Revelado: ¿Cuál es la función de la fuente de alimentación en la automatización?

En el complejo y exigente entorno de la automatización industrial, los componentes, al igual que un ordenador portátil, se evalúan con frecuencia en función de su aptitud para aumentar el tiempo de actividad, la eficiencia y la fiabilidad. Puede que las fuentes de alimentación industriales conmutadas no tengan el deslumbramiento y la elegancia de los PLC, los brazos robóticos y los sensores sofisticados, pero sin un sistema de alimentación ininterrumpida (SAI) que proporcione energía de reserva, esas otras tecnologías avanzadas no podrían existir. Es una omisión digna de mención. En un entorno así, una fuente de alimentación no es como cualquier componente, sino la base del sistema completo. La aparentemente intrascendente parada de la fuente de alimentación no es una simple sustitución de piezas. Es la radiación no programada de la planta, la pérdida del trabajo de producción y el fallo de seguridad, efecto dominó que implica potencialmente a toda la operación. Este artículo profundiza en los fundamentos de la fuente de alimentación de CC conmutada de calidad industrial para desentrañar sus principales capacidades y su valor inherente y explicar por qué su acertada selección no es un coste operativo, sino una inversión en la continuidad de las operaciones.

Misión básica: Conversión precisa de energía de la red al dispositivo

Basándonos en la forma más simple, el papel de cualquier fuente de alimentación conmutada, incluida una fuente de alimentación de modo, es convertir eficazmente la energía eléctrica. Para una fuente de alimentación industrial, esa misión es la de la precisión y la resistencia. Toma la alimentación de corriente alterna (CA) de una fuente de alimentación de red de CA típica -que a menudo es propensa a fluctuaciones e inestabilidad en un entorno industrial- y la convierte cuidadosamente en la tensión de salida de corriente continua (CC) de bajo voltaje que pueden utilizar las piezas sensibles de automatización. Todos los dispositivos, incluidos los controladores lógicos programables (PLC), las interfaces hombre-máquina (HMI), los sensores, los actuadores y los módulos de comunicación que funcionan en estos sistemas, dependen de la alimentación de CC constante y limpia para funcionar correctamente.

Sin embargo, el parecido con las fuentes de alimentación para ordenadores personales o de consumo termina ahí. Mientras que una fuente de alimentación de ordenador se diseña para un entorno de oficina con clima controlado y eléctricamente estable, una fuente de alimentación industrial se diseña para luchar contra el caos, especialmente para aplicaciones en distintos países. El entorno industrial es otro reto mucho mayor y podría hablarse de una serie de caídas de tensión, sobretensiones y ruido eléctrico producido por motores y variadores de frecuencia (VFD). La mayor diferencia se aprecia no sólo en la conversión en sí, sino en la resolución de la conversión incluso ante coacciones. La fuente de alimentación industrial es un filtro muy resistente y un dispositivo de regulación estable, de modo que la potencia suministrada a un dispositivo electrónico crítico puede ser impermeable a pesar del caos eléctrico en el puerto de entrada. Esta función inicial de conversión de sonido es la base de su función como garante de la integridad del sistema, y la mejor forma de compararlo es de forma directa.

Esta distinción deja claro que, si bien ambos cumplen la misma misión básica, sólo uno es apto para la planta de producción.

Estabilidad por encima de todo: el salvavidas en entornos industriales

Aparte de la mera conversión, la función más crítica de una fuente de alimentación regulada industrial, que a menudo utiliza varios tipos de reguladores lineales, es la capacidad de proporcionar una tensión de entrada constante, incluso una tensión única, y estabilidad de tensión. Cada cálculo, cada acción y cada medición en un sistema automatizado depende de una corriente eléctrica estable, lo que no es un lujo en ninguna circunstancia. Incluso la variación más trivial de la tensión de salida puede provocar errores que se filtren por todo el bucle de control y provoquen defectos de salida o la parada del sistema, o al menos su improbabilidad. Dos parámetros técnicos son primordiales en este caso: la regulación de la tensión y la supresión del rizado/ruido.

Para empezar con la regulación de la carga, las fuentes de alimentación ajustables pueden desempeñar un papel crucial. Un proceso industrial es dinámico, con motores que arrancan y paran, calentadores que se ponen en marcha y solenoides que se accionan. Todos estos fenómenos disparan la corriente consumida por la fuente de alimentación de CC. La conexión de entrada de alimentación del panel frontal garantiza que la fuente de alimentación pueda ajustarse suavemente a dichas cargas, manteniendo la salida de tensión dentro de un rango estable incluso durante las fluctuaciones. En el caso de dispositivos sensibles como los PLC, incluso una pequeña caída de tensión puede provocar un fallo o un reinicio.

El segundo es la amortiguación del rizado y el ruido. Las fuentes de alimentación conmutadas, por su modo de funcionamiento, provocan cierto ruido de alta frecuencia en su tensión de salida de CC. En un entorno informático benigno, esto suele ser insignificante. Sin embargo, en un entorno industrial se producen estas ondulaciones. Pueden aparecer como fluctuaciones en las lecturas de los codificadores, o ruido en señales analógicas sensibles, o como paquetes de datos corruptos en una interfaz de comunicaciones digitales. Una fuente de alimentación industrial de calidad profesional y alta eficiencia cuenta con las características adicionales de filtrado y circuitos de alta calidad para proporcionar una salida de CC totalmente suave, con ondulaciones en el rango de los milivoltios. Esto garantizará la pureza de la señal en un sensor, la correcta ejecución de la lógica en un controlador y la integridad del sistema de control. En este caso, la fuente de alimentación es la cabeza de los sistemas y su salida regulada es el principal latido estable del que dependerán todos los demás.

Indestructible: Fiabilidad en entornos difíciles

Las características reales de una fuente de alimentación no valen nada si no es capaz de resistir las condiciones de trabajo. Una fuente de alimentación industrial puede caracterizarse por un nivel de robustez física y eléctrica, una cualidad que garantizaría la supervivencia y una vida útil operativa continuada en circunstancias que destruirían instantáneamente una fuente de alimentación lineal. No se trata de la extraordinaria resistencia de un único aspecto, sino de una filosofía de diseño global que resiste la triple amenaza de los contratiempos industriales: Altas temperaturas, tensiones mecánicas y contaminantes ambientales.

Los armarios de control industrial no suelen estar climatizados. Pueden encontrarse en la planta de una fábrica calurosa en verano o en un almacén sin calefacción en invierno. Porque esta es la realidad, una fuente de alimentación industrial de CA está diseñada para funcionar perfectamente en un amplio rango de temperaturas ambiente, normalmente entre -25C o incluso -40C hasta +70C. Esto se consigue en gran medida gracias a un cuidadoso diseño térmico que garantiza el uso de componentes de alta calidad y bien diseñados que generan el mínimo calor, y a la refrigeración pasiva por convección mediante carcasas metálicas bien construidas, que son robustos disipadores de calor. El diseño sin ventilador es también un punto de fiabilidad de mosnex extremadamente importante, ya que evita el punto de fallo mecánico: el ventilador, que puede obstruirse con el polvo o simplemente desgastarse con el tiempo.

La vibración constante y los golpes ocasionales de la maquinaria provocados por el contacto con una máquina cercana son otra realidad del estrés mecánico. Para contrarrestarlo, las fuentes de alimentación industriales se han construido con carcasas más duras, piezas bien atornilladas y un diseño de placa de circuito impreso que reduce el efecto del estrés físico. Además, el entorno de la mayoría de los talleres industriales está plagado de partículas de polvo o humedad que son conductoras o corrosivas, respectivamente, en los talleres de alimentación y metalurgia. Muchos de los requisitos de las fuentes de alimentación industriales incluyen la fiabilidad a largo plazo, y a menudo estas fuentes de alimentación tienen un revestimiento de conformación en la placa de circuito impreso. Se trata de una fina película polimérica protectora depositada sobre la placa de circuito que la aísla de la humedad, el polvo, los productos químicos y las temperaturas extremas, y evita los cortocircuitos y la corrosión. Se trata de una fuerza intrínseca que no presenta a la fuente de alimentación como un factor vulnerable, sino como un elemento reforzado que puede soportar el uso prolongado de las máquinas pesadas.

Máxima protección: Contrarrestar la contaminación y los fallos de la red

La red eléctrica puede ser inestable, sobre todo en entornos industriales. El encendido y apagado frecuente de grandes motores, el uso de maquinaria de soldadura y la conmutación de alta frecuencia de los variadores de frecuencia (VFD) pueden introducir ruido, sobretensiones y transitorios en la red eléctrica local. El papel de la fuente de alimentación industrial es actuar como un escudo entre estas perturbaciones y los componentes electrónicos sensibles.

La excelente compatibilidad electromagnética (CEM) comienza con esta capacidad de protección. Una fuente de alimentación industrial puede estar fabricada conforme a normas de EMC estrictas (como EN 61000-6-2: inmunidad o EN 61000-6-4: emisiones) muy superiores a las exigidas a los productos de consumo. Por tanto, puede resistir altos niveles de inmunidad a ruidos externos relacionados con la electricidad, como descargas electrostáticas (ESD), transitorios eléctricos rápidos (EFT) y subidas de tensión a voltajes más bajos. Los conectores estándar federales, que son uno de los tipos de conectores, pueden ilustrar, en la puesta en marcha, que un motor grande puede producir una caída pronunciada de la tensión de salida seguida posteriormente de una sobretensión. Una fuente de alimentación industrial correctamente diseñada con un conector de salida especial absorberá tal evento y evitará que su potencia de salida se desvíe, protegiendo un PLC conectado con una interfaz de comunicación digital contra lo que puede ser un evento eléctrico dañino o perturbador.

Más allá de las amenazas externas, la fuente de alimentación incorpora un conjunto de circuitos de protección internos que actúan como a prueba de fallos. Se trata de características innegociables en un contexto industrial:

• Protección contra sobretensión (OVP): Evita que un fallo en la fuente de alimentación transmita una tensión destructivamente alta a los dispositivos conectados.
• Protección contra sobrecorriente (OCP): Protege la fuente de alimentación de daños si un componente aguas abajo se cortocircuita o consume una corriente excesiva. Suele funcionar en modo “hipo”, intentando restablecer la alimentación de forma intermitente hasta que se soluciona el fallo.
• Protección contra cortocircuitos (SCP): Una función de seguridad crucial que desconecta inmediatamente la salida en caso de cortocircuito directo, evitando riesgos de incendio y daños adicionales al equipo.
• Protección contra sobretemperatura (OTP): Supervisa la temperatura interna de la fuente de alimentación y reduce la potencia de salida o se apaga si supera los límites de funcionamiento seguros, lo que evita el desbordamiento térmico.

Estas funciones de protección transforman la fuente de alimentación de un simple convertidor en un guardián inteligente, que defiende activamente el sistema de automatización de los peligros eléctricos internos y externos.

Inteligencia y redundancia: Mantener los sistemas continuamente en línea

En la automatización contemporánea, sobre todo en industrias donde la seguridad es crítica, el tiempo de actividad se mide en fracciones decimales, y las interrupciones pueden ser catastróficas. Por ello, la fuente de alimentación no es sólo una fuente de alimentación, sino una parte inteligente y a prueba de fallos del sistema de automatización. Para garantizar un funcionamiento continuo, las fuentes de alimentación industriales suelen diseñarse con sistemas de redundancia, en los que varias unidades de alimentación se conectan en paralelo. Esto garantiza que, si falla una unidad, las demás sigan suministrando la energía necesaria sin interrupción.

Una de las características más importantes que convierten a una fuente de alimentación en un componente activo de un sistema es la supervisión inteligente. La mayoría de las fuentes de alimentación industriales de alta calidad disponen de un contacto de relé DC OK. No se trata de un indicador luminoso, sino de un conjunto físico de contactos que envía una señal clara de dos estados al PLC o al dispositivo de supervisión. Con la salida de la fuente de alimentación dentro de su rango de especificación (por ejemplo, superior al 90 por ciento del valor nominal), el relé se cierra. El relé se cierra en las películas de rotación y se abre cuando hay una pérdida o corte de la alimentación de entrada, o se produce otro fallo en el interior. Esta señal tiene un valor incalculable en el mantenimiento predictivo y el diagnóstico rápido. El sistema de control se puede programar para que señale inmediatamente un problema con una fuente de alimentación, de modo que el equipo de mantenimiento pueda acceder al problema antes de que derrumbe el resto del sistema en el proceso. De este modo, la resolución de problemas pasa de ser una búsqueda reactiva a una respuesta proactiva/guiada.

En aplicaciones en las que es inaceptable quedarse sin energía, la noción de reserva es fundamental. Consiste en la capacidad de mantener el flujo de energía en caso de que se desconecte una única fuente de alimentación de CC. Las fuentes de alimentación industriales están especificadas exactamente para ello. Uniendo en paralelo dos fuentes del mismo tipo con la ayuda de un módulo de redundancia (que tiene diodos o MOSFET para desacoplar las unidades), se construye un robusto sistema redundante N+1. En esta disposición, las dos fuentes de alimentación también comparten la carga. En caso de que una de ellas falle debido a algún factor, el otro dispositivo recoge inmediatamente y sin esfuerzo toda la carga sin que se produzca ninguna interrupción en la tensión de salida. La señal de OK de la unidad defectuosa identifica el sistema ante el fallo, lo que permite cambiar la unidad defectuosa mientras el sistema sigue plenamente operativo. Esta capacidad de crear una arquitectura de sistemas resistente que pueda mantener la fiabilidad y la tolerancia a fallos de las fuentes de alimentación es la joya de la corona de la funcionalidad de las fuentes de alimentación industriales para garantizar la continuidad operativa.

¿Cómo seleccionar y adquirir fuentes de alimentación industriales de alta calidad?

Conociendo estas funciones clave, es natural preguntarse entonces: ¿qué debe elegir como fuente de alimentación y, lo que es igual de importante, el proveedor? El proceso de selección debe ser tan riguroso como el entorno en el que se situará la fuente de alimentación. Requiere una revisión específica de los requisitos técnicos y la colaboración con un proveedor familiarizado con los requisitos de la automatización industrial.

En primer lugar, La selección técnica debe ser metódica. Los criterios clave son:

• Cálculo de potencia: Sume con precisión los requisitos de potencia de salida (en vatios) de todos los dispositivos electrónicos conectados y añada un margen de seguridad de 20-30% para tener en cuenta cuántas corrientes de irrupción de potencia y futuras ampliaciones.
• Índice de eficiencia: Una mayor eficiencia (por ejemplo, 94% frente a 85%) significa menos energía desperdiciada, menos calor generado en el armario eléctrico y una mayor vida útil de los componentes. Busque unidades que funcionen eficazmente en un amplio rango de cargas.
• Certificaciones y homologaciones: Asegúrese de que la fuente de alimentación dispone de las certificaciones de seguridad necesarias para su sector y región, como por ejemplo UL 508 (para equipos de control industrial) y potencialmente clasificaciones de Clase I, División 2 para ubicaciones peligrosas.
• Factor de forma: El factor de forma más común es el Montaje en carril DIN, que permite una instalación fácil, segura y de alta densidad dentro de paneles de control estándar.

Una vez definidos estos requisitos técnicos, la selección de un proveedor se convierte en el siguiente paso crítico. Al comprender estas funciones clave, resulta primordial elegir un proveedor fiable para su proyecto de automatización. Un proveedor excelente no solo proporciona productos, sino también soluciones expertas y una cadena de suministro sólida.

¿Por qué elegir a OMCH como socio?

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Conclusión

En resumen, el valor fundamental más significativo de una fuente de alimentación conmutada industrial va mucho más allá de la conversión de CA a CC. Es un protector proactivo de la estabilidad de un sistema, un resistente superviviente que trabaja en entornos austeros, así como un habilitador inteligente de la resistencia para ejecutar operaciones. No actúa como un elemento pasivo, sino como el principal conservador de esa fuente de energía estable e inquebrantable que acciona los finos hilos del proceso de automatización. El uso de la tecnología de transformadores de alta frecuencia en la fuente de alimentación es un componente importante en el diseño de su próximo sistema de automatización, así que échele un nuevo vistazo. Gestione una amplia variedad de accesorios neumáticos que incluyen: racor neumático, abrazadera neumática, boquilla neumática, regulador neumático y válvula de bola neumática, entre muchos otros.