Джерела живлення для промислової автоматики

1. Особливості джерел живлення пристроїв промислової автоматики
2. AC / DC-перетворювачі
3. Модулі резервування джерел живлення
4. Джерела живлення з функцією UPS, Схема моніторингу стану и заряду акумуляторної батареї
5. Ізольовані DC / DC-перетворювачі
6. Висновок
7. Про компанію TDK-Lambda

Термін «промислова автоматика» використовується для позначення широкого класу пристроїв, застосовуваних для автоматизації технологічних процесів і виробництв - об'єктів енергетики, промислових будівель, а також транспортних засобів і транспортної інфраструктури.

Системи промислової автоматики проектуються таким чином, щоб забезпечити високу надійність і безпеку їх експлуатації, мати достатньо тривалий час безперервної роботи і максимально можливе значення часу напрацювання на відмову (MTBF). Важливе зауваження: MTBF не визначає час роботи до першої відмови.

На відміну від побутової техніки, пристрої промислової автоматики повинні працювати в більш широкому температурному діапазоні, мати підвищену стійкість до вібрації і, в ряді випадків, мати певну радіаційної стійкістю.

Всі перераховані вимоги відносяться і до джерела живлення, як до складової частини пристрою промислової автоматики.

Конструктивно пристрої промислової автоматики виконуються в спеціальних шафах з широким використанням DIN-рейок для установки різного устаткування, тому джерела живлення, що застосовуються в пристроях промислової автоматики, в основному, виконуються в корпусах, призначених для установки на DIN-рейку. Крім того, деякі виробники, наприклад MW, випускають для джерел, виконаних в так званому перфорованому кожусі, цілий набір аксесуарів які дозволяють встановлювати ці джерела на DIN-рейку.

Особливості джерел живлення пристроїв промислової автоматики

Можна виділити наступні типи джерел живлення, що застосовуються в пристроях промислової автоматики:

• AC / DC-перетворювачі. Призначені для використання в якості основного джерела живлення. Можуть працювати від мережі одно- або трифазного змінного струму, а також від джерела постійного струму з відповідним діапазоном напруги (120 ... 370в).
• Модулі резервування джерел живлення. Призначені для паралельного підключення декількох джерел живлення до однієї шині з метою підвищення загальної надійності і збільшення часу безперервної роботи системи. Забезпечують функцію «гарячої» заміни поламаних блоків живлення.
• Джерела живлення з функцією UPS, схемою моніторингу стану і заряду акумуляторної батареї. Як правило, підключаються паралельно вихідний шині основного джерела живлення і забезпечують позичена необхідного напруги на шині в разі відключення напруги або виходу з ладу основного джерела живлення, а також забезпечують заряд акумулятора.
• Ізольовані DC / DC-перетворювачі. Призначені для зміни рівня напруги постійного струму всередині функціональних модулів або шаф.

В якості основних вимог до джерел живлення для пристроїв промислової автоматики виступають: стабільність параметрів в широкому діапазоні умов експлуатації, висока надійність і, в обов'язковому порядку, електромагнітна сумісність (ЕМС).

У пристроях промислової автоматики використовується широкий клас різних електронних вузлів і блоків, які вимагають і різної напруги харчування, як правило, зі стандартного ряду. Щоб не встановлювати кілька джерел живлення на різні напруги, погіршуючи тим самим загальну електромагнітну обстановку системи, випускаються багатоканальні джерела на різні вихідні напруги, в тому числі і на біполярний напруга. Крім того, випускаються керовані джерела живлення. Керовані джерела потрібні там, де, наприклад, по сигналу з деякого датчика технологічного процесу необхідно провести включення або виключення будь-якого вузла або блоку. Управління джерелом здійснюється подачею аналогового напруги або напруги логічного рівня на відповідний вхід.

Вже згадана в цій статті продукція трьох основних виробників джерел живлення (MW, Chinfa, TDK-Lambda) перекриває практично всі можливі сектори в сегменті промислової автоматики і задовольняє перерахованим вище вимогам по надійності, безпеки і ЕМС.

AC / DC-перетворювачі

Ізольовані AC / DC-перетворювачі є самим великим і поширеним класом джерел живлення, що застосовуються в пристроях промислової автоматики, і це зрозуміло, адже первинна мережу електроживлення - AC 220 В / 50 Гц. Зазначений клас виробів є у всіх виробників джерел живлення і характеризується досить великою різноманітністю по електричним і конструктивним параметрам. Основні серії і технічні параметри AC / DC-джерел живлення розглянутих виробників наведені в таблиці 1 (представлена ​​тільки частина продукції; повний список дивіться на офіційному сайті виробника), а зовнішній вигляд - на малюнку 1.

Таблиця 1. Джерела живлення AC / DC

DIN-рейка 75; 100; 120; 180; 240 85 ... 264 24 -10 ... 60 - 485 - DPP-xx 15; 25; 30; 50; 100 85 ... 264 5; 12; 15; 24; 48 -10 ... 71 - 540 парал-лельно вкл. DPP-xx-1 120; 240; 480 90 ... 264 12; 24; 48 -25 ... 71 + (DPP240 / 480) 440 парал-лельно вкл; ККМ DPP480 DPP-xx-3 120; 240; 480; 960 340 ... 575 12; 24; 48 -25 ... 71 + 480 парал-лельно вкл. (240/480);
3 фази DSP 10; 30; 60; 100 90 ... 264 5; 12; 15; 24 -25 ... 71 - 580 низький профіль HWS Кожух 300; 600; 1000; 1500 85 ... 265 3,3; 5; 6; 7,5; 12; 15; 24; 36; 48; 60 -10 ... 70 + 170 пожіз-ненная гарантія; ККМ HWS / HD 30; 50; 100; 150; 300; 600; 1000; 1500 85 ... 265 3,3; 5; 6; 7,5; 12; 15; 24; 36; 48; 60 -10 ... 71 +> 300 Вт 180 пожіз-ненная гарантія; запуск від -40 ° C; ККМ LS25 / 35 / 50 / 75 / 100 / 150 / 200 25; 35; 50; 75; 100; 150; 200 88 ... 264 3,3; 5; 12; 15; 24; 36; 48 -25 ... 70 - 900 низька вартість ZWS / BAF Відкритий 50; 75; 100; 150; 300 85 ... 265 3,3; 5; 12; 15; 24; 48 -10 ... 70 - 220 гарантія 10 років; ККМ ZWS / BP 150; 240 85 ... 265 24; 36; 48 -10 ... 70 - 220 гарантія 10 років; ККМ; імпульсна потужність до 200% DR MW DIN-рейка 45; 75; 120 88 ... 264 12; 24; 48 -10 ... 60 - 136 - DRP 240; 480 88 ... 264 24; 48 -10 ... 70 - 289 ККМ MDR 10; 20; 40; 60; 100 85 ... 264 12; 24; 48 -10 ... 60 + 289 ККМ MDR100 SDR 120; 240; 480; 960 88 ... 264 12; 24; 48 -25 ... 70 + 289 ККМ; парал-лельно вкл.
(Індекс P) WDR 120; 240; 480 180 ... 550 12; 24; 48 -25 ... 70 + 268 низький профіль; ККМ; 1/3 фази DRT-240 / 480 / 960 240; 480; 960 340 ... 550 24; 48 -20 ... 70 - 114 3 фази TDR-960 960 340 ... 550 24; 48 -30 ... 70 + 59 ККМ; 3 фази; низький профіль DRA5 / 10 / 18 Chinfa DIN-рейка 5; 10; 18 90 ... 264 5; 12; 15; 24 -20 ... 70 - 800 DRA100 100 90 ... 264 12; 24; 48 -35 ... 71 - 450 DRA240 / 300 / 480 240; 300; 480 90 ... 264 24; 48 -40 ... 71 - 400 ККМ; парал-лельно вкл. DRAN30 / 60 30; 60 85 ... 264 5; 12; 24; 48 -40 ... 71 + 550 DRAN120 120 90 ... 264 12; 24; 48 -35 ... 71 + 450 ККМ; парал-лельно вкл. WRA 240; 480; 960 340 ... 575 24; 48 -40 ... 71 - 500 парал-лельно вкл. 3 фази

Мал. 1. Зовнішній вигляд джерел живлення для пристроїв промислової автоматики

З таблиці 1 видно, що найбільшою кількістю серій джерел живлення представлений виробник TDK-Lambda, і це насправді так. Даний виробник спеціалізується саме на джерелах для промислового застосування, причому дуже якісних і надійних. Про надійність говорить той факт, що на частину своєї продукції виробник дає або 10 років гарантії (серія ZWS), або довічну гарантію (серія HWS). Додатковою особливістю серії HWS є те, що навантаження можна підключати по чьотирьох схемою з компенсацією падіння напруги на проводах; є вхід віддаленого включення / вимикання (гальванически ізольований від виходу модуля), а також можливість підстроювання вихідної напруги.

Із зазначених в таблиці серій слід особливо виділити серію ZWS / BP, яка здатна витримати дворазові пікові перевантаження протягом декількох секунд. Дана серія найкращим чином підходить для харчування різних електродвигунів і витримує будь-яке навантаження, короткочасно споживає підвищену потужність. Такий тип навантаження досить широко використовується в системах автоматизації. При використанні даних джерел живлення можна заощадити на їх вартості. Наприклад, потрібно забезпечити харчуванням двигун, який тривалий час працює на потужності не вище 50% від максимального значення, і іноді при здійсненні якої-небудь дії від нього вимагається повна потужність. Якщо це завдання вирішувати стандартним методом, то потрібно джерело живлення з вихідною потужністю, що дорівнює повній потужності двигуна, який тривалий час буде використовуватися тільки наполовину, але заплатити доведеться за всю його потужність. Якщо ж використовувати серію ZWS / BP, то можна вибрати джерело потужністю в два рази нижче, а, відповідно, і меншою вартістю.

серія LS характеризується максимально низькою вартістю (серед джерел в кожусі виробництва компанії TDK-Lambda), гарною якістю, надійністю і найвищим значенням MTBF. Гарантійний термін на дану серію становить три роки.

Цікавий нюанс. Джерела з 10-річною і довічною гарантією мають відносно невисоким значенням MTBF. Це ще раз підтверджує, що MTBF - дуже умовна розрахункова величина, і орієнтуватися тільки на неї при визначенні терміну служби вироби не слід. З іншого боку, читач може помітити, що гарантія і термін служби - це не одне і те ж, проте, на ненадійне джерело виробник не буде вказувати дуже тривалий і, тим більше, довічний термін гарантії.

Вироби виробників MW і Chinfa представлені в основному джерелами в корпусі для кріплення на DIN-рейку. Особливістю продукції Chinfa в порівнянні з продукцією MW є наявність вихідних напруг 5 і 15 В і розширений діапазон робочої температури в області негативних значень (до -40 ° C). За іншими параметрами вироби цих двох виробників дуже схожі і знаходяться в одному ціновому діапазоні.

Всі джерела, представлені в таблиці 1, мають так званий універсальний діапазон вхідної напруги 90/85 ... 264 В (джерело працездатний у всіх існуючих електромережах). Є джерела, - це, як правило, джерела підвищеної потужності, - для роботи тільки в трифазних мережах (серії DRT , TDR , WRA , DPP-xx-3 ), А також для роботи в трифазній або однофазної мережі (серія WDR ). Більшість серій ІП має активну схему корекції коефіцієнта потужності (ККП). Практично всі джерела мають світлову індикацію наявності вихідної напруги, а частина джерел, в основному - для установки на DIN-рейку, додатково має так званий «сухий контакт» для сигналізації про стан вихідної напруги. Практично всі джерела мають можливість ручного підстроювання вихідної напруги в діапазоні -10 / 0 ... + 15/20% від номінального значення.

При проектуванні пристроїв промислової автоматики може виникнути ситуація, коли потрібно забезпечити харчуванням досить потужне навантаження, а джерело живлення у вигляді єдиного блоку на необхідну потужність відсутня. У такому випадку можна використовувати паралельне з'єднання декількох окремих джерел живлення. ІП, що дозволяють це зробити, мають відповідний перемикач або додаткові контакти, які потрібно певним чином з'єднати між собою (малюнок 2, контакти P + / P- роз'єму CN205). У цьому випадку один з джерел ставиться в режим ведучого, а інші - в режим ведених. При паралельному з'єднанні наявний на джерелі перемикач або додаткові контакти дозволяють видозмінити ланцюг зворотного зв'язку.

Мал. 2. Паралельне з'єднання декількох джерел на прикладі серії TDR-960

Важливо розрізняти паралельне з'єднання джерел живлення з метою збільшення вихідного струму (збільшення потужності) і з метою резервування (підвищення надійності системи без збільшення потужності). Дана відмінність в можливості паралельного з'єднання є принциповим. В одному випадку дійсно збільшується загальна вихідна потужність (вихідні струми джерел живлення підсумовуються), а в іншому випадку навантаження завжди живиться тільки від одного джерела живлення і лише в разі його виходу з ладу автоматично отримує харчування від іншого паралельно підключеного джерела. У другому випадку ланцюг зворотного зв'язку в джерелі не змінюється, а на виході джерел встановлюються звичайні діоди, які просто «розв'язують» вироби один від одного при паралельному підключенні і дозволяють зробити «гарячу» заміну.

Модулі резервування джерел живлення

Для паралельного підключення джерел живлення, що не мають вбудованих діодів, з метою резервування (підвищення надійності системи) виробники випускають спеціальні модулі резервування, як правило, в корпусі з кріпленням на DIN-рейку (таблиця 2). Зовнішній вигляд модулів наведено на малюнку 3.

Таблиця 2. Модулі резервування джерел живлення

2 +21 ... 28 20 30 є є MW -40 ... 70 DLP-PU / E 2 +21 ... 28 20 35 є є TDK-Lambda -10 ... 70 DRP10 2 9 ... 35 10 35 немає немає Chinfa -40 ... 71 DRP20 2 +21 ... 28 20 30 є є -40 ... 71

Мал. 3. Зовнішній вигляд модулів резервування джерел живлення

Модулі резервування необхідні в пристроях або системах, які повинні безперервно і безперебійно працювати тривалий час. У таких системах можливий вихід з ладу джерела живлення призводить до суттєвих втрат, порушення технологічного циклу або просто неприпустимий.

Найпростіший модуль резервування містить в собі випрямні діоди на відповідний струм і напруга, з'єднані катодами, до анодам яких підключаються резервуються джерела живлення (рисунок 4).

Мал. 4. Схема резервування джерел живлення

У цьому випадку виходить, що діоди, які могли б бути встановлені всередині джерела, винесені назовні. У такій схемі навантаження живиться від того джерела, вихідна напруга якого буде вище, ніж у іншого джерела (через розкиду значень вихідної напруги) за умови, що падіння напруги на обох діодах строго однакове. Якщо падіння напруги на діодах різне, то навантаження буде харчуватися від того джерела, яке зможе відкрити діод; інший діод, відповідно, буде закритий. У читача може виникнути питання: чому діоди чи не поставити в усі джерела живлення і тим самим забезпечити можливість їх паралельного підключення без будь-яких умов і додаткових модулів, адже вартість діода невисока? Відповідь полягає в тому, що в цьому випадку не тільки при паралельному підключенні, а постійно через діод буде протікати струм, а з огляду на падіння напруги на діоді (0,5 ... 0,8 В) і досить великі струми (до десятків ампер) ми отримаємо істотні втрати потужності, які приведуть до значного зниження ККД джерела. Тому діоди краще ставити тоді, коли це дійсно необхідно.

У разі виходу з ладу з якої-небудь причини одного з джерел, навантаження автоматично отримає харчування від іншого джерела (відкритий і закритий діод поміняються місцями); при роботі дані джерела живлення не впливають один на одного, так як «розв'язані» діодами. У подібних системах в момент виходу джерела живлення з ладу необхідно сформувати і подати сигнал на контролюючий пристрій для того, щоб оператор зміг відстежити вихід з ладу блоку і повідомити в сервіс-центр про необхідність заміни. Заміна джерела в цьому випадку проводиться без відключення системи ( «гаряча» заміна). Для того, щоб сформувати сигнал про вихід джерела живлення з ладу, необхідно, щоб сам джерело живлення або модуль резервування містили в своєму складі схему контролю за наявністю на виході / вході напруги і виконавчий пристрій. Як виконавчий пристрій зазвичай виступає реле з контактною групою (так званий «сухий контакт» або електронна схема, що формує напругу певного рівня).

З таблиці 2 видно, що, якщо система живиться напругою 24 В, (найбільш поширене значення напруги для пристроїв промислової автоматики), то без зусиль можна підібрати склад, що резервує модуль з необхідним релейним контролем кожного каналу і використовувати найбільш прості і найпоширеніші джерела без контролю стану вихідного напруги. При використанні напруги живлення значенням 12 В резервує модуль (з таблиці 2) не володіє контролем стану напруги, і при виборі джерел живлення це слід врахувати. Потрібно буде вибрати джерела, які вже мають подібний вбудований контроль. Такі джерела можна вибрати, наприклад, серед серії MDR40 / 60/100 (таблиця 1). Необхідно врахувати, що потужність джерела в цьому випадку не повинна перевищувати 120 Вт (10 А / 12 В).

Джерела живлення з функцією UPS,
Схема моніторингу стану
и заряду акумуляторної батареї

У промисловій автоматіці часто зустрічаються Додатки, в якіх будь-який Пристрій має буті забезпечен харчування даже в разі Відключення первинної електромережі 220 В / 50 Гц. У цьом випадка система винна мати автономне джерела енергії, в якості которого, як правило, Виступає акумулятор на відповідну Ємність и напряжение. Особлівістю акумулятора є ті, что за его станом необходимо стежіті, причому - в автоматичності режімі (без участия оператора). Акумулятор та патенти всегда підтрімуваті в зарядженості стані, що не допускаючі перезарядження, при відключенні первинної мережі автоматично підключіті акумулятор до НАВАНТАЖЕННЯ, Забезпечити сігналізацію при его розряді и не допустіті его переразряда. Всі ці функції покладаються на окремий контролер стану акумулятора або на джерело живлення, який поєднує в собі функцію джерела безперебійного живлення. Подібні пристрої є у ​​виробників MEAN WELL і Chinfa (таблиця 3). Зовнішній вигляд виробів, наведений на малюнку 5.

Таблиця 3. Контролери для систем безперебійного живлення

24 20 4/7/12 + + + MW -20 ... 70 DRU30-12 12 30 4/7/12 + + + Chinfa -40 ... 71 DRU30-24 24 30 4/7/12 + + + -40 ... 71

Мал. 5. Зовнішній вигляд контролерів для систем безперебійного живлення

Схема безперебійного живлення пристрою з використанням автономного джерела енергії наведена на малюнку 6.

Мал. 6. Схема безперебійного живлення з використанням зовнішнього акумулятора

З таблиці 3 видно, що продукція двох розглянутих виробників розрахована на однакові по ємності акумулятори 4 ... 12 А.ч, але Chinfa випускає вироби, працездатні в більш широкому температурному діапазоні і на два значення напруги: 12 В і 24 В. Крім того, контролери зазначеного виробника мають перемикач, що дозволяє встановити оптимальне значення зарядного струму в залежності від ємності акумулятора (0,5 / 1 / 2,5 А). Контролер виробника MW ( DR-UPS40 ) Заряджає акумулятор тільки струмом одного значення 2 А, але при цьому вартість даного вироби істотно нижче, ніж вартість контролера DRU30.

Ізольовані DC / DC-перетворювачі

У системах промислової автоматики використовується різноманітне обладнання, яке потребує різної напруги живлення постійного струму. Якщо в шафі вже встановлено AC / DC-перетворювач, що підключається до мережі 220 В / 50 Гц, то немає гострої необхідності встановлювати другий подібний перетворювач на інше вихідна напруга. У подібній ситуації можна обійтися DC / DC-перетворювачем напруги, що має, як правило, меншу вартість.

Оскільки в промисловій автоматиці використовуються в основному вироби, які встановлені на DIN-рейку, розглянемо DC / DC-перетворювачі саме в цьому форм-факторі. Виявляється, такі вироби представлені тільки у виробника TDK-Lambda, і це єдина серія DPX , Що складається з одно-, дво- і трьохканальних DC / DC-перетворювачів потужністю 15 ... 60 Вт з однополярним і біполярним виходом (малюнок 7).

Мал. 7. Зовнішній вигляд DC / DC-перетворювача DPX

Модулі захищені від подачі вхідної напруги зворотної полярності, від перевищення допустимого значення пускового струму, а також - від перевантажень по потужності і напрузі і від коротких замикань.

На передній панелі розташований світлодіод індикації нормального значення вихідної напруги (DC good). Модулі допускають віддалене управління включенням / виключенням.

Відмінні характеристики і особливості модулів DPX наведені в таблиці 4.

Таблиця 4. Основні характеристики і особливості модулів DPX

параметр DPX15W DPX20W DPX40W DPX40W-3 DPX60

Uвх, В
(Робочий діапазон) 24 (9,5 ... 36) 48 (18 ... 75) 24 (9,5 ... 36) 48 (18 ... 75) 24 (9,5 ... 36) 48 (18 ... 75) 12 (9, 5 ... 18) 24 (18 ... 36) 48 (36 ... 75) 24 (9,5 ... 36) 48 (18 ... 75) U вих, В 3,3; 5; 5,1; 12; 15; ± 5; ± 12; ± 15 3,3; 5; 12; 15; ± 5; ± 12; ± 15 3,3; 5; 12; 15; ± 12; ± 15 3,3; ± 12; 5; ± 12; 3,3; ± 15; 5; ± 15 3,3; 5, 12; 15 Подстройка U вих,% - ± 10 ± 10 заводська установка ± 10 Pвих, Вт 15 20 40 40 60 tраб., ° C -40 ... 95 -40 ... 91 -40 ... 87 -40 ... 90 -40 ... 85 MTBF, тис . годину 147 139,3 968,8 1184 957 Кількість каналів 1, 2 1, 2 1, 2 3 1 Відображення DC-OK - + + + +

Висновок

Використовуючи продукцію розглянутих виробників - MeanWell, Chinfa і TDK-Lambda - можна забезпечити необхідною напругою живлення переважна більшість пристроїв промислової автоматики. Продукція перекриває великий діапазон потужностей (до 1,5 кВт) і дозволяє нарощувати вихідну потужність понад вказану за допомогою паралельного з'єднання джерел живлення. Для збільшення часу безвідмовної роботи системи є спеціальні модулі резервування джерел живлення з контролем напруги і необхідної сигналізацією, а також є модулі для забезпечення пристроїв безперебійним харчуванням в разі відсутності напруги первинної мережі.

Якість і надійність продукції розглянутих виробників підтверджені відповідними сертифікатами і випробуваннями. Продукція компанії TDK-Lambda виділяється підвищеною надійністю і призначена в основному для тих додатків, де потрібно безкомпромісну якість в жорстких умовах експлуатації (газова, нафтова галузі, енергетика та ін.). Продукція виробників MW і Chinfa характеризується оптимальним співвідношенням ціна / якість і підходить для всіх додатків з помірними вимогами по надійності.

Отримання технічної информации, замовлення зразків, поставка - e-mail: [email protected]

Про компанію TDK-Lambda

TDK-Lambda - один з найбільших світових лідерів в проектуванні і виробництві високонадійних джерел живлення різного призначення: для вимірювального і випробувального устаткування, промислової автоматики, телекомунікацій, обробки даних і т.д. Компанія випускає: AC / DC-перетворювачі потужністю від 5 Вт до 5 кВт DC / DC-перетворювачі для монтажу на друковану плату і на шасі потужністю від 1.5 Вт до 1 кВт Програмовані джерела живлення потужністю від 200 Вт до 90 кВт Висо ... читати далі