适用于辅助电源电压的冗余设计

适用于辅助电源电压的冗余设计

保障电网安全

从电源到负载,执行持续监视。

优势

  • 电源为各路负载提供稳定的冗余供电
  • 通过持续监控输入电压、输出电流和退耦区位,执行冗余监视
  • 通过LED和信号触点发送和显示清晰的信息
  • 电压稳定,负载使用寿命长
  • 负载分布均匀,电源和DC/DC变换器使用寿命长

应用

对于过程控制工程而言,系统的可用性至关重要。系统部件乃至个别组件出现短暂中断,都可能造成长时间的停机或调试,从而导致生产故障持续时间长、维修成本高。

因而在很多情况下,冗余系统是避免单点故障的有效方式。除此之外,24 V DC的辅助电源也是解决方法之一。为实现24 V电源冗余,并行切换两个辅助电网,并通过冗余模块消除两个电源给之间的相互影响。输出电压通过相应的保险丝分配器分配到各个负载。

仔细观察过程行业中的常见负载,您会发现DCS系统(分布控制系统)、远程I/O站和有源配线块都是通过两个冗余电源供电。此外,您还会发现信号隔离变送器、继电器、4线变送器等许多负载只有一个电压输入。

这里有以下问题值得探讨一下:

  • 辅助电源采用何种结构为这两种不同的负载类别供电,并确保高度可用性?
  • 两个电源并行切换够用吗?
  • 如何监视冗余?

解决方案

QUINT ORING冗余监视  

冗余监视提高可用性

菲尼克斯电气根据您所需要的冗余,提供完美的解决方案:

冗余供电网络
考虑采用冗余辅助电压时,首先需要考虑的问题是低电压网络发生电源故障时,是否会导致控制技术失灵。

如果答案为否,则应当采用两个网络分别为辅助电网供电。这两个网络可以是两个独立的低电压系统,也可以是一个低电压系统,外加一个蓄电池系统等。

电源冗余

必须将当前连接的两个独立网络进行合理分配,并组合在合适的位置上。

通过转换室中的现代化切换式电源,将低电压网络转换至辅助电压网络水平。在蓄电池设备中,长电缆路径上的负载波动导致电压波动,进而危及负载的功能和使用寿命。
在进行分配和加载之前,应当通过DC/DC变换器,将蓄电池设备中的电压稳定在预定的电压水平上。

冗余电源示例  

通过退耦模块前端的2个低电压网络供电(见左图)
通过退耦模块前端的低电压网络和蓄电池网络供电(见右图)

选择合适的电压和导线截面积时,需着重考虑电流强度,以及电源和DC/DC变换器的位置(及由此确定的负载距离)。

与电池组相似,以下规律在此同样适用:最终辅助电压的转换越集中,长电缆路径上负载
的电压降风险就越大。为实现规定的24 V DC负载,通常采用28 V DC。这种情况,我们通常选择较大的导线截面积,以尽量缩小电压降。

如果两个冗余辅助电压路径随之并行切换,就应当采用合适的二极管将两者退耦,避免产生补偿电流。

QUINT ORING二极管冗余模块  

冗余模块指示正常

为此,必须确保在整个系统的使用周期内,仅当所有负载的总电流不大于单个电源的最大电流时,才能出现冗余。这是在一条路径发生故障时,确保另一条路径完全接管供电的唯一办法。

智能二极管模块(例如,QUINT ORING)在电流消耗过高时,就会接管总电流和输出报警的监视功能。这样便于模块扩展,以及辨别潜在故障(预见性维护)。此外,这些智能模块还利用有源电流平衡(ACB)功能,确保两条网络路径均匀负载,尽量延长电源或DC/DC变换器的使用寿命。

有设备过度偏离输出电压侧时,就会及时报告这一行为。退耦二极管后面通常会连接保险丝分配器。此处往后的供电链中,即便是带有两个保险丝且通过冗余电源端子为负载供电的电源,也不会存在冗余。此时如果网络或保险丝分配器出错,仍然会导致系统故障。

完全冗余的辅助电压电源

通过退耦模块连接负载  

通过退耦模块连接负载

优质的冗余设计统一带有两个独立网络,采用两个带有智能冗余模块的电源(或DC/DC耦合器)连接成级联形式。这是切实为所有负载提供冗余电源的唯一方式,它可以为各个辅助电压网络均匀地加载
并监视冗余。

每个负载都有两根独立的供电电缆分别从第一和第二电位分配器中接出。这样就能直接在1类负载中,或直接在2类负载前方连接冗余电源端子,然后另外采用一个退耦模块将两条单独的辅助电压路径合并,形成一个电源。

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