важным достижением Третьей промышленной революции (развитие компьютеров). [6]

Ход развития
Продвижение

Редактировать

С момента появления систем распределённого управления в середине 1970-х годов они прошли многоэтапное развитие, характерные особенности каждого этапа следующие:

Середина 1970-х годов (первое поколение)
Представительными продуктами являются TDC-2000 компании Honeywell (США), Spectrum системы компании Foxboro, Network-90 системы компании Bailey, Teleperm-M системы компании Siemens (Германия), 900/TX системы компании Hitachi (Япония), CENTUM системы компании Yokogawa и другие. Системы состояли в основном из пяти частей: устройства сбора данных, местные управляющие станции, операционные станции на мониторах CRT, высокоскоростные каналы передачи данных и контрольный компьютер. Продукты этого этапа сохраняли достоинства централизованных компьютерных систем управления, управляющие модули эффективно распределялись, операционные станции на мониторах CRT обладали богатым набором графических изображений, функциями полного оповещения, диагностики и управления всей системой, однако контрольный компьютер выполнял значительную часть административной работы и обработки информации, использовал 8-битные или 16-битные микропроцессоры, связи ограничивались примитивными локальными сетями промышленного управления, специальные протоколы связи ограничивали совместимость систем, некоторые системы не имели функции последовательного управления, технические возможности были ограниченными.