Обеспечение стабильной работы критически важных инфраструктурных, транспортных и промышленных объектов требует внедрения максимально надёжных систем полноценного гарантированного электроснабжения. Данные системы предназначены для поддержания непрерывного электропитания в условиях временных или продолжительных перебоев в поступлении внешней электроэнергии на предприятиях, где энергоносители необходимы для непрерывных производственных или технологических циклов. К компонентам таких комплексов относятся аккумуляторные батареи (АКБ), и для контроля их работоспособности целесообразно применять систему мониторинга промышленных АКБ. Сбой или некорректная эксплуатация оборудования на объектах инфраструктуры может повлечь за собой значительные финансовые и репутационные потери для организаций.

По данным опроса, который проводил институт Ponemon, средняя стоимость простоя центра обработки данных в 2016 г. составляла $9000 в минуту, а в 2014 г. — $7900.

На производственных предприятиях убытки от аварий и отключения электричества могут доходить до нескольких миллионов, поскольку это может приводить не только к приостановлению работы производства, но и к поломкам дорогостоящего оборудования, потере данных, нарушению логистических цепочек и т. д.

Чтобы избежать убытков, необходимо создать систему гарантированного электроснабжения. Частью таких систем являются в том числе аккумуляторы, обладающие ограниченным ресурсом (рис. 1). Однако при их использовании часто возникает вопрос: как можно быть уверенным, что в нужный момент система гарантированного энергоснабжения, в том числе аккумуляторы, сработает как должна?

Рис. 1. Промышленные аккумуляторы как часть системы гарантированного электроснабжения на промышленном предприятии

Работу аккумуляторов сложно прогнозировать, не получая данных об их состоянии в процессе разряда, заряда, поддержания (в буферном режиме) за время эксплуатации. К тому же на срок службы аккумуляторов и их надежную работу влияют и внешние факторы — условия и режим эксплуатации.

Сегодня эта проблема часто решается проведением регламентных работ, в рамках которых производят тестовые разряды и заряды аккумуляторов в среднем один раз в год, но это не самый эффективный способ.

Проблемы, возникающие при эксплуатации АКБ

Компания провела опрос среди клиентов и выяснила, что основные проблемы, возникающие при эксплуатации аккумуляторных батарей, это:

• необходимость проводить регламентные работы на сотнях аккумуляторов, что является трудоемким процессом;
• затратность регламентных работ по времени и ресурсам;
• отсутствие полной гарантии работоспособности АКБ после регламентного тестирования;
• сложность организации постоянного контроля АКБ на удаленных (труднодоступных) объектах;
• позднее обнаружение неисправных аккумуляторов в группе, что приводит к замене всей группы аккумуляторов;
• сложность прогнозирования времени работы АКБ при отключении внешнего электроснабжения.

Круглосуточный контроль за работой АКБ

Сегодня существуют системы, которые в той или иной мере обеспечивают задачу мониторинга АКБ. Однако они не поддерживают комплексный подход к задаче, поэтому их пользователи часто сталкиваются со следующими проблемами:

• система неуниверсальна;
• есть определенные требования к типам аккумуляторов;
• отсутствуют инструменты аналитики состояния аккумуляторов.

Компания занимается разработкой системы мониторинга АКБ с 2015 г. На данный момент система компании была внедрена более 100 раз — на различных инфраструктурных и промышленных предприятиях. Такой опыт позволил совершенствовать, развивать и дорабатывать систему совместно с пользователями.

Сейчас система мониторинга АКБ  в режиме онлайн предоставляет пользователям основные характеристики каждого аккумулятора и групп аккумуляторов, позволяющие отслеживать состояние и работоспособность АКБ, а именно:

• контролировать температуру и напряжение каждого аккумулятора;
• измерять ток заряда/разряда в группе;
• контролировать температуру на объекте;
• контролировать общее напряжение групп АКБ;
• контролировать среднюю температуру и среднее напряжение по группе АКБ;
• отслеживать отклонение температуры и напряжения каждого аккумулятора от средних значений данных параметров в группе взаимосвязанных аккумуляторов;
• формировать результаты контроля в виде визуальной индикации, текстовых сообщений об отклонениях, архивов измеренных величин и событий.

Устройство системы мониторинга АКБ от «Технотроникс»

Система мониторинга АКБ (рис. 2) состоит из головного контроллера — АКБ12/485, модулей МКА4+ и датчика тока.

Рис. 2. Структурная схема «Системы мониторинга АКБ от «Технотроникс»

Модули МКА4+ подключаются к аккумуляторам двумя способами: через ножевые клеммы (рис. 3) или под болт/гайку М5–М12 (рис. 4).

Рис. 3. Подключение к аккумулятору через ножевые клеммы

Рис. 4. Подключение к аккумулятору под болт/гайку М5–М12

К одному модулю МКА4+ (рис. 5) можно подключить до пяти аккумуляторов либо четыре аккумулятора и один датчик тока для измерения тока в группе аккумуляторов.

Рис. 5. Модуль МКА4+ с полным комплектом принадлежностей для подключения аккумуляторов

К контроллеру АКБ-12/485 подключается до 10 модулей МКА4+. Таким образом, с помощью одного контроллера АКБ-12/485 и 10 модулей МКА4+ можно контролировать 50 аккумуляторов без функции «измерение тока заряда/разряда».

Контроллер АКБ-12/485 передает данные в программное обеспечение (ПО), также разработанное компанией «Технотроникс», — «Технотроникc.WEB-Мониторинг», либо в любое другое ПО по стандартным протоколам: SNMP v1 и v2c, Modbus RTU, Modbus TCP. Это позволяет включать систему мониторинга в уже действующие системы безопасности на предприятиях.

В целом система мониторинга позволяет:

• подключать различные типы аккумуляторов;
• подключать любое количество аккумуляторов;
• формировать группы АКБ;
• контролировать любые типы объектов;
• отслеживать информацию об аккумуляторах 24/7;
• оповещать о выходе значений напряжения, температуры за допустимые пределы, установленные пользователем, по email/telegram;
• вести архив данных за период использования аккумуляторов;
• анализировать имеющуюся информацию для принятия решений по дальнейшему обслуживанию и эксплуатации аккумуляторов на объектах.

Отображение информации в «Технотроникс.WEB-Мониторинг»

На объектах аккумуляторы обычно располагаются на полках стеллажей, специализированных шкафов, поэтому для удобства пользователей в ПО аккумуляторы отображаются в виде виртуальных стеллажей с ячейками (рис. 6).

Рис. 6. Отображение аккумуляторов на виртуальном стеллаже в ПО «Технотроникс.WEB-Мониторинг»

В каждой ячейке отображаются все доступные характеристики конкретного аккумулятора (рис. 7).

Рис. 7. Отображаемые характеристики каждого аккумулятора

Также в ПО реализован функционал «Графики», с помощью которого можно увидеть параметры аккумуляторов (напряжение, температуру, ток) в графическом виде. На рис. 8 отображены напряжения трех аккумуляторов в группе.

Рис. 8. График значений напряжений по группе аккумуляторов

Пример применения

В 2020 г. в «Технотроникс» обратился интернет-провайдер из Ленинградской области — «Астра-Ореол». В серверной комнате этой компании находится большое количество аккумуляторов, которые обеспечивают бесперебойное питание. Необходимо было найти решение, которое позволяло бы отслеживать состояние каждого аккумулятора в группе по показателям температуры и напряжения, а также тока заряда/разряда в группе. Решение должно было включать не только аппаратный комплекс, но и ПО.

Система компании «Технотроникс» подошла для выполнения поставленных задач по своему функционалу. Также заказчику была важна возможность просмотра данных через веб-интерфейс контроллера и сбора данных через SNMP.

Благодаря внедрению системы в «Астра-Ореол» удалось упростить работу с аккумуляторами — проверку, тестирование, отслеживание состояния. В отзыве сотрудники отметили: «Мы используем систему мониторинга чуть больше года. Благодаря системе удалось на 80% сократить время на обслуживание и постоянный контроль за состоянием аккумуляторов. Дополнительно система мониторинга позволяет косвенно оценить остаточную емкость аккумулятора».

Предиктивная аналитика

Знания таких характеристик, как температура, напряжение и ток, хватит для первичного анализа аккумуляторов. Однако останутся нерешенными вопросы:

• Каков уровень заряда аккумулятора?
• Какова его реальная остаточная емкость?
• Сколько сможет проработать объект от аккумуляторов?

Чтобы ответить на эти вопросы, компания «Технотроникс» занялась созданием «Системы мониторинга и предиктивной аналитики АКБ (аккумуляторных батарей)» и получила на этот проект грант «Развитие-НТИ» (конкурс проводится Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере).

Часть «Предиктивная аналитика» стала логичным продолжением развития системы мониторинга АКБ. Разработка этой части сейчас находится на завершающей стадии, производятся опытно-промышленные эксплуатации на объектах заказчиков.

«Система предиктивной аналитики АКБ» с помощью обученной нейросети, накопленной предыстории и постоянно измеряемых характеристик аккумуляторов позволит определять следующие параметры:

• остаточную емкость аккумулятора;
• текущий уровень заряда аккумулятора;
• расчетное время разряда аккумулятора при текущей нагрузке;
• степень деградации аккумулятора.

Эти данные помогут получать достаточно точный прогноз работы объекта от АКБ и прогноз срока службы каждого аккумулятора в режиме онлайн. Благодаря этому предприятие сможет поддерживать систему питания в адекватном состоянии, а также существенно снижать риск простоя в случае перехода на систему резервированного питания. Это может быть крайне важно для инфраструктурных объектов и предприятий, которые обязаны обеспечивать постоянный доступ к своим ресурсам, даже в случае критических ситуаций, а также для производственных предприятий с непрерывным циклом производства.

Авторы: Евгения Тихонова, Александр Старцев – startsev@ttronics.ru, Каролина Ахметшина – ahmetshina@ttronics.ru, Елизавета Дудина – dudina@ttronics.ru
Источник: https://controleng.ru/