| Тип шкафа | Назначение | Основное оборудование | Условия эксплуатации |
|---|---|---|---|
| Шкаф АСУ ТП (системный) | Управление технологическим процессом, сбор данных от датчиков | ПЛК, модули ввода-вывода, коммутаторы, блоки питания | Закрытые помещения, IP54, температура от -20 до +60 градусов |
| Шкаф ПАЗ (противоаварийной защиты) | Автоматическое отключение при аварийных ситуациях | Микропроцессорные защиты, реле безопасности, клапаны отсечки | Помещения с климат-контролем, IP55, резервирование питания |
| Силовой распределительный шкаф | Распределение электропитания, защита линий | Автоматические выключатели, контакторы, УЗО, шины | Электрощитовые, IP31-IP54 |
| Кроссовый шкаф | Подключение полевых приборов, разделение сигналов | Клеммные блоки, барьеры искрозащиты, сигнальные реле | Промежуточные помещения, IP54, взрывозащита при необходимости |
| Климатический шкаф | Установка оборудования в условиях улицы | Кондиционер, обогреватель, термостаты, вентиляторы | Наружная установка, IP65-IP66, от -40 до +50 градусов |
| Степень защиты | Защита от твердых частиц | Защита от воды | Применение в химпроизводстве |
|---|---|---|---|
| IP20 | Защита от частиц более 12,5 мм | Нет защиты | Сухие помещения с регулируемым климатом, серверные |
| IP31 | Защита от частиц более 2,5 мм | Вертикальные капли воды | Закрытые электрощитовые, помещения без прямого воздействия влаги |
| IP54 | Частичная пылезащита | Брызги воды с любого направления | Производственные помещения, помещения с повышенной влажностью |
| IP55 | Частичная пылезащита | Струи воды низкого давления | Помещения с возможной мойкой, уличные навесы, наиболее распространенная степень для наружных шкафов |
| IP65 | Полная пылезащита | Струи воды под давлением | Наружная установка, агрессивные среды, запыленные зоны |
| IP66 | Полная пылезащита | Мощные струи воды | Открытые технологические площадки, системы мойки |
| IP67/IP68 | Полная пылезащита | Кратковременное/длительное погружение | Колодцы, заглубленные установки, особые условия |
| Система | Назначение | Мощность/Параметры | Условия применения |
|---|---|---|---|
| Конвекционный обогреватель | Предотвращение конденсата, поддержание минимальной температуры | 50-150 Вт, DIN-рейка | Температура окружающей среды от -30 градусов, относительная влажность до 90 процентов |
| Обогреватель с вентилятором | Равномерное распределение тепла, быстрый прогрев | 100-400 Вт, принудительная циркуляция | Большие шкафы, слабая естественная конвекция |
| Вентилятор с фильтром | Охлаждение при разнице температур 10 градусов и более | Производительность 30-250 кубометров в час, IP54/IP55 | Помещения с температурой ниже допустимой внутри шкафа |
| Кондиционер | Активное охлаждение при высоких тепловыделениях | 300-3000 Вт холодопроизводительности | Высокая плотность размещения оборудования, наружная установка |
| Термостат/гигростат | Автоматическое управление климатом | Диапазон: -20 до +80 градусов, влажность 20-90 процентов | Все типы шкафов для энергосбережения |
| Теплообменник | Закрытое охлаждение без обмена воздухом | 500-2000 Вт отвода тепла | Взрывоопасные зоны, чистые помещения |
| Периодичность | Вид работ | Объем проверок | Нормативная база |
|---|---|---|---|
| Ежемесячно | Визуальный осмотр | Проверка индикации, отсутствие следов перегрева, коррозии, влаги. Проверка работы вентиляции и обогрева | ГОСТ Р 59638-2021, инструкции производителей |
| Ежеквартально (3 месяца) | Профилактическое обслуживание | Очистка от пыли, проверка затяжки контактов, контроль изоляции, проверка работы ИБП, тестирование сигнализации | Приказ Минэнерго №1013 от 25.10.2017, Приказ Минэнерго №555 от 13.07.2020, локальные регламенты |
| Полугодие (6 месяцев) | Расширенная диагностика | Измерение сопротивления изоляции (не менее 10 МОм), калибровка датчиков, проверка защитных устройств, замена фильтров вентиляции | СТО 56947007-29.120.70.042-2010, рекомендации производителей |
| Ежегодно | Комплексное техобслуживание | Полная диагностика всех систем, проверка электрической прочности изоляции (1 кВ), имитация аварийных ситуаций, обновление ПО контроллеров, замена расходных материалов | ФНП ОРПИД (Приказ Ростехнадзора №536 от 15.12.2020), стандарты предприятия |
| По необходимости | Внеплановое обслуживание | При срабатывании защиты, отклонениях параметров, после аварий, перед пуском после длительного простоя | Локальные инструкции, требования безопасности |
Типология шкафного оборудования АСУ ТП
Шкафы автоматики представляют собой основу распределенных систем управления технологическими процессами химических производств. Конструктивно они выполняются в виде металлических корпусов с односторонним или двусторонним обслуживанием, внутри которых размещается контрольно-измерительное и управляющее оборудование.
В химической промышленности применяются различные типы шкафов в зависимости от функционального назначения. Системные шкафы АСУ ТП содержат программируемые логические контроллеры и модули расширения ввода-вывода, обеспечивающие обработку сигналов от датчиков давления, температуры, расхода и концентрации. Шкафы противоаварийной защиты реализуют функции безопасности с уровнем SIL согласно требованиям ГОСТ Р МЭК 61511-1-2018, автоматически отключая оборудование при выходе параметров за допустимые пределы.
Силовые распределительные шкафы осуществляют коммутацию электропитания исполнительных механизмов через контакторы и автоматические выключатели. Кроссовые шкафы служат промежуточным звеном между полевым уровнем и контроллерами, обеспечивая гальваническую развязку цепей через барьеры искрозащиты в соответствии с ГОСТ 31610.0-2019 для взрывоопасных зон.
Выбор степени защиты IP: технические критерии
Степень защиты IP определяется согласно межгосударственному стандарту ГОСТ 14254-2015, гармонизированному с международным IEC 60529:2013. Обозначение состоит из букв IP и двух цифр, где первая характеризует защиту от проникновения твердых частиц, вторая - от воды. Для химического производства критично правильно подобрать степень защиты с учетом конкретных условий эксплуатации.
В закрытых электрощитовых с регулируемым микроклиматом достаточно степени IP31 или IP54. Для помещений с возможным образованием конденсата и наличием брызг при обслуживании технологического оборудования рекомендуется IP54. Наиболее распространенной степенью защиты для шкафов наружной установки является IP55, обеспечивающая защиту от пыли и струй воды низкого давления.
При размещении шкафов на открытых технологических площадках, подверженных атмосферным осадкам и прямому солнечному излучению, применяется степень IP65 или IP66. Следует учитывать, что стандарт IEC 60529 не распространяется на защиту от химически агрессивных сред - в таких случаях необходимо применять специальные материалы корпуса с антикоррозионным покрытием.
Компоновка внутреннего пространства шкафа
Правильная компоновка оборудования внутри шкафа влияет на надежность работы системы автоматизации. Размещение приборов должно обеспечивать удобство монтажа, обслуживания и ремонта при соблюдении минимально допустимых расстояний для отвода тепла. Согласно СТО 56947007-29.120.70.042-2010, расстояния между аппаратами определяются на основе тепловыделения и требований к изоляционным промежуткам.
В верхней части шкафа размещают оборудование с минимальным тепловыделением - интерфейсные модули, клеммные блоки связи. Силовые элементы, выделяющие значительное количество тепла (преобразователи частоты, мощные блоки питания), устанавливают в нижней части с обеспечением вертикальных каналов конвекции. Программируемые контроллеры размещают в средней зоне шкафа, где температурный режим наиболее стабилен.
Критично важным является организация кабельных трасс внутри шкафа. Силовые цепи прокладываются отдельно от сигнальных на расстоянии не менее 200 мм для исключения электромагнитных наводок. Внешние кабели заводятся через герметичные сальниковые вводы или кабельные каналы, обеспечивающие сохранение заявленной степени защиты IP.
Системы поддержания микроклимата
Надежная работа электронных компонентов шкафов автоматики обеспечивается при соблюдении температурных режимов. Согласно техническим требованиям производителей, оптимальный рабочий диапазон для стандартного оборудования составляет от плюс пяти до плюс сорока градусов Цельсия. Расширенный температурный диапазон специализированного оборудования может составлять от минус сорока до плюс семидесяти градусов. При выходе за эти пределы необходимо применять системы климат-контроля.
Для обогрева применяются конвекционные нагреватели мощностью от 50 до 150 Вт, устанавливаемые на DIN-рейку в нижней части шкафа. Включение обогрева рекомендуется уже при температуре окружающей среды плюс пять градусов для предотвращения конденсата. При слабой естественной конвекции используются нагреватели со встроенным вентилятором. Управление обогревом осуществляется через термостаты с гистерезисом настройки температуры включения и выключения.
Охлаждение реализуется несколькими способами в зависимости от тепловой нагрузки. При разнице температур между окружающей средой и допустимой внутри шкафа более десяти градусов достаточно принудительной вентиляции через фильтры степени защиты IP54 или IP55. Расчет производительности вентилятора выполняется по методике МЭК 60890 с учетом эффективной поверхности теплообмена корпуса. Для шкафов с высоким тепловыделением применяются кондиционеры с реверсивным циклом, способные работать как на охлаждение, так и на обогрев.
Организация технического обслуживания
Регламентное техническое обслуживание шкафов автоматики является обязательным требованием для поддержания работоспособности систем управления. Периодичность и состав работ определяются согласно Приказу Минэнерго номер 1013 от 25 октября 2017 года, дополненному Приказом номер 555 от 13 июля 2020 года по релейной защите и автоматике, требованиям ФНП ОРПИД (Приказ Ростехнадзора номер 536 от 15 декабря 2020 года) и внутренним стандартам предприятия.
Ежемесячный осмотр включает визуальную проверку индикации работы оборудования, отсутствие следов перегрева контактов, коррозии металлоконструкций и влаги внутри шкафа. Контролируется работа систем вентиляции и обогрева, показания встроенных термометров. Результаты фиксируются в журнале технического обслуживания с указанием даты и исполнителя.
Квартальное профилактическое обслуживание предусматривает очистку внутренних поверхностей от пыли, проверку затяжки болтовых соединений силовых цепей, контроль сопротивления изоляции относительно корпуса. Проверяется работоспособность источников бесперебойного питания под нагрузкой, тестируются цепи сигнализации аварийных состояний. Производится замена загрязненных фильтров вентиляционных устройств.
Годовое комплексное техобслуживание включает полную диагностику всех систем с имитацией аварийных ситуаций для проверки алгоритмов противоаварийной защиты. Измеряется электрическая прочность изоляции испытательным напряжением один киловольт. Выполняется обновление программного обеспечения контроллеров до актуальных версий, калибровка встроенных датчиков температуры и влажности. При необходимости производится замена расходных материалов согласно срокам службы, указанным производителем.
