Ciągłość dostaw energii w przemyśle to warunek nieprzerwanej pracy maszyn. A w dobie Przemysłu 4.0 i rozpowszechnionej automatyzacji problemy z dostawą energii elektrycznej mogą sporo kosztować. Bywa, że w przypadku zaniku zasilania poczynione na etapie inwestycji oszczędności powodują przestój firmy i konkretne straty związane z przestojem linii. Istnieje kilka sposobów ustrzeżenia się przestoju, a najbardziej oczywistym wydaje się być zastosowanie zasilaczy awaryjnych zwanych potocznie UPS-ami (ang.: Uninterrupted Power Supply – nieprzerwane źródło zasilania). Dla dużych mocy oraz długich czasów podtrzymania można zastosować agregaty. Zabezpieczenie rezerwy mocy w postaci UPS-a czy agregatu prądotwórczego wiąże się z dodatkowymi kosztami, a i ono nie zawsze wystarcza.

Kłopotliwe przestoje

Szymon Dembski, Specjalista ds. Marketingu, EVER, nie ma wątpliwości, że świadomość menedżerów w polskich firmach produkcyjnych w temacie zasilania gwarantowanego dla maszyn na liniach produkcyjnych stopniowo rośnie, choć wciąż bywa różna. W większych, bardziej zaawansowanych technologicznie przedsiębiorstwach, których szefowie mają świadomość ryzyka wynikającego z przerw w dostawie energii, podejmowane są już konkretne działania – inwestują w UPS-y i systemy zasilania awaryjnego. Menadżerowie w tych firmach rozumieją, że nawet krótkie przestoje mogą prowadzić do strat produkcyjnych, uszkodzeń maszyn, a także przestojów, które generują znaczne koszty. – W mniejszych zakładach lub tych, które nie mają regularnie modernizowanej infrastruktury, świadomość ta bywa niższa. Często inwestycje w zasilanie gwarantowane są traktowane jako mniej istotne, ponieważ przestoje energii elektrycznej są postrzegane jako zdarzenia rzadkie. W rezultacie wiele firm nie docenia roli, jaką pełni UPS i zasilanie awaryjne w ochronie przed takimi zagrożeniami – dodaje Sz. Dembski.

Błażej Flaszyński, Właściciel firmy Prototypownia, obrazowo wyjaśniał swego czasu na naszych łamach to, jak brak zasilania gwarantowanego generuje straty poprzez niepotrzebne przestoje czy psucie się półproduktów lub wyprodukowanych towarów wymagających przechowywania w chłodniach. – Załóżmy, że jesteś producentem drobiu. W jednym kurniku posiadasz chów liczący 40 tys. sztuk kurczaków. Cały nowoczesny kurnik jest w pełni zależny od prądu – wentylacja (klimatyzacja), podajniki paszy, oświetlenie – niezbędne dla prawidłowego wzrostu kurczaka – mówił B. Flaszyński, dodając, że gdy nagle następuje przerwa w dostawie energii elektrycznej, a firma nie ma systemu zasilania gwarantowanego, po ok. pięciu minutach, przy temperaturze 30°C na zewnątrz straty idą w miliony, bo kurczaki nie mają czym oddychać i zaczynają zdychać. – Najtańszy pełen system zasilania gwarantowanego to koszt kilkukrotnie mniejszy niż powstałe w wyniku jego braku straty z tylko jednego kurnika (a żaden producent drobiu na jednym kurniku nie kończy). Oczywiście to przykład najbardziej ekstremalny, ponieważ w pełni chciałem zobrazować ogrom szkód, ale tak naprawdę w każdego rodzaju produkcji – nawet tej niezwiązanej z psuciem się towaru – przestój z powodu odcięcia od źródła zasilania spowoduje duże straty – tłumaczył B. Flaszyński, zaznaczając, że należy na tę kwestię spojrzeć holistycznie i pomyśleć, że niedostarczenie energii wymusi konieczność ponownego uruchomienia linii produkcyjnej, co jest związane z utratą czasu. Ponadto w maszynach mogą się rozregulować jakieś nietypowe ustawienia, których przywrócenie może być możliwe jedynie przez wezwanie specjalistycznego, zewnętrznego serwisu (kolejnym kosztem staje się wynagrodzenie dla tego podmiotu). Dodatkowo konieczne będzie opłacenie dniówki operatora maszyny, który przecież był gotów do pracy.

Zabezpieczyć linie

Rozwiązań dla właściwego zabezpieczenia linii produkcyjnych i ciągłości dostaw energii jest sporo, najbardziej cenne są te systemowe. Sz. Dembski (EVER) zaleca, aby w przypadku konieczności zasilenia urządzeń lub obiektu na kilka godzin rozważyć układ tandemowy: UPS + agregat. W takim rozwiązaniu agregat zapewnia długi czas pracy, a UPS stanowi bufor na czas uruchomienia agregatu. Dodatkowo zasilacz stanowi układ filtrujący, który ma gwarantować dostarczanie do urządzeń napięcia o idealnych parametrach. – W praktyce często się zdarza, że zestawiane do współpracy UPS-y oraz agregaty funkcjonują nieprawidłowo. W celu rozwiązania tego problemu warto oprzeć się o tandem (UPS + agregat prądotwórczy) dopracowany i przetestowany przez ekspertów. Takimi właśnie rozwiązaniami są m.in. UPS-y EVER serii POWERLINE GREEN 33 polecane przez firmę EVER agregaty – tłumaczy Sz. Dembski, zaznaczając jednocześnie, jak istotne staje się właściwe dobranie rozwiązań od strony poboru mocy. Maszyny stosowane w przemyśle mają często duże (chwilowe) pobory mocy podczas uruchomiania. W takiej sytuacji zasilacze UPS muszą być dobrane z odpowiednim zapasem, aby nie dochodziło do ich przeciążeń. – Przy doborze rozwiązania należy zatem przeliczyć potencjalne straty wynikające z nieplanowanych przestojów i porównać je z kosztem inwestycji poniesionym przy zakupie zasilacza UPS. Warto również zwrócić uwagę na dodatkowe funkcjonalności, oprócz zapewnienia ciągłości procesu produkcji, które może nam zapewnić zasilacz UPS – podsumowuje przedstawiciel firmy EVER.

Źródło: EVER

Inwestycja w stabilność

Sz. Dembski (EVER) nie ma wątpliwości, że na zapewnienie zasilania gwarantowanego należy patrzeć jako na inwestycję w stabilność operacyjną i konkurencyjność. Nowoczesne firmy powinny dążyć do integracji zasilaczy UPS, agregatów prądotwórczych oraz systemów monitorowania zasilania, aby minimalizować ryzyko przestojów. Również odpowiednie zarządzanie tymi systemami, regularne testy oraz monitorowanie jakości zasilania są niezbędne, aby w pełni zabezpieczyć cyfrową i zautomatyzowaną produkcję. Zapewnienie ciągłości zasilania w erze automatyzacji staje się więc fundamentem nie tylko dla bezpiecznej pracy maszyn, ale także dla efektywności produkcji i długofalowej konkurencyjności na rynku. Sz. Dembski podkreśla też, że jeśli chodzi o rozwiązania stricte przemysłowe w grę wchodzą głównie zasilacze wykonane w topologii on-line. Zasilacze tego typu stosowane są do zasilania najbardziej wymagających pod względem jakości energii odbiorników. – Przykładowym rozwiązaniem tego typu są UPS-y serii EVER POWERLINE GREEN 33 PRO. Te trójfazowe zasilacze w wielu sytuacjach są ważnymi elementami systemu zasilania, pozwalającymi uzyskać prawidłowe funkcjonowanie zabezpieczanych odbiorników. Zapewniają one ciągłości oraz prawidłowe parametry zasilania elektrycznego (dostarczenie energii o właściwej jakości). Oprócz podstawowego zadania jakim jest podtrzymanie zasilania podczas zaników napięcia sieciowego oraz bieżącej poprawy jakości zasilania i filtracji zakłóceń, zasilacze UPS marki EVER z serii POWERLINE GREEN 33 PRO oferują dodatkowe funkcjonalności, dzięki którym można uzyskać realne oszczędności finansowe. Należą do nich kompensacja mocy biernej, praca hybrydowa, a także wysoka sprawność w szerokim zakresie obciążeń – rekomenduje Sz. Dembski.

Benning ma w ofercie m.in. modułowe systemy UPS – ENERTRONIC modular SE. Producent podkreśla, że łączą niezawodność oraz niską awaryjność (bardzo krótki MTTR), tworząc system UPS o wysokim poziomie dostępności energii. Zastosowano modułową architekturę „hot swap”, która pozwala wymienić cały moduł UPS, w czasie poniżej 10 minut. Dostępność energii sięga 99,9999%. Każdy moduł ENERTRONIC modular SE pracuje w wysokosprawnym trybie podwójnej konwersji. – Zasilając odbiorniki krytyczne, poprzez prostownik oraz falownik systemu ENERTRONIC modular SE, jakość oraz częstotliwość napięcia wymaganego przez zasilane odbiory, jest znacznie poprawiona – podkreślają dostawcy urządzeń, akcentując również kluczowe korzyści ich zastosowania. To: maksymalna niezawodność osiągnięta poprzez: wysoką niezawodność, krótki czas do usunięcia usterki (MTTR), technologię „hot-plug”, modułowość, redundantną konfigurację n+1; brak pojedynczego punktu awarii (redundantne obwody w każdym module, praca w trybie multi-master, rozproszona architektura pracy równoległej); najniższe koszty obsługi (do 96% w trybie podwójnej konwersji, do 99% w trybie „super sprawności”), jak również wysoką odporność na przeciążenia.

Przedstawiciel firmy Eaton w jednej z naszych wcześniejszych publikacji zachęcał natomiast do zainteresowania, dostępnymi na rynku nowoczesnymi rozwiązaniami, z prostownikiem i falownikiem bazującymi na tranzystorach IGBT. Taki UPS zapewnia bezprzerwowe zasilanie z pełną sinusoidą o parametrach 230 V / 50 Hz.  Dla podstawowego zasilania linii produkcyjnej o mocy do 40 kW można np. stosować mniejszy UPS Eaton 93PS z modułami mocy „hot-swap”, kartą komunikacyjną z certyfikatami cyberbezpieczeństwa i bateriami typu VRLA. Do zasilania linii produkcyjnej o większej mocy czy serwerowni zakładowej rozwiązaniem będzie UPS Eaton 93PM G2 z litowo-jonowymi bateriami. Natomiast jeśli w linii zasilającej występują częste i krótkotrwałe zaburzenia zasilania (do 30 s), najlepszym rozwiązaniem będzie UPS Eaton 93PM G2 lub Eaton 9395P Power Xpert z superkondensatorami.

O tym, jak poradzić sobie w przypadku braku zasilania, np. chłodziarek czy szaf termostatycznych, mówią natomiast w POL-EKO. System zasilania awaryjnego (ZA) odpowiada za podtrzymanie zasilania chłodziarek, szaf termostatycznych, inkubatorów z chłodzeniem oraz zamrażarek w przypadku przerw w dostawie energii elektrycznej oraz zabezpiecza przed zakłóceniami w sieci energetycznej. – Do zasilania awaryjnego zamrażarek i chłodziarek niezbędny jest dedykowany układ podtrzymania bateryjnego, ponieważ jednym z elementów układu chłodzenia jest sprężarka. W momencie uruchomienia sprężarki pobierany jest prąd kilka razy większy od znamionowego, co w klasycznych UPS-ach wykorzystywanych do awaryjnego podtrzymania, np. komputerów, powoduje wyzwolenie zabezpieczenia i automatyczne wyłączenie. Zasilanie awaryjne produkcji POL-EKO może być przeciążone do 300% przez 20 s, co pozwala na swobodny rozruch sprężarki. Dodatkowo, sprężarka wymaga „czystego” sygnału sinusoidalnego na zasilaniu. UPS-y zazwyczaj zapewniają napięcie o prostokątnej lub aproksymowanej charakterystyce, która może uszkodzić uzwojenie sprężarki – wyjaśniają.

Adam Brzozowski

Ten i inne artykuły znajdziesz w czasopiśmie Kaizen – dostępnym w naszym sklepie