Koncepcje redundancji do pomocniczego zasilania w prąd

Koncepcje redundancji do pomocniczego zasilania w prąd

Bezpieczeństwo przede wszystkim!

Nadzór bez luk — od sieci do odbiornika.

Zalety

  • Redundantne na każdym etapie zasilanie pomocnicze w prąd — od sieci do każdego odbiornika
  • Monitorowanie redundancji poprzez stałą kontrolę napięcia zasilania, prądu wyjściowego i odcinka odsprzężenia
  • Jednoznaczne komunikaty za pośrednictwem diod LED i styku sygnałowego
  • Długa żywotność elementów obciążających dzięki stałemu poziomowi napięcia
  • Długa żywotność zasilaczy i przetworników DC/DC dzięki równomiernemu rozkładowi obciążenia

Zastosowanie

W wielu technicznych instalacjach przetwórczych wiodącą rolę odgrywa dyspozycyjność. Jeżeli w podzespołach instalacji albo w poszczególnych komponentach dojdzie do krótkich przerw w zasilaniu, z powodu dość długich czasów zatrzymania i rozruchu procesów może to prowadzić do długich i przez to kosztownych przestojów w produkcji.

Z tego powodu redundantne systemy są w wielu wypadkach sprawdzonym sposobem na uniknięcie powstania pojedynczego punktu mogącego spowodować awarię całego systemu (Single Point of Failure). Dotyczy to także koniecznego pomocniczego zasilania w prąd, które w większości branż jest realizowane za pomocą 24 V DC. Aby uzyskać redundancję zasilania 24 V, łączy się równolegle dwie sieci zasilania pomocniczego i odsprzęża je od siebie za pomocą modułów redundancyjnych. Wychodzące zasilanie jest rozdzielane na poszczególne obciążenia za pomocą odpowiednich skrzynek bezpiecznikowych.

Powszechne w przemyśle przetwórczym elementy obciążające to rozproszone systemy sterowania (Distribution Control System, DCS), zdalne stacje I/O oraz aktywne rozdzielacze, które często są zasilane za pomocą dwóch odsprzężonych od siebie złączy zasilających. Poza tym spotyka się jednak wiele innych odbiorników — kondycjonery sygnałów, przekaźniki, przekaźniki 4-przewodowe dysponujące tylko jednym wejściem napięcia.

Nasuwają się tutaj od razu następujące pytania:

  • Jak musi być skonstruowane pomocnicze zasilanie w prąd, aby w dyspozycyjny sposób zasilać oba odmienne typy obciążeń?
  • Czy wystarczy zastosowanie dwóch połączonych równolegle zasilaczy?
  • Jak nadzorować redundancję?

Rozwiązanie

Kontrola redundancji przez QUINT Oring  

Kontrola redundancji zwiększa dyspozycyjność

Niezależnie od tego, jaką koncepcję redundantną chce się zastosować, firma Phoenix Contact oferuje odpowiednie rozwiązanie:

Redundantna sieć zasilająca
Myśląc o redundantnym zasilaniu pomocniczym, należy najpierw odpowiedzieć na pytanie, czy przerwa w zasilaniu w sieci niskiego napięcia ma prawo doprowadzić do awarii techniki sterowania.

Jeżeli odpowiedź brzmi „nie”, pomocnicza sieć zasilająca powinna być zasilana z dwóch różnych sieci: albo z dwóch niezależnie zasilanych instalacji niskiego napięcia, albo z instalacji niskiego napięcia i np. instalacji akumulatorowej.

Redundancja zasilaczy

Obie uzyskane niezależne sieci muszą zostać w odpowiedni sposób rozdzielone i połączone razem w prawidłowych miejscach.

Sieci niskiego napięcia przetwarza się do poziomu sieci zasilania pomocniczego za pomocą nowoczesnych zasilaczy impulsowych w przełączalniach. W instalacjach akumulatorowych wahania obciążenia przy długich drogach przewodzenia prowadzą do wahań napięcia, które mogą zakłócić funkcjonowanie i skrócić żywotność odbiorników.
Z tego powodu przed rozdzieleniem, a więc przed elementami obciążającymi, napięcie z instalacji akumulatorowych powinno zostać ustabilizowane do pożądanego poziomu napięcia za pomocą przetwornika DC/DC.

Przykłady redundantnego zasilania w prąd  

Zasilanie z dwóch sieci niskiego napięcia przed modułami odsprzężającymi (rysunek po lewej stronie)
Zasilanie z sieci niskiego napięcia i sieci akumulatorowej przed modułami odsprzężającymi (rysunek po prawej stronie)

Wartości prądu i położenie zasilaczy oraz przetworników DC/DC (i przez to odległość do odbiorników) odgrywają istotną rolę przy wyborze odpowiedniego poziomu napięcia i przekrojów przewodów.

Podobnie jak w przypadku instalacji akumulatorowej obowiązuje tu zasada, że im bardziej centralnie nastąpi przejście na ostateczne zasilanie pomocnicze, tym większy będzie spadek napięcia na długich wtedy drogach do
obciążeń. Nie jest rzadkością wymóg, aby przy 28 V DC na obciążeniu było jeszcze do dyspozycji pożądane 24 V DC. W takich przypadkach w celu zminimalizowania spadku napięcia dobiera się często duże przekroje przewodów.

Jeżeli obie redundantne ścieżki zasilania pomocniczego zostaną wtedy połączone równolegle, w celu zapobieżenia powstaniu prądów wyrównawczych powinny zostać odsprzężone za pomocą odpowiednich diod.

Moduły diodowe QUINT Oring  

Moduł redundancji sygnalizuje „OK”

W trakcie całego cyklu życia instalacji należy zwracać uwagę na to, że redundancja istnieje tylko wtedy, gdy suma prądów obciążenia nie jest większa od maksymalnego prądu pojedynczego zasilacza. Tylko w ten sposób można zapewnić, że w przypadku odpadnięcia jednej ścieżki, druga może całkowicie przejąć zasilanie.

Inteligentne moduły diodowe (np. QUINT Oring) przejmują funkcję nadzoru dla prądu zsumowanego i alarmują, gdy pobór prądu robi się zbyt duży. Ułatwia to rozszerzenia i identyfikuje pełzające błędy (konserwacja zapobiegawcza, predictive maintenance). Ponadto te inteligentne moduły dbają za pomocą aktywnego bilansowania prądu (Active Current Balancing, ACB) o równomierne obciążenie obu ścieżek zasilania, co maksymalizuje żywotność zasilaczy i przetworników DC/DC.

Jeżeli jedno urządzenie za bardzo oddali się w zakresie napięcia wyjściowego, fakt ten zostanie w odpowiednim czasie zakomunikowany. Często po diodzie odsprzężeniowej montuje się skrzynki bezpiecznikowe. Ciąg zasilania nie jest już jednak od tego miejsca redundantny — nawet jeśli zasila się elementy obciążające za pomocą redundantnych zacisków zasilających poprzez dwa różne bezpieczniki. Awarie w paśmie albo w skrzynce bezpiecznikowej mogą tutaj nadal skutkować unieruchomieniem instalacji.

Całkowicie redundantne pomocnicze zasilanie w prąd

Podłączenie odbiorników za pomocą modułów odsprzężających  

Podłączenie odbiorników za pomocą modułów odsprzężających

Optymalna koncepcja redundancji składa się z dwóch sieci na każdym etapie, które za pomocą dwóch zasilaczy (albo łączników DC/DC) są kaskadowo połączone z dwoma inteligentnymi modułami redundancyjnymi. Tylko w taki sposób można faktycznie redundantnie zasilić wszystkie elementy obciążające, równomiernie obciążyć poszczególne sieci zasilania pomocniczego
oraz kontrolować redundancję.

Do każdego odbiornika doprowadza się dwa osobne przewody zasilające: jeden z pierwszego i jeden z drugiego rozdzielacza potencjałów. Za ich pomocą można bezpośrednio podłączyć redundantne złącze zasilające odbiornika typu 1. Tuż przed odbiornikiem typu 2 obie osobne ścieżki zasilania pomocniczego są łączone za pomocą kolejnego modułu odsprzężającego w jedno zasilanie.

PHOENIX CONTACT Sp. z o.o

ul. Bierutowska 57-59
Budynek nr 3/A
51-317 Wrocław
071/ 39 80 410

W naszej witrynie stosujemy pliki cookies w celu świadczenia Państwu usług na najwyższym poziomie. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów w naszej Polityce Prywatności.

Zamknij