Что особенно впечатляет в промышленных системах, так это непрерывное и ритмичное выполнение ими своих задач, работа в гармонии для сборки продукции, приготовления пищи, производства транспортных средств и обработки материалов. Обеспечение круглосуточной работоспособности этих систем — непростая задача. И за каждым ПЛК, исполнительным механизмом и датчиком должен стоять источник питания, гарантирующий бесперебойную подачу электроэнергии. Итак, как выбрать источник питания, который будет надежно работать в сложных условиях, с которыми сталкиваются промышленные системы?
Промышленным машинам необходимы надежные источники питания для обработки материалов и производства продукции.
Как определяется требуемое входное напряжение?
Исходной точкой для определения оптимального источника питания являются три технических параметра: входное напряжение, выходное напряжение и выходная мощность. Если вы создаете оборудование, которое будет стационарно установлено на вашем объекте, это определяется источником питания, к которому оно подключено, например, однофазным напряжением 230 В переменного тока с частотой 50 Гц.
Однако, если вы производите оборудование для экспорта по всему миру, вам необходимо учитывать различные электросети, которые могут быть у ваших клиентов. В таких случаях вы можете указать универсальный вход переменного тока. Он варьируется от 85 В до 264 В переменного тока и поддерживает частоты от 47 до 60 Гц. Хотя переменный ток является типичным для промышленных систем, могут быть случаи, когда доступен только источник постоянного тока (DC). Некоторые источники питания также поддерживают вход постоянного тока с диапазоном, аналогичным входу переменного тока, что позволяет охватить и такие ситуации.
Что следует учитывать при выборе выходного напряжения блока питания?
После уточнения вариантов входного напряжения настает время проанализировать требования к выходному напряжению. Они определяются питаемым оборудованием, таким как промышленные датчики, ПЛК и исполнительные механизмы, например, сервоприводы. Например, хотя большинство ПЛК задают напряжение питания 24 В постоянного тока, они, как правило, могут выдерживать колебания, включая пульсации, в пределах ±20%.
Некоторые блоки питания обеспечивают два или три различных выходных напряжения, обычно направленных на общие напряжения или на положительный и отрицательный выходы. Если требуемое напряжение недоступно, можно использовать два блока питания, соединенных последовательно, для получения желаемого выходного напряжения. Необходимо использовать два блока питания одной и той же модели и с одинаковыми выходными характеристиками.
Рисунок 2: Антипараллельные диоды
Последовательное соединение нескольких источников питания может привести к увеличению выходного напряжения, но рекомендуется использовать антипараллельные диоды для предотвращения обратного напряжения, если время запуска различается.
Большинство нагрузок имеют типичный и максимальный потребляемый ток, например, 80 мА и 100 мА. При питании нескольких нагрузок необходимо рассчитать сумму максимальных токов в наихудшем случае. Используя уравнение мощности P = I × V, можно определить требуемую выходную мощность. Например, если вы планируете питать пять описанных ПЛК, то потребляемый ток составит от 400 мА до 500 мА, или потребляемая мощность — от 9,6 Вт до 12 Вт при напряжении постоянного тока 24 В.
Если у вас нет блока питания достаточной мощности, вы можете использовать два или более блоков питания, соединенных параллельно, чтобы получить суммарную мощность. Однако следует ограничить потребление не более чем 80% от общей доступной мощности. Такие факторы, как температура и старение, также могут привести к преждевременному износу одного из блоков питания, что может создать дополнительную нагрузку на устройство и привести к его поломке. Выбирайте блоки питания одной модели, работающие при одинаковом напряжении, или устройства, предназначенные для параллельной работы. В случае сомнений рекомендуется обратиться к производителю.
Рисунок 3: Источники питания, соединенные параллельно
Блоки питания можно подключать параллельно. Убедитесь, что на обоих выходах одинаковое напряжение.
Учитывайте варианты монтажа, охлаждения и подключения блока питания.
В некоторых ситуациях требования к монтажу и охлаждению блока питания определяются особенностями его применения. Например, стандартным вариантом монтажа ПЛК и аналогичного оборудования являются DIN-рейки или крепления типа Hutschienen, поэтому блок питания, устанавливаемый на DIN-рейку, — это наилучший выбор.
Существуют блоки питания мощностью до 600 Вт с конвекционным охлаждением, поэтому принудительная вентиляция не является проблемой. Фактически, в промышленных блоках питания принудительная вентиляция вообще отсутствует, поскольку она представляет собой еще один потенциальный источник отказа. Однако для естественной конвекции необходим достаточный поток воздуха, типичная характеристика которого составляет 20 линейных футов в минуту (LFM).
Другие источники питания выпускаются в металлическом корпусе с кронштейнами для крепления к шасси, что позволяет устанавливать их в систему с помощью винтов. Наконец, если вы разрабатываете промышленное приложение на уровне компонентов, вас заинтересуют источники питания, монтируемые на печатные платы (PCB). Они могут быть открытого типа, без корпуса, или защищены пластиковым корпусом с герметизирующим компаундом.
Рисунок 4: Корпус блока питания
Корпуса блоков питания бывают разных типов: для монтажа на DIN-рейку (крайний слева) и шасси (слева), а также для монтажа на печатную плату (справа) и пластик (крайний справа).
Тип монтажа и предполагаемое применение часто определяют конкретные варианты подключения. Блоки питания для монтажа на DIN-рейку и шасси обычно имеют винтовые клеммы, что позволяет специалистам легко подключать устройство. Также доступны адаптеры для крепления блоков питания для монтажа на шасси к DIN-рейкам. Для блоков питания для монтажа на печатную плату необходимо обратиться к чертежам в техническом описании для определения расстояния между контактами и размеров. Независимо от выбранного типа, большинство производителей также предоставляют чертежи САПР, которые можно импортировать в программное обеспечение для проектирования, что помогает избежать проблем с размещением при сборке оборудования.
Убедитесь, что источник питания соответствует условиям окружающей среды и отраслевым стандартам
Если ваша система регулярно подвергается вибрации или физическим ударам, вам следует проверить, каким стандартам она соответствует. Эти факторы окружающей среды регулируются такими стандартами, как EN 61373 и некоторыми положениями IEC 60068-2. Также следует проверить указанный диапазон рабочих температур и относительную влажность без конденсации. Может быть также предусмотрено снижение мощности при более высоких температурах и более низком входном напряжении.
UL 508 — еще один важный стандарт для промышленного контрольно-измерительного оборудования. Этот стандарт обеспечивает соответствие стандартным испытаниям на перегрузку, диэлектрическую прочность, короткое замыкание и ток короткого замыкания, а также ряду других важных критериев. Соответствие этим стандартам гарантирует, что источник питания отвечает требованиям безопасности, надежности и долговечности, предъявляемым к промышленному оборудованию.
Если вам потребуется углубиться в детали, вы, как правило, найдете примечания к применению, содержащие информацию о тепловых характеристиках, результатах испытаний на электромагнитную совместимость, регулировке выходного напряжения и характеристических кривых.
Рисунок 5: Примечание к применению
В примечаниях к применению содержится более подробная информация, чем в техническом описании блока питания, например, об эффективности в зависимости от нагрузки/напряжения, характеристиках запуска и удержания.
Как подобрать промышленный источник питания, соответствующий вашим потребностям
Наконец, хотя производители удовлетворяют большинство повседневных потребностей промышленного электропитания, всегда будут случаи, когда именно то, что вам нужно, недоступно. В таких ситуациях есть два варианта. Иногда можно адаптировать существующую конструкцию или получить дополнительную сертификацию, чтобы соответствовать вашим требованиям. В противном случае вы можете рассмотреть вариант индивидуального проектирования. В таких случаях вам нужно будет собрать все ваши требования и поделиться ими с выбранным партнером, чтобы начать процесс проектирования.
Автор: Симеон Тремп, Traco AG
