Сергей Мурзин:
«Нас попросили создать действительно универсальный ИБП, и мы это сделали»
— Сергей, компания «Дорожный порядок» занимается техническим обслуживанием оборудования дорожной инфраструктуры — в первую очередь комплексов фотовидеофиксации (ФВФ). Но широкая аудитория, для безопасности которой все это и делается, как правило, редко задумывается о том, что именно требуется для бесперебойной работы комплексов ФВФ. Висят какие-то камеры, снимают — и питаются, наверное, от линий электропередачи, которые тоже, как известно, часто ориентированы вдоль дорог.
— Начну с того, что мы занимаемся установкой и последующим сервисным обслуживанием не только комплексов ФВФ, но и элементов ИТС (интеллектуальных транспортных систем), камер видеонаблюдения системы «Безопасный регион». Все это — энергопринимающие устройства. Но устанавливать их приходится не там, где их было бы удобнее всего подключать к электропитанию, а на тех участках дорог, где они объективно необходимы для снижения аварийности, разгрузки дорожного трафика, перераспределения транспортных потоков и т. п. Именно исходя из этих факторов, а не из наличия на рубеже электрических сетей, определяются места установки комплексов ФВФ, или, как мы говорим, на «рубежах контроля».
Обеспечение безопасности дорожного движения требует оперативной реакции на вновь возникающие очаги аварийности и аварийноопасные участки. Поэтому зачастую приходится проводить установку и пусконаладку оборудования в кратчайшие сроки, а затем обеспечивать его надежную и бесперебойную работу. А значит, даже там, где в принципе можно было бы подключить оборудование к электросети напрямую или через опосредованное технологическое присоединение, это, скорее всего, не получится — по той простой причине, что придется потратить слишком много времени на соблюдение формальных процедур. Ну а поскольку речь идет все-таки об энергопринимающих устройствах, то на первый план выходит вопрос энергоснабжения смонтированного оборудования.
— Как же он решается?
— Классическое решение хорошо известно — источники бесперебойного питания (ИБП). Загвоздка в том, что ИБП, подходящих для наших условий эксплуатации, на рынке до сих пор не было. Во всяком случае, наши поиски готовых к применению изделий не увенчались успехом.
Судите сами: для того чтобы в России использовать ИБП в условиях внешней среды, устройство необходимо заключить в морозостойкий, ударопрочный корпус, при этом оно должно быть достаточно легким и удобным для монтажа и обслуживания на различных уличных опорах, то есть непосредственно «на рубежах». Оно должно работать с различными энергопринимающими устройствами, питающимися от напряжения 12, 24 или 220 В. Оно должно функционировать в широком диапазоне температур — как минимум –30…+35 °C. И наконец, самое главное — в отличие от многих известных на рынке ИБП, которые подключаются непосредственно к сети переменного тока и начинают подавать ток на нагрузку только тогда, когда в электросети происходит сбой, нам требовался ИБП совершенно другого типа: не как резервный, а как основной источник питания, с большим количеством циклов заряда батарей. Это совсем иной жанр — такая батарея должна пахать не раз в несколько дней или недель, а постоянно, как в электромобиле, даже больше.
Кроме того, вследствие факторов, о которых я уже сказал, многие комплексы ФВФ находятся в удаленных местах, на опорах с затрудненным доступом — например, на разделительных полосах скоростных трасс, на пешеходных переходах и т. д. Каждая подзарядка аккумуляторной батареи в таких местах сопряжена либо с повышенными затратами на логистику, либо с длительным согласованием работ со стороны ГИБДД — а ведь мы обязаны обеспечивать надежную и бесперебойную работу оборудования несмотря ни на что. Это значит, что такая батарея должна очень быстро заряжаться и обеспечивать не менее 20 ч автономной работы. То есть золотым правилом выбора такой батареи становится максимальное значение отношения длительности работы к времени заряда.
Словом, нас попросили создать действительно универсальный ИБП.
— Вам это удалось?
— Да, мы это сделали.
Мы сравнили технические характеристики всех аккумуляторов, представленных на мировом рынке. Оказалось, что наш ИБП можно создать только на основе литий-титанат-оксидного (LTO) аккумулятора. Такие аккумуляторы эксплуатируют при температурах –40…+55 °C, они проходят до 15 тыс. циклов «заряд-разряд», очень быстро заряжаются от высоких токов и безопасны в эксплуатации.
На основе такого аккумулятора мы и разработали наш ИБП, который теперь успешно производим.
— А какие ИБП использовались для питания комплексов ФВФ до того, как вы создали свой?
— Как правило, использовались классические ИБП на базе кислотно-свинцовых аккумуляторов. Поскольку такие аккумуляторы проходят не более 900 циклов «заряд-разряд», понятно, что срок службы в условиях, когда батарея ежесуточно разряжается и заряжается, у них не очень долгий. Кроме того, их нежелательно заряжать высокими токами для сокращения времени заряда: есть риск, что батарея будет заряжаться не полностью. ИБП не сможет обеспечивать круглосуточную работу комплекса ФВФ, а регулярный недозаряд аккумуляторной батареи приведет ее к преждевременной деградации, то есть сократит и ее без того недолгий срок службы.
К тому же данные аккумуляторы плохо переносят низкие и высокие температуры. Это значит, что в условиях реальной эксплуатации, под воздействием неблагоприятных климатических условий и высоких токов заряда такая батарея быстро выходит из строя и ее нужно регулярно заменять. Для заказчика это лишние затраты, а для нас — необходимость неоправданно часто производить трудоемкую замену с привлечением спецтехники, а именно автогидроподъемника — с учетом высоты размещения ИБП.
— А как же всем известные литий-ионные аккумуляторы?
— Дело в том, что литий-ионные аккумуляторы не совсем подходят для таких применений в наших условиях. Конечно, они проходят до 3 тыс. циклов «заряд-разряд» и отличаются сравнительно небольшой массой, но очень уж они чувствительны — плохо заряжаются при низких температурах, боятся механических повреждений, требуют строгого соблюдения правил зарядки. Кроме того, известно, что литий-ионная батарея может загореться или даже взорваться.
Что же касается LTO-аккумуляторов, после 10 тыс. циклов зарядки их емкость снижается всего на 10%. По данным некоторых иностранных производителей (например, Toshiba), ресурс таких батарей составляет до 40 тыс. циклов.
— Расскажите, пожалуйста, как устроен ваш ИБП. Это же не просто батарея?
— Разумеется, это не просто батарея. Источник бесперебойного питания состоит из блока управления, в котором находится вся электронная начинка, и аккумуляторного блока, в котором установлены батареи.
Аккумуляторный блок обеспечивает для комплексов ФВФ все необходимые типы питания — 12, 24 и (с инвертором) 220 В. Это позволяет ему работать с любыми типами камер различного номинала напряжения, а в перспективе — с любыми другими нагрузками, поскольку все стандартное оборудование, как известно, питается от напряжения либо 12, либо 24, либо 220 В.
Сердце блока управления — контроллер, который следит за напряжением на АКБ, чтобы аккумуляторная батарея не разрядилась ниже и не зарядилась выше допустимого напряжения. Также он следит за температурой внутри блока, чтобы не допустить перегрева и т. п. Мы разработали систему контроля состояния батареи с удаленным доступом к контроллеру через веб-интерфейс мониторинга и управления нагрузкой.
Кроме того, ИБП может удаленно через Интернет передавать информацию о заряде, наличии или отсутствии внешнего напряжения, температуре, потребляемом токе. Данные передаются по протоколу Modbus TCP в систему технического мониторинга, например Zabbix, где они автоматически обрабатываются и выводятся на контрольную панель диспетчера. Диспетчер может в ручном режиме через веб-интерфейс удаленно управлять нагрузкой: скажем, при необходимости осуществить перезагрузку оборудования, выключив и снова включив устройство, если произошла аварийная остановка. Эта опция существенно облегчает жизнь эксплуатирующим организациям.
Исходную модель ИБП мы оснастили контроллером Siemens, но инженерная мысль не стоит на месте. В настоящее время мы готовим к производству модель ИБП, оснащенную контроллером российского производства, в котором реализовано больше функций, чем в контроллере Siemens, — он следит не только за состоянием батареи, но и за внешним напряжением (не ниже 180 и не выше 265 В). Реализована функция выбора приоритета фаз — если в тот момент, когда комплекс заряжается от генератора, появляется внешнее электропитание, контроллер выбирает приоритетом заряд от генератора. Благодаря этому контроллеру мы в новой модели избавились от некоторых конструктивных элементов.
Вот как выглядит веб-интерфейс ИБП: в режиме реального времени отображается статус работы ИБП — питание от АКБ или от сети на 220 В, текущая температура в шкафу, напряжение на АКБ, потребление тока, время работы аккумулятора с момента последней подзарядки (рис. 1).
Для заказчиков, которым ИБП нужны для других применений, мы, разумеется, готовы разработать веб-интерфейс, отвечающий их запросам.
В ряде случаев удаленное управление нагрузкой ИБП позволяет обойтись без выезда аварийной бригады на объект. Диспетчер может удаленно решать ряд технических проблем, даже не зная, как выглядит ИБП «на рубеже».
— А кстати, как выглядит ИБП «на рубеже»?
— Заказчик данной конфигурации — компания «МВС Груп», оператор системы контроля безопасности дорожного движения Московской области. Разумеется, ее интересует универсальный ИБП для питания комплексов ФВФ. В данной конфигурации наш ИБП предназначен именно для этой цели, и когда вы видите на дороге рядом с комплексом ФВФ два похожих ящика почти без особых примет — это и есть наш источник. Ящик чуть поменьше — это блок управления размерами 40×45×27 см, он весит 20 кг. В ящике размером 50×45×27 и весом 50 кг находится LTO-аккумулятор. Данная компоновка оптимальна для установки на опору (рис. 2).
Корпуса блоков изготавливаются из металла: нержавеющей стали с порошковым покрытием. Корпуса не пропускают воду, они достаточно прочны, чтобы противостоять большинству видов вандализма, включая стрельбу из гладкоствольного оружия.
Несмотря на то что в настоящее время наш ИБП используется преимущественно в работе с комплексами ФВФ и прочим оборудованием на дорогах, он универсален — его могут применять самые разные заказчики в различных целях. В зависимости от того, какое им требуется напряжение, мощность, куда будет устанавливаться энергопринимающее устройство и сам ИБП, мы создадим оптимальную конфигурацию, с гарантией качества питания, без скачков напряжения и сопутствующего в таких случаях риска остановки оборудования.
Наш ИБП применяется в высоко критичных системах, в работе которых даже краткосрочная приостановка недопустима, поскольку это системы обеспечения безопасности дорожного движения — комплексы фотовидеофиксации, а также общественного порядка — единая система видеонаблюдения Московской области «Безопасный регион».
Наши устройства очень комфортны в обслуживании, ведь для подзарядки батарей таких ИБП достаточно команды из двух специалистов. Они приезжают с генератором, включают шнур в розетку — и через 1 ч 40 мин ИБП заряжен. Это особенно важно и ценно в тех случаях, когда оборудование и ИБП находятся на высоте более 3 м. Как я уже говорил, в случае с заменой свинцово-кислотных батарей такая манипуляция возможна только с привлечением автогидроподъемника.
Монтировать наши ИБП тоже очень просто, в них все предусмотрено для удобства монтажа — бригада устанавливает разгрузочную раму и навешивает на нее шкаф управления и аккумуляторный блок. И я бы еще напомнил, что, в отличие от всех остальных видов аккумуляторов, LTO-батареи можно заряжать и разряжать при любой температуре, которая бывает в наших широтах.
— Вы не могли бы более конкретно рассказать о том, при каких параметрах проверена и гарантирована работа вашего ИБП?
— Мы испытывали наше оборудование сначала самостоятельно, в нашем сервисном центре, где время работы ИБП при нагрузке 60 Вт (12 В, 5 А) от аккумулятора составило 36 ч. Затем проделали то же самое в реальных, уличных условиях и установили, что комплекс ФВФ с установленной электрической мощностью 60 Вт может работать от аккумулятора не менее 22 ч 12 мин — на самом деле он может больше, но в реальных условиях к этому времени уже включается внешнее напряжение.
Наконец, мы провели испытания в термокамере института ВНИИФТРИ, который является крупнейшим в России метрологическим центром международного уровня. При температуре +35 °C аккумулятор зарядился за 1,6 ч и питал нагрузку до полной разрядки в течение 26,2 ч, причем температура внутри шкафа достигала +48,7 °C. При температуре –30 °C аккумулятор зарядился за 1,7 ч и обеспечивал питание в течение 23,8 ч — и все это документально зафиксировано протоколом испытаний ВНИИФТРИ.
Таким образом, и при низких температурах, и при суровых погодных условиях, характерных для многих регионов страны, наши ИБП обеспечивают полную надежность работы. И все это подтверждено эксплуатацией — мы изготовили уже более 200 единиц ИБП, все они работают «на рубежах», в реальных условиях, и нареканий на них нет. Помимо этого, как и всякий производитель, мы гарантируем качество своей продукции, что подтверждается в том числе декларацией о соответствии требованиям технических регламентов Таможенного союза «О безопасности низковольтного оборудования» и «Электромагнитная совместимость технических средств». Срок гарантийного обслуживания нашего ИБП мы установили равным 12 месяцам.
— Сейчас вы продолжаете совершенствовать это изделие или разрабатываете что-то новое?
— Помимо упомянутой успешной работы по импортозамещению отдельных комплектующих, используемых в производстве ИБП, сейчас у нас в разработке находится ИБП нового типа, предназначенный для резервного питания. Он работает на кислотно-свинцовых аккумуляторах, для данных целей этого достаточно. У нас готов тестовый вариант такого ИБП, сейчас мы его испытываем в сервисном центре, затем установим «на рубеже» контроля для проверки в уличных условиях, а потом, конечно, протестируем во ВНИИФТРИ. Это более компактное и более дешевое в производстве устройство, управление и аккумулятор будут размещены в одном шкафу. Для удобства обслуживания мы подобрали АКБ с небольшими габаритами, которые, тем не менее, позволят энергопринимающему устройству мощностью до 20 Вт работать в автономном режиме более 20 ч. Функции мониторинга и удаленного управления ИБП, о которых я рассказал на примере нашего ИБП LTO, также будут реализованы.
Спрос на подобные изделия на рынке очень высокий. Многим нужны промышленные источники резервного питания — высокотехнологичные, простые в обслуживании, надежные, разработанные и сделанные в России.