Особенности резервированных источников питания с интерфейсом RS-485

Все системы пожарной и охранной сигнализации, а также системы видеонаблюдения и контроля доступа питаются от низковольтных источников питания. Работоспособность всей системы напрямую зависит от надежности источника питания. Чаще всего на объектах применяются источники питания с резервом, чтобы обеспечить бесперебойное электропитание средств автоматики при пропадании или снижении напряжения в сети.

Для систем пожарной безопасности требования к источникам питания прописаны в ГОСТ 53325-2012. Этот документ, с одной стороны, помогает отсеять недобросовестных производителей источников питания. С другой стороны, он менее требовательный по сравнению с европейским стандартом EN 54-4. Например, согласно пункту 5.2.1.6 ГОСТ, источник электропитания (ИЭ) должен обеспечивать формирование и передачу во внешние цепи информации об отсутствии выходного напряжения, входного напряжения электроснабжения по любому входу, о разряде аккумуляторов (при их наличии) и иных неисправностях, контролируемых ИЭ. При этом стандарт допускает формирование обобщенного сигнала "Неисправность". В таком случае точно понимать, что произошло на объекте, не посетив и не проверив его, достаточно сложно.

Если это не пожарная, а охранная сигнализация, то требования к источникам питания основываются на Руководящем документе Р 78. 36.003-2002 МВД России и предъявляются по большей части только ко времени резерва. Будет ли осуществляться передача информации о состоянии источника питания, в каком виде - мало кого интересует. До первого происшествия. Возможно, аккумулятор давно нуждается в замене или вовсе не подключен к источнику? В этих случаях при пропадании сетевого напряжения ожидает "сюрприз" – система безопасности немедленно прекратит выполнять свои функции. К сожалению, к пониманию проблемы пользователи приходят, зачастую, когда неприятности уже случились. Было бы неплохо, чтобы источник питания предупреждал о возможных неполадках в электросети, о состоянии установленного аккумулятора. Для больших объектов, разнесенных по территории, удаленная диагностика источников питания вдвойне востребована.

В сетях автоматизации широко используется стандарт интерфейса RS-485. С его помощью возможна передача информации на расстояния до 3000 метров в зависимости от топологии сетей, характеристик используемого кабеля и скорости передачи данных. Именно этим интерфейсом оснащены источники питания РИП производства компании "Болид": РИП-12 исп.50, РИП-12 исп.51, РИП-12 исп.54, РИП-12 исп.56, РИП-12 исп.60, РИП-12 исп.61, РИП-24 исп. 50, РИП-24 исп.51, РИП-24 исп.56, РИП-48 исп.01.

С одной стороны, данные РИП имеют стандартный набор функций, соответствующих требованиям ГОСТ Р 53325-12:
• обеспечивают защиту от коротких замыканий и от превышения выходного напряжения на выходе с автоматическим восстановлением выходного напряжения после снятия короткого замыкания, согласно п.5.2.1.7, п.5.2.1.8
• сохраняют свои параметры при расширенном диапазоне входного напряжения сети 150-250В, п.5.2.1.9
• время технической готовности составляет не более 6с: согласно п.5.2.1.10, время готовности ИЭ к работе не должно превышать 60 с

В пункте ГОСТ 5.2.1.5. указано, что источник электропитания должен обеспечивать индикацию состояний, а какой она должна быть - явной, выведенной на корпус или чуть просвечивающей через решетку корпуса – не уточняется. РИП с интерфейсом RS-485 имеют пять светодиодных индикаторов, выведенных на корпус и отображающих все основные состояния работы прибора. Кроме того, данные источники питания имеют звуковую сигнализацию, работающую в совокупности с индикацией.

Например, если напряжение сети отсутствует, а напряжение на батарее более 11В (в источниках питания с выходным напряжением 12В), индикация РИП будет выглядеть следующим образом: индикаторы "АКБ", "12В" включены, индикатор "RS-485" включен при наличии связи по интерфейсу RS-485. При этом звуковой сигнализатор будет кратковременно включаться с периодом 5 с. При плохом состоянии батареи (большое внутреннее сопротивление) индикаторы "АКБ" и "Авария" будут мигать с частотой 1 Гц, звуковой сигнализатор кратковременно включится 5 раз, а индикаторы "Сеть", "12В", "RS-485" будут работать в стандартном режиме.

Таким образом, все индикаторы работают сообща, информируя о том или ином состоянии работы РИП. Состояния индикаторов и звукового сигнализатора, в зависимости от конкретных ситуаций при работе РИП, приведены в документации к прибору.

С другой стороны, РИП с RS интерфейсом имеют ряд функций, существенно отличающих их от других источников питания. Одна из таких особенностей - возможность измерения емкости установленной аккумуляторной батареи. Измерение производится либо по команде, пришедшей по интерфейсу RS-485, либо включается автоматически при пропадании сетевого напряжения (условие – заряд батареи более 80% и ток нагрузки более 100 мА) и разряде батареи ниже 11,5 В. Процедура основана на измерении отданного заряда аккумулятора в подключенную нагрузку.

Данные источники осуществляют автоматическую проверку состояний АКБ тестовой нагрузкой. Они имеют программируемый таймер наработки батареи. Исходя из значений выходного тока, емкости установленной батареи, степени ее заряда РИП высчитывают расчетное время работы в резервном режиме и расчетное время проведения тестирования батареи (измерения емкости), при этом передавая данные значения на пульт "С2000М" или АРМ "Орион Про".

На рисунке изображена передача данных на пульт "С2000М". Пульт отображает выходное напряжение РИП (В), ток нагрузки (А), напряжение аккумулятора (В), степень заряда аккумуляторной батареи (%), напряжение сети (В), емкость аккумулятора (Ач), расчетное время работы в режиме резерва (ч, м), время до замены аккумулятора или проведения обслуживания (ч).

Помимо того, данные можно отследить, установив утилиту UProg из пакета программ АРМ "Орион Про". С помощью интерфейса программы возможно изменить время паузы на события "Авария сети" и "Восстановление сети", а также выбрать параметры для контроля оптореле. Совместная работа источника питания с интерфейсом RS-485 и устройства управления, которая производится по протоколу "Орион", позволяет осуществлять контроль над работой ИСО "Орион". Если на объекте стоит система диспетчеризации SCADA, то передачу информации возможно осуществить с помощью протокола Modbus RTU. В данном случае, следует использовать источники питания РИП-12 исп.60 или РИП-12 исп.61. Эти модели РИП позволяют передавать по интерфейсу RS-485 информацию о состоянии системы по протоколу Modbus RTU. Такой дистанционный контроль параметров экономически выгоден, особенно на удаленных объектах. Конечно, никто не отменял плановое техническое обслуживание, но осведомленность о состоянии системы безопасности позволяет заранее избежать возможных неприятностей.

Разработчики РИП позаботились не только о диспетчеризации, но и об увеличении времени работы аккумуляторной батареи, устанавливаемой внутрь источника питания, посредством термокомпенсации заряда. Эта функция РИП позволяет в некоторых случаях вдвое увеличить фактический срок службы аккумуляторной батареи. Стоит отметить, что другие существующие сейчас на рынке источники питания такой особенности не имеют. Термокомпенсация представляет собой корректировку напряжения заряда аккумуляторной батареи в зависимости от температуры окружающей среды. Чаще всего в системах безопасности используются необслуживаемые герметичные свинцово-кислотные батареи технологии AGM. Батарея представляет собой пластиковый ударопрочный корпус, разделенный на отдельные секции, с катодно-анодной "начинкой". Технология AGM использует пропитанный жидким электролитом пористый заполнитель отсеков корпуса из стекловолокна. Микропоры этого материала заполнены электролитом не полностью. Свободный объём используется для рекомбинации газов. В верхней части крышки аккумулятора размещены резиновые перепускные клапаны, служащие для удаления газа, который может образоваться во время работы. Сверху перепускные клапаны плотно закрыты съёмной пластмассовой крышкой.

При повышении температуры и (или) напряжения заряда электрохимическая активность аккумулятора возрастает. Весь объём газа не может пройти через каналы рекомбинации и процесс рекомбинации нарушается. Часть кислорода остаётся в объёме аккумулятора, вследствие чего аккумулятор выходит из строя. Таким образом, при повышении температуры окружающей среды для сохранения работоспособности аккумулятора нужно снизить напряжение заряда во избежание перезаряда, а при понижении температуры – повышать, чтобы не допустить недозаряда. Перезаряд ведет к разрушению и осыпанию положительных пластин, а при недозаряде на пластинах образуется кристаллический сульфат, вследствие чего батарея теряет свою номинальную емкость. Выход из строя комплекта АКБ несет за собой серьезные финансовые затраты на замену комплекта от одной до десятков тысяч рублей. А в случае отключения электроэнергии приводит к прекращению работы всего подключенного оборудования. РИП с RS с помощью термодатчика определяют температуру на аккумуляторе и "подстраивают" напряжение заряда, тем самым продлевая жизнь аккумуляторной батарее. При этом, конечно, РИП имеют защиту от глубокого разряда батареи, предостерегая батарею от ускоренного старения и разрушения.

Время наработки и температуру эксплуатации аккумулятора также можно учесть и при подборе источника питания в системах ОПС. Для этого существует специальная программа "Ваттметр ИСО "Орион", разработанная специально для подбора РИП. Данная программа позволяет произвести расчет параметров системы безопасности: ток потребления от источника питания, мощность потребления от сети, мощность тепловыделения. Самое главное – программа оптимизирует выбор резервированного источника питания системы, исходя из заданного напряжения, тока нагрузки и необходимого времени резервирования. Очень часто встречаются случаи, когда в проект объекта закладываются более мощные источники питания, которые также и более дорогостоящие, чем это нужно на самом деле. Оптимизированный подбор источников питания программой "Ваттметр ИСО "Орион" решает эту проблему. Программа ориентирована на расчет параметров систем, построенных на оборудовании ЗАО НВП "Болид", при этом есть возможность добавлять в расчет и другие приборы. Используя при расчете проектов системы ОПС утилиту "Ваттметр ИСО "Орион", можно точно подсчитать, какой запас емкости необходим оборудованию для работы в резервном режиме.

Подводя итог, стоит отметить, что от выбора источников питания системы может зависеть ее функционирование в дальнейшем. При всем богатстве разнообразия следует внимательно изучить ассортиментный ряд, особенности моделей. Удобство эксплуатации РИП с интерфейсом RS-485 главным образом определяется возможностью точно локализовать неисправности системы, а также возможностью удаленной диагностики состояния аккумуляторной батареи и зарядного устройства. Данные источники питания позволяют измерять и передавать на контрольное устройство значения емкости аккумуляторной батареи, а также могут увеличить срок службы АКБ посредством термокомпенсации заряда. Стоит также отметить, что все источники питания производства ЗАО НВП "Болид" имеют средний срок службы 10 лет, обеспечивая стабильность работы систем безопасности.