Современное промышленное производство не обходится без применения автоматизированных систем управления (АСУ) технологическими процессами. Чем выше степень автоматизации этих процессов, тем больше производительность труда, выше качество, повторяемость характеристик продукции, ниже её себестоимость.
АСУ находят применение в сельском хозяйстве для организации климатического контроля в теплицах, овощехранилищах и элеваторах, в животноводческих комплексах, в птицефермах. Они также используются в составе линий по переработке сельхозпродукции и пищевых экструдерах, производящих чипсы, зерновые, другие закуски.
Разработан целый класс источников питания для систем управления, которые заметно отличаются от аналогичных устройств для широкого применения и лабораторных блоков. Эта статья поможет читателям сориентироваться в многообразии предложений этих специфических изделий.
Время чтения: 21 минута
Требования к блокам питания для автоматизации
Любая система автоматизации предназначена для решения задач при минимальном участии человека. Роль средств автоматизации в производстве радиоэлектронной аппаратуры сложно переоценить. Промышленные автоматы монтируют печатные платы, тестируют собранную продукцию многократно быстрее и точнее, чем это делает человек.
К основным функциям АСУ относятся: мониторинг, оптимизация, планирование, контроль качества, анализ собранной информации о производстве.
Индустриальная АСУ состоит из программной и аппаратной частей, сетевой инфраструктуры, пользовательских интерфейсов для обеспечения диалогового режима между человеком и системой. Наиболее известными примерами систем управления предприятиями служат масштабируемая ERP (Enterprise Resource Planning), облачная Oracle Manufacturing Cloud, модульная Siemens SIMATIC IT, специализированная Honeywell Experion PKS и т. д.
Оборудование для автоматизации процессов включает различные датчики, релейно-контактные схемы, программируемые логические контроллеры (ПЛК), промышленные компьютеры, серверы, источники бесперебойного энергоснабжения и пр.
Аппаратуре рассматриваемого типа относится к изделиям специальной техники. К ним предъявляются как общие, так и специфические технические требования.
Общие требования характерны для любых установок электроснабжения. К ним относятся следующие:
- формирование выходного напряжения с требуемыми электрическими характеристиками;
- функционирование в заданных климатических условиях эксплуатации, устойчивость к механическим нагрузкам;
- создание минимума радиопомех, которые могут нарушить работу других модулей АСУ;
- модульный принцип построения для обеспечения унификации с ремонтопригодностью;
- наличие многоуровневой системы защиты, исключающей подачу потребителям питающих напряжений, способных их повредить;
- повышенная электрическая прочность изоляции между входными цепями и интерфейсом Ethernet (выдерживает максимальную разность потенциалов до 3000 В);
- высокая надёжность при максимальном КПД.
Перечисленным требованиям в максимальной степени отвечают источники, построенные по импульсной схеме.
Среди специфических требований выделяется возможность соединения нескольких однотипных изделий для резервирования или дистанционное управление, конфигурирование через локальную сеть Ethernet. Кроме того, для наиболее ответственных применений понадобится работа от аккумуляторов, мониторинг их статуса и автоматическая поддержка в работоспособном состоянии.
Промышленные и лабораторные источники имеют много общего. Все они строятся по принципу стабилизированных блоков питания, имеют встроенную защиту блоков питания от перегрузок, узлы регулировки выходного сигнала. Любые аппараты для электроснабжения должны создавать минимум радиопомех.
Особенности источников для промышленного применения
Отличительные качества этих аппаратов от других устройств электроснабжения сводятся к следующему:
- они изготавливаются на фиксированные напряжения из ряда значений 12, 24, 48, 60В;
- подстройка питающего напряжения возможна в очень узких пределах;
- условия их эксплуатации значительно более жёсткие, особенно в части защищённости от пыли, влаги, перепадов температур;
- характеристики промышленной сети не оказывает существенного влияния на параметры выходного напряжения;
- многие модели лабораторных источников управляются по интерфейсу GPIB (General Purpose Interface Bus-интерфейсная шина общего назначения), а рассматриваемые блоки — через сеть Ethernet;
- требования к надёжности, отказоустойчивости, ремонтопригодности оборудования для производственных АСУ очень высоки;
- они не содержат встроенных средств контроля параметров выхода, а в лабораторных устройствах это обязательно;
- в лабораторных аппаратах имеется возможность запоминания до 10 комбинаций настроек их параметров, а в индустриальных такая функция не поддерживается по причине её невостребованности;
- для монтажа этих изделий применимы DIN рейки, 19-дюймовые стойки или стандартные шкафы, применяемые в АСУ;
- схемотехника промышленных блоков включают обязательную защиту от всех видов перегрузок.
К защитным механизмам относятся OVP (Over Voltage Protection — защита от превышения напряжения), UVP (Under Voltage Protection — от пониженного напряжения), OCP (Over Current Protection — от превышения тока), SCP (Short Circuit Protection — от короткого замыкания).
Кроме того, оборудование рассматриваемого типа должно соответствовать стандартам безопасности IEC (International Electrotechnical Commission — международная электротехническая комиссия). Качество и надёжность аппаратуры электроснабжения принципиально важны в промышленности, в транспортной инфраструктуре, в медицине или других сферах.
Ключевые критерии выбора промышленных блоков питания
Выбор блока питания для автоматизации основан на нескольких критериях. Рассмотрим их подробнее.
Назначение
Таблица 1. Особенности источников бренда Овен.
| Модели | Предназначение |
|
БП100К-12 БП240К-24 |
Для ПЛК |
|
БА24-2,8С БА24-2,4 БА12-4,8 |
Аккумуляторный для бесперебойного питания |
|
ИБП60ЖД-24 ИБП60К-24 ИБП60Б-Д9-24 |
С резервированием Для железнодорожной автоматики С резервированием для ПЛК С резервированием для широкого применения |
|
БП30А-24С БП30А-12С БП60А-24С БП60А-12С БП60А-24 БП60А-12 БП60Б-Д4-х |
Для шкафов автоматики |
|
БП30Б-Д3-24С БП30Б-Д3-48 БП30Б-Д3-60 БП30Б-Д3-15 |
Для тяжёлых условий эксплуатации |
| БП07Б-Д3.2-36 | Двухканальный широкого применения |
| БП12Б-Д1-24 | Для датчиков |
Требуемое выходное напряжение и ток
Они определяются техническими требованиями потребителей и их количеством.
Например, ПЛК NLScon-RSB, предназначенный для управления технологическими процессами в промышленности, потребляет мощность не более 10 Вт, а работоспособен он в диапазоне от 10 до 30 вольт.
Тогда при использовании стандартного источника 24В потребляемый им ток будет составлять примерно 0.42А. Если в системе используется 10 БП, суммарная потребляемая мощность от блока питания для ПЛК составит 40 Вт, а ток — 4.2А.
Заданное качество электроснабжения
Оно определяется уровнем пульсаций, шумов и изменением выходного сигнала под воздействием дестабилизирующих факторов: вариациями мощности, потребляемой нагрузкой, температуры окружающей среды, параметрами питающей сети 220В.
Необходимая надёжность
Она характеризуется сроком службы и временем наработки на отказ.
Критерии, упоминаемые в пунктах 1 и 3, приводятся в технической документации на источник электропитания. В подборе блока будет полезна информация, приведённая в таблице 1.
Обзор популярных моделей
В разделе каталога «Блоки питания для систем автоматизации» магазина Суперайс более 50 моделей различных приборов. На примере некоторых из них проиллюстрируем функциональные возможности с основными техническими характеристиками рассматриваемого оборудования.
Это одноканальный источник повышенной мощности с выходом 24В и номинальным током 10А. Его главная задача — энергоснабжение аппаратуры локальной автоматики, устройств распределённых автоматических систем, потребляющей мощность не более 240 Вт.
К дополнительным функциям изделия относятся следующие:
- возможность локального конфигурирования с использованием порта USB, а также дистанционного по локальной вычислительной сети Ethernet;
- наличие встроенной системы защиты от переходных процессов при бросках токов, коротких замыканий в нагрузке, перегрузок по входным цепям;
- реализация режима защиты static boost, при котором выходной ток изделия ограничивается в 2 раза по сравнению с номиналом при перегрузке по выходу;
- возможность непосредственного соединения нескольких БП240К-24 по параллельной или последовательной схемам без использования дополнительного оборудования.
Последняя особенность используется для ступенчатого увеличения выходного тока, отдаваемого источниками (для параллельного соединения) или для ступенчатого наращивания выходного напряжения оборудования электроснабжения (для последовательной схемы). При подключении каждого блока происходит увеличение максимального тока потребления на 10А, а напряжения — на 24 В.
Аппарат работоспособен в широких пределах изменения входных напряжений промышленной сети от 90 до 264В и частот от 47 до 63 Гц.
Размах амплитуды шума и пульсаций на выходе (от пика до пика) не более 120 мВ.
Нестабильность выдаваемого сигнала не превышает 2%.
Диапазон рабочих температур от минус 40 до плюс 70 0С при влажности не более 80%.
Габариты 85×125×95 мм, масса 1.25 кг.
Это блок питания для ПЛК и модулей ввода-вывода, подключаемых через Ethernet. Аппарат обеспечивает выходное напряжение 24В при номинальном токе 2.5А.
Диапазон входных напряжений питающей сети очень широк: от 110 до 370В.
Отличительная черта устройства заключается в обеспечении резервного энергоснабжения оборудования за счёт работы как от промышленной сети, так и от аккумуляторных батарей свинцово-кислотной или литий-ионной системы. Номинальное напряжение батареи 24 В.
Суммарная мощность подключаемых потребителей 60Вт, из которых 12 Вт расходуется на заряд аккумуляторов.
По аналогии с рассмотренным выше БП240К-24, допускается параллельное или последовательное соединение нескольких однотипных изделий.
Статус аппарата отображается с помощью светодиодов. Дистанционное управление и конфигурирование не предусмотрено.
Поддерживается встроенная защита выхода от перегрузки по току
ИБЭП60К24 рекомендован для совместной работы с ПКЛ 210 и модулями ввода-вывода Мх210.
Масса изделия составляет 0.5 кг.
Это линейка оборудования с фиксированными выходными напряжениями из ряда 5, 9, 12, 15, 24, 36, 48, 60В и токами 8, 6.67, 5, 4, 2.5, 1.67, 1.25, 1А соответственно. Номинальная мощность 60 Вт.
Однотипные изделия могут соединяться параллельно или последовательно.
Обеспечена встроенная система защиты выхода от перегрузки по току и превышению напряжения. Вход нечувствителен к перенапряжениям и импульсным помехам, а устройство в целом защищено от перегрева.
Выдаваемое напряжение подстраивается переменным резистором.
Масса изделия составляет 0.25 кг.
Это источник с бесперебойным питанием и внешним аккумулятором.
Основные функции изделия:
- светодиодная индикация режимов работы;
- поддержка оптимального режима заряда аккумулятора с ограничением зарядного тока;
- автоматическое переключение нагрузки на питание от аккумулятора при отключении промышленной сети 220В или понижением её напряжения ниже допустимого уровня;
- защита блока и питаемого оборудования от короткого замыкания и неправильного присоединения аккумулятора путём полного отключения нагрузки;
- автоматическое возобновление электроснабжения нагрузки после устранения короткого замыкания;
- контроль подключения аккумулятора и его защита от полного разряда путём отключения его от питаемого оборудования в случае снижения ёмкости батареи ниже допустимого предела;
- выдача сигнала об аварии на внешнее устройство в случае отключении промышленной сети;
- поддержка режима «холодного старта» изделия при отсутствии сети 220 В.
«Холодным стартом» называют возможность запуска изделия при подключённом аккумуляторе и отсутствии напряжения сети.
Совместно с ИБ П60Б-Д9-24 могут применяться аккумуляторы различных электрохимических систем: свинцово-кислотные напряжением 26.2–28.9В или литий-ионные, содержащие встроенный контроллер заряда. Ёмкость батареи от 2 до 10А/ч.
Все источники характеризуются одинаковыми параметрами надёжности: средней наработкой на отказ 50000 часов и сроком эксплуатации 10 лет.
Практика применения устройств питания в АСУ
Установка и эксплуатация БП для АСУ осуществляется так, как рекомендует производитель. При этом учитывается специфика организации производства на промышленном предприятии.
Для взаимодействия с рассматриваемыми приборами может применяться протокол Modbus. Он специально создан для организации управления различными технологическими устройствами.
При этом доступны следующие операции контроля и диагностики:
- Дистанционное включение (выключение) изделия.
- Настройка ограничения выходного тока.
- Установка номинала выходного напряжения.
- Задание временных параметров: времени старта, перезапуска, включения, работы в режиме короткого замыкания, задержки выхода в безопасный режим.
- Программирование IP-адреса блока, шлюза, DNS серверов, а также маски подсети.
- Включение (выключение) режима DHCP.
- Управление конфигурированием из облачного сервиса.
- Для диагностики неисправностей также задействованы индикаторы на передней панели аппаратуры.
Кроме протокола Modbus, для работы с питающим оборудованием доступны продукты OwenCloud и Owen Configurator.
Облачный сервис OwenCloud обеспечивает удалённую диагностику, управление и архивирование данных приборов, используемых в автоматизированных системах.
Он позволяет:
- осуществлять мониторинг данных, получаемых с отдельных компонентов АСУ, в виде хронологических графиков и в табличной форме;
- обеспечивать управление конфигурациями приборов;
- получать оповещения об аварийных событиях на мобильные устройства в виде СМС, на электронную почту, с помощью Telegram-каналов и пуш-уведомлений;
- создавать карты технологических процессов с индивидуальными настройками, применяя удобный графический редактор;
- формировать отчёты о работе объекта управления в соответствии с выбранными базовыми критериями;
- создавать и хранить архивы в формате таблицы XLSX за последние 90 суток;
- управлять правами доступа пользователей к оборудованию.
Доступ к сервису предоставляется с помощью web-браузера или специализированного приложения для мобильных устройств, работающих под операционными системами Android и IOS.
Owen Configurator — это программный продукт для настройки и программирования параметров различного оборудования АСУ.
Он поддерживает следующие функции:
- считывание и запись параметров конфигурации или копирование их из одного устройства в другое;
- установку реального времени, пароля доступа к оборудованию и его IP адреса;
- сброс настроек изделия к заводским;
- обновление программного обеспечения;
- обнаружение новых версий программных продуктов на сервере;
- сохранение архива, извлекаемого из оборудования, в компьютере;
- просмотр информации об устройствах;
- установку параметров аналоговых входов и выходов конфигурируемых изделий;
- конфигурирование как с компьютера, так и со смартфона.
В процессе монтажа рассматриваемых аппаратов обычно допускаются следующие ошибки:
- Неправильное размещение блоков в шкафу, ухудшающее их пассивное охлаждение и приводящее к перегреву и последующему выходу из строя. Например, конструкция модуля БП240К-24 позволяет крепить его к DIN-рейке или к любой вертикальной поверхности. При этом сам модуль также должен располагаться вертикально для обеспечения естественной конвекции воздуха. С этой целью в его верхней и нижней частях имеются вентиляционные отверстия.
- Нарушение правил подключения потребителей энергии. Поскольку в большинстве аппаратов для этого применяются клеммные колодки с винтовой фиксацией кабеля для внешних соединений, многожильные соединительные проводники должны обжиматься латунными наконечниками и только потом монтироваться в клеммную колодку. Такой монтаж обеспечивает получение надёжного контакта с минимальным сопротивлением, что критически важно в сильноточных цепях.
При подборе аппаратуры электропитания неискушённый покупатель совершает ошибку, когда выбирает самые дешёвые и недостаточно мощные экземпляры. Они зачастую эксплуатируются в пиковых и близких к ним режимах. При этом увеличивается вероятность отказа приборов.
В качестве рекомендации по увеличению срока службы устройств не следует использовать блоки питания на максимальных мощностях. Лучше предусмотреть запас 15–20%.
Амплитуда пульсаций выходного напряжения в них достаточно велика, поэтому они непригодны для питания высокочувствительной аппаратуры.
Время переключения источников с бесперебойным питанием для АСУ составляет 5–10 мс. Это обстоятельство нужно учитывать при питании потребителей, критичных к кратковременным отключениям питания. Для сравнения: в компьютерных блоках бесперебойного питания с двойным преобразованием сигнала это время равно нулю. Другая особенность бесперебойных устройств питания — значительное время установления выходного напряжения, достигающее нескольких секунд, что не всегда допустимо.
Приобретение устройств электропитания для критически значимых применений — дело важное и ответственное. Технические характеристики лучших образцов фактически достигли технологического потолка, определяемого современным уровнем развития схемотехники и электроники.
Большинство современных индустриальных приборов для электропитания — это сложные программно-управляемые устройства с локальным и дистанционным конфигурированием и настройкой параметров. Для работы с такой техникой требуются специалисты высокой квалификации.
Чтобы купить блок питания для промышленного оборудования, покупателю нужно конкретно сформулировать технические требования к нему и проанализировать предложения различных производителей и продавцов.
За редкими исключениями, надёжный индикатор качества и функционала продукции БП — его цена. Ориентируясь на неё, можно существенно сузить круг анализируемых образцов и упростить процесс поиска и подбора. Для профессионала это не составит большого труда.
При любых вопросах по выбору и покупке надёжных блоков питания для производства покупатель всегда может получить исчерпывающую онлайн-консультацию. Её предоставят технические специалисты и менеджеры в чате на сайте магазина Суперайс или по телефону.
