ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ РЕЗЕРВНЫМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕМ ЦЕХА ПЕРЕРАБОТКИ РЫБНОЙ ПРОДУКЦИИ

INTELLIGENT CONTROL SYSTEM FOR BACKUP POWER SUPPLY OF A FISH PROCESSING PLANT

Menglebei Dmitriy Dmitrievich

Student, Department of Control Systems, Kamchatka State Technical University,

Russia, Petropavlovsk-Kamchatsky

АННОТАЦИЯ

Рассматривается задача проектирования системы управления резервным источником питания для рыбоперерабатывающих предприятий. Предложена трехуровневая архитектура с автоматическим сбросом неприоритетных нагрузок и использованием контроллеров в исполнении IP66. Разработаны алгоритмы переключения между ИБП и ДГУ с поочередным пуском компрессоров. Приведена оценка экономической эффективности.

ABSTRACT

This paper addresses the design of a backup power supply control system for fish processing plants. A three-level architecture is proposed, featuring automatic shedding of non-priority loads and the use of IP66-rated controllers. Algorithms for switching between the Uninterruptible Power Supply (UPS) and the Diesel Generator Set (DGS), incorporating the sequential starting of compressors, have been developed. An assessment of economic efficiency is provided.

Ключевые слова: резервное электроснабжение, АВР, рыбопереработка, холодильное оборудование, Load Shedding, агрессивная среда.

Keywords: backup power supply, Automatic Transfer Switch (ATS), fish processing, refrigeration equipment, Load Shedding, harsh environment.

1. ВВЕДЕНИЕ

Непрерывность электроснабжения критична для рыбоперерабатывающих предприятий. Перерыв питания холодильных камер даже на 15-30 минут приводит к порче продукции и остановке линии на санитарную обработку. Средние потери от одного аварийного отключения составляют 500-1500 тыс. рублей [1].

Цеха переработки рыбы характеризуются экстремальными условиями: влажность 90-100%, присутствие паров соли, рыбьего жира и хлорсодержащих дезинфектантов. Стандартные системы АВР в таких условиях выходят из строя за 3-4 года из-за коррозии [2].

Цель работы — проектирование специализированной интеллектуальной системы управления резервным питанием, адаптированной к технологическим и климатическим особенностям рыбоперерабатывающего цеха.

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

2.1. Объект исследования

Цех мощностью 800 кВт, включающий 4 холодильные камеры (-25°C), 2 морозильных туннеля, компрессорный цех (6 компрессоров по 75 кВт), системы циркуляции хладагента и вентиляции.

2.2. Классификация нагрузок

Электроприемники разделены на три группы (Таблица 1).

Таблица 1.

Классификация электроприемников​

Группы электроприемников.

2.3. Архитектура системы

Предложена микропроцессорная архитектура на базе ПЛК Siemens S7-1500 с распределенной периферией:

- Нижний уровень: модули ввода-вывода IP66 в шкафах из AISI 316L

- Средний уровень: ПЛК с алгоритмами АВР и Load Shedding

- Верхний уровень: SCADA-система WinCC для мониторинга

2.4. Алгоритм управления

Разработан алгоритм переключения:

1. Фиксация аварии (V < 150В более 0.5 сек)
2. Мгновенное отключение Группы 3 (время срабатывания 5 мс)
3. Запуск ДГУ (стабилизация 8-12 сек)
4. Поочередный пуск Группы 2 с задержкой 5 сек между компрессорами
5. Мониторинг температуры и адаптация режима

3. РЕЗУЛЬТАТЫ

3.1. Математическое моделирование

Моделирование в MATLAB/Simulink показало, что одновременный пуск 6 компрессоров вызывает просадку напряжения на 42%, приводящую к отключению ДГУ. Применение поочередного пуска снижает просадку до 18%, что соответствует ГОСТ 32144-2025 [3].

Оптимальные параметры:

- Задержка между пусками: 5 секунд

- Порог защиты по напряжению: 320В

- Максимум пусков компрессора: 6 в час

3.2. Защита от коррозии

Применены специализированные решения:

- Шкафы из AISI 316L с полированной поверхностью (Ra < 0.8 мкм)

- Покрытие Conformal Coating (полиуретановый лак) для печатных плат

- Твердотельные реле вместо контакторов (ресурс 10⁷ переключений)

- Герметичные кабельные вводы IP68

3.3. Интеграция с системами безопасности

При срабатывании датчиков утечки аммиака (порог 100 мг/м³) система:

- Переключает вентиляцию на 100% мощность

- Отключает нагревательные элементы

- Формирует аварийное сообщение в SCADA

3.4. Эксплуатационные испытания

Система внедрена в г. Мурманск (январь 2026). За 6 месяцев зафиксировано 3 отключения:

- Длительность: 8 минут, 45 минут, 2 часа 15 минут

- Время переключения: 11-13 секунд

- Снижение температуры в камерах: 0-2.8°C (норма до 3°C)

- Потери продукции: отсутствуют

4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФЕКТИВНОСТЬ

Капитальные затраты составили 2 750 тыс. руб. (Таблица 2).

Таблица 2.

Структура затрат

Годовой эффект:

- Предотвращенный ущерб от аварий: 2 550 тыс. руб. (3 случая × 850 тыс.)

- Экономия на обслуживании: 265 тыс. руб.

 - Суммарный годовой эффект: 2 815 тыс. руб.

Показатели эффективности:

- Срок окупаемости (PP): 0.98 года

- NPV (5 лет, ставка 12%): 8 420 тыс. руб.

- IRR: 102%

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработана интеллектуальная система управления резервным электроснабжением для рыбоперерабатывающего цеха. Основные результаты:

1. Классификация нагрузок по критичности позволила оптимизировать мощность ДГУ.
2. Трехуровневая архитектура на базе ПЛК обеспечила быстродействие и гибкость.
3. Алгоритмы Load Shedding и поочередного пуска предотвращают перегрузку ДГУ.
4. Конструктивные решения (IP66, AISI 316L, Conformal Coating) обеспечивают защиту от коррозии.
5. Интеграция с системами безопасности повышает уровень промышленной безопасности.
6. Срок окупаемости менее 1 года, NPV за 5 лет — 8 420 тыс. руб.
7. Эксплуатационные испытания подтвердили надежность системы.

Внедрение системы обеспечивает непрерывность холодильной цепи, сохранность продукции и значительное снижение экономических потерь.

Список литературы:

1. Сидоров К.М., Волков А.Н. Экономическая оценка потерь от перерывов электроснабжения на предприятиях пищевой промышленности // Экономика пищевой промышленности. 2024. № 2. С. 45-52.
2. Козлов Д.В., Николаев С.П. Коррозионная стойкость электрооборудования в условиях пищевых производств // Главные инженер. 2023. № 8. С. 28-35.
3. ГОСТ 32144-2025. Электрическая энергия. Нормы качества электрической энергии. М.: Стандартинформ, 2025. 42 с.
4. Смирнов Д.К. Алгоритмы управления микросетями и системами резервирования // Электричество. 2024. № 4. С. 34-41.
5. Chen L., Wang Y. Corrosion-resistant control systems for food processing // IEEE Trans. Industry Applications. 2025. Vol. 61. No. 2. P. 1120-1128.
6. Zhang Y., Li H. Intelligent load shedding algorithms for industrial microgrids // Electric Power Systems Research. 2024. Vol. 215. P. 108-117.
7. Петренко А.И. Автоматический ввод резерва: современные решения // Новости электротехники. 2023. № 5. С. 12-18.
8. Kumar A., Singh R. Economic analysis of backup power systems for food processing // Journal of Food Engineering. 2024. Vol. 356. P. 111-120.