wersja mobilna
Online: 547 Środa, 2016.12.07

Technika

Systemy zasilające w aplikacjach przemysłowych

poniedziałek, 20 października 2014 09:33

Systemy zasilania w aplikacjach przemysłowych coraz częściej buduje się z wykorzystaniem modułowych konwerterów zasilających, gdyż z uwagi na duża liczbę jednostek sterujących i kontrolnych oraz powiększającą się rozległość i złożoność takich systemów, konieczne jest stosowanie rozproszonych architektur z wieloma konwerterami umieszczonymi blisko zasilanych obiektów. Takim rozwiązaniom sprzyja też potrzeba zapewnienia wysokiej jakości zasilania, odporności na zakłócenia i stany nieustalone. Poniższy artykuł przybliża w zarysie aplikacje przemysłowe, które mogą być realizowane z wykorzystaniem architektury rozproszonej.

Konwertery zasilające do aplikacji w transporcie szynowym

Fot. 1.

Znaczna część systemów sterujących i monitorujących w transporcie szynowym zasilana jest za pomocą rozproszonego i rozległego systemu zasilającego, w którym napięcie sieci energetycznej (115/230 VAC) przetwarza się najpierw na stałe napięcie pośrednie o bezpiecznej wartości 12 V. Ten sygnał jest następnie rozprowadzany przewodami po rozległym terenie rozjazdów, zwrotnic i sygnalizatorów tworzących infrastrukturę transportową i traktowany jest jako podstawowe napięcie zasilające dla systemów komunikacji, monitoringu i sterowania.

Do konwersji napięcia sieci na izolowane napięcie pośrednie 12 V może służyć moduł URB1D12LD-15W (fot. 1). Z kolei do przetwarzania napięcia pośredniego 12 V na docelowe napięcie stałe o niewielkiej wartości do zasilania wewnętrznych obwodów aplikacji elektronicznej można wykorzystać modułową przetwornicę DC-DC firmy Mornsun o symbolu WRB1212S-3WR2. Jej wyjście jest izolowane galwanicznie od wejścia, co zapewnia redukcję zakłóceń pojawiających się w rozbudowanej instalacji 12 V, co wpływa na niezawodność całego systemu.

Ponadto dzięki umieszczeniu takiego konwertera blisko obwodów elektronicznych problem spadku napięcia na długich przewodach przestaje być istotny. Izolacja galwaniczna o dobrej jakości pomiędzy wejściem a wyjściem przetwornicy wynosząca 3 kVDC zapewnia ponadto dobre tłumienie składowej wspólnej zakłóceń, czyli przepięć i zaburzeń pojawiających się jednocześnie na obu liniach zasilania.

Długie linie zasilające magistrali pośredniej są narażone na wyładowania atmosferyczne, stąd komponenty zasilaczy oraz układów monitorujących i komunikacyjnych muszą mieć rozbudowane zabezpieczenia przepięciowe, jak szeregowy rezystory dużej mocy połączone z ochronnikami TVS, bezpieczniki odwracalne i elementy wyładowcze gazowane. Wymieniony konwerter zapewnia wysoką odporność na takie stany nieustalone.

Konwertery dla przemysłu energetycznego

Fot. 2.

W urządzeniach energetycznych wykorzystuje się obecnie coraz więcej systemów monitorujących, których zadaniem jest kontrola parametrów i stanu sieci energetycznej i zapobieganie awariom. Przykładem mogą być systemy monitorowania temperatury na złączach przewodów wysokiego napięcia, które ograniczają ryzyko przepalenia izolacji i awarii w stacjach energetycznych.

Do takich aplikacji kierowane są moduły zasilacza AC-DC o symbolu LH10-10D0524-02ER2 zamieniającego napięcie sieciowe 220 V na podwójne napięcie izolowane - na jednym z wyjść konwertera jest stabilizowane napięcie 5 VDC przeznaczone do zasilania układów elektronicznych, natomiast na drugim wyjściu jest 24 VDC bez stabilizacji dla przekaźników i układów wykonawczych (fot. 2).

Systemy monitoringu instalowane są także w instalacjach fotowoltaicznych, gdzie są one wykorzystywane do monitorowania warunków pracy tych urządzeń (prąd, napięcie, temperatura). Podobnie jak w przypadku pojazdów szynowych tutaj także mamy do czynienia z rozległą instalacją składającą się z wielu segmentów, które otacza pośrednia magistrala zasilająca.

Do niej podłącza się moduły monitoringu, dla których z kolei zasilanie dostarczają konwertery takie jak PV05-27B05, służący do przetworzenia napięcia magistrali pośredniej na izolowane napięcie stałe 5 VDC przeznaczone dla elektroniki (mikrokontroler, komunikacja). Dodatkowo moduły izolowanej przetwornicy 1-watowej IF0505S-1W DC-DC o przekładni 1:1 używa się do monitorowania napięcia na wyjściu systemu PV, natomiast drugi egzemplarz tego modułu dostarcza napięcie 5 VDC do monitorowania prądu na wyjściu systemu PV.

Zastosowania w przemyśle

Fot. 3.

Coraz więcej maszyn i urządzeń przemysłowych wyposaża się w elektroniczne systemy kontrolne, pozwalające ocenić stan maszyny oraz nadzorujące proces wymiany czynników roboczych. Systemy takie decydują np. o konieczności wymiany olejów, co w długoterminowym rozrachunku okazuje się często korzystniejsze od wymian planowych, bo zbyt częste wymiany mogą oznaczać jego niepotrzebne marnowanie i ogólny wzrost kosztów utrzymania.

Do takich aplikacji przeznaczony jest moduł zasilacza AC-DC o symbolu LH20-10B24, który stosuje się do zamiany napięcia sieciowego 220 VAC na napięcie izolowane 24 V, przeznaczone do wewnętrznych obwodów systemu (fot. 3). Do zasilacza można podłączyć akumulator, który zapewnia ciągłe działanie urządzania w wypadku przerwy w dostawie energii.

W następnej kolejności napięcie 24 V konwertowane jest dalej w dół na poziomy wymagane przez czujniki, przekaźniki za pomocą modułu przetwornicy DC-DC URB2405ZP-6WR2. Podwójna konwersja zapewnia niezależność wartości napięcia wyjściowego od wahań napięcia akumulatora oraz skuteczną eliminację zakłóceń od przekaźników i urządzeń wykonawczych zasilanych napięciem 24 V, na działanie układów elektronicznych.

Innym przykładem w tym obszarze aplikacyjnym może być system monitorowania wycieku gazu, który kontroluje skład powietrza w otoczeniu i po wykryciu cząsteczek gazu uruchamia alarm i włącza wentylację. Takie urządzenie może zostać oparte na zasilaczu modułowym AC-DC LH20-10B05 służącym do zamiany napięcia sieciowego 220 VAC na napięcie izolowane 5 VDC przeznaczone do wewnętrznych obwodów systemu.

Moduły izolowanych transceiverów CAN/RS-485/RS-232

Dla potrzeb komunikacji w systemach transportu szynowego firma Mornsun oferuje zintegrowane moduły transceiverów CAN/RS485/RS232, które zawierają w sobie układ transceivera, izolację, sprzęgacz optyczny oraz izolowane źródło zasilania. Zaprojektowane są jako zamienniki tradycyjnych rozwiązań opartych na sprzęgaczach optycznych, a izolacja galwaniczna pomiędzy wejściem i wyjściem tych urządzeń bazuje na izolowanych konwerterach małej mocy.

Moduły transceiverów RS-485/RS-232 mają izolację galwaniczna pomiędzy wejściem/wyjściem i cechują się napięciem izolacji do 2,5 kVDC. Są one zasilane napięciami 3,3, 5, 12 lub 24 V i zapewniają szybkość transmisji do 500 kb/s. Transceivery obsługują do 256 węzłów na jednej magistrali i cechują się wymiarami 20×17×7 mm.

W przypadku modułów CAN zapewniona jest izolacja galwaniczna pomiędzy wejściem i wyjściem do 3 kVDC, a same elementy zasilane są napięciami 3,3 lub 5 V. Obsługują one do 110 węzłów na jednej magistrali i zapewniają szybkość transmisji do 1 Mb/s. Temperatury pracy modułów wynoszą od - 40 do 105°C. Omawiane transceivery są zgodne z normami: CISPR22/EN55022 CLASS A w zakresie EMI oraz IEC/EN 61000-4-2 w zakresie wyładowań elektrostatycznych ESD.

Systemy bezpieczeństwa

Fot. 4.

Większość systemów alarmowych to pasywne instalacje bazujące na kamerach i czujnikach podczerwieni pasywnej. W zakresie systemów aktywnych, np. zabezpieczających obiekty przed dzikimi zwierzętami, ciekawą propozycją może być elektroniczny płot, składający się z generatora wysokiego napięcia, detektora oraz jednostki sterującej (centrali alarmowej).

W takiej aplikacji moduł zasilacza AC-DC LH15-10B12 stosuje się do zamiany napięcia sieciowego 220 VAC na napięcie izolowane 12 VDC przeznaczone do zasilania generatora WN oraz obwodów sygnalizacji alarmu (fot. 4). Dodatkowy moduł przetwornicy nieizolowanej K78 przetwarza napięcie 12 VDC na napięcie 5 VDC do zasilania mikrokontrolera.

Kolejny moduł przetwornicy DC-DC F1205S-1WR2 przetwarza napięcie 12 VDC na napięcie 5 VDC zasilające wzmacniacz operacyjny, pełniący funkcję detektora wysokiego napięcia, co umożliwia galwaniczną separację obwodów WN od reszty urządzenia, połączonej z systemem nadzoru za pomocą optoizolatorów, co zapewnia niskie zakłócenia i pełną separację obwodu wysokiego napięcia do niskonapięciowej logiki sterującej i komunikacji.

Micros sp. j. W. Kędra i J. Lic
www.micros.com.pl