Системы управления все чаще требуют автономного питания и углубленной диагностики. Для выполнения первого условия используются источники бесперебойного питания (ИБП), наиболее критичным элементом которых является аккумуляторная батарея. При разработке ИБП QUINT4-UPS компания Phoenix Contact использовала собственную интеллектуальную технологию IQ и промышленный Ethernet-интерфейс для исчерпывающей диагностики состояния батареи и мониторинга системы питания.
В последние несколько лет получили распространение источники бесперебойного питания для цепей 24 В постоянного тока. Такой ИБП подключается после источника питания, обеспечивает заряд батареи и осуществляет ее подсоединение к нагрузке в случае перебоев сетевого напряжения. Основное предназначение этих ИБП — поддержание питания системы управления для перехода всего процесса или механизма в безопасное состояние. По сравнению с классическими моноблочными 19″ решениями для переменного тока модульные решения на DIN-рейку являются более компактными и энергоэффективными.
Аккумуляторная батарея — наиболее критичный элемент любого ИБП, требующий особо тщательного наблюдения. Однако большинство ИБП 24 В с монтажом на DIN-рейку производят диагностику батареи только на базовом уровне: проверка наличия батареи, контроль низкого напряжения, периодический тест на исправность.
Технология IQ
В основе QUINT4-UPS лежит IQ-технология — собственная разработка Phoenix Contact для управления и диагностики состояния батарей (рис. 1). Благодаря ей обеспечивается оптимальное использование АКБ. Его параметры постоянно измеряются, а на основе статистики таких важных данных, как температура эксплуатации, число и глубина циклов заряда/разряда и внутреннее сопротивление аккумулятора, прогнозируется оставшийся срок службы. Также QUINT4-UPS определяет текущие уровень заряда батареи, мощность нагрузки и на основе этих характеристик динамично вычисляет время работы ИБП в буферном режиме.
Таким образом, пользователь всегда осведомлен о состоянии батареи и может спланировать её своевременную замену при приближении данного компонента к концу реального оставшегося срока службы. Ведь срок службы является переменной величиной, зависящей в основном от температуры эксплуатации и интенсивности заряда/разряда аккумулятора.
Стоит отметить, что замену аккумуляторов можно производить в «горячем режиме» без отключения ИБП и потребителей.
Помимо расширенного мониторинга состояния энергоаккумулятора, QUINT4-UPS обеспечивает оптимальный режим его заряда. Заряд происходит в три стадии: сначала постоянным током, затем постоянным напряжением, потом производится капельный заряд для компенсации саморазряда. Выбор максимального зарядного тока выполняется автоматически, в соответствии с конкретным типом аккумулятора и его емкостью. Эту информацию ИБП получает от батареи по коммуникационному интерфейсу. Доступные аккумуляторные модули UPS-BAT содержат не только сами батареи, но и небольшой электронный модуль, который производит измерение параметров аккумулятора и передает их в ИБП. Термокомпенсация напряжения заряда осуществляется на основе температуры, измеряемой непосредственно около аккумулятора. Во время разряда ИБП отключает аккумуляторы при падении суммарного напряжения ниже определенного уровня, чтобы не допустить вредного для них глубокого разряда.
К ИБП можно подключать не только герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы UPS-BAT/VRLA, но и литий-ионные аккумуляторы UPSBAT/LI-ION, которые имеют гораздо больший ресурс циклов заряда/разряда по сравнению с VRLA-аккумуляторами (до 7000). Кроме того, за счет более низкого внутреннего сопротивления они хорошо держат высокие токи нагрузки и могут в два раза дольше храниться без подзаряда. Температурный диапазон литий-ионных аккумуляторов составляет -25...+60 °C. Перечисленные преимущества вкупе с длительным сроком службы (15 лет) делают их подходящим выбором для систем, где предполагается частый переход в буферный режим, а также эксплуатация в уличных электротехнических шкафах.
Интерфейсы передачи данных
QUINT4-UPS представлены в четырех классах мощности: 5, 10, 20 и 40 А. Каждый тип представлен в пяти вариантах (рис. 2):
- Модель без интерфейсов. Включает только три релейных выхода для подключения к ПЛК.
- С интерфейсом USB. Такой ИБП можно диагностировать с помощью ноутбука и бесплатного ПО UPS-CONF, а также подключать к промышленным ПК на базе Windows или Linux.
- Три модели с интерфейсом Ethernet, которые отличаются протоколом передачи данных: Profinet, Ethernet/IP и EtherCAT. Содержат два порта RJ45, которые позволяют осуществлять подключение по принципу «daisy chain».
Также в разработке находится модель с протоколом Modbus TCP для подключения к более широкому спектру промышленных контроллеров. Через цифровой интерфейс доступна исчерпывающая информация о состоянии системы питания:
- уровень заряда батареи,
- прогнозируемый срок службы,
- расчетное время разряда,
- входные и выходные токи и напряжения,
- температура,
- детальная расшифровка сигнала Alarm и другие.
Готовые дескрипторы устройств для ПО PC Worx, TIA Portal, Studio 5000 RSLogix Designer и Twincat, а также функциональные блоки упрощают интеграцию ИБП в соответствующие промышленные сети.
Управление энергопотреблением
В ИБП QUINT4-UPS появились две полезные функции.
- Холодный пуск от батареи поможет запустить систему при отсутствии сетевого питания и, например, проверить работу. Для этого есть дискретный вход Bat.-Start. Достаточно замкнуть его и клемму SGnd, чтобы на выходе ИБП появилось напряжение.
- Другая новая функция — это управление выходом ИБП через интерфейс передачи данных. Это может быть полезно в случае, если потребуется перезагрузить потребителей, например Ethernet-коммутатор или промышленный ПК.
Унаследованная от предыдущего поколения QUINT-UPS, функция адаптивного заряда автоматически снижает ток заряда батареи, если нагрузка вдруг увеличивается. Это происходит по сигналу превышения мощности источника питания 24 В. Ранее такой сигнал был дискретным и был привязан к номинальной мощности. Сейчас на источниках питания QUINT четвертого поколения можно устанавливать произвольный порог мониторинга выходной мощности либо осуществлять мониторинг по интерфейсу 4–20 мА в реальном времени. Для второго варианта использования потребуется также перевести вход PS Boost на ИБП в соответствующий режим.
