Промышленная автоматизация вместе с FSP

Александр Леонов, инженер по источникам питания компании Rutronik, lal@rutronik.com

 

Автоматизация процессов нарастает стремительными темпами. Требования к автоматизированным системам повышается: необходимо обеспечить высокую надежность, эффективность, устойчивость и быстродействие процессов. Особые требования предъявляются к системам питания. В статье рассматриваются решения от компании FSP – признанного мирового лидера в производстве блоков и систем питания. пдф версия

 

Если мы сравним условия работы обычных и промышленных компьютеров, то обычный домашний или офисный компьютер он, фактически, что фрилансер на Бали — хорошее питание, стабильное наличие электричества, погода, окружающая среда, нажимай себе кнопки на пляже при режиме работы, в среднем, 8 часов в день и пять дней в неделю. Мечта да и только. Чего нельзя сказать про промышленный компьютер. Этот работяга вкалывает круглосуточно, 24/7, без отдыха и выходных, в условиях далеких от идеальных: высокие температуры, загрязненность, вибрации, зачастую нестабильное питание. Блоки питания в этих компьютерах стоят тоже непростые.

И понятно почему. Ведь от надежности таких устройств зависит много, к примеру, работа станка на производстве. Сколько стоит его простой? Эта цифра точно не будет маленькой. Но куда больше могут быть косвенные убытки. Сколько будет потеряно денег из-за неработающего светофора на улице? Пробки, перерасход горючего, объезды, опоздания, сорванные планы и сделки…

Все описанное приводит к ужесточению требований к промышленным блокам питания — они обязаны справляться с большинством возможных неприятностей и быть способными работать круглосуточно на протяжении длительного времени.

В большей степени все это можно отнести к устройствам для промышленной автоматизации, которые предназначены для работы на открытом воздухе. Это может в равной степени быть и промышленные компьютеры вместе с разнообразным серверным оборудованием, встраиваемые компьютеры и интернет-киоски/терминалы, а также и сетевое оборудование, в том числе и промышленные сети Ethernet. Список этот никак не ограничивает применение, а показывает широту использования.

Какие блоки питания для промышленной автоматизации помогут нам представить для вас этот сегмент? Рассмотрим блоки питания компании одного из законодателей мод в проектировании этих устройств — FSP Group. Компания входит в ТОП-10 мировых производителей блоков питания и имеет в своем портфеле заказчиков первой величины. Возьмем три блока питания, которые FSP Group рекомендует для промышленной автоматизации: FSP300-50FFB, FSP500-50WCB и FSP500-50UCB, исполненных, соответственно, в трех различных форм-факторах: FLEX, 1U и 2U.

Невооруженным взглядом видны внешние различия: FLEX самый компактный, 1U выглядит сбалансированным выбором и ожидаешь чего-то большего от 2U. Но у этих блоков питания много общего — сказывается единство применения. В каждом блоке есть APFC (активная коррекция коэффициента мощности) — наличие этой схемы позволяет уменьшить паразитную реактивную мощность, увеличив этот коэффициент с 0.55 до внушительных 0.96. Этот параметр может не всегда быть важен для обычных потребителей (хотя, принимая во внимание растущую энерговооруженность современного жилища, он будет всё более важен для них), но использование блоков питания с APFC критически необходимо на производстве. Это позволит существенно уменьшить нагрузку на сеть предприятия и, соответственно, позволит снизить затраты на организацию производства и самого производства как такового. Дополнительно ко всему вышесказанному, блоки питания с APFC менее чувствительны к нестабильному напряжению и, таким образом, расширяют диапазон входных рабочих напряжений.

У всех представленных устройств вход защищен линейным предохранителем — это позволяет сократить затраты и сроки ремонта, а также уменьшить время восстановления после сбоев в электрической сети. Все блоки не только протестированы на электробезопасность, но и проходят специальный тест при 50°С на работу без сбоев и возгораний. Промышленные устройства, как и было отмечено выше, это серьезно и ответственно. Все эти блоки питания имеют расчетное время наработки на отказ (MTBF, Mean Time Between Failures) 100 000 часов, что составляет примерно 11 с половиной лет. Что в современном динамичном мире более чем достаточно.

Чем обеспечивается эта экстранадежность? В первую очередь обратим внимание на трансформаторы — головной компонент любого импульсного блока питания: здесь использованы трансформаторы с вакуумной обмоткой (это позволяет минимизировать содержание влаги в изоляции обмотки) что позволяет получить высокую электрическую прочность, объемное сопротивление и снизить диэлектрические потери. Дальше обратим ваше внимание на конденсаторы. Они от японских производителей — это самый надежный из существующих вариантов, хорошо проверенный временем.

Роднит эти блоки питания также набор защит:

• от короткого замыкания (SCP, Short Circuit Protection),
• от перенапряжения (OVP, Over Voltage Protection),
• от перегрева (OTP, Over Temperature Protection),
• от превышения по потребляемому току (OCP, Over Current Protection),

что делает возможным не только спасение подключенного оборудования, но и немедленное восстановление подачи напряжения при исчезновении проблемы.

 

Рассматриваемые блоки питания — с активным охлаждением. Каждый из них укомплектован вентилятором (а один из них даже двумя). Можно отметить низкие показатели по пульсации и шуму и, что так же важно в современном мире, соответствие современным стандартам, в частности EN62368 и наличие сертификата эффективности 80+ Bronze. Безусловно, в линейке промышленных блоков питания есть устройства и с более высокой эффективностью, но мы в данной статье уделяем внимание лишь доступным и сравнительно массовым продуктам.

Рассмотрим дальше блоки питания по отдельности.

Начнем с большего по размеру: 2U блок питания FSP500-50WCB мощностью 500Вт и 70-ти мм вентилятором.

Photo1.

 

Это самый доступный из представленных блоков питания, он предназначен для использования в устройствах где достаточно внутреннего объема для его размещения и могут быть выдержаны необходимые температурные режимы. Блок питания укомплектован нагнетающим 70-мм вентилятором и работает в широком диапазоне напряжений: 90~230Vac.

Сфера применения -— рабочие станции и серверы, так же прочие устройства с достаточным местом для установки.

Следующая модель FSP500-50UCB — это 1U блок питания мощностью 500Вт с двумя 40 мм вентиляторами: нагнетающим и отводящим)

Photo2.

 

При той же самой мощности, как и у предыдущего блока питания — размер существенно меньше. Соответственно, проблема теплоотвода стоит более остро — объем корпуса меньше, плотность элементов выше, вентилятор — меньше. Чем и обусловлено появление еще одного вентилятора.

Отдельно можно отметить наличие физического выключателя блока питания на задней стенке устройства. С его помощью удобно отключать блок от сети в случае необходимости.

Блок питания рассчитан на широкий диапазон входных напряжений 90~230Vac, что делает его универсальным решением для большинства систем промышленной автоматизации.

Сфера применения — в первую очередь серверы, а так же рабочие станции и контроллеры промышленной автоматизации которым необходим надежный блок питания форм-фактора 1U. Так же можно отметить, что линейка таких 1U блоков питания не ограничивается моделью на 500 Вт, а включает в себя так же 400 Вт и 300 Вт модели. Причем 300Вт модель — уже с одним вентилятором. Компания FSP не ограничивается только описанной линейкой 1U блоков питания, есть и другие, суммарно охваченный диапазон мощностей от 300 до 700Вт.

Завершаем обзор мы самым интересным из представленных блоков питания — блоком питания стандарта FLEX, модель FSP300-50FFB (с 40-мм вентилятором)

Photo3.

 

Стандарт FLEX ATX является на сегодняшний день одним из самых популярных проприетарных стандартов в своем сегменте. Такие блоки питания можно встретить в системах многих известных производителей, что лишний раз показывает эффективность такого решения. Этот стандарт был разработан компанией FSP в начале 2000х как решение для компактных серверов и систем малого форм-фактора (встречается аббревиатура SFF: Small Form Factor).

Изначально, расчетная мощность таких блоков питания была в диапазоне от 180 до 270Вт, сейчас популярны мощности 250-350Вт и уже массово производятся блоки питания стандарта FLEX ATX мощностью 500 Вт.

 

Это самый маленький блок питания из рассматриваемых, но он ничем не уступает моделям описанным выше: тот же широкий диапазон входных напряжений 90~230Vac, активное охлаждение и сфера применения: серверы и рабочие станции, накопители, но так же может быть использован в любых контроллерах промышленной автоматизации где необходим компактный и надежный блок питания.

 

Особо отметим что компания FSP имеет широкий диапазон блоков питания стандарта FLEX ATX мощностями от 100 до 850 Вт. И это серьезное предложение на рынке промышленной автоматизации.

Подытожив, промышленные блоки питания FSP для задач автоматизаций будут хорошим выбором, т.к. обладают необходимыми технологиями, используют современные и надежные компоненты, а так же представлены в широком диапазоне форм-факторов.