V některých průmyslových aplikacích je z důvodu spolehlivosti provozu či signalizace vhodné nebo přímo nutné mít zálohované 24 VDC napájení řídící jednotky a nejdůležitějších snímačů. K tomu může posloužit kompaktní UPS zdroj Puls, který je i s baterií určen pro upevnění na DIN lištu.

Použití UPS zdroje v průmyslu

Řídící jednotky a PLC výrobních strojů jsou dnes obvykle napájení stejnosměrným napětím 24 VDC, podobně jako i většina snímačů. Standardně se napájení řeší prostřednictvím napájecích spínaných zdrojů 230VAC/24VDC, které v případě běžných výkonů jsou obvykle umístěny uvnitř skříně na DIN liště společně s řídící jednotkou. Takové napájecí zdroje obvykle nejsou v případě výpadku napětí síťového napájecího přívodu schopné při zatížení "podržet"  výstupní napětí 24 V na dobu delší než několik desítek milisekund. Při každém výpadku, byť i krátkodobém, dochází ke kompletnímu vyřazení celé řídící funkce stroje nebo linky. To v mnoha případech může vytvářet nebezpečné situace nebo kompletnímu minimálně ke kompletnímu přerušení výrobního procesu, jehož opětovné najetí po znovu obnovení napájení bývá více či méně, ale obvykle v nějakém směru vždy dost komplikované. Nehledě na možnou ztrátu aktuálně naměřených či přenášených dat mezi řídícími systémy a i nedostupnost informací u vzdálené správy o tom, co se systémem děje.

Čím je výrobní a průmyslový sektor automatizován, tím více jsou "bolestivé" kompletní výpadky napájení a tím více složité opětovné znovu najetí linky do plného výkonu. Proto je stále více důležité zajistit během výpadku hlavního silového napájení 230/400VAC  dočasně udržet a zachovat napájení  alespoň pro řídící systém či nejdůležitější bezpečnostní a snímací i případně akční prvky. Proto je výhodné pro tyto situace systém vybavit UPS záložním napájením 24VDC, které po dobu alespoň několika jednotek či desítek minut umožní zachovat chod. Během této doby může řídící PLC například vyslat informace vzdálené správě či nadřazenému systému o výpadku napájení, aktuálnímu provoznímu stavu linky či bezpečně dokončit přenos či uložení/archivaci dat. U krátkodobých výpadků či poklesů síťového napětí výpadků, které jsou obzvláště v průmyslu využívající velmi výkonné pohony bohužel někdy dosti časté, zároveň záložní zdroj 24VDC současně tyto stavy eliminuje právě u elektronických prvků, kterou jsou na krátkodobé nejvíce citlivé a někdy to může znamenat i jejich poškození.

Příklad použití DC-UPS jednotky UBC10.241: z napájecího zdroje 24 VDC jsou napájeny jednak zařízení u nichž se nepožaduje zálohované napájení a pak DC-UPS Puls, ze které jsou následně napájena zálohovaná zařízení.

Sice existují velké UPS jednotky přímo zálohující napájecí rozvod 230/400 VAC, ale ty jsou obvykle i pro menší výkony dost rozměrné a v průmyslovém provedení i obvykle velmi drahé. Proto pouze pro zálohu napájení 24VDC pro řídící PLC může být vhodné řešení použít pouze UPS 24VDC záložní zdroj, který může mít velmi kompaktní rozměry a umístit jej tak i na DIN lištu bez zbytečného vymýšlení speciální montáže / upevnění ve skříni či rozvaděči.

DC-UPS Puls UBC10.241

V nabídce německé společnosti Puls GmbH lze najít i mimo různé napájecí zdroje i jednoho kompaktního zástupce 24VDC UPS napájecího zdroje. Na rozdíl od mnoha konkurentů, kteří sice nabízí řídící část UPS jednotky (regulátor), ale již bez intergovaného samotného akumulátoru, DC-UPS zdroj Puls UBC10.241 je dodáván ve velmi zajímavém kompaktním provedení i s baterií. Tím se celá montáž takového UPS zdroje zjednodušuje na pouhé jeho zakliknutí na DIN lištu připojení přívodního napětí na napájecí svorky a zálohovaný výstup pak jako napájení pro požadované komponenty. V tomto případě nejde však o kombinaci přímo AC/DC zdroje s UPS funkcí, ale jen samotný 24VDC záložní zdroj a tedy vstupní napětí je opět 24 VDC, které je nutné dodat z nějakého "klasického" spínaného zdroje, například umístěného na DIN liště hned vedle.

Blokové schéma DC-UPS zálohovaného zdroje 24VDC Puls UBC10.241.

 DC-UPS jednotka obsahuje profesionální systém správy baterií, který nabíjí a sleduje baterii pro dosažení nejdelší životnosti baterie, stejně jako řadu diagnostických funkcí, které zajišťují spolehlivý provoz celého systému. Například pomocí výstupních relé indikaci stavu připravenosti, stavu nabíjení a stavu baterie (nutnost její výměny). Zajímavou vlastností zařízení UBC10.241 je, že pro vyrovnávání 24V výstupu je zapotřebí pouze jedna 12V zálohovací baterie, čímž se minimalizují rozměry i hmotnost celého UPS systému. Konkrétně UBC10.241 má jednu integrovanou 12 V / 5 Ah vysokoproudovou baterii VRLA, kterou je možné vybíjet proudem až 21 A nabíjet proudem až 1,7 A a nabití na plnou kapacitu dosáhnout již za 3 hodiny. Ta i když je součástí systému, lze ji případně snadno vymontovat a vyměnit.

Rozměry DC-UPS zdroje Puls UBC10.241.

Celá UPS jednotka tak může trvale dodávat při výpadku vstupního napájení dlouhodobě dodávat el. proud až 10 A při napětí 22,45 V nebo až 15 A po dobu do 5 sekund. Při maximálním zatížení UPS zdroje 10 A je výdrž zálohy cca 6 minut, při zatížení jen el. proudem cca 2 A až cca 90 minut. Nicméně je však také možné otočným voličem na čele regulátoru ručně omezit dobu zálohování napájení na předem daný časový limit 10 s / 30 s / 1 min / 3 min / 10 min. Tím je možné prodloužit životnost baterie. Výstup UPSky je elektronicky chráněn proti zkratu, přetížení i přepětí. Přechod na záložní napájení při výpadku vstupního napájení 24 VDC dochází spojitě bez jakéhokoliv přerušení. Pouze dochází k plynulému poklesu napětí z 24VDC na 22,45 až 22,25 A (podle zatížení 10A). Rozhodovací úroveň pro přepnutí na záložní napájení je pokles vstupního napětí UPS zdroje pod hodnotu cca 23 VDC.

Celková účinnost UPS zdroje je výrobcem deklarována na cca 97 %, přičemž spotřeba UPS jednotky na svůj provoz se pohybuje dle aktuálního provozního stavu v rozmezí 2,9 až 5,5 W. K připojení vstupních napájecích i výstupních napájených vodičů slouží pružinové svorky vhodné pro max. průřez pevného vodiče až 6 mm² / lankového vodiče až 4 mm².

Dlouhodobá vybíjecí charakteristika (obr. vlevo) a krátkodobá 5 s vysokou prodoudová záloha (obr. vpravo) u DC-UPS zdroje Puls.

Základní vlastnosti DC-UPS zdroje Puls UBC10.241

• Vstupní napájecí napětí (Uvst): 22,5-30 VDC.
• Vstupní napájecí proud:
  •  napájení jednotky: typ 120 mA,
  •  nabíjení baterie: typ. 1,1 A,
• Výstupní napětí: rovné vstupnímu napětí sníženému o 0,23 V
• Výstupní proud: max. 15 A
• Zkratový proud: min. 17,9 A, typ. 21 A
• Účinnost: 97,8 %
• Režim zálohování:
  • úroveň aktivace: Uvst≤ 22,5 VDC,
  • výstupní napětí z jednotky: 22,45 V ± 1% (bez zátěže) / 22,25 V ± 1 % (se zátěží 10 A),
  • výstupní proud: 10 A / 15 A (5 s - po 5 s je výstupní proud automaticky snížen na 10 A),
  • zkratový proud: min. 17,9 A, typ. 21 A,
  • zvlnění výstupního napětí: max. 20 mVpp,
  • čas zálohování: min. 13 min. 24 s (5 A), 4 min. 54 s (10 A),
  • volitelný čas zálohování (otočný přepínač): 10 s / 30 s / 1 min. / 3 min. / 10 min. / bez omezení.
• Režim nabíjení:
  • vstupní proud baterie: typ., 1,5 A, max. 1,7 A,
  • čas nabíjení: typ. 3 h (údaj pro zcela vybitou baterii).
  • Signalizační výstupy - reléový kontakt, max. 60 V ss, 0,3 A / 30 V ss, 1 A:
    • “ready“ - sepnut v režimu stand-by, baterie nabitá na 85%,
    • “buffering“ - sepnut v režimu zálohování,
    • “replace battery“ - sepnut když jednotka doporučí výměnu baterie.
  • Vstupy: “inhibit“ – externí blokování (přerušení režimu zálohování).
• Provozní teplota: 0 °C ... +40 °C.
• Třída krytí: IP20.
• Hmotnost (i s baterií): 2580 g.
• Rozměry jednotky: 123 x 124 x 117 mm.

Charakteristika změny napětí během přítmnosti napájení UPSky a po jeho výpadku (obr. vlevo) a graf účinnosti v závislosti na zatížení DC-UPS zdroje.

Závěr

DC-UPS zdroj Puls UBC10.241 představuje zajímavou možnost, jak snadno a prakticky velké bez práce doplnit skříň /  rozvaděč o zálohovaný zdroj napětí 24 VDC pro zálohu většiny důležitých elektronických komponent. Možnost zatížení až 10 A je, dle mého názoru, pro většinu aplikací více než dostačující hodnota. Zvláště se mi líbí celkové kompaktní rozměry 130 x 123 x 119 mm včetně akubaterie, což umožňuje vestavbu na DIN lištu i dost malých skříní. I když chápu, že UPS zdroj byl vytvořen jako univerzální zařízení, osobně by se mi líbilo, kdyby výrobce nabízel rovnou i variantu kombinace spínaného zdroje 230VAC/24VDC s UPS funkcí, protože by tím mohlo být docíleno opravdu maximálního kompaktního provedení a tím ušetření místa ve skříni.

Cena DC-UPS zdroje Puls UBC10.241 se pohybuje cca 6 tis. až 10 tis. Kč bez DPH (v závislosti na prodejci a poskytnuté slevě). Není to sice málo, ale německý výrobce Puls GmbH je známý vysokou kvalitou, bezporuchovostí a dlouho životností svých výrobků.

Odkazy:

• Webové stránky výrobce Puls GmbH: http://www.pulspower.com
• Přímý odkaz na stránky výrobce o DC-UPS UBC10.241: http://www.pulspower.com/products/show/product/detail/ubc10241-n1/
• Prodejci DC-UPS Puls UBC10.241 v ČR: Conrad (www.conrad.cz), OEM Automatic (www.oemautomatic.cz)