כיצד לשמור באופן אמין על הספקת-כוח עבור מערכות אבטחה, בטיחות ותקשורת

ברמת הבסיס שלהם, מתחמי אוטומציה למגורים, מסחר ותעשייה חייבים לשלב מגוון רחב של מערכות אבטחה, בטיחות ותקשורת חירום עבור דרישות הביטוח ותקנות הבנייה המקומיות כדי לקבל תעודת אכלוס. גורם אחד המשותף למערכות אלו הוא שכולן זקוקות להספקת-כוח בקווי AC כדי לייצר מתח פעולה DC במתח נמוך יותר, וכולן זקוקות לסידור גיבוי סוללות אמין ביותר.

עם זאת, הספקת כוח AC-DC וגיבוי בסיסיים בלבד אינם מספיקים עבור בניינים ותקנים מודרניים. מערכת מקיפה מורשית לתקנות זקוקה לחיוויי התרעה חד-משמעיים שונים המסופקים באמצעות סגירות מתגים כדי לאותת על מצבים ספציפיים של תקלות פנימיות וחיצוניות. יתר על כן, מערכות בבניינים החכמים של ימינו צריכות לתמוך באופני חיבוריות שונים - כמו גם גמישות באופני הרכבה פיזית ובתפעול - כדי לענות על הצרכים של התקנות שונות, סוגי סוללות ומשתנים אחרים.

ניתן לרכז את הדרוש עבור הספקת-כוח AC-DC או DC-DC, טעינה וניהול סוללות, פיקוח על המערכת, ניהול, ובקרת התרעות באמצעות תת-מערכות שונות. התוצאה עשויה להיות תכן ממוטב במלואו עבור היישום. אך באיזה מחיר? התהליך של ביצוע זה גוזל זמן רב, הוא יקר ומסיח את הדעת מהיישום הראשי. התכן גם חייב להיות מאושר על ידי רשויות רגולטוריות מתאימות, מה שמוסיף לעלות ולזמן התכנון.

החלופה היא להשתמש בהספקת-כוח משולבת הכול-באחד העונה על דרישות הביצועים העיקריות תוך הימנעות מהחסרונות של תכנון מאפס.

מאמר זה דן בדרישות של מערכות הספקת-כוח עבור אוטומציה בבניינים לפני הצגת פתרונות הספקת-כוח משולבים של MEAN WELL. המאמר יבחן את המאפיינים והיישום של תת-מערכות הספקת-כוח מתוחכמות וחכמות אלו וכיצד הן מציעות אינטגרציה פונקציונלית חלקה יחד עם גמישות ויכולת-תכנות פרמטרים.

דרישות חדשות לניהול בניינים ומערכות הספקת-כוח לאבטחה

תת-מערכת הספקת-הכוח של משרדים מסחריים או בנייני מגורים גדולים צפויה כעת לתמוך בפונקציות רבות, חלקן נחוצות לתפעול יעיל ואחרות נדרשות לבטיחות וביטחון. בין הפונקציות הדורשות תמיכת פסי הספקת-כוח הן:

• התרעות ומערכות בטיחות אש
• ציוד תקשורת לשעת חירום
• תאורת חירום (עקב שריפה או הפסקת חשמל אחרת)
• מערכות בקרת גישה בבניינים
• מערכת מרכזית להתרעת אש וניטור אבטחה

בהתאם לגודל הבניין, תת-מערכת הספקת-כוח חייבת לתמוך בפונקציות קריטיות על פני מספר קומות ולהיות דו-כיוונית עם קו ה-AC (או DC) הראשי המטעין את הסוללות, כאשר אפשרות זו קיימת, והסוללות התומכות בעומסים ובתתי-המערכות השונים אם הקו הראשי אינו זמין (איור 1).

איור 1: תת-מערכת הספקת-כוח במתקנים רבים חייבת לתמוך בצרכים של מספר קומות תוך כדי ניהול טעינת סוללות ופריקתן כאשר הקו הראשי אינו זמין. (מקור התמונה: MEAN WELL)

שיקול מרכזי הוא טעינה וניהול של סוללות הגיבוי, אשר חייבות להיות מפוקחות כראוי עבור התפקיד הקריטי כמערכת הספקת-כוח אל-פסק (UPS). אין גישה אחת הטובה ביותר, שכן סוללות עם סוגים וקיבולות חשמליות שונים נמצאות בשימוש נרחב, כולל ליתיום ועופרת-חומצה, כל אחת עם הנחיות טעינה/פריקה משלה.

יתרה מכך, ישנם תקנים רבים ותקנות בנייה מחייבות בנוסף לאלה היותר קונבנציונליים עבור כל ספק AC-DC או DC-DC. בשל ההתפתחות בארכיטקטורות מבנים מתקדמות, ביחד עם ההכרה במה הטכנולוגיה יכולה לעשות בבניינים חכמים, סוכנויות באירופה, ארה"ב וסין פרסמו תקנות בטיחות למערכות אבטחה וכיבוי אש, כולל:

• תקן EN 54-4‏ של הוועדה האירופית לתקינה (European Committee for Standardization‏, CEN‏): מערכות גילוי אש ואזעקת אש פרק 4: ציוד הספקת-כוח (התקן הבריטי (EN 54-4‏ BS‏).
• ארצות הברית: UL2524‏: תקן ANSI/CAN/UL עבור מערכות שיפור תקשורת רדיו דו-כיוונית בבניינים.
• ארצות הברית: תקן NFPA 1221‏ של הארגון הלאומי להגנה מפני שריפות (National Fire Protection Association‏): תקן עבור התקנה, תחזוקה ושימוש במערכות תקשורת לשירותי חירום.
• סין: תקן GB 17945-2010‏: מערכת תאורה ופינוי בחירום במקרי שריפה.

בנוסף, ישנם צווי בטיחות AC בסיסיים, יחד עם תקני פליטות עבור תאימות אלקטרומגנטית (EMC) (מולכות, מוקרנות, זרמי הרמוניות וריצודי מתח המוגדרים בתקני (EN55032 (CISPR32 ו-N61000-3-2, ועבור חסינות EMC (פריקה אלקטרוסטטית (ESD), מוקרנות, פרצי טרנזיינטים מהירים חשמליים (EFT‏), נחשולים, מולכות ושדה מגנטי לפי EN61000-4‏.

צירוף כל הדרישות הללו פירושו שיחידת ספק-כוח (PSU) היא יותר מסתם ספק AC-DC או DC-DC פשוט. עליה לספק, לפקח, לנהל ולתמוך במספר פונקציות בדרגה גבוהה של אמינות וביצועים (איור 2).

איור 2: ליחידת PSU מודרנית יש שני תפקידים עיקריים: הספקת מתח DC נמוך יותר לעומסים שונים תוך מתן ניהול סוללות עם ביצועים עיליים. (מקור התמונה: MEAN WELL)

המארז וההרכבה גם חשובים גם כן

גודל פיזי, תחום טמפרטורת הפעלה, קירור ושיקולי הרכבה הם גם כן גורמי PSU חשובים. יחידות אלה ממוקמות בדרך כלל בארון תשתיות, לרוב עם שטח וקירור מוגבלים. בנוסף ל-PSU ולסוללות, ארון זה עשוי להכיל גם ציוד מידע וטלקומוניקציה עבור הבניין, כגון מתגים ונתבים, כך שהמקום הוא בעדיפות עליונה, והנוחות של הרכבה בכונן היא מאפיין אטרקטיבי.

ספקי-כוח משולבים נותנים מענה לדרישות ניהול הספקת-הכוח של בניינים

כדי לתת מענה לצורכי מתכנני אוטומציה בבניינים מבחינת הביצועים, גורם הצורה, ההרכבה ופישוט התכן, ל-MEAN WELL יש את ה-DRS-240-12‏, יחידת הכל-באחד של 12 וולט/20 אמפר (A‏), 240 וואט, כמו גם האחות הגדולה יותר שלה, ה-DRS-480-24‏, יחידת 24 וולט/A‏ 20‏, 480 וואט. יחידות אחרות בסדרת DRS-240 מציעות צירופי מתח/זרם שונים: 24 וולט/A‏ 10‏, 36 וולט/A‏ 6.6‏, ו-48 וולט/A‏ 5‏; עבור סדרת DRS-480, הצירופים הקיימים הם 36 וולט/A‏ 13.3‏ ו-48 וולט/A‏ 10‏.

ביחס למיקום והרכבה, יחידות ה-DRS-240 וה-DRS-480 נותנות מענה לכך על ידי הרכבה ישירות על מסילות DIN‏ סטנדרטיות שבשימוש נרחב, סוג TS-35/7.5 או 15. זה מפשט את ההרכבה ומאפשר להרכיב בקלות לצידן מערכות אחרות והמארזים שלהן. יתר על כן, תכן מסילות DIN אומר שכל החיבורים, המחוונים והקריאות נמצאים מלפנים, ללא צורך בלוח אחורי או אפילו גישה מהצד. זהו יתרון בתכנון חיווט, התקנה, תצורה, בדיקה וחיווט-מחדש במידת הצורך.

המקום הנדרש מהווה שיקול בעדיפות עליונה בארונות אלו, כך שגורם צורה קומפקטי של יחידת PSU הוא חשוב ביותר. יחידות ה-DRS-240 הן רק 86 × 125 × 129 מילימטרים (מ"מ) (רוחב × גובה × עומק) ואילו יחידות ה-DRS-480 הן 110 × 125 × 151 מ"מ (איור 3).

איור 3: ליחידות 240 וואט (שמאל) ו-480 וואט (ימין) של סדרת DRS‏ יש גורם צורה קומפקטי והן מורכבות על מסילת DIN סטנדרטית; יחידת 480 וואט היא מעט יותר גדולה. (מקור התמונה: MEAN WELL)

התנאים הסביבתיים בארונות אלו מהווים אתגר לביצועים גם בטווח הקצר וגם בטווח הארוך. כל חברי משפחות DRS מדורגים לפעולה ללא-קונדנסציה של C‏°‏30- עד C‏°‏70‏+ ולחות יחסית (RH) של %‏20 עד 90% עם קירור בקונבקציה באוויר חופשי. האמינות מחושבת כ-564.7K שעות (מינימום) לפי Telcordia SR-332‏ (Bellcore‏) ו-73.3K שעות מינימום לפי MIL-HDBK-217F (ב-C‏°‏25‏) עבור יחידות DRS-240; הנתונים המקבילים עבור יחידות DRS-480 הם רק מעט יותר נמוכים.

כניסת הספקת-כוח מהרשת מובילה ליציאת DC ולניהול סוללות

בהינתן אי-היציבות של רשת החשמל והשאיפה ליכולת יישום כלל-עולמי וקלות התקנה, תחום הספקת-הכוח בכניסה חשוב גם הוא. המפרט של יחידות PSU אלו הוא עבור מתחים של 90 עד 305 וולט AC‏ ו-127 עד 431 וולט DC‏. רבות מהפונקציות ביחידות אלו מוקדשות לטעינה, פריקה, חיווי סטטוס וניהול כולל של הסוללות (איור 4).

איור 4: דיאגרמת הבלוקים של יחידות DRS PSU מציגה את התחכום הפנימי שלהם ואת כמות המעגלים המוקדשים לניהול סוללות, טעינה/פריקה, מחוונים, מדדים והגנה. (מקור התמונה: MEAN WELL)

ניתן לכוונן את עקומת הטעינה שתי דרגות/שלוש דרגות ואת הגדרת זרם הטעינה (בין 20% עד 100%) ידנית באמצעות מתג DIP בפאנל הקדמי. זרם הטעינה המקסימלי הזמין עבור הסוללות הוא פונקציה של זרם היציאה המקסימלי הזמין מדגם ה-DRS‏ הספציפי. אלגוריתם טעינת הסוללות תלוי בעומס וגמישות פרמטר הטעינה מאפשרת ל-DRS-240/480 לנהל בצורה מיטבית מגוון סוללות עופרת-חומצה וליתיום.

בשל חשיבות פונקציית הסוללה, המערכת כוללת גם מדדים לסוללה חלשה והגנה מפני חיבור הפוך. מאפיינים אלו ואחרים משתלבים כדי לספק תת-מערכת סוללות חסונה ואמינה שניתן להטעין מרשת החשמל, אך גם למתג ולספק את ההספק הנקוב שלה תוך 10 מילישניות כאשר רשת החשמל אינה זמינה.

תקלות ובעיות יקרו תמיד

זה בלתי נמנע שיהיו תנאים פנימיים או חיצוניים המשפיעים על היכולת של PSU לספק את כל הפונקציות שצוינו. מסיבה זו, יחידות ה-DRS כוללות חיווי סטטוס למצבים כגון קצר, עומס-יתר, מתח-יתר וטמפרטורת-יתר, בנוסף למדדי סוללה חלשה ולמחווני חיבור הפוך שכבר צוינו.

חשובים גם מחווני הסטטוס המוחשיים של תנאי הפעולה העיקריים של כשל AC‏, DC OK, סוללה חלשה, תקלת מטען ו-DC OK המסופקים על ידי נוריות LED וממסרי Form C (איור 5). ממסרי Form C‏ מסומנים בבירור ומספקים סגירת מגע "יבשה" המשמשת (ומחויבת, במקרים מסוימים) מכמה סיבות.

איור 5‏: הפאנל הקדמי כולל את כל מה שהמשתמש רואה עבור חיבורי הספקת-הכוח, מחוונים ומגעי הממסרים. (מקור התמונה: MEAN WELL)

סגירות מגעים אלו הן חד-משמעיות ומציעות מספר יתרונות. הם משמשים מזה זמן רב ביישומים וכך הם תואמים ומשולבים בקלות עם מערכות ורכיבים הן מהדורות הקודמים והן חדשים (אפילו פונקציות בסיסיות כגון אור מהבהב חיצוני ופעמון); הם אמינים וחסונים ביותר; וסגירת מתג היא החיווי המוחלט ביותר שמערכת יכולה לספק, במיוחד אם יש בעיות הספקת-כוח העלולות להשפיע על פעולת ממשקים שהם יותר "אלקטרונים", כגון יציאות קולט פתוח (OC) או אפילו ממסרי מצב מוצק (SSR).

תקשורת גם היא מנדטורית

יחידת PSU מודרנית גם חייבת להציע חיבוריות רשת עבור ניהול, כינון ודיווח ברמה גבוהה. משפחות ה-DRS הסטנדרטיות של PSU תומכות בקישורי Modbus, עם אפשרות אפיק CAN, שניתן להשתמש בה גם עם יחידת תכנות חכמה זמינה. מתכנת זה משמש להגדרה חיצונית של פרמטרים הקשורים לעקומות ואופני הטעינה של הסוללות, כגון זרם קבוע (CC), זרם יורד-הדרגתית (Taper‏) , מתח קבוע (CV) ומתח צף (FV), כדי להתאים לסוגים שונים ורבים של סוללות שבשימוש בתעשייה (איור 6).

איור 6: באמצעות מתכנת מבוסס-Modbus, המשתמש יכול להגדיר את פרטי טעינת הסוללה הרבים כך שיתאימו בצורה אופטימלית לגודל ולסוג הסוללה. (מקור התמונה: MEAN WELL)

למרות שמשפחות ה-DRS של PSU מציעות פונקציות ומאפיינים רבים, החיבור בפועל שלהן הוא פשוט למדי. זהו יתרון חשוב והעדפה בהתקנות מעשיות, במיוחד מכיוון שיחידות אלה נמצאות לעתים קרובות בשימוש במשך שנים רבות (איור 7).

איור 7: המורכבות הפנימית והתחכום של משפחות ה-DRS של PSU הם בלתי-נראים למשתמש, שעליו להתמודד רק עם כמה חיבורים ומחוונים בפאנל הקדמי. (מקור התמונה: MEAN WELL)

סיכום

יחידות הספקת-כוח כגון אלה ממשפחות DRS-240 ו-DRS-480 של MEAN WELL מספקות יותר מהמרת AC-DC או DC-DC בסיסית. הן פתרון מאושר לניהול הספקת-כוח עבור בטיחות אש ומערכות אבטחת מבנים, כולל ציוד תקשורת חירום. כפי שהוצג, על ידי שילוב כל הפונקציות הדרושות במארז מסילת DIN קטן, יעיל, אמין וקל להרכבה ולחיבור, ספקי-הכוח DRS מפשטים את התיעוד, ההתקנה והתפעול, תוך הספקת הפונקציונליות, המאפיינים והביצועים הדרושים כדי לעמוד במערך של תקנות רגולטוריות.

תוכן קשור

1. "השימוש בספקי-כוח AC/DC‏ רבי-יציאות לטובת גמישות ויכולת הגדרת-תצורה"
2. "כיצד מסילת DIN פשוטה עונה למודולריות, גמישות ונוחות במערכות תעשייתיות"