Zasilacz wielofunkcyjny pozwala szybko wdrożyć inteligentne systemy przeciwpożarowe i zabezpieczenia

Projektanci najnowocześniejszych budynków, a zwłaszcza wieżowców, muszą zapewnić niezawodność przeciwpożarowych instalacji alarmowych i zabezpieczeń, kontroli przeciwpożarowej, powtarzaczy komunikacyjnych służb ratunkowych, oświetlenia awaryjnego i systemów kontroli dostępu. Te coraz bardziej inteligentne systemy bazują na stabilnym zasilaniu, które musi działać i utrzymywać przesyłanie informacji o stanie nawet w przypadku utraty lub naruszenia zasilania sieciowego. Muszą być również ekonomicznie efektywne i skalowalne w różnych zastosowaniach, aby spełniać zmieniające się wymagania projektowe.

Aby pomóc sprostać tym wyzwaniom, projektanci mogą skorzystać z gotowych, montowanych na szynie DIN bezpiecznych cyfrowych zasilaczy bezpieczeństwa, które zawierają standardowy zasilacz prądu zmiennego-stałego, ładowarkę baterii, zasilacz awaryjny prądu stałego (DC UPS) oraz komunikację przez magistralę Modbus lub CAN. Elementy te działają interaktywnie, aby zapewnić prawidłową pracę systemu nawet w warunkach poważnych zakłóceń. Dostępne są zasilacze z wyjściem prądu stałego o napięciu 12, 24, 36 lub 48V, które można dostosować do szerokiej gamy konfiguracji systemów zabezpieczeń. Stan zasilacza jest przedstawiany lokalnie za pomocą wskaźników LED i zdalnie za pomocą styków przekaźnika.

W tym artykule omówione zostaną wyzwania związane z bezpieczeństwem zasilania, przed którymi stoją projektanci nowoczesnych budynków. Następnie przyjrzymy się przykładowym inteligentnym systemom zasilania bezpieczeństwa firmy MEAN WELL i pokażemy sposób ich stosowania w wielu systemach awaryjnego zasilania rezerwowego.

Zasilacze systemów zabezpieczeń

Systemy zabezpieczeń w budynkach obejmują ochronę przeciwpożarową, kontrolę dostępu, alarmy, oświetlenie awaryjne i łączność alarmową. Systemy te mają na celu zapewnienie bezpieczeństwa osobom przebywającym w budynku oraz służbom ratunkowym w przypadku katastrofy. Przepisy budowlane i przeciwpożarowe wymagają, aby te krytyczne dla bezpieczeństwa systemy miały co najmniej dwa źródła zasilania, z czego jednym powinna być bateria wielokrotnego ładowania. Ponadto zasilanie systemu zabezpieczeń powinno być bezprzerwowe. W związku z tym potrzeby systemu zabezpieczeń w zakresie zasilania obejmują zasilacz, zasilacz awaryjny prądu stałego (DC UPS) i ładowarkę baterii. W przypadku zastosowania w lokalizacji odległej, system wymaga również informacji o stanie w celu ostrzegania użytkowników o wszelkich anomaliach.

Firma MEAN WELL oferuje wyjątkowe rozwiązanie spełniające te wymagania, czyli inteligentny, zasilacz bezpieczeństwa typu „wszystko w jednym”, należący do grupy produktów DRS-240/480. Zasilacze z tej grupy, takie jak DRS-480-24 o parametrach wyjściowych 24V, 480W, są zintegrowanymi urządzeniami wielofunkcyjnymi, które zawierają zasilacz prądu zmiennego-stałego, ładowarkę baterii oraz zasilacz awaryjny prądu stałego (DC UPS) w jednym module do montażu na szynie DIN, co upraszcza projektowanie systemów. Wraz z pakietem baterii podtrzymujących i modułem sterowania alarmem, zasilacze te stanowią fundament podstawowej przeciwpożarowej instalacji alarmowej (ilustracja 1).

Ilustracja 1: podstawowy system sterowania przeciwpożarową instalacją alarmową, składający się z zasilacza DRS-480-24, pakietu baterii podtrzymujących oraz modułu sterowania alarmem, umieszczonych w szafie sterującej przeciwpożarowej instalacji alarmowej. (Źródło ilustracji: MEAN WELL)

Zasilacz prądu zmiennego-stałego DRS-480-24 działa w zakresie od 90 do 305V prądu zmiennego lub od 127 do 431V prądu stałego. Moduł ma 110mm (4,3") szerokości, 125,2mm (4,9") wysokości i 150,7mm (5,9") głębokości. Sprawność sięgająca 93,5% pozwala na pracę w temperaturach otoczenia od -30°C do +70°C z wykorzystaniem chłodzenia konwekcyjnego powietrzem niewymuszonym. Jest on chroniony przed przeciążeniem prądowym i nadmiernym napięciem oraz zabezpieczony przed odwróceniem baterii. Posiada również funkcję rozłączania przy niskim poziomie baterii.

Grupa produktów DRS-240/480 ma poziomy mocy wyjściowej 240 lub 480W i cztery różne poziomy napięcia wyjściowego: 12, 24, 36 lub 48V. Wymiary zasilacza różnią się w zależności od mocy znamionowej. DRS-240 jest nieco mniejszy niż wspomniany już DRS-480. Jego wymiary to 85,5mm (3,4") szerokości, 125,2mm (4,9") wysokości i 129,2mm (5,1") głębokości.

Zasilacze można montować na szynie DIN TS-35/7,5 lub 15. Montaż na szynie DIN pozwala na umieszczenie wielu modułów obok siebie w celu zaoszczędzenia miejsca. Dzięki montażowi DIN oprzewodowanie połączeń, takich jak status przekazywany przez przekaźniki i komunikacja szeregowa za pośrednictwem magistrali Modbus lub CAN, jest łatwo dostępne, ponieważ wszystko odbywa się z panelu przedniego (ilustracja 2).

Ilustracja 2: połączenia z zasilaczem, takie jak status przekazywany przez przekaźniki, czy komunikacja przez magistralę Modbus lub CAN, są łatwo dostępne przez styki oprzewodowania na przednim panelu. (Źródło ilustracji: MEAN WELL)

Oprócz wejściowych i wyjściowych złączy zasilania, zasilacze posiadają również przekaźniki jednobiegunowe ze stykiem przełączanym (SPDT, Form C), sygnalizujące awarię prądu zmiennego, prawidłowy stan prądu stałego, niski poziom naładowania baterii, nieprawidłowy stan baterii lub jej odłączenie, a także status awarii ładowarki. Port komunikacyjny RJ-45 zapewnia szeregowy interfejs danych do monitorowania i sterowania za pośrednictwem magistrali Modbus lub CAN. Magistrale te służą do przekazywania aktualnych informacji o statusie napięcia wyjściowego, prądu lub temperatury oraz do sterowania urządzeniem, w tym włączania i wyłączania oraz ustawiania wyjściowych poziomów napięcia i prądu. Służą one również do ustawiania parametrów ładowania baterii, w tym stałego prądu, stałego napięcia, napięcia pływającego, prądu malejącego, kompensacji temperatury baterii i czasu ładowania.

Przełączniki DIP w lewym górnym narożniku umożliwiają również ręczne ustawienie charakterystyki ładowarki w celu dopasowania do wielu typów akumulatorów litowych lub kwasowo-ołowiowych przy użyciu ładowania dwustopniowego (stały prąd, a następnie stałe napięcie) lub trzystopniowego (stały prąd, stałe napięcie, a następnie napięcie pływające) (ilustracja 3).

Ilustracja 3: przełączniki DIP pozwalają na wybieranie dwu- lub trzystopniowego profilu ładowania baterii. (Źródło ilustracji: MEAN WELL)

Krzywe ładowania można również zaprogramować za pomocą opcjonalnego inteligentnego programatora ładowania baterii SBP-001.

Zasilacz wykorzystuje klasyczną konstrukcję zasilania impulsowego z modulacją szerokości impulsu (PWM) z dodatkowymi elementami wprowadzonymi w celu inteligentnego sterowania jego dodatkowymi funkcjami monitora zasilania, ładowarki baterii i zasilacza awaryjnego (UPS) (ilustracja 4). Przed głównym zasilaczem znajduje się korekcja współczynnika mocy (PFC) i filtr zakłóceń elektromagnetycznych (EMI).

Ilustracja 4: schemat blokowy inteligentnego, bezpiecznego, wielofunkcyjnego modułu zasilania, należącego do grupy DRS-240/480, obejmującego ładowanie baterii, funkcje zasilacza awaryjnego (UPS), korekcję współczynnika mocy (PFC) i monitorowanie zasilania. (Źródło ilustracji: MEAN WELL)

Sterowanie modulacją szerokości impulsu (PWM) cyklu roboczego przełączania opiera się na napięciowym i prądowym sprzężeniu zwrotnym. Należy zwrócić uwagę na uwzględnienie w projekcie zabezpieczenia nadnapięciowego (OVP), zabezpieczenia przed przeciążeniem prądowym (OVL) i zabezpieczenia przed nadmierną temperaturą (OTP). Mikrokontroler MCU zapewnia sterowanie wieloma trybami ładowania baterii, monitorowanie baterii i komunikację.

Zastosowania dla inteligentnych zasilaczy bezpieczeństwa DRS-240/480

Przepisy budowlane i przeciwpożarowe wymagają stosowania wielu systemów przeciwpożarowych, zabezpieczeń i bezpieczeństwa, dla których należy zapewnić zasilanie rezerwowe w przypadku przerwy w zasilaniu. Jednym z takich systemów jest wzmacniacz dwukierunkowy (BDA), który zapewnia aktywne wsparcie komunikacji dla służb ratowniczych działających w budynkach, w których komunikacja bezprzewodowa może być trudna (ilustracja 5). Działa on jako powtarzacz wzmacniający i retransmitujący sygnały z urządzeń radiowych ratowników.

Ilustracja 5: wzmacniacze dwukierunkowe (BDA) działają jako powtarzacze wzmacniające i retransmitujące sygnały z radiotelefonów służb ratunkowych w budynku. (Źródło ilustracji: MEAN WELL)

Wzmacniacze dwukierunkowe (BDA) i skojarzone z nimi anteny są szczególnie przydatne w większych wieżowcach, gdzie są rozmieszczone na wielu piętrach. Systemy te łączą również wzmacniacz dwukierunkowy (BDA) z sygnałami ratowników z zewnątrz budynku i przekazują je do wewnątrz. Wzmacniacze dwukierunkowe (BDA) wymagają zasilania nawet w przypadku awarii normalnego zasilania sieciowego. Zasilacze DRS-240/480, wraz z towarzyszącymi im bateriami, gwarantują zasilanie poprzez przełączenie do trybu zasilacza awaryjnego prądu stałego (DC UPS) z zasilaniem bateryjnym w przypadku utraty zasilania sieciowego. Jeśli napięcie sieciowe prądu zmiennego spadnie poniżej zakresu od 79 do 89V~ dla linii 120V lub poniżej zakresu od 132 do 187V~ dla linii 220V, funkcja zasilacza awaryjnego prądu stałego (DC UPS) zostanie aktywowana, a zasilanie zostanie przełączone na bateryjne zasilanie rezerwowe.

Systemy zasilania awaryjnego zapewniają również zasilanie rezerwowe systemom kierującym i wspomagającym użytkowników pomieszczeń oraz służby ratownicze podczas ewakuacji budynku. Przykładowe systemy obejmują podświetlane znaki wyjścia, oświetlenie podłogowe dróg ewakuacyjnych i oświetlenie awaryjne (ilustracja 6).

Ilustracja 6: inteligentny system sterowania oświetleniem, który wykorzystuje zasilacz DRS-240 jako źródło zasilania rezerwowego do zasilania oświetlenia i znaków ewakuacyjnych w sytuacjach awaryjnych. (Źródło ilustracji: MEAN WELL)

W tym systemie sterowania oświetleniem zasilacz DRS-240-12 zapewnia rezerwowe źródło zasilania do podtrzymania krytycznego oświetlenia i oznaczeń ewakuacyjnych w przypadku awarii sieci zasilającej. Zasilacz ten ma napięcie znamionowe 12V, moc 240W i może podawać prąd o natężeniu do 20A.

Dodatkowe zastosowania inteligentnych zasilaczy bezpieczeństwa obejmują przeciwpożarowe instalacje alarmowe i systemy wykrywania pożarów, pomagające w zgłaszaniu i monitorowaniu pożarów w budynkach. Systemy te dostarczają strażakom istotne informacje na temat lokalizacji i zasięgu pożaru.

Grupa inteligentnych zasilaczy bezpieczeństwa DRS-240/480

Seria zasilaczy MEAN WELL DR-240/480 zawiera siedem modeli o maksymalnej mocy wyjściowej 240 lub 480 watów. Maksymalna moc wyjściowa obejmuje moc wyjściową dla wszystkich obciążeń, wyjście główne i ładowanie baterii. Należy pamiętać, że prąd ładowania baterii jest automatycznie regulowany w oparciu o pierwotny prąd wyjściowy, aby zapobiec przeciążeniom. W tej serii dostępne są napięcia wyjściowe 12, 24, 36 lub 48V (tabela 1).

Tabela 1: charakterystyki zasilaczy bezpieczeństwa z serii MEAN WELL DRS-240/480. (Źródło tabeli: Art Pini)

Rozszerzone możliwości omawianych zasilaczy inteligentnych oznaczają, że wymagają one większej liczby certyfikatów bezpieczeństwa niż zasilacze konwencjonalne. Zasilacze te są zgodne z normami i przepisami budowlanymi dotyczącymi systemów zabezpieczeń obowiązującymi na całym świecie, w tym:

• USA: Underwriters Lab UL2524 - norma dotycząca 2-kierunkowych systemów radiowej komunikacji awaryjnej w budynkach, 2019
• USA: National Fire Protection Association NFPA 1221 - norma dotycząca instalacji, konserwacji i użytkowania systemów komunikacji służb ratowniczych, 2019
• Europa: Komitet Normalizacyjny (CEN) EN 54-4: Systemy wykrywania pożarów i przeciwpożarowe instalacje alarmowe, Część 4: Urządzenia zasilające, 1997
• Wielka Brytania: BS EN. 54-4 Systemy wykrywania pożarów i przeciwpożarowe instalacje alarmowe, urządzenia zasilające, 1998
• Chiny: GB 17945-2010 - Przeciwpożarowe oświetlenie awaryjne i systemy sygnalizacji ewakuacji, 2009

Podsumowanie

Wielofunkcyjne zasilacze bezpieczeństwa MEAN WELL DRS-240/480 zawierają zasilacz awaryjny prądu stałego (DC UPS) i ładowarkę baterii w jednym kompaktowym module do montażu na szynie DIN. Są one w pełni chronione przed nadmiernym napięciem, prądem przeciążeniowym i temperaturą, wyposażone we wbudowane raportowanie stanu, umożliwiają szybką integrację, dlatego tworzą podstawę szerokiej gamy inteligentnych systemów zabezpieczeń i systemów przeciwpożarowych w budynkach inteligentnych.