Jak spolehlivě udržovat napájení bezpečnostních, zabezpečovacích a komunikačních systémů

Na své základní úrovni musí obytné, komerční a průmyslové automatizační komplexy zahrnovat širokou škálu bezpečnostních, zabezpečovacích a nouzových komunikačních systémů pro vyhovění požadavkům na pojištění a místním stavební předpisům a pro získání osvědčení o obsazenosti. Společným faktorem těchto systémů je skutečnost, že všechny potřebují síťový napájecí zdroj k výrobě stejnosměrného provozního výkonu s nižším napětím a všechny potřebují vysoce spolehlivé záložní baterie.

Poskytování pouze základního AC-DC napájení a zálohování však pro moderní budovy a standardy není dostačující. Komplexní systém vyhovující všem přepisům potřebuje různé jednoznačné alarmové indikace poskytované prostřednictvím sepnutí spínače pro signalizaci specifických interních a externích poruchových stavů. Kromě toho musí systémy v dnešních inteligentních budovách podporovat různé režimy konektivity - stejně jako flexibilitu fyzické montáže a provozních režimů - pokud mají splňovat potřeby různých instalací, typů baterií a dalších proměnných.

Pomocí různých subsystémů lze vytvořit sestavu potřebnou pro AC-DC nebo DC-DC napájení, dobíjení a správu baterií a systémový dohled, správu a ovládání alarmů. Výsledkem může být plně optimalizovaný návrh pro danou aplikaci. Ale za jakou cenu? Tento proces je časově náročný, nákladný a odvádí pozornost od hlavní aplikace. Návrh také musí být certifikován příslušnými regulačními orgány, což zvyšuje náklady a dobu návrhu.

Alternativou je použití integrovaného napájecího zdroje typu vše v jednom, který splňuje základní požadavky na výkon a zároveň se eliminuje nevýhody návrhu od začátku.

Tento článek pojednává o požadavcích energetických systémů na automatizaci budov, poté představuje integrovaná řešení napájení od společnosti MEAN WELL. Článek se bude zabývat funkcemi a aplikací těchto sofistikovaných, inteligentních energetických subsystémů a vysvětlí jejich hladkou funkční integraci společně s flexibilitou a programovatelností parametrů.

Nové požadavky na řízení budov a bezpečnostní napájecí systémy

Od energetického subsystému komerční kanceláře nebo velké obytné budovy se nyní očekává, že bude podporovat mnoho funkcí, z nichž některé jsou potřebné pro efektivní provoz a jiné vyžadují bezpečnost a zabezpečení. Mezi funkce vyžadující podporu napájecí lišty patří:

• Požární hlásiče a systémy
• Zařízení pro nouzovou komunikaci
• Nouzové osvětlení (v důsledku požáru nebo jiného výpadku proudu)
• Systémy kontroly vstupu do budov
• Centrální požární signalizace a bezpečnostní monitorovací systém

V závislosti na velikosti budovy musí napájecí subsystém podporovat kritické funkce na několika podlažích a musí být obousměrný, přičemž primární AC (nebo DC) vedení nabíjí baterii, pokud je tato možnost k dispozici, a baterie podporuje různé zátěže a subsystémy, pokud je primární linka není k dispozici (obrázek 1).

Obrázek 1: Napájecí subsystém v mnoha instalacích musí podporovat potřeby několika pater a přitom zvládat nabíjení baterie a její vybíjení při výpadku primárního napájení. (Zdroj obrázku: MEAN WELL)

Hlavním hlediskem je nabíjení a správa záložní baterie, na kterou je nutné náležitě dohlížet kvůli její kriticky důležité roli systému nepřerušitelného napájení (UPS). Neexistuje jediný nejlepší přístup, protože jsou široce používány baterie různých elektrických kapacit a typů, včetně lithiových a olověných akumulátorů, z nichž každá má své vlastní pokyny k nabíjení/vybíjení.

Dále existuje mnoho norem a pověření stavebních předpisů, které musí být splněny vedle těch konvenčnějších pro jakékoli napájení AC-DC nebo DC-DC. Vzhledem k nárůstu pokročilých architektur budov spolu s uznáním toho, co technologie dokáže v inteligentních budovách, zveřejnily agentury v Evropě, USA a Číně bezpečnostní předpisy pro bezpečnostní a požární systémy, včetně:

• Evropský výbor pro normalizaci (CEN) EN 54-4: systémy detekce požáru a požární signalizace Část 4: napájecí zařízení (britská norma. BS EN. 54-4).
• USA: UL2524: Norma ANSI/CAN/UL pro vnitřní dvoucestné systémy nouzového radiokomunikačního vylepšení.
• USA: National Fire Protection Association NFPA 1221: norma pro instalaci, údržbu a použití komunikačních systémů záchranných služeb.
• Čína: GB 17945-2010: Požární nouzové osvětlení a systém signalizace evakuace.

Kromě toho existují obvyklé základní bezpečnostní předpisy pro střídavé napětí společně s normami na emise EMC (šíření vedením, vyzařování, harmonické proudy a napěťový flikr definované normami EN55032 (CISPR32) a N61000-3-2, a na EMC odolnost (elektrostatický výboj (ESD), vyzařování, rychlé elektrické přechodné jevy (EFT)/skupiny impulzů, přepětí, šíření vedením a magnetické pole) podle normy EN61000-4.

Sloučení všech těchto požadavků dohromady znamená, že napájecí zdroj (PSU) je více než jen jednoduchý AC-DC nebo DC-DC zdroj. Musí poskytovat, dohlížet, spravovat a podporovat více funkcí s vysokým stupněm spolehlivosti a výkonnosti (obrázek 2).

Obrázek 2: Moderní napájecí zdroj má dvě primární role: dodává nižší stejnosměrné napětí do různých zátěží a zároveň poskytuje vysoce výkonnou správu baterie. (Zdroj obrázku: MEAN WELL)

Důležité je také balení a montáž

Důležitými kritérii napájecího zdroje jsou také fyzická velikost, rozsah provozních teplot, chlazení a montáž. Tyto jednotky jsou obvykle umístěny ve skříni, často s omezeným prostorem a chlazením. Kromě napájecího zdroje a baterie může tato skříň obsahovat také datová a telekomunikační zařízení pro budovu, jako jsou přepínače a routery, takže prostor je velmi omezený a pohodlná montáž do racku se stává atraktivní vlastností.

Integrované napájecí zdroje řeší požadavky správy napájení budovy

V reakci na požadavky konstruktérů inteligentních domů na výkon, tvarový faktor, montáž a zjednodušení konstrukce nabízí společnost MEAN WELL jednotku DRS-240-12 12 V/20 A, 240 W typu vše v jednom, i jejího většího sourozence, jednotku DRS-480-24 24 V/20 A, 480 W. Další jednotky řady DRS-240 nabízejí různé kombinace napětí a proudu: 24 V/10 A, 36 V/6,6 A a 48 V/5 A; pro řadu DRS-480 jsou dostupné páry 36 V/13,3 A a 48 V/10 A.

Pokud jde o otázku umístění a montáže, jednotky DRS-240 a DRS-480 ji řeší přímou montáží na široce používané průmyslové standardní DIN lišty typu TS-35/7.5 nebo 15. To zjednodušuje montáž a umožňuje snadnou montáž dalších systémů a jejich krytů vedle sebe. Konstrukce na lištu DIN navíc znamená, že všechna připojení, indikátory a údaje jsou vepředu, bez potřeby zadního panelu nebo dokonce bočního přístupu. To je výhoda při plánování kabeláže, instalaci, konfiguraci, testování a v případě potřeby přepojování.

Dostupný prostor je v těchto skříních na prvním místě, proto je důležitý kompaktní tvar napájecího zdroje. Jednotky DRS-240 mají rozměry pouhých 86 × 125 × 129 mm (šířka × výška × hloubka), zatímco jednotky DRS-480 mají rozměry 110 × 125 × 151 mm (obrázek 3).

Obrázek 3: 240W (vlevo) a 480W jednotky DRS (vpravo) mají kompaktní tvarový faktor a montují se na standardní DIN lištu; 480W jednotka je o něco větší. (Zdroj obrázku: MEAN WELL)

Podmínky prostředí v těchto skříních a šatnách také představují výzvu pro krátkodobý i dlouhodobý výkon. Všichni členové skupiny DRS jsou dimenzovány na teplotu -30 až +70 ˚C a 20 až 90% relativní vlhkosti (RH) bez kondenzace s konvekčním chlazením volným vzduchem. Spolehlivost je vypočítána na 564,7 tisíc hodin (minimum) podle Telcordia SR-332 (Bellcore) a minimálně 73,3 tisíc hodin podle MIL-HDBK-217F (při 25 ˚C) pro jednotky DRS-240; odpovídající hodnoty pro jednotky DRS-480 jsou jen o něco nižší.

Síťový napájecí vstup vede k výstupu DC a správy baterie

Vzhledem k variacím sítě a touze po celosvětové použitelnosti a snadné instalaci je důležitý také rozsah vstupního výkonu. Tyto PSU jsou specifikovány pro 90 až 305 V AC a 127 až 431 V DC. Mnoho funkcí v těchto jednotkách se vztahuje k nabíjení, vybíjení, indikaci stavu a celkové správě baterie (obrázek 4).

Obrázek 4: Blokové schéma zdrojů DRS PSU ukazuje jejich vnitřní sofistikovanost a množství obvodů vyhrazených pro správu baterie, nabíjení/vybíjení, indikátory a ochranu. (Zdroj obrázku: MEAN WELL)

Dvoustupňovou/třístupňovou nabíjecí křivku a nastavení nabíjecího proudu (mezi 20 % až 100 %) lze ručně upravit pomocí DIP přepínače na předním panelu. Maximální dostupný nabíjecí proud baterie je funkcí maximálního výstupního proudu dostupného u konkrétního modelu DRS. Algoritmus nabíjení baterie je závislý na zatížení. Flexibilita nabíjecích parametrů umožňuje jednotce DRS-240/480 optimálně spravovat různé olověné a lithiové baterie.

Vzhledem k důležitosti funkce baterie je součástí systému také indikátor vybití baterie a ochrana proti zpětnému zapojení. Tyto a další vlastnosti se kombinují a poskytují odolný a spolehlivý bateriový subsystém, který lze nabíjet ze sítě, ale také přepínat a při výpadku hlavní sítě dodat svůj jmenovitý výkon do 10 milisekund.

Budou vznikat chyby a problémy

Je nevyhnutelné, že budou existovat vnitřní nebo vnější podmínky, které ovlivní schopnost napájecího zdroje poskytovat všechny specifikované funkce. Z tohoto důvodu jednotky DRS kromě již zmíněných indikátorů slabé baterie a zpětného připojení zahrnují indikace stavů, jako jsou zkraty, přetížení, přepětí a přehřátí.

Důležité jsou také fyzické indikátory klíčových provozních stavů, a to výpadku síťového napájení, DC OK, vybité baterie, poruchy nabíječky a DC OK, které poskytují LED diody a relé Form C (obrázek 5). Relé Form C jsou jasně označena a poskytují „suché“ sepnutí kontaktu, které se používá (a v některých případech vyžaduje) z několika důvodů.

Obrázek 5: Přední panel je vše, co uživatel vidí, pokud jde o připojení napájení, indikátory a kontakty relé. (Zdroj obrázku: MEAN WELL)

Tato sepnutí spínače jsou jednoznačná a nabízejí několik výhod. V aplikaci se používají již dlouho, a proto jsou kompatibilní a snadno integrovatelná se staršími i novými systémy a komponentami (dokonce i se základními, jako je externí blikající světlo a zvonek); jsou vysoce spolehlivá a odolná; a sepnutí spínače je definitivní indikací, jakou může systém poskytnout, zvláště pokud existují problémy s napájením, které mohou ovlivnit provoz „elektroničtějších“ rozhraní, jako jsou výstupy s otevřeným kolektorem nebo dokonce polovodičová relé (SSR).

Komunikace je také povinná

Moderní napájecí zdroj musí také nabízet síťové připojení pro správu, nastavení a hlášení na vysoké úrovni. Standardní rodiny PSU DRS podporují připojení s protokolem Modbus s možností sběrnice CAN, kterou lze také použít s dostupnou inteligentní programovací jednotkou. Tento programátor se používá pro externí nastavení parametrů souvisejících s nabíjecími křivkami a režimy baterie, jako je konstantní proud (CC), postupně klesající proud (TC), konstantní napětí (CV) a plovoucí napětí (FV), aby vyhovoval mnoha různým typům baterií používaných v průmyslu (obrázek 6).

Obrázek 6: Pomocí programátoru s protokolem Modbus může uživatel nastavit mnoho parametrů nabíjení baterie tak, aby optimálně odpovídaly její velikosti a typu. (Zdroj obrázku: MEAN WELL)

Přestože napájecí zdroje skupiny DRS nabízejí mnoho funkcí a vlastností, jejich skutečné zapojení je poměrně jednoduché. To je důležitá výhoda a přednost v praktických instalacích, zvláště když se tyto jednotky často používají po mnoho let (obrázek 7).

Obrázek 7: Vnitřní složitost a sofistikovanost napájecích zdrojů skupiny DRS jsou pro uživatele neviditelné - ti se mohou zabývat pouze několika připojeními a indikátory na předním panelu. (Zdroj obrázku: MEAN WELL)

Závěr

Napájecí zdroje, jako jsou ty ve skupinách MEAN WELL DRS-240 a DRS-480, poskytují více než jen základní konverzi AC-DC nebo DC-DC. Jsou schváleným řešením správy napájení pro systémy požární bezpečnosti a zabezpečení budov, včetně nouzového komunikačního zařízení. Jak bylo ukázáno, díky integraci všech potřebných funkcí do malého, efektivního, spolehlivého a snadno montovatelného pouzdra s připojením na lištu DIN zdroje DRS zjednodušují dokumentaci, instalaci a provoz a zároveň poskytují funkčnost, vlastnosti a výkonnost potřebné pro splnění široké škály předpisů.

Související obsah

1. “Využití modulárních, vícevýstupových AC/DC zdrojů díky flexibilitě a konfigurovatelnosti“
2. “Jak jednoduchá lišta DIN řeší modularitu, flexibilitu a pohodlí v průmyslových systémech”