Расскажу про схему супернадёжного резервированного питания 24 вольта, которую я предусматриваю для крупных объектов и схему просто надежного резервирования для менее крупных объектов.

Схема на блоках Meanwell DRC

Обычно (для большинства объектов) моими любимыми блоками питания являются Meanwell DRC-100B и DRC-60B. Это блоки на 24 вольта, есть ещё модели на 12 вольт, у них в конце наименования буква А.

100 и 60 в названиях блоков — это их выходная мощность в ваттах. Но надо помнить, что это их полная мощность, она делится на два выхода: для питания того, что нам надо запитать, и для зарядки аккумуляторов. Для блока DRC-100B ток выхода составляет 2.25А, а ток заряда аккумуляторов 1.25А. Напряжение блока не 24 вольта, а 27.6 вольта, чтобы он мог заряжать 24-вольтовый аккумулятор. Есть регулировочный винтик ADJ на передней панели, который позволяет регулировать выходное напряжение в диапазоне от 23 до 31 вольта.

Эти блоки крайне удобны тем, что аккумуляторы к ним подключаются напрямую, к клеммам Bat. Также есть выходные сигналы релейного типа «AC OK» (то есть, на входе есть питание) и «Bat Lo» (батарея садится), их можно считывать с блока контроллером.

Для блока DRC-60B ток нагрузки не должен превышать 1.4А. Очень важно при проектировании системы считать максимальный потребляемый ток всех подключаемых к блоку устройств.

Для надёжности лучше ставить разные блоки питания для подключения оборудования в щите и для подключения датчиков. Чтобы, если в датчиках будет короткое замыкание (попадание воды, выход из строя датчика, неаккуратное подключение), блок питания ушёл в защиту (отключил выход), а контроллер продолжал работать. Для небольших объектов можно ограничиться одним блоком питания. Можно для питания датчиков поставить предохранитель на 1-2 ампера, тогда при коротком замыкании предохранитель сгорит и отключит питание датчиков, а работа контроллера сохранится. Покупая предохранители, надо купить их с запасом, лучше сразу десяток, потому что, пока разберёшься, где коротит, часть предохранителей уйдёт.

Кстати, у контроллеров Wirenboard 6 и 7 есть два выхода питания шин modbus, но эти выходы ограничены суммарным током 1А (что совсем мало), так что не надо подключать на них много устройств. В документации на сайте Wirenboard написаны максимальные токи потребления всех модулей и датчиков, их надо не забыть посчитать. Кстати, токи указаны самые максимальные, при всех включенных реле, в момент измерения СО2 и передачи ИК команд, так что не надо к получившейся цифре прибавлять на всякий случай какой-либо запас, там и так всё с запасом указано.

Вот типичная схема подключения питания Wirenboard некрупного объекта:

У меня даже на блоках модулей в Autocad надписана мощность потребления, чтобы не искать. Конкретно на этом объекте к контроллеру подключено 14 модулей, их потребление 15 ватт, то есть, 0.625А. Ещё десяток датчиков потребляют максимум 12 ватт. То есть, общее потребление 1.125А 24 вольта. Можно было бы поставить блок DRC-60B, но поставили DRC-100B на случай добавления модулей и датчиков в систему.

Аккумуляторы 12 вольт 1.2 ампер-часа (есть такого же размера 1.3 ампер-часа) подключены последовательно, чтобы получилось 24 вольта. Аккумуляторы удобно класть на дно щита, они там отлично помещаются. Только если кабели в щит заходят снизу, аккумуляторы лучше куда-то перенести, можно даже перфолентой закрепить в любом месте щита.

Аккумуляторы используем свинцово-кислотные. У них срок службы 3-4 года, по истечении которых их надо заменить. Следите за температурой батарей! Желательна комнатная. При температуре ниже +10 градусов срок службы сокращается. Температура +50 и выше недопустима, если в щите будет жарко, то лучше вынести аккумуляторы наружу (а лучше вообще не допускать такого).

По поводу времени автономной работы системы от аккумуляторов. Мы подключаем их последовательно, следовательно, напряжение складывается, а ёмкость сохраняется. Так что ёмкость двух аккумуляторов по 1.2 ампер-часа будет равняться 1.2 ампер-часа. Пусть наша система потребляет 1.125А максимально, а в среднем 0.8 ампера. 1.2 ампер-часа делим на 0.8 ампера и вычитаем 10-15% потери ёмкости, получаем примерно 76 минут автономной работы.

У Wirenboard есть собственный модуль резервного питания с литиевым аккумулятором WB-UPS v.2, но у него номинальная мощность всего 15 ватт, 0.625 ампер при 24 вольта. Правда, хорошая ёмкость 3.6 АЧ. Для объектов с небольшим током потребления системы такой модуль подойдёт, при этом не надо будет ставить отдельные аккумуляторы, но нужен будет отдельный блок питания. В общем, есть и плюсы и минусы в этом модуле.

Кстати, даже для небольших систем я рекомендую всегда иметь про запас блок питания, пусть даже без резервирования. Чтобы в случае чего быстро заменить сломавшийся по какой-то причине блок на исправный временный.

Схема на блоках DR-UPS40 и DR-RDN20

Перейдём более серьёзным задачам. Более серьёзные задачи отличаются следующим:

• Больше ток потребления.
• Требуется больше времени автономной работы.
• Недопустима остановка работы системы при выходе из строя блока питания.

Должен сказать, что мне выход из строя блока питания Meanwell приходилось наблюдать, но всего дважды (на пару сотен объектов). Вероятность того, что он сам по себе перестанет работать при нагрузке ниже номинальной, живых аккумуляторах и защите от скачков питания через реле напряжения на входе очень мала. Даже при коротком замыкании на выходе блок будет уходить в защиту (отключать выход) и снова включаться довольно много раз. Но есть очень ответственные объекты, на которых перебой в работе недопустим.

У Meanwell в серии DRC блоков с нагрузкой более 2.25А нет. То есть, нам нужен блок питания с большей мощностью, но мы не можем подключить к нему аккумулятор напрямую.

Есть мнение, что можно просто подключить аккумулятор параллельно нагрузке, тогда питание будет идти с него при пропадании выхода блока, но нет, так делать нельзя. Во-первых, аккумулятор почти не будет заряжаться от напряжения 24 вольта, ему нужно минимум 27. Во-вторых, нужна защита от глубокого разряда аккумулятора, иначе он может совсем помереть. В-третьих, нежелательно подавать на технику напряжение сильно меньше номинального, а садящийся аккумулятор будет всё понижать и понижать выходное напряжение. В-четвёртых, следует заряжать аккумулятор небольшим током. В-пятых, умерший аккумулятор может унести за собой блок питания. Надеюсь, убедил так не делать. В блоках DRC все эти вещи предусмотрены: есть защита от глубокого разряда, есть контроль напряжения выхода АКБ, есть отдельный выход для заряда АКБ, независимый от основного выхода. И есть контрольные выходы наличия питания и разряда аккумулятора, чтобы сообщать контроллеру о своём статусе.

Если блок питания у нас без прямого подключения аккумуляторов, то на помощь приходит контроллер заряда батареи Meanwell DR-UPS40.

Это специальный блок для резервирования питания. На входе у него может быть от 24 до 29 вольт, на выходе 24 вольта до 40 ампер. На входы DC подключаем наш блок питания, на них же подключаем нагрузку, то есть, подключаем его параллельно нагрузке. На входы BAT подключаем аккумуляторы. Рекомендуемая ёмкость аккумуляторов до 12АЧ, то есть, можно подключить последовательно два аккумулятора по 12АЧ 12 вольт. Подключать автомобильные аккумуляторы ёмкостью от 40АЧ не следует.

У этого блока три релейных выхода для снятия состояния: BAT DISCHARGE (разряд батареи), BAT FAIL (отсутствует батарея) и DC OK (на выходе 24 вольта присутствуют). Это нам даёт ещё больше контроля над системой.

Итак, мы взяли мощный блок питания, взяли модуль резервированного питания. Но как уберечься от поломки блока питания? Поставить два блока питания! Но их нельзя подключать параллельно?

Для этого есть модуль Meanwell DR-RDN20. Он позволяет подключать два блока питания параллельно.

На входах у него должно быть 21-28 вольт до 20 ампер. На выходе 24 вольта до 20 ампер.

Подключаем на его входы два блока питания одновременно, и на выходе будет 24 вольта даже после выхода одного из блоков их строя. Надо учитывать, что в модуле происходит падение напряжения 0.5 вольта.

У блока два сигнальных выхода — Alarm A и Alarm B, они срабатывают при пропадании напряжения с блоков на входе.

Итак, вот схема супернадёжного резервирования питания на примере Larnitech.

Два блока питания SDR-120-24 дают по 5 ампер для питания нагрузки. Модуль DR-RDN20 обеспечивает мгновенное резервирование при отключении одного из блоков. Модуль DR-UPS40 обеспечивает переход на аккумуляторы при пропадании питания. Для подключения устройств, выхода RDN20 и выхода UPS40 у меня нарисован держатель клемм на DIN рейку Wago 2273-500 и два клеммника Wago 221-415 для +24 вольт и для минуса. На схеме контроллер подключается отдельной линией от клеммника, модули отдельной. В качестве всех соединительных кабелей питания, указанных на схеме, лучше использовать кабель ПУГВ сечением 0.75мм2.

Как установить аккумуляторы? Либо поставить на дно щита, если глубина щита позволяет и аккумуляторы не мешают приходящим снизу кабелям, либо поставить отдельно на полочку, либо использовать боксы для аккумуляторов.

Проблема боксов для аккумуляторов состоит в том, что они стоят обычно дороже самих аккумуляторов. Зато позволяют поставить аккумуляторы аккуратно.

Вот бокс для аккумулятора 7АЧ, выпускает Бастион. Стоит около 1000 рублей.

Он крепится на DIN рейку, так что нам нужен либо глубокий щит (никакой не ABB Comfortline, а шкаф с глубиной от 250мм), либо в стороне от щита набить на стену кусок DIN рейки и разместить на ней аккумуляторы в боксах. Есть боксы и для аккумуляторов бОльшей ёмкости, у того же Бастиона.

Питание датчиков в крупных системах лучше подключать на отдельные блоки питания. И, в частности, в Larnitech надо помнить о том, что ток на клеммах подключения шин CAN в контроллере DE-MG не может превышать 700мА, что ещё ниже, чем у Wirenboard, так что подключаем питание шины напрямую к блоку питания, а не через контроллер.

Преобразователь напряжения для питания 12-вольтовых нагрузок

В системе, где всё на 24 вольта, могут быть и 12-вольтовые нагрузки. Например, датчики движения и датчики протечки воды. У Larnitech и у Wirenboard есть специальные модули работы с датчиками протечки воды, имеющие 12-вольтовый выход для их питания, но если датчики мы подключаем на дискретные входы модулей, то нам нужен источник питания для них на 12 вольт. Причём, конечно, желательно тоже резервированный.

Опять-таки, для крупных и серьёзных задач лучше поставить отдельный 12-воллтовый блок DRC-40A (1.9 ампера выход) или DRC-60A (2.8 ампера выход), к которым подключаем отдельный аккумулятор (один 12-вольтовый, 1.2АЧ обычно достаточно). Теперь при кратковременном отключении питания система не сойдёт с ума от сработки сразу всех нормально-закрытых датчиков, которые без питания подадут сигнал тревоги.

Для объектов с более простыми требованиями ставим преобразователь напряжения Meanwell DDR-15G-12.

У него на входе от 9 до 36 вольт, а на выходе 12 вольт до 15 ватт. Обычно этого хватает для питания достаточно большого количества датчиков протечки и движения. Блок подключается на выход 24-вольтового блока питания, так что он уже резервированный. Получается компактно, удобно и недорого.

Вот схема подключения 12-вольтового датчика природного газа Mavigard с питанием через DDR-15G-12.

Питание датчика идёт через предохранитель на 1А, который сгорит при коротком замыкании в датчике. Блок реле, через которое идёт питание преобразователя и датчика, позволяет отключать датчик и сбрасывать его тревогу с контроллера Larnitech. Питание преобразователя берётся от питания шины модулей Larnitech в щите. Разумеется, если бы от 12 вольт у нас питался не один датчик газа, а несколько разных устройств, то через реле мы бы пускали не 24 вольта входа преобразователя, а 12 вольт от выхода преобразователя на датчики.

12-вольтового питания, кстати, требуют также датчики дыма с релейным выходом ИПД-3.2М НЗ (вот тут я про них писал), им тоже надо сбрасывать тревогу через кратковременное отключение питания.

Ещё немного про питание контроллера я писал в 2019 году на примере контроллера Beckhoff. Вот эта статья. Тогда я не использовал удобные блоки DR-RDN20 и DR-UPS40.