Почему источник питания в небольшом ПЛК часто имеет напряжение 24 В постоянного тока

Что определяет малый ПЛК

Микро- или кирпичные ПЛК - это небольшие контроллеры автоматизации, которые подходят для выполнения базовых задач управления. Их простота, низкая цена и удобство установки в местах с ограниченным пространством делают их очень популярными. Небольшие ПЛК обычно поставляются с заранее определенными конфигурациями входов/выходов (I/O) и встроенными компонентами, такими как центральный процессор, клеммы ввода/вывода и, чаще всего, блок питания.

Такие малогабаритные устройства широко распространены в упаковочных машинах, конвейерных лентах, системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и небольших приложениях, основанных на управлении технологическими процессами. К таким сценариям относятся устройства с минимальными требованиями к логическим операциям, в которых ограничения окружающей среды играют существенную роль. Таким образом, создается небольшой и надежный контроллер с возможностью установки "plug-and-play".

Особенностью небольших ПЛК является принцип "все в одном". Такая интеграция не только облегчает подключение, но и экономит время на подключение, а также место на панели, что особенно важно для OEM-производителей и машиностроителей, которые стремятся максимально повысить эффективность своих производственных процессов. Уменьшенный форм-фактор не мешает функциональности Даже небольшие ПЛК по-прежнему оснащаются сложными функциями, такими как ПИД-регулирование, коммуникационные порты (RS-232/RS-485, Ethernet) и даже ограниченные сетевые возможности.

Прежде чем перейти к рассмотрению мощности, необходимо понять структуру и область применения небольших ПЛК. Поскольку это семейство контроллеров разрабатывается для применения в условиях ограниченного энергопотребления, форма, напряжение и интеграция источника питания становятся критически важными факторами. Большинство малых ПЛК имеют внутренние блоки питания, соответствующие стандарту 24 В постоянного тока, и это обсуждается в следующем разделе.

Почему 24 В постоянного тока стало стандартом

Не случайно стандартным источником питания для небольших ПЛК становится 24 В постоянного тока; это результат многолетней конвергенции промышленной автоматизации в области безопасности, совместимости и практичности.

Безопасность Первый: N/a Классифицируется как 24 В постоянного тока __24 В постоянного тока относится к категории безопасного сверхнизкого напряжения (SELV). Она гораздо менее опасна с точки зрения поражения электрическим током или опасности возгорания, чем системы с более высоким напряжением переменного тока. Это особенно хорошо подходит для любых условий, в которых персонал может работать с панелями управления или обслуживанием.

Промышленность Совместимость: Стандартные датчики, исполнительные механизмы, реле и любые другие вспомогательные устройства работают при напряжении 24 В постоянного тока. Комментарий: работа на одном и том же напряжении обеспечивает плавную интеграцию, меньшее использование модулей для преобразования понижения или повышения напряжения, а также упрощение архитектуры системы.

Стандартизация и надежность: 24 В постоянного тока стало де-факто спецификацией, используемой в индустрии автоматизации, и производители компонентов теперь дорабатывают свои конструкции под 24 В постоянного тока. Это гарантирует улучшенное питание, упрощенное приобретение и эффективную работу в полевых условиях.

Историческая эволюция: Изначально ПЛК были разработаны для работы с различными напряжениями - 5 В, 12 В, 24 В, даже 110 В! Тем не менее, стандарт 24 В постоянного тока стал наиболее удобным компромиссом между достаточностью мощности и безопасностью работы. Он обеспечивает достаточный ток для работы логики и нагрузок ввода/вывода без изоляции и защиты, которые потребовались бы в противном случае.

Упрощение распределения питания: Использование сборных шин для распределения питания в шкафах стало централизованным для 24 В постоянного тока. Это снижает сложность проводки, поскольку единое распределение питания может использоваться многими компонентами управления с одинаковым уровнем мощности.

Вкратце, обоснование перехода на 24 В постоянного тока является продуктом исторического процесса эволюции системы, которая балансирует между эффективностью, совместимостью и безопасностью, все из которых описывают основные качества современных систем промышленной автоматизации.

Встроенная мощность: пространство и простота

Еще одна характерная особенность маленького ПЛК - наличие блока питания на корпусе. Это встроенный механизм, основными мотивами которого являются экономия места и упрощение процесса установки.

• Уменьшенная сложность проводки: Благодаря встроенному блоку питания пользователям не нужно подключать внешний блок питания. Это уменьшает количество ошибок при подключении и ускоряет процесс настройки.
• Компактный дизайн панели: Использование небольших ПЛК часто связано с экономией места при проектировании шкафов управления. Один встроенный блок питания поможет уменьшить пространство всей панели.
• Низкая стоимость: Интегрированные промышленные компоненты сокращают количество материалов, закупок и отслеживания запасов.

Типичный миниатюрный ПЛК использует широкий диапазон напряжения сети переменного тока, например 100240 В переменного тока, и преобразует его в 24 В постоянного тока для работы логики и схем ввода/вывода. За это внутреннее преобразование отвечает компактный импульсный источник питания, встроенный в машину.

Такая конструкция также выгодна производителям. Используя интегрированные источники питания, они могут стандартизировать корпуса своих ПЛК за счет меньшего количества внешних соединений и более простого использования готовых устройств. С технической точки зрения это также означает, что меньше ошибок может произойти, а диагностика облегчается.

Это архитектурный выбор в пользу более широкой тенденции к модульной и распределенной автоматизации. Подключаемые устройства позволяют настраивать, вводить в эксплуатацию и обслуживать системы автоматизации быстрее, чем в прошлом, что очень важно для систем автоматизации, чувствительных к затратам.

Преобразование переменного тока в постоянный: внутри преобразования

Хотя небольшие ПЛК обычно работают от 24 В постоянного тока, многие модели принимают на вход переменный ток. Это требует наличия надежной внутренней системы преобразования переменного тока в постоянный, которая обычно встраивается в корпус.

Процесс преобразования:

1. Вход переменного тока (100-240 В): Устройство подключается к стандартной электросети.
2. Ректификация: Переменный ток (AC) преобразуется в нерегулируемый постоянный ток с помощью мостового выпрямителя.
3. Фильтрация: Конденсаторы сглаживают выпрямленный сигнал, чтобы уменьшить пульсации.
4. Регулирование: Стабилизатор напряжения обеспечивает стабильный выходной сигнал 24 В постоянного тока независимо от колебаний нагрузки.

В современных ПЛК вместо линейных регуляторов используются импульсные источники питания. Они более компактны, эффективны и выделяют меньше тепла - ключевые требования для закрытых систем без вентиляторов.

Совместимость с двумя входами

Другие типы ПЛК принимают входные сигналы как переменного, так и постоянного тока и, следовательно, обеспечивают большую гибкость при использовании различных электрических схем. В этом случае внутренние схемы запрограммированы на автоматическое определение и настройку в зависимости от типа входа, что делает процесс их использования беспроблемным.

Такая конструкция обеспечивает сложный переход между решениями на основе переменного и постоянного тока прошлого и архитектурами управления на основе постоянного тока будущего. Это также означает, что ПЛК можно устанавливать даже на объектах, где напряжение 24 В постоянного тока обычно не распространяется, без необходимости включать в установку отдельные внешние источники питания.

Выбор подходящей мощности

Выбор ПЛК с соответствующим номиналом мощности имеет решающее значение для предотвращения падения напряжения, перегрузки или недостаточной производительности. Общая нагрузка системы должна быть рассчитана на основе тока, потребляемого как внутренними цепями, так и внешними устройствами, питающимися от ПЛК.

Ключевые факторы, которые необходимо учитывать:

• Общая нагрузка на входы/выходы: Сумма всех подключенных входных и выходных устройств, включая реле, соленоиды, датчики и т.д.
• Пусковой ток при запуске: Такие устройства, как электромагнитные клапаны или двигатели, при запуске могут кратковременно потреблять больший ток.
• Запас хода: Всегда включайте буфер - обычно 20% - для будущего расширения или перепадов напряжения.

Пример таблицы энергопотребления

В данном примере используется ПЛК, имеющий как минимум 0,7A (700 мА) желательно использовать имеющуюся мощность 24 В постоянного тока.

Некоторые небольшие ПЛК позволяют подавать внешнее питание 24 В отдельно на клеммы ввода/вывода, разгружая внутренний источник питания. Знание архитектуры помогает избежать перерасхода спецификаций или перегрузки компонентов.

Поиск и устранение неисправностей источника питания

Несмотря на свою надежность, небольшие ПЛК могут столкнуться с проблемами, связанными с электропитанием, которые могут нарушить процессы автоматизации. Быстрое выявление и устранение этих проблем необходимо для минимизации времени простоя.

Общие симптомы:

• Светодиод питания не горит: Указывает на отсутствие напряжения питания или внутренний сбой питания
• Неожиданные перезагрузки: Может быть вызвано прерывистым напряжением питания
• Сбои в работе входов/выходов: Может возникнуть, если напряжение падает под нагрузкой
• Ошибки связи: Плохое регулирование напряжения может повлиять на внутренние шины

Контрольный список поиска и устранения неисправностей:

• Убедитесь, что входное напряжение находится в указанном диапазоне (например, 100-240 В переменного тока).
• Измерьте выходное напряжение постоянного тока через внутренние клеммы, если они доступны
• Проверьте, нет ли ослабленных клеммных соединений или признаков коррозии.
• Убедитесь в надежности и правильности заземления
• Проверьте температуру окружающей среды - перегрев может вызвать защитное отключение

Лучшие практики в области электромонтажа:

• Используйте соответствующие калибры проводов для входной мощности
• Заземлите ПЛК в соответствии со спецификациями производителя
• Избегайте параллельной прокладки силовых и сигнальных линий

Поддерживая чистое, регулируемое электропитание и соблюдая надлежащие процедуры установки, можно предотвратить большинство проблем с электропитанием. Подробную информацию о диагностике и процедурах замены см. в документации производителя.

Когда использовать внешние модули питания

Встроенные источники питания идеально подходят для небольших ПЛК в сценариях с низкой и средней нагрузкой, но некоторые приложения требуют большей гибкости или мощности - именно здесь на помощь приходят внешние модули питания.

Когда внешние модули имеют смысл:

• Высокий ВВОД/ВЫВОД Нагрузка: Системы с десятками выходов могут превысить пределы внутреннего питания.
• Требования к резервированию: В критически важных операциях часто используются два входа питания или источники с возможностью горячей замены.
• Модульные архитектуры ПЛК: Для масштабируемости в них часто разделяют блоки процессора, ввода-вывода и питания.

Преимущества внешних источников питания:

• Масштабируемость: Выбирайте модули питания, которые точно соответствуют потребностям системы
• Изолированный: Снижение уровня шума и помех в чувствительных схемах
• Возможность обслуживания: Легко заменить или модернизировать без ущерба для основного ПЛК

Компромиссы:

• Увеличивает сложность и размер панели
• Требуется дополнительное планирование и прокладка проводов
• Увеличивает общую стоимость системы

Если ваша задача сложна, требует частого расширения или работает в суровых условиях, возможно, стоит рассмотреть варианты модульных ПЛК с возможностью внешнего питания.

Надежные компоненты автоматизации от OMCH

Имея более чем 30-летний опыт работы в промышленности, компания OMCH является надежным поставщиком компонентов для автоматизации с 1986 года. От источников питания до датчиков и пневматических элементов - наш ассортимент продукции поддерживает широкий спектр систем на базе ПЛК.

Наши компоненты имеют сертификаты ISO 9001, CE, CCC и RoHS, что гарантирует соответствие и надежность на мировых рынках. Для проектов, требующих индивидуальных разработок или OEM-решений, OMCH предлагает гибкие производственные возможности для удовлетворения конкретных технических и интеграционных потребностей.

Если вам нужно найти компактные силовые модули или спланировать масштабируемую систему управления, OMCH обеспечит неизменное качество и надежную поддержку.

Подробнее на сайте omch.com

Заключение

Цель использования 24 В постоянного тока находится на грани между безопасностью, стандартизацией и простотой системы. Всегда важно использовать интегрированные источники питания и эффективную оптимизацию мощности, чтобы эти компактные контроллеры могли оставаться ступенькой на пути к эффективной и надежной автоматизации.

Для инженера или интегратора знание архитектуры питания ПЛК - это больше, чем просто спецификация; оно имеет фундаментальное значение для стабильности, масштабируемости и безопасности системы. И когда все детали имеют значение, выгодно использовать производителей, которым можно доверять, таких как OMCH.