Utilizzo di un alimentatore multifunzione per implementare rapidamente sistemi intelligenti di sicurezza e protezione antincendio

I progettisti di edifici all'avanguardia, in particolare di grattacieli, devono prevedere sistemi di allarme antincendio e di sicurezza affidabili, sistemi di controllo antincendio, ripetitori per le comunicazioni dei soccorritori, illuminazione di emergenza e sistemi di controllo degli accessi. Questi sistemi sempre più intelligenti si basano su un'alimentazione stabile che deve continuare a funzionare e a mantenere la comunicazione di stato anche in caso di interruzione o compromissione dell'alimentazione di rete. Devono inoltre essere efficienti dal punto di vista dei costi e scalabili in una varietà di applicazioni per soddisfare i requisiti di progettazione in continua evoluzione.

Per rispondere a queste sfide, i progettisti possono scegliere alimentatori di sicurezza digitali montati su guida DIN di serie, che integrano un alimentatore c.a./c.c. standard, un caricabatterie, un gruppo di continuità (UPS) c.c. e comunicazioni Modbus o bus CAN. Questi elementi lavorano in modo interattivo per garantire il corretto funzionamento del sistema anche in condizioni di grave interruzione. Sono disponibili alimentatori con uscita c.c. a 12, 24, 36 o 48 V per adattarsi a un'ampia gamma di configurazioni di sistemi di sicurezza. Lo stato dell'alimentazione viene segnalato localmente tramite indicatori LED e a distanza tramite la chiusura di contatti a relè.

In questo articolo si parlerà delle sfide di sicurezza energetica che i progettisti devono affrontare negli edifici moderni. Verranno quindi illustrati alcuni esempi di sistemi di alimentazione di sicurezza intelligenti di MEAN WELL e verrà mostrato come questi possano essere applicati a più sistemi ausiliari di emergenza.

Alimentatori per sistemi di sicurezza

I sistemi di sicurezza per gli edifici comprendono la protezione antincendio, il controllo degli accessi, gli allarmi, l'illuminazione di emergenza e le comunicazioni di emergenza. Questi sistemi hanno lo scopo di garantire la sicurezza degli occupanti dell'edificio e dei soccorritori in caso di incidente catastrofico. Le norme di sicurezza edilizia e antincendio richiedono che questi sistemi critici abbiano due o più fonti di alimentazione, una delle quali deve essere una batteria ricaricabile. Inoltre, l'alimentazione del sistema di sicurezza deve essere ininterrotta. Pertanto, le esigenze di alimentazione del sistema di sicurezza comprendono un alimentatore, un UPS c.c. e un caricabatterie. Se applicato in una sede remota, il sistema richiede anche una segnalazione dello stato per avvisare gli utenti di eventuali anomalie.

MEAN WELL offre una soluzione unica a questi requisiti sotto forma di un alimentatore di sicurezza intelligente all-in-one: la famiglia DRS-240/480. Gli alimentatori di questa famiglia, come il modello DRS-480-24 da 24 V, 480 W di uscita, sono unità multifunzione integrate che includono un alimentatore c.a./c.c., un caricabatterie e un UPS c.c. in un unico modulo montato su guida DIN per semplificare la progettazione del sistema. Insieme a una batteria ausiliaria e a un modulo di controllo dell'allarme, gli alimentatori costituiscono la base di un sistema di controllo antincendio di sicurezza di base (Figura 1).

Figura 1: Sistema di controllo allarme antincendio di sicurezza di base che comprende un alimentatore DRS-480-24, una batteria ausiliaria e un modulo di controllo allarme, tutti contenuti nell'armadio di controllo del sistema di allarme antincendio. (Immagine per gentile concessione di MEAN WELL)

L'alimentatore DRS-480-24 funziona da 90 a 305 V c.a. o da 127 a 431 V c.c.. Il modulo misura 110 mm di larghezza, 125,2 mm di altezza e 150,7 mm di profondità. Un'efficienza fino al 93,5% consente al dispositivo di funzionare a temperature ambiente da -30 a +70 °C utilizzando il raffreddamento per convezione in aria libera. È protetto da sovraccarico di corrente, sovratensione e inversione di polarità della batteria. Dispone inoltre di una funzione di disconnessione della batteria scarica.

La famiglia DRS-240/480 ha livelli di potenza di uscita di 240 o 480 W e quattro diversi livelli di tensione di uscita di 12, 24, 36 o 48 V. Le dimensioni dell'alimentatore variano a seconda della potenza nominale. Il modello DRS-240 è un po' più piccolo del DRS-480 già citato. Le sue dimensioni sono 85,5 mm di larghezza, 125,2 mm di altezza e 129,2 mm di profondità.

Gli alimentatori possono essere installati su guida DIN TS-35/7.5 o 15. Il montaggio DIN consente di collocare più moduli adiacenti per risparmiare spazio. Essendo montato su DIN, il cablaggio per le connessioni come le comunicazioni di stato basate su relè e seriali tramite Modbus o bus CAN sono facilmente accessibili perché il tutto avviene dal pannello frontale (Figura 2).

Figura 2: Le connessioni all'alimentatore, ad esempio per le comunicazioni di stato basate su relè e Modbus o bus CAN, sono facilmente accessibili tramite i contatti di cablaggio del pannello frontale. (Immagine per gentile concessione di MEAN WELL)

Oltre alle connessioni di alimentazione in ingresso e in uscita, gli alimentatori sono dotati di contatti relè unipolari a due vie (SPDT) Form C per indicare lo stato di guasto c.a., c.c. OK, batteria bassa/anormale/disconnessa o guasto caricabatterie. La porta di comunicazione RJ-45 fornisce un'interfaccia dati seriale per il monitoraggio e il controllo tramite Modbus o bus CAN. Questi bus vengono utilizzati per trasmettere gli aggiornamenti di stato per la tensione e la corrente di uscita o la temperatura e per controllare l'unità, inclusi l'accensione e lo spegnimento del dispositivo e l'impostazione dei livelli di tensione/corrente di uscita. Vengono inoltre utilizzati per impostare i parametri di carica della batteria, quali corrente costante, tensione costante, tensione di mantenimento, corrente di riduzione, compensazione della temperatura della batteria e tempo di carica.

Gli interruttori DIP nel quadrante superiore sinistro consentono inoltre di impostare manualmente le caratteristiche del caricabatterie per adattarlo a diversi tipi di batterie al litio o al piombo-acido, utilizzando la carica a due stadi (corrente costante seguita da tensione costante) o a tre stadi (corrente costante seguita da tensione costante seguita da mantenimento) (Figura 3).

Figura 3: I profili di carica della batteria sono selezionabili tramite interruttori DIP nelle opzioni a due o tre stadi. (Immagine per gentile concessione di MEAN WELL)

Le curve di carica possono essere programmate anche utilizzando il programmatore intelligente di carica della batteria SBP-001 opzionale.

L'alimentatore utilizza un classico progetto di alimentazione a commutazione con modulazione della larghezza di impulso (PWM) con l'aggiunta di ulteriori elementi per controllare in modo intelligente i suoi ruoli aggiuntivi di monitor di potenza, caricabatterie e UPS (Figura 4). La correzione del fattore di potenza (PFC) e il filtraggio delle interferenze elettromagnetiche (EMI) precedono l'alimentazione core.

Figura 4: Il diagramma a blocchi mostra un modulo di alimentazione multifunzione di sicurezza intelligente della famiglia DRS-240/480 che include funzioni di carica della batteria, UPS, PFC e monitoraggio dell'alimentazione. (Immagine per gentile concessione di MEAN WELL)

Il controllo PWM del ciclo di lavoro di commutazione si basa sul feedback di tensione e corrente. Si noti che il progetto prevede una protezione da sovratensione (OVP), da sovraccarico (OVL) di corrente e da sovratemperatura (OTP). L'unità microcontroller (MCU) fornisce un controllo multimodale per la carica della batteria, il monitoraggio della batteria e le comunicazioni.

Applicazioni per gli alimentatori di sicurezza intelligenti DRS-240/480

Le norme edilizie e antincendio impongono a molti sistemi antincendio, di sicurezza e di protezione di funzionare con alimentazione di riserva in caso di interruzione dell'alimentazione. Uno di questi sistemi è un amplificatore bidirezionale (BDA) che fornisce un supporto attivo alle comunicazioni per i soccorritori che intervengono in edifici in cui la comunicazione wireless si rivela difficile (Figura 5). Funge da ripetitore per amplificare e ritrasmettere i segnali delle radio dei soccorritori.

Figura 5: I BDA fungono da ripetitori per amplificare e ritrasmettere i segnali delle radio dei soccorritori all'interno di un edificio. (Immagine per gentile concessione di MEAN WELL)

I BDA e le relative antenne sono particolarmente utili nelle grandi strutture molto alte, dove sono distribuiti su più piani. Questi sistemi collegano inoltre il BDA ai segnali dei soccorritori provenienti dall'esterno dell'edificio e li ritrasmettono all'interno. I BDA necessitano di alimentazione anche in caso di interruzione della normale alimentazione di rete. Gli alimentatori DRS-240/480, con le relative batterie, garantiscono l'alimentazione passando alla modalità UPS c.c. a batteria quando viene a mancare l'alimentazione di rete. Se la rete c.a. scende al di sotto di 79-89 V c.a. per una linea a 120 V, o al di sotto di 132-187 V c.a. per una linea a 220 V, la funzione UPS c.c. si attiva e l'alimentazione passa all'alimentazione ausiliaria a batteria.

I sistemi di alimentazione di emergenza forniscono anche potenza di riserva ai sistemi che guidano e assistono gli occupanti e i soccorritori durante l'evacuazione di una struttura. Tra i sistemi esemplificativi vi sono le insegne luminose per le uscite, le luci di piano per i percorsi di evacuazione e l'illuminazione di emergenza (Figura 6).

Figura 6: Un sistema di controllo intelligente dell'illuminazione che utilizza un alimentatore DRS-240 come fonte di alimentazione ausiliaria per alimentare la luce e la segnaletica di emergenza durante un evento di emergenza. (Immagine per gentile concessione di MEAN WELL)

In questo sistema di controllo dell'illuminazione, il modello DRS-240-12 fornisce la fonte di alimentazione ausiliaria per mantenere funzionanti le luci di emergenza e la segnaletica critiche in caso di guasto della rete. Questo alimentatore ha una tensione nominale di 12 V, 240 W e può fornire fino a 20 A.

Altre applicazioni per gli alimentatori di sicurezza intelligenti includono i sistemi di allarme e di rilevamento degli incendi, che aiutano a segnalare e tracciare gli incendi negli edifici. Questi sistemi forniscono informazioni fondamentali ai vigili del fuoco sulla posizione e l'estensione di un incendio.

La famiglia di alimentatori di sicurezza intelligenti serie DRS-240/480

La serie di alimentatori DR-240/480 di MEAN WELL è disponibile in sette modelli con potenza di uscita massima di 240 o 480 W. La potenza massima erogata comprende la potenza di uscita a tutti i carichi, l'uscita principale e la carica della batteria. Si noti che la corrente di carica della batteria viene regolata automaticamente in base alla corrente di uscita primaria per evitare sovraccarichi. La serie comprende tensioni di uscita di 12, 24, 36 o 48 V (Tabella 1).

Tabella 1: Le caratteristiche degli alimentatori di sicurezza serie DRS-240/480 di MEAN WELL. (Tabella per gentile concessione di Art Pini)

Le capacità avanzate di questi alimentatori intelligenti richiedono un maggior numero di certificazioni di sicurezza rispetto agli alimentatori convenzionali. Questi alimentatori sono conformi agli standard e alle normative edilizie per i sistemi di sicurezza richiesti in tutto il mondo:

• USA: Underwriters Lab UL2524 - Standard per sistemi di potenziamento delle comunicazioni radio di emergenza a 2 vie all'interno degli edifici 2019
• USA: National Fire Protection Association NFPA 1221 - Standard per l'installazione, la manutenzione e l'uso dei sistemi di comunicazione per i servizi di emergenza 2019
• Europa: Comitato europeo di normalizzazione (CEN) EN 54-4 - Sistemi di rivelazione e segnalazione d'incendio Parte 4: Apparecchiature di alimentazione 1997
• Regno Unito: BS EN. 54-4 - Sistemi di rivelazione e segnalazione d'incendio, Apparecchiature di alimentazione 1998
• Cina: GB 17945-2010 - Illuminazione di emergenza antincendio e sistema di segnalazione di evacuazione 2009

Conclusione

Gli alimentatori di sicurezza multifunzione all-in-one DRS-240/480 di MEAN WELL integrano un alimentatore, un UPS c.c. e un caricabatterie in un unico modulo compatto per guida DIN. Completamente protetti da sovraccarichi di tensione, di corrente e di temperatura e con segnalazione di stato integrata, possono essere rapidamente integrati per costituire la base di un'ampia gamma di sistemi intelligenti di sicurezza e antincendio per edifici intelligenti.