Sistemi di ridondanza per l'alimentazione di tensione ausiliaria

Concetti di ridondanza per l'alimentazione di tensione ausiliaria

Sicurezza significa affidabilità

Monitoraggio continuo, dalla rete all'utenza.

I vantaggi

  • Alimentazione di tensione ausiliaria ridondante e continua dalla rete fino a ogni singola utenza
  • Monitoraggio di ridondanza tramite controllo costante della tensione di ingresso, della corrente di uscita e delle linee di disaccoppiamento
  • Messaggio univoco tramite LED e contatto di segnale
  • Lunga durata di vita del carico grazie a livelli di tensione costanti
  • Lunga durata di vita dell'alimentatore e del convertitore DC/DC grazie a distribuzione del carico uniforme

Applicazione

La disponibilità è di fondamentale importanza in molti impianti di tecnica di processo. Se nelle sezioni di impianto o nei singoli componenti avvengono delle interruzioni, ciò potrebbe causare tempi di inattività o di azionamento troppo lunghi e provocare interruzioni di produzione costose.

Per tale ragione i sistemi ridondanti sono in molti casi degli strumenti collaudati per evitare il Single Point of Failure. Ciò vale per l'alimentazione di tensione ausiliaria ovunque necessaria, che si è ormai estesa a quasi tutti i settori con una potenza di 24 V DC. Per la realizzazione della ridondanza di alimentazione a 24 V vengono azionate parallelamente due reti di alimentazione ausiliarie e disaccoppiate l'una dall'altra. L'alimentazione in uscita viene distribuita sui singoli carichi mediante i relativi distributori di sicurezza.

Se si guarda con più attenzione ai carichi comuni nell'industria di processo si notano sistemi DCS (Distribution-Control-System), stazioni I/O remote e distributori di smistamento, spesso alimentati da due moduli di alimentazione disaccoppiati. Di fianco ci sono però anche molte altre utenze come amplificatori di isolamento, relè, trasmettitori a 4 cavi che dispongono di un unico ingresso di tensione.

Qui sorgono immediatamente le seguenti domande:

  • Come deve essere installata l'alimentazione di tensione ausiliaria per alimentare in maniera affidabile entrambi questi tipi di carichi differenti?
  • L'impiego di due alimentatori azionati parallelamente è sufficiente?
  • Come viene monitorata la ridondanza?

Soluzione

Monitoraggio di ridondanza di QUINT Oring  

Il monitoraggio della ridondanza aumenta la disponibilità

Phoenix Contact vi offre, a seconda del sistema di ridondanza che si desidera realizzare, la soluzione adeguata:

Rete di alimentazione ridondante
Se state riflettendo su una tensione ausiliaria ridondante è necessario prima chiedersi se una caduta di corrente della rete a bassa tensione possa causare un guasto al sistema di controllo.

Se la risposta a tale domanda è no, allora la rete di tensione ausiliaria deve essere alimentata da due diverse reti. Quindi: da due impianti di bassa tensione alimentati in maniera indipendente l'uno dall'altro oppure da un impianto di bassa tensione e ad es. da un impianto a batteria.

Ridondanza alimentatore

Entrambe le nuove reti indipendenti devono ora essere distribuite in maniera adeguata ed essere condotte insieme al giusto punto.

Le reti di bassa tensione vengono convertite nelle sale di distribuzione con l'ausilio di alimentatori a commutazione moderni al livello della rete di tensione ausiliaria. Negli impianti a batteria le oscillazioni di carico in linee lunghe causano oscillazioni di tensione che possono nuocere alla funzione e alla durata di vita
delle utenze. Per questa ragione prima della distribuzione e dei carichi è necessario stabilizzare la tensione dagli impianti a batteria tramite convertitori DC/DC al livello di tensione desiderato.

Esempi di alimentazione di tensione ridondante  

Alimentazione da 2 reti di bassa tensione a monte di moduli di disaccoppiamento (immagine a sinistra)
Alimentazione da rete a bassa tensione e rete a batteria a monte di moduli di disaccoppiamento (immagine a destra)

L'altezza della corrente e la posizione dell'alimentatore e del convertitore DC/DC (quindi la distanza dalle utenze) ricoprono un ruolo fondamentale nella scelta del giusto livello di tensione e della sezione del conduttore.

Come per l'impianto a batteria anche in questo caso: più è centrale la conversione alla tensione ausiliaria finale, maggiore è il calo di tensione sulle linee lunghe dei
carichi. 28 V DC non sono una rarità, affinché sul carico siano disponibili i 24 V DC desiderati. In questo casi si sceglie una sezione di conduttore grande per ridurre al minimo i cali di tensione.

Se entrambi i percorsi di tensione ausiliaria ridondanti vengono azionati parallelamente, devono essere disaccoppiati con i giusti diodi, per evitare correnti di compensazione.

Modulo diodi QUINT Oring  

Il segnale di ridondanza segnala OK

È necessario anche fare attenzione che all'interno del ciclo di vita complessivo dell'impianto la ridondanza venga attivata solo quando la somma delle correnti di carico di tutti i carichi non è maggiore della corrente massima di un singolo alimentatore. Solo in questo modo è possibile garantire che in caso di guasto di un percorso. l'altro possa occuparsi completamente dell'alimentazione.

Moduli diodi intelligenti (ad es. QUINT Oring) si occupano della funzione di monitoraggio della corrente cumulativa e danno l'allarme quando il consumo di corrente è troppo elevato. Ciò alleggerisce gli ampliamenti e identifica insidiosi guasti (predictive Maintenance). Inoltre, questi moduli intelligenti garantiscono tramite l'Active Current Balancing (ACB) un carico uniforme di entrambi i percorsi di rete, massimizzando in questo modo la durata di vita degli alimentatori e dei convertitori DC/DC.

Se un dispositivo devia troppo nella tensione in uscita, verrà emesso tempestivamente un avviso. Spesso dopo un diodo di disaccoppiamento c'è un distributore di sicurezza. Da qui il tratto di alimentazione non è più ridondante, anche se i carichi vengono alimentati con moduli di alimentazione ridondanti tramite due diversi fusibili. Eventuali errori sul tratto o sul distributore di sicurezza possono sempre causare qui un guasto all'impianto.

Alimentazione completamente ridondante

Connessione di utenze tramite moduli di disaccoppiamento  

Connessione di utenze tramite moduli di disaccoppiamento

Il sistema a ridondanza ottimale è formato da due reti indipendenti, interconnesse a cascata tramite due alimentatori (o accoppiatori DC/DC) con due moduli a ridondanza intelligenti. Solo in questo modo è possibile alimentare in modo ridondante tutti i carichi, caricare in maniera uniforme le singole reti di tensione ausiliarie
e monitorare la ridondanza.

A ogni utenza vengono condotte due linee di alimentazione separate: una dal primo e una dal secondo distributore di potenziale. Così è possibile collegare direttamente i moduli di alimentazione ridondanti dell'utenza di tipo 1. Direttamente a monte dell'utenza di tipo 2, entrambi i percorsi di tensione ausiliaria separati vengono condotti a un punto di alimentazione mediante un ulteriore modulo di disaccoppiamento.

Phoenix Contact Spa

Via Bellini, 39/41
20095 Cusano Milanino (MI)
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