Блоки питания (источники питания) для КИПиА
Тут наверное кто-то подумает, что либо будет описан очередной маркетинговый ход, либо появилось что-то новое, но нет, это все те же блоки питания...большая часть оборудования КИП запитывается от источников питания (блоков питания или сокращенно БП) постоянного тока. Промышленным стандартом можно считать питание в диапазоне 9 до 36 вольт, наиболее подходяще стандартное напряжение при этом 24В. Применяемые БП могут иметь мощность от нескольких ватт (порой хватает 10-15Вт) до нескольких сотен ватт (обычно блоки питания заканчиваются на 480Вт, но есть и исполины под 960Вт и даже более, но тут лучше подумать над тем, чтобы распределить нагрузку между несколькими более мелкими).
Маломощные БП применяют для питания отдельных датчиков или маломощных устройств. В связи с тем, что при нормальной работе датчика с токовым выходом 4-20мА, подключенного к вторичному прибору по двухпроводной схеме, его выходной ток не может превышать 20-25 мА, то для питания этого датчика напряжением 24В достаточно 0,6 Вт мощности блока питания. Для обеспечения некоторого запаса по мощности, выпускаемые блоки питания КИП имеют максимальный ток нагрузки порядка 40…50 мА. Такие маленькие токи нагрузки позволяют изготавливать многоканальные блоки питания небольших размеров.
Помимо одноканальных блоков питания широко распространены двух, четырех и даже восьми канальные блоки питания. Блок питания обязательно должен быть стабилизированным, иначе колебания напряжения питания датчика будут вносить дополнительную погрешность в измерение. Второй важный аспект - это обеспечение электромагнитной совместимости, ведь именно схема блока питания позволяет отводить помеху, а сам блок питания (обычно импульсный) не должен шуметь мешая остальному оборудованию.
При выборе блока питания необходимо обращать внимание не только на величину выходного напряжения, тока и количество каналов, но и на то, имеют ли эти каналы гальваническую развязку относительно друг друга. Дело в том, что у многих вторичных приборов входа гальванически связаны – как правило, минусовые клеммы всех входных каналов объединены друг с другом, как например, в теплоэнергоконтроллере Исток-ТМ. В результате этого возможно влияние одного канала прибора на другой через цепи подключенных датчиков и общий блок питания, в том случае если он не имеет гальванической развязки.
Чаще всего гальваническая развязка каналов блока питания обеспечивается применением отдельной обмотки силового трансформатора на каждый канал. В связи с упомянутой ранее малой потребляемой мощностью силовой трансформатор блока питания, имея большое количество вторичных обмоток, все равно обладает незначительными размерами.
Современные блоки питания должны иметь защиту от короткого замыкания в нагрузке и защиту от перегрузок. В случае возникновения короткого замыкания или перегрузки срабатывает защита блока питания и выходное напряжение, и выходной ток падают практически до нуля. После устранения неисправности защита автоматически отключается и блок питания возвращается в нормальный режим работы. Некоторые блоки питания имеют световую индикацию нормальной работы (зеленый светодиод) и неисправности (красный светодиод). Опять же не всегда, но хорошо если есть выход типа «сухой контакт» индикации что блок питания работает штатно, обычно это выход DC-OK. Иногда блоки питания имеют полуавтоматическую защиту, которая срабатывает автоматически при возникновении нештатной ситуации, но для возврата блока питания в нормальный режим работы после устранения неисправности требуется нажать кнопку сброса на его корпусе. Иногда требуется спараллелить два блока питания по выходу, это не всегда работает и нужно интересоваться у производителя, есть ли поддержка параллельного включения БП (правда есть и такие готовые решения как DRDN20 от Mean well), кстати решение на диодах не всегда подходит, тут кроются особенности работы БП, нельзя идеально настроить их по напряжению так чтобы оба БП работали одинаково, потому один из блоков питания будет работать на полную мощность можно сказать на пределе, а второй (с напряжением чуть ниже) будет подключаться, когда первый уже будет срываться в токоограничение снижая напряжение, это связано с обратными связями и самими диодами, ведь если напряжение на выходе БП [которое пришло с другого БП с чуть большим напряжением] будет больше уставки, БП уменьшит скважность и выдаст меньше энергии, да и сам диод не откроется до тех пор, пока на аноде (то бишь на «слабом» БП) напряжение не поднимется больше катода, на котором будет напряжение с «сильного» БП (пусть и через такой же диод, обычно Шоттки, чтобы падение было минимальным, кстати по причине того, что диод нелинейный элемент, нет четкой зависимости падения напряжения от тока и в итоге это тоже мешает выравнить напряжения на катодах за счет деления токов).
Для питания мощных устройств или целых систем чаще всего используют импульсные блоки питания повышенной мощности. Выходной ток подобных источников питания при напряжении 24 В может достигать 5, 10, 15 или даже 20 и более ампер при относительно малых размерах. В частности подобные блоки питания зарекомендовали себя у двух фирм-производителей это Mean Well и Delta Electronics. Мощные блоки питания имеют тот же набор защит, что и маломощные источники питания.
Одним из важных требований для работы ряда инженерных систем и техпроцессов является обеспечение бесперебойного питания, то есть переход на питание от резервного источника (как правило, от аккумуляторной батареи АКБ), при отключении сети энергоснабжения источников питания. Это например пожарная и охранная сигнализации, технологическое оборудование в промышленности, где остановка может вызвать образование брака, аварийное освещение и др.
Полноценные системы бесперебойного питания имеют аббревиатуру UPS (от англ. Uninterruptible Power Supply – источник непрерывного питания) и они всем знакомы, например для питания компьютеров. В некоторых случаях, где питание конечных систем осуществляется источником напряжения постоянного тока (блок питания или БП) необходимо тоже обеспечить совместимость с функцией UPS. Для ряда применений в системах питания на DIN рейке используются блоки питания с функцией резервного питания UPS, например БП серии DRC от MEAN WELL, но блоки питания этой серии ограничены как по мощности, так и по току заряда подключаемой аккумуляторной батареи. Более гибким решением для питания мощной нагрузки является использование вспомогательного модуля – контроллера заряда АКБ на DIN рейку DR-UPS40.
Некоторые производителе предлагают варианты для организации резервирования и бесперебойного питания и с обычными блоками питания. Например решение с DRU от Delta electronics или DR-UPS40 от Mean Well.
Некоторые вторичные приборы имеют встроенные источники питания, что существенно упрощает монтаж оборудования и экономит средства. Встроенные блоки питания имеют, например, тепловычислитель Тэкон и безбумажный регистратор Ecograf T или контроллеры DVP-ES2/ES3 от Delta Electronics опять же как пример, а примеров таких море, собственно все это упрощает процесс, хоть источники и небольшие (да надо внимательно смотреть на ток), но бывает полезно, как например подцепить датчки давления на ПЧ подключившись ко встроенному выходу 24В.