زيادة أتمتة الأنظمة الصناعية للبيئات القاسية والمحتملة للانفجار، بما في ذلك خطوط الإنتاج وأنظمة الروبوتات الصناعية والبنية التحتية للطاقة والمصافي وخطوط تصنيع أشباه الموصلات. يجب ألا يفي مصدر الطاقة الصناعية الذي يختاره مصمم النظام بمتطلبات ذروة الطاقة العالية وحماية التدفق العكسي لمصدر الطاقة فحسب، بل يجب أن يفي أيضًا بمتطلبات الموثوقية والمتانة والسلامة وكثافة الطاقة العالية والكفاءة العالية ومختلف متطلبات الامتثال التنظيمية المعقدة.
تناقش هذه الورقة التحديات التي يواجهها مصممو أنظمة الطاقة في تطبيقات الأتمتة المطلوبة. يتم بعد ذلك عرض مصادر الطاقة الخاصة بالسكك الحديدية DIN لشركة TRACO Power، مع شرح كيفية مساعدة المصممين على مواجهة هذه التحديات.
تحديات إمدادات الطاقة الصناعية
تتعرض المعدات والأنظمة الإلكترونية لبيئات صناعية قاسية لخطوط التصنيع وأنظمة الطاقة المتجددة ومستودعات التوزيع ومرافق المعالجة الكيميائية. قد تتعرض المعدات الإلكترونية لدرجات حرارة شديدة، والرطوبة، والصدمات الميكانيكية، والتداخل الكهرومغناطيسي (EMI)، والاهتزاز، والغبار، والاتصال الكيميائي، والأجواء المتفجرة. نظرًا لاستخدام الإلكترونيات على نطاق واسع في الطاقة والتحكم والمراقبة، يجب تصميم جميع هذه التطبيقات لضمان الدقة والدقة والموثوقية والسلامة.
إمدادات الطاقة أمر بالغ الأهمية. باعتباره المكون الأساسي للمعدات الإلكترونية الصناعية، فإن مصدر الطاقة الصناعية يدعم مصدر الطاقة المنظم AC وDC. ويجب أن يفي ناتجها بمتطلبات استهلاك الطاقة الأساسية للمعدات المتصلة، ويجب حجز هامش أمان كافٍ. على سبيل المثال، تتطلب الأنظمة الكهروميكانيكية مثل المحركات والمضخات ومحركات التحكم في الحركة تيارات ذروة عالية جدًا عند بدء التشغيل ويجب أن تكون إمدادات الطاقة الصناعية قادرة على توفير هذه التيارات. بشكل عام، يجب أن يكون لإمدادات الطاقة الصناعية أيضًا وظائف حماية من الجهد الزائد والتيار الزائد والسخونة الزائدة.
يجب أن يتمتع مصدر الطاقة بقدرة جيدة على تنظيم الجهد عند تغير الحمل أو الخط، وضمان الكفاءة العالية. وهذا مهم بشكل خاص لمصادر الطاقة المثبتة في حاويات صغيرة الحجم، حيث يمكن أن تؤدي الكفاءة المنخفضة إلى تراكم الحرارة المفرط.
تعتبر المواصفات التفصيلية لإمدادات الطاقة الصناعية مهمة أيضًا. يجب أن يكون مصدر الطاقة الصناعية قابلاً للتركيب في الآلات أو خزائن التحكم ذات المساحة المحدودة. بالإضافة إلى ذلك، تتطلب التطبيقات الصناعية استبدالًا سريعًا للمعدات المعيبة، لذلك يجب تركيب المعدات لتسهيل عملية الإزالة والاستبدال. من الضروري أن تكون مصادر الطاقة الصناعية معتمدة للسلامة والتوافق الكهرومغناطيسي (EMC).
شهادة الموقع الخطير
المواقع الخطرة (HazLoc) هي منطقة محددة من الشهادات. يحدد قانون الكهرباء الوطني (NEC) الموقع الخطير بأنه منطقة يمكن أن يؤدي فيها وجود غازات أو أبخرة قابلة للاشتعال، أو سوائل قابلة للاشتعال، أو غبار قابل للاشتعال، أو ألياف قابلة للاشتعال، أو الوبر المتطاير إلى نشوب حريق أو خطر الانفجار. يجب أن تكون مصادر الطاقة الصناعية والمعدات الإلكترونية الأخرى معتمدة خصيصًا للعمل في بيئة HazLoc.
تضع مختبرات Underwriters Laboratories (UL)، بالتعاون مع توجيه الاتحاد الأوروبي لمعدات الأجواء المتفجرة (ATEX)، معايير اختبار للمكونات المستخدمة في المواقع الخطرة. يمكن أن تثبت هذه الشهادة أن المعدات المعتمدة قد استوفت الحد الأدنى من معايير السلامة ذات الصلة المطلوبة للاستخدام في المنطقة الخطرة المحددة.
تأخذ الشهادة في الاعتبار عاملين: نوع المادة المتطايرة واحتمالية وجودها. يحدد نوع المتفجرات المحتملة فئة الشهادة. تشمل الفئة 1 الأبخرة والغازات القابلة للاشتعال؛ تشمل الفئة 2 الغبار القابل للاحتراق، مثل الدقيق؛ الفئة 3 هي الألياف والألياف القابلة للاحتراق (أحجام صغيرة من الجسيمات القابلة للاحتراق مثل الأقمشة).
يحدد احتمال وجود المواد الخطرة المتطايرة نوع تقسيم المناطق الخطرة. يغطي القسم 1 البيئات التي توجد فيها المواد الخطرة عادة. يغطي القسم 2 البيئات التي لا توجد فيها مواد خطرة عادة، ولكنها قد تكون موجودة في ظل ظروف معينة.
إمدادات الطاقة الصناعية لتطبيقات HazLoc
تم تصميم مصدر الطاقة عالي الكفاءة من سلسلة DIN Rail TIB-EX من TRACO Power (الشكل 1) للبيئات القاسية والمواقع الخطرة. سكة DIN هي نوع من السكة المعدنية المستخدمة على نطاق واسع لتثبيت معدات التحكم الصناعية في حامل المعدات أو خزانة اللوحة. توفر السلسلة أيضًا خيارات التثبيت الجانبي لملف التثبيت السفلي ليناسب متطلبات تركيب اللوحة. تتوافق هذه السلسلة من مصادر الطاقة مع معايير السلامة UL HazLoc Class 1، Division 2 (C1D2) وATEX (EN60079-0، EN60079-7، وEN60079-15) وهي معتمدة من EMC.
مصدر طاقة السكك الحديدية TIB-EX DIN لـ TRACO Power
الشكل 1: مصادر الطاقة للسكك الحديدية من سلسلة TIB-EX حاصلة على شهادة HazLoc C1D2 ومعتمدة من EMC، وقد تم تصنيفها بـ 80 وات و120 وات و240 وات و480 وات (المصدر: TRACO Power)
تم تصميم مصدر الطاقة HazLoc C1D2 للتشغيل الآمن في المناطق التي تحتوي عادة على غازات أو أبخرة قابلة للاشتعال ولكنها قد تتسرب في حالة حدوث ظروف غير طبيعية مثل التسرب أو تعطل المعدات أو فشل نظام التهوية.
إن أهم ما يميز معدات C1D2 هو أنها لن تصبح مصدرًا للاشتعال في ظل ظروف التشغيل العادية والعرضية. ويجب أن تكون هذه المعدات مصممة بحيث لا تنبعث منها طاقة كهربائية أو حرارة كافية لإشعال جو متفجر متفجر. ولذلك، فإن هذه المعدات لن تولد قوسًا أو شرارة كهربائية أثناء التشغيل العادي، ويمكن لهيكل العلبة أن يحد من معدل دخول المواد الخطرة المتطايرة.
بالإضافة إلى شهادة HazLoc، تتمتع مصادر الطاقة المبردة بالسخان الحراري هذه بكفاءة تتراوح من 88% إلى 95% (حسب الطراز) ويمكن أن تعمل في درجات حرارة تتراوح من - 40 درجة مئوية إلى +60 درجة مئوية (حمولة كاملة). الطاقة المقدرة 80 وات، 120 وات، 240 وات و480 وات، جهد الخرج 12 فولت، 24 فولت أو 48 فولت، جهد التشغيل 85 فولت تيار متردد إلى 264 فولت تيار متردد، التردد 50/60 هرتز.
إن مصدر الطاقة من سلسلة TIB-EX مناسب جدًا للبيئة الصناعية، مع وظائف حماية التشغيل الشاملة، بما في ذلك الجهد الزائد الناتج وحماية الدائرة القصيرة. عند طرف الإدخال، يمكن لهذه السلسلة من مصدر الطاقة أن تمنع انخفاض الجهد لخط الطاقة، أي ينخفض الجهد إلى أقل من 90% من القيمة المقدرة، ولكن لن يتم فصله تمامًا. المدة النموذجية هي من 3 إلى 10 دورات أو 50 مللي ثانية إلى 167 مللي ثانية. تتوافق سلسلة مصادر الطاقة مع مواصفات SEI F47 Sag Immunity.
يتحمل مزود الطاقة TIB-EX أيضًا أحمال الطاقة الزائدة على المدى القصير ويحافظ على الإخراج لمدة تصل إلى 4 ثوانٍ عند حمل زائد بنسبة 150%. تعتبر هذه السلسلة مثالية لتصميمات الأنظمة ذات المحركات السائر، أو صمامات الملف اللولبي، أو المحركات - الأحمال التي تولد زيادات تيار عالية عند التنشيط الأولي.
هناك ظاهرة شائعة أخرى في البيئات الصناعية وهي الطاقة العكسية، حيث تعمل الأحمال مثل المحاثات ومحركات التخفيض على تغذية الجهد الكهربي إلى مصدر الطاقة. تتمتع مصادر الطاقة من سلسلة TIB-EX بوظيفة مهمة تتمثل في حماية التدفق العكسي لمصدر الطاقة للمساعدة في منع إيقاف التشغيل أو الفشل الناتج عن مثل هذه الأحمال.
يجب أن يقوم مزود طاقة وضع التبديل (SMPS) بشحن مكثفات الإدخال الخاصة به في البداية، مما قد يؤدي إلى تدفق تيارات كبيرة عند توصيل مصدر الطاقة لأول مرة بالخط. تستخدم معظم مصادر الطاقة SMPS (مثل سلسلة TIB-EX) محددات تيار التيار للتحكم في هذا التيار. تم تصنيف هذه الإمدادات لتيارات زيادة تبلغ 30 أمبير (مدخل 230 فولت تيار متردد)، و15 أمبير (115 فولت تيار متردد).
تُبلغ جميع الطرز عن حالة الإخراج عبر إغلاق جهة الاتصال DC-OK ومؤشرات LED DC-OK على اللوحات الأمامية والجانبية.
يحتوي مصدر الطاقة للسكك الحديدية 80 W TIB 080-12EX AC/DC DIN (الشكل 2) على جهد خرج مقدر يبلغ 12 فولت وتيار أقصى يبلغ 6.7 أمبير. مزود الطاقة صغير الحجم بحجم 3.71 بوصة × 1.26 بوصة × 4.50 مم.