A Meanwell okostápegység rendszerei – 1. rész

Akinek egy laboratóriumi méréshez akár csak 4-5 tápegységet is kellett összehangoltan működtetnie, gyorsan megérti a programozható tápegységek jelentőségét. Egy ipari tesztrendszer akár százas nagyságrendű tápegységénél pedig már megkerülhetetlen az intelligens megoldás. A hazai piacon is jól ismert Mean Well tápegység­gyártó is az igényes, bonyolult alkalmazások felől közelítette meg a feladatot. A most kezdődő cikksorozatból számos ismeretet és ötletet nyerhet az olvasó.

A sorozat elé

Napjaink energiaár-krízise az ipari fogyasztókat egyre hatékonyabb energiafeldolgozó rendszerek bevezetésére ösztönzi. A felhasználók adott célra optimalizált megoldásai nyilván jól kiszolgálnak egy egyedi igényt, azonban problémákba ütközik a bővítés, a megoldás átvitele más üzemi körülmények közé vagy megváltozott optimum­feltételek esetén. Az egyedi fejlesztésnek a professzionális gyártó moduláris, bővíthető és skálázható megoldása jelenti a gazdaságos alternatíváját. A Mean Well tápegységgyártó ennek érdekében dolgozott ki egy új, digitális, intelligens, skálázható megoldást, amely a konfigurálhatóság érdekében moduláris felépítésű. Háromrészes cikksorozatunk a fenntartható fejlődés jegyében kifejlesztett 3+N Solutions programozható tápegységrendszert és ezek részegysé­geit mutatja be.

A rendszer felépítése

A Mean Well 3+N System Solutions egy szabadon konfigurálható tápegységrendszer, amely két fő egységből áll:

• a CMU-2 programozható vezérlőből és
• a hozzákapcsolódó digitális tápegységek (DRP-3200, NCP-3200, ERG-5000/ERS-1400, RCP-1600, HEP-2300, BIC-2200, PHP-3500, SHP-10K) felfűzött rendszeréből.

A teljes rendszer felépítését az 1. ábra szemlélteti. Részei a következők:

• Digitális tápegységmodul (Power Module), a rendszer elemi energiaátalakító egysége.
• 4 modulos tápegységkeret (Power Shelf), a digitális tápegységek összekapcsolására és 19”-es rackbe szerelhető mechanikus egységbe foglalására szolgáló alkeret, amely négy tápegységmodult foglalhat magába.
• A CMU-2 rendszervezérlő (Power Controller), amely a teljes tápegységrendszer kezelését, felügyeletét és intelligens funkcióit valósítja meg.
• 19” rack szekrény (19” Rack Cabinet), amely a teljes rendszert foglalja össze egyetlen önálló mechanikai egységgé (bár ez nem „kötelező elem”, mivel a 19”-es részegységek a végfelhasználó meglevő rack állványaiban is elhelyezhetők).

1. ábra A 3+N System Solutions tápegységrendszer alapelemei

A rendszervezérlő rendeltetése, kezelése

Mivel a „sok kis tápegység” áttekinthetetlen és lényegében kezelhetetlen halmazát a közös, átfogó digitális vezérlés és felügyelet szervezi össze egyetlen intelligens rendszerré, cikksorozatunkban először az előbbieket megvalósító CMU-2 digitális rendszervezérlő fontosabb részleteit és tulajdonságait ismertetjük.
Üzem közben a CMU-2 intelligens rendszervezérlő képezi az egyetlen olyan felhasználói felületet, amelyen minden beállítás, konfigurálás, be- és kikapcsolás elvégezhető, a felügyelet megvalósítható. Az operátor egy 7”-es érintőpanellel ellátott kijelző egyszerűen kezelhető menürendszerében tekintheti át a releváns állapotinformációkat, a tápegységrendszer főbb adatait: a teljes rendszer aktuális áramának, buszfeszültségének, kimenőteljesít­ményének pillanatértékeit és valós idejű diagramon ábrázolt naplózott értékeit. Megjeleníthető a beépített tápegységek száma és modulonként azok állapota (a belső hőmérsékletüket is beleérte). Ezeken kívül – amennyiben az operátor a rendszer mélyebb áttekintését igényli – további rendszerparaméterek is elérhetők. Kisebb és egyszerűbb rendszerprogramozási feladatok, a rendszer átparaméterezése pusztán csak az érintőpanel használatával is megvalósíthatók. Amennyiben komolyabb és részletesebb programozás szükséges, azt egy külön letölthető szoftver segítségével oldhatja meg a rendszerfejlesztő szakember.
A rackbe építhető változat az érintőképernyő mellett kiegészítő, a menünavigációt kényelmesebbé tevő és a használatot segítő nyomógombokkal és forgótárcsával is rendelkezik.
A rendszervezérlő alapesetben 64 db címzett tápegységmodult képes kezelni. Ez a szám tovább növelhető kiegészítő kártyával, amely a készülékben található három – alapkiépítésben szabad – bővítőhely egyikét felhasználva valósítható meg.

A rendszervezérlő kommunikációs képességei

A CMU-2 rendszervezérlő szabványos RJ45-csatlakozójú Ethernet porton keresztül TCP/IP-, NTP-, SMTP- és Modbus TCP-protokollokkal vezérelhető, programozható, monitorozható, helyi hálózatról vagy távoli elérésről egyaránt. Ezzel a megoldással az üzem közbeni rendszerellenőrzés, rendszerhiba-detektálás és annak megoldása könnyen megvalósítható akár a működés felfüggesztése, leállítása, esetleg a tápegységrendszer teljes újraindítása nélkül is.
A vezérelt tápegységmodulokkal történő, alkalmazásfüggő kommunikációt CANbus- vagy PMBus-protokoll valósíthatja meg. A két opció közül a megrendeléskor lehet választani. Az alapesetben 64 tápegység kezelésére alkalmas rendszert szükség esetén – bővítőmodulok felhasználásával utólag is – akár 192 tápegységmodul kezelésére is alkalmassá lehet tenni.
Lehetséges a fejlesztő végfelhasználó igényei szerint másfajta rendszerbuszokra illeszthető külső eszközöket, pl. szenzorokat, kisebb aktuátorokat, állapotkijelzőket, vagy akár más tápellátó egységeket stb. is a rendszerbe integrálni, amelyekhez a Mean Well a CMU-2 okostápegység-vezérlőhöz többféle megoldást kínál (USB-serial, RS-485, RS-232), rendeléskor választhatóan, vagy utólagosan (szabad kártyahelyre illesztett duplaportos kommunikációs kártyával).

További lehetőségek

Az eddig felsorolt széles körű digitális kommunikációs lehetőségek áttekintése már sejteni engedi, hogy a CMU-2 több, mint egy tápegységvezérlő célgép, ezért érdemes megismerni az ezen túlmutató eszközkészletet is.

• Analóg és digitális be- és kimeneti jeleket 4 db ötcsatornás porton képes kezelni. Ezekre azokat az eszközöket köthetjük, amelyek áram- vagy feszültségjelekkel vezérelhetők. A digitális logikai jeleket kezelő portok a be- és kimeneti irányban egyaránt nyitott kollektoros kivitelűek. Az ötcsatornás analóg bemenet az ipari környezetben megszokott 0...10 V-os feszültségtartományt kezel, amelyet 12 bites ADC-vel dolgoz fel, részletgazdag és pontos információt szolgáltatva a feldolgozóegységnek. Az analóg feszültségkimenet szintén 0...10 V-os tartományú.
• A CMU-2 okos rendszervezérlő négy szabadon programozható 30 V/1 A relékimenetet is biztosít a rendszerépítő számára. Ezzel sokféle, szabványokkal le nem fedhető külső áramkör is megvalósítható, beleértve akár az egész tápegy­ségrendszer galvanikus lekapcsolását is a hálózatról, vagy a tápegységek által meghajtott rendszerek be- és kikapcsolását.
• Az okostápegység-rendszer képes a működési információit és a használat közben történt eseményeket naplózni, és a beépített, legfeljebb 32 GB kapacitású micro SDHC kártyán tárolni későbbi kiértékelés céljára. A CMU-2 firmware-jét szintén a kártyaolvasóba helyezett SD-kártyáról, menüből frissíthetjük, így a helyszínen nem szükséges külső számítógépet alkalmazni.
• A belső kártyán tárolt információkat a CMU-2 vezérlőbe integrált WebUI webszerver segítségével közönséges számítógépes hálózaton keresztül külső számítógépre is átmásolhatjuk, az adatokat rendszeresen lementhetjük és tárolhatjuk egy külső adattároló rendszeren, hogy utána azokat tetszőleges időpontban feldolgozhassuk.
• A CMU-2 firmware-frissítése a beépített WebUI webszerveren keresztül távolról is elvégezhető, ezáltal a különböző telephelyeken található CMU-2 eszközökön fizikai jelenlét nélkül is megoldható a rendszer szoftverkarbantartása.

Mechanikai kivitel

A CMU-2 digitális, intelligens rendszervezérlő kétféle kivitelben rendelhető:

• 19” rack rendszerekbe integrálható, 3U magasságú fiókkialakítás (2. ábra)
• Kisebb méretű – bármilyen egyedi készülékházba könnyen beépíthető – önálló készülék (standalone verzió, 3. ábra).

2. ábra A CMU-2 rendszervezérlő 19” 3U fiókba épített változata

3. ábra A CMU-2 rendszervezérlő standalone kivitele

Gyártói támogatás

A moduláris, skálázható rendszerek fejlesztésénél különös fontosságú a hatékony gyártói terméktámogatás. Ehhez járul hozzá a Mean Well a Virtual Expo nevű önálló, a cég termékcsaládjait részletesen bemutató tematikus weboldallal (https://expo.meanwell.com). Felépítése nagyban hasonlít egy valós ipari vásár különálló bemutatócsarnokaihoz. A 4. ábrán 12 ilyen csarnok (hall) látható az alábbi négy nagy csoportba sorolva.

• Az áttekintés (Overview) részben megtalálható a kategória neve, a termékcsaládért felelős kontaktszemély neve és elérhetőségei, közvetlen e-mailcíme és telefonszáma.
• A terméktájékoztató (Product Introduction) rész egy adott termékcsoport bemutatókatalógusát és akciótervét mutatja. A közelmúltban bevezetett új termékekre külön szekció hívja fel a figyelmet, amelyben minden újdonság könnyen megismerhető.
• A médiaközpontban (Media Center) jó néhány termék részletes videóbemutatója található beágyazott Youtube videók formájában, a videóban elhangzó információk rövidített szöveges leírásával együtt.
• A megoldások (Solutions) rész könnyen érthető képes leírásokkal ábrázolja az adott termékcsalád javasolt felhasználási területeit, és mintamegoldások rajzaival is elősegíti a leendő vásárló rendszertervező döntését.

4. ábra A Mean Well Virtual Expo honlap nyitóoldala

Demonstrációs eszközök

Nincs az a katalógus vagy bemutató weboldal, amely egy mérnök számára többet mondana egy működő készülék megérintésénél és kipróbálásánál. Ezért a Mean Well egy „CMU2C Power Management” demókészletet (5. ábra) is készített a termék iránt érdeklők számára. Ez minden részegységet tartalmaz, ami egy teljes programozható tápegységrendszer megismeréséhez szükséges. Két fő modult tartalmaz: a Mean Well CMU2 programozható okostápegység-vezérlőt, és egy beépített DPU-3200-48 tápegységet. A gyártó saját Youtube csatornáján részletes videóbemutató található, amely néhány példán keresztül bemutatja a demókészlet lehetőségeit.

5. ábra A CMU2C Power Management demókészlet

További ízelítő a Virtual Expo Solutions lehetőségeiből

A Virtual Expo Solutions megoldásaiból a jelenleg egyre aktuálisabb „zöld” alkalmazások egyikére hívjuk fel az olvasó figyelmét a „System Power – Power Management and Energy Recycling Application Demonstration System (teljesítményfelügyelet és energiavisszanyerés) applikáció rövid ismertetésével. Ez meggyőzően mutatja be, miért érdemes a Mean Well megoldásait figyelembe venni egy új rendszer tervezésekor 6. ábra.

6. ábra Energiavisszanyeréses teljesítményfelügyeleti alkalmazás vázlata

A bemutató alkalmazás két fő egységből áll:

• Teljesítményfelügyeleti (Power Management) rendszer: CMU2C rack vezérlővel és 12 db NCP-3200 tápegységgel megvalósított programozható digitális DC tápegység.
• Energiavisszanyerő (Energy Recycling) rendszer, amely CMU2A önálló vezérlőt és 8 db ERG-5000 AC-visszatáplálásra képes DC-műterhelést tartalmaz.

A felépített rendszer egyik lehetséges felhasználási területei közt említhetők például a modern autóipar 48 V-os „lágyhibrid” rendszereinél használt 48 V/12 V- os, nagy teljesítményű DC/DC tápegységek. Az alkalmazás ezek fejlesztői koncepciójának tesztelésére, validációjára, tanúsítási feladataira, gyártósori és garanciális hibakeresési tesztjeinek elvégzésére egyaránt alkalmazható és megjegyzendő, hogy egy egyedi fejlesztésű célrendszer kidolgozásánál sokkal gyorsabban használatba is vehető.
A demóalkalmazásban a váltakozóáramú hálózatból vételezett energiával üzemeltethetők a CMU2C rendszer NCP-3200 tápegységei, és ezek adják a bemenőfeszültséget (és áramot) a tesztelendő részegységnek. A tesztelés alatt lévő részegység kimenő­tel­jesítményét a CMU2A rendszer vezérlővel felépített ERG-5000 regeneratív DC-terhelései visszatáplálják a hálózatba. A teljes demórendszer hatásfoka eléri a 83,3%-ot, azaz egy 10 kW bemenő­teljesítmény-igényű tesztrendszer 8,33 kW teljesítmény visszanyerésére képes, és a hálózatból ehhez csak 1,67 kW teljesítményt kell pótolni.

A demókészlet elérhetősége

A cikkben bemutatott CMU2C demókészlet a téma iránt érdeklődők számára az Energom Electronic Kft.-nél is elérhető. Kérjük, hogy az érdeklődők vegyék fel a kapcsolatot a termékmenedzserrel a Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát. címen.

Felhívjuk az olvasó figyelmét sorozatunk folytatására a Magyar Elektronika 2024. 1-2. lapszámában.

Szerző: Gombos Attila – Energom Electronic Kft.

ENERGOM Electronic Kft.
1142 Budapest, Komáromi út 28.
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
www.energom.hu