Широкий класс устройств промышленной автоматики сильно отличается от обычной бытовой техники, и соответственно качественные требования к таким устройствам значительно выше. Объекты энергетики, промышленные сооружения, транспортные средства и транспортное оборудование в целом — во всех этих сферах присутствует сегодня автоматизация процессов, реализуемая благодаря применению устройств особой стойкости, надежности, повышенной безопасности.
Нефтяная, газовая, энергетическая отрасли, - требуют надежного и безопасного электроснабжения. Такие устройства обязаны обладать стойкостью к вибрациям, иметь широкий температурный диапазон, а иногда быть стойкими к действию радиации.
Само собой, блоки питания данных устройств промышленной автоматики всегда отвечают требованиям, предъявляемым к конкретному устройству целиком, ибо блок питания - есть часть этого устройства. Если блок питания уступает требованиям, - все устройство становится уязвимым.
Блоки питания в промышленности монтируют традиционно в шкафах на DIN-рейки, и корпуса блоков питания поэтому предназначены для такого монтажа. Некоторые производители выпускают специальные наборы адаптеров для монтажа блоков питания на DIN-рейку.
Безусловно, блоки питания для промышленной автоматики имеют характерные особенности, и в зависимости от задач, которые с помощью того или иного блока питания решаются, можно все их подразделить на несколько типов: изолированные AC/DC — преобразователи, модули резервирования, блоки питания с поддержкой UPS, изолированные DC/DC — конвертеры. Все эти типы блоков питания объединяет одно — их параметры стабильны в различных внешних условиях.
Разные электронные узлы промышленных установок требуют своего рабочего напряжения, то есть не у всех узлов напряжение питания одно и то же. По этой причине производители блоков питания для промышленной автоматики заботятся о том, чтобы было несколько каналов с различными напряжениями, включая и двухполярное, на одном блоке. Есть и управляемые блоки питания, которые включаются или выключаются сигналом с внешних промышленных датчиков, принимая логический уровень на специальный вход.
Тройка лидирующих производителей блоков питания для промышленности: MW, Chinfa и TDK-Lambda – почти полностью перекрывают своим ассортиментом потребности сегодняшних устройств промышленной автоматики. При этом блоки питания данных марок удовлетворяют как требованиям по надежности и безопасности, так и требованиям по электромагнитной совместимости.
Изолированные AC/DC - преобразователи
Блоки питания данного типа служат традиционно в качестве основных стабилизированных источников питания. Они получают питание от сети (трехфазной или однофазной), либо от источника постоянного тока, при этом диапазон питающих напряжений довольно широк — от 120 до 370 вольт по постоянному току.
Данный тип блоков питания является наиболее распространенным в цепях питания промышленной автоматики, поскольку сетевое питание присутствует практически везде.
Кроме того, диапазон характеристик весьма широк — выходное напряжение, максимальный ток, конструктивное исполнение, - все эти параметры варьируются, и производители на своих сайтах предоставляют потребителю возможность выбора.
Особого внимания заслуживают блоки питания с пожизненной гарантией (например серия HWS от TDK-Lambda), с возможностью компенсации просадки напряжения на проводах, с подстройкой выходного напряжения, и с опцией удаленного выключения/включения.
Некоторые серии изолированных AC/DC — преобразователей обладают способностью выдерживать двукратные перегрузки номинальной мощности в течение нескольких секунд (например серия ZWS/BP от TDK-Lambda), что очень актуально для питания двигателей, когда в режиме перегрузки двигатели потребляют на протяжении нескольких секунд значительную мощность, но в основном режиме потребление вдвое ниже. Налицо возможность сэкономить на покупке мощного преобразователя.
Фирмы Chinfa и MW главным образом поставляют преобразователи специально для монтажа на DIN-рейку. Блоки питания Chinfa традиционно имеют выходы на 15 и на 5 вольт, и могут работать даже в мороз до -40°C. Все блоки питания данных производителей могут питаться напряжением от 85 до 264 вольт. Для систем автоматики повышенной мощности предусмотрены и трехфазные версии блоков питания.
В большинстве своем блоки питания для промышленных применений имеют в своей конструкции блок активной коррекции коэффициента мощности PFC и возможность подстройки выходного напряжения в пределах +-15% от номинала.
Иногда необходимо параллельно соединить несколько блоков питания, чтобы подать к нагрузке мощность выше номинала одного блока питания, для этой цели некоторые модели изолированных AC/DC — преобразователей оснащены специальным переключателем, позволяющим скорректировать цепи обратной связи нескольких источников, при этом один из блоков получается ведущим, а остальные ставятся в режим ведомых. Такая схема отличается от схемы, применяемой для задачи резервирования, решение которой будет рассмотрено далее.
Модули резервирования
Такие блоки предназначены для повышения надежности системы, когда имеется риск выхода из строя одного из преобразователей. К одной общей шине подключаются с диодной развязкой несколько блоков питания, и в случае выхода из строя одного источника, тут же подключается второй. Внешне это выглядит как подключение развязывающих диодов к резервируемым блокам питания.
Модули резервирования обеспечивают непрерывную работу оборудования на протяжении длительного времени, не нарушая технологического цикла — вот их главная задача. Развязывающие диоды начинают проводить строго тогда, когда это необходимо, поэтому есть отличие между встроенными в блок питания диодами и диодами вынесенными в модуль резервирования.
Во втором случае КПД блоков питания повышается. Если один из блоков питания выйдет из строя, произойдет горячая замена, и система продолжит работать. Оператору останется отследить неисправность блока (по схеме отслеживания напряжения на выходе отдельного блока) и обеспечить его своевременную замену или сервисное обслуживание.
Чаще всего в целях промышленной автоматизации применяют напряжение 24 вольта, и модули резервирования выпускаются главным образом на это номинальное напряжение. Если напряжение будет 12 вольт, то модуль будет не в состоянии проконтролировать напряжение на своем входе, и тогда нужно прибегнуть к выбору блоков питания со встроенной системой контроля.
Блоки питания с поддержкой UPS
Это блоки питания с функцией мониторинга за состоянием аккумуляторов и с функцией их заряда. Блоки питания для UPS подключаются параллельно основному источнику питания, и поддерживают надлежащий уровень напряжения в случае исчезновения напряжения в сети, либо при выходе из строя этого основного источника питания. Одновременно поддерживается заряд резервного аккумулятора. Такие приложения очень востребованы в промышленной автоматизации с резервными источниками, особенно — с аккумуляторными батареями.
Контроллер блока (подобные выпускают Chinfa и Mean Well) поддерживает заряд аккумулятора всегда на правильном уровне, не допускает разряда, и не приводит к перезаряду. То есть блок питания сочетает в себе функцию UPS (источника бесперебойного питания).
Каждое изделие, из предлагаемых производителями, предназначено для аккумуляторов определенной емкости, в соответствии с номиналом, и может иметь два выходных напряжения: 24 и 12 вольт. Более дорогие контроллеры имеют настраиваемый ток заряда аккумуляторов, более дешевые — постоянный уровень зарядного тока, например 2 ампера.
Изолированные DC/DC — конвертеры
Изолированные DC/DС — конвертеры (преобразователи) предназначены для изменения уровня постоянного напряжения. Они устанавливаются внутри шкафов или функциональных модулей, ведь иногда в системах промышленной автоматики необходимо разное постоянное напряжение для разного оборудования.
Так, например, если уже имеется изолированный AC/DC — преобразователь, но требуется получить еще и другое напряжение, отличное от того, которое дает уже установленный в шкафу прибор, можно обойтись DC/DC - преобразователем, это будет дешевле, чем покупать еще один AC/DC.
Изолированные DC/DС — конвертеры для монтажа на DIN-рейку выпускает фирма TDK-Lambda, представляющая ряд преобразователей с различным количеством выходных каналов на мощность от 15 до 60 Вт. Устройства имеют защиту от подачи напряжения обратной полярности и схему ограничения пускового тока, также есть традиционная защита от КЗ. Светодиодный индикатор показывает наличие номинального напряжения на выходах каналов. Имеется возможность удаленного выключения-включения.
Так, современный рынок блоков питания для промышленной автоматики изобилует устройствами с любыми параметрами, какие только могут понадобиться. Ассортимент позволит выбрать любые напряжение, мощность, форм-фактор, опции удаленного управления, функцию UPS и т. п.
Мощность более 1500 ватт может быть получена параллельным объединением нескольких блоков. Модули резервирования помогут наладить безотказную работу цепей. Устройства с поддержкой UPS не дадут прерваться технологическому процессу. DC-DC – конвертер позволит получить необходимое напряжение постоянного тока.