8(495)909-90-01
8(964)644-46-00
pro@sio.su
Главная
Системы видеонаблюдения
Охранная сигнализация
Пожарная сигнализация
Система пожаротушения
Система контроля удаленного доступа
Оповещение и эвакуация
Контроль периметра
Система домофонии
Парковочные системы
Проектирование слаботочных сетей
Аварийный
контроль
Вы находитесь в разделе Типовых решений систем безопасности

Использование расчетов on-line при выборе и подключении источников питания постоянного напряжения охранных систем



Абсолютное большинство охранных систем (системы охранного телевидения, системы управления доступом, системы охранной и пожарной сигнализации, антикражевые системы) предназначено для работы на реальных объектах - в зданиях или на открытых пространствах. Это накладывает особые требования на функционирование используемых радиоэлектронных приборов, поскольку реальные условия их эксплуатации отличаются от условий работы на выставке, демонстрационном стенде или просто на столе.

Разработчики радиоэлектронных приборов и систем всегда закладывают в свои проекты определенную толерантность к условиям эксплуатации, однако предусматривать чрезмерные допуски на питающее напряжение, температуру окружающей среды и т.п. экономически невыгодно. Поэтому на плечи проектировщиков и монтажников систем на реальном объекте лежит задача вписаться в существующие ворота допусков для обеспечения надежной работы охранной системы при наличии всех негативных факторов. Проще говоря, охранная система, смонтированная на объекте, должна работать не хуже, чем она работает, будучи собрана на столе.

Рассмотрим некоторые задачи, которые приходится решать при организации электропитания охранных систем. Для источников постоянного напряжения нормируются следующие электрические выходные параметры:
  • номинальное напряжение питания,
  • номинальный выходной ток,
  • максимальный размах пульсаций выходного напряжения.


Номинальное значение выходного напряжения источника питания должно быть выбрано из паспортных данных на приборы охранной системы с учетом падений напряжения на проводах. Желательно, чтобы в источнике питания имелась регулировка выходного напряжения, обеспечивающая компенсацию падения напряжения.

Для компенсации падения напряжения на проводах существует схемотехническое решение, при котором два силовых провода с выходных контактов источника питания имеют большое сечение, а два дополнительных провода малого сечения соединяют контакты нагрузки со слаботочным входом измерительной схемы источника питания. Это гарантирует поддержание заданного уровня питающего напряжения непосредственно на нагрузке вне зависимости от сопротивления потерь силовых проводов; пульсации выходного напряжения в этом случае также значительно подавляются.

Номинальный выходной ток источника питания должен обеспечивать хотя бы 30%-запас по току нагрузки. В случае, когда для некоторых источников питания указывается двойное обозначение выходного тока, следует помнить, что большее значение относится только к кратковременной токовой нагрузке.

Пульсации выходного напряжения могут негативно сказываться на работе как цифровых блоков (сбои в работе), так и аналоговых приборов (искажения изображения или звука).

Следует обращать внимание на то, что для оценки важен именно максимальный размах пульсаций напряжения, а не его действующее значение, как иногда лукаво указывают разработчики источников питания постоянного тока (форма импульсов пульсации далека от синусоидальной, в то время, как понятие действующее напряжение относится к синусоидальному напряжению). Иначе говоря, при измерении пульсаций вольтметром получают существенно заниженное значение пульсаций по сравнению с реальным размахом импульсов, который можно измерить по экрану осциллографа.

Не менее важным является знание не только абсолютного значения выходного напряжения и его пульсаций, но и пределы изменения этих значений при наибольшем и наименьшем значении сетевого напряжения, а также при наибольшем токе нагрузке.

Как правило, эти значения в паспортных данных не приводятся, поэтому до установки незнакомого источника постоянного напряжения на объекте целесообразно протестировать такой источник с помощью несложного набора измерительного оборудования, состоящего из следующих приборов:
  • регулируемый лабораторный автотрансформатор (чтобы проверить работоспособность источника питания при повышенном и пониженном сетевом напряжении);
  • эквивалент нагрузки (проволочный постоянный или переменный резистор достаточной мощности);
  • вольтметр действующего напряжения (для контроля сетевого напряжения);
  • вольтметр постоянного напряжения (для контроля выходного напряжения источника питания);
  • амперметр постоянного тока (для контроля выходного тока источника питания);
  • осциллограф (для измерения уровня пульсаций в выходном напряжении).


Указанное тестирование рекомендуется провести в результате многочасового электропрогона, чтобы гарантировать отсутствие сюрпризов при реальной работе на объекте.

Косвенно о надежности работы источника питания можно судить по нагреву радиатора его выходного транзистора - если он разогревается так, что невозможно дотронуться рукой (температура выше 80°С), то это верный признак недоработки схемы источника питания.

Рассмотренный ранее вариант тестирования по сути является проверкой статического выходного сопротивления источника питания постоянного напряжения, то есть:

Rвых. ст = Uвых/ Iвых

Однако нередко нагрузкой источника питания является не аналоговое устройство, работающее в линейном режиме (у которого ток потребления во времени не изменяется), а цифровое устройство, характеризующееся импульсной нагрузкой. Вся разница заключается в том, что источник питания может полностью отвечать требованиям описанного выше теста, но при наличии импульсной нагрузки скорости отработки цепи обратной связи в источнике питания может оказаться недостаточно. В этом случае в работе устройств могут появляться сбои, а на осциллограмме выходного напряжения источника питания четко видно, как напряжение подсаживается. Это говорит о важности такого параметра, как динамическое выходное сопротивление источника питания:

Rвых. дин. = (Uвых2 - Uвых1) / (Iвых2 - Iвых1)

Информацию о динамическом выходном сопротивлении источника питания можно получить экспериментально, имитируя импульсную нагрузку. На реальном объекте достаточна велика вероятность возникновения короткого замыкания по выходу источника питания. Поэтому желательно, чтобы источник питания имел защиту от короткого замыкания и/или перегрузки по току. Функционирование защиты проверяется достаточно просто - перемыканием выходов источника питания металлическим предметом, например, пинцетом. Кроме электрических параметров для источников питания постоянного напряжения важны и конструктивные параметры. На что при этом следует обращать внимание?

Каким образом осуществляется подсоединение проводов - под винт, с помощью клеммы (с металлической шайбой или без нее), с помощью пружинной клеммы (закусывающие контакты), с помощью разъемов? Каждый из видов креплений проводов имеет свои достоинства и недостатки, например, по оперативности подключения, по надежности контактов, по переходному сопротивлению контактов, по электробезопасности.

Не менее важным является вопрос крепления источников питания. Если разговор идет о маломощных источниках питания (так называемых адаптерах), то крепление их только за счет вилки в стенной розетке никак нельзя назвать надежным (уборщица офиса неосторожным движением швабры может вывести из строя самую сложную охранную систему). Поэтому более предпочтительным является установка источников питания в закрытом месте (например, за подвесным потолком) - отсюда требование к подключению сетевого кабеля.

Крепление и подключение блока питания должны обеспечивать оперативную замену его на заведомо исправный с целью диагностики неисправности в системе. Плавкие предохранители должны допускать быструю и безопасную их замену.

Клемма защитного заземления источника питания должна быть изолирована от его выходных контактов. Предпочтительным является использование в источниках питания тороидальных трансформаторов, которые не ухудшают электромагнитную обстановку в месте установки охранной системы. Корпус прибора должен исключать попадание внутрь каких-либо предметов или касание извне частей схемы. В силу энергоемкости блока питания следует помнить о его возможном возгорании, поэтому предпочтение для материала корпуса следует отдавать металлу. Если имеется возможность, следует осмотреть качество монтажа источника питания - пайки, печатные проводники в узких местах, возможность случайного замыкания близко расположенных элементов, отсутствие касания элементов и печатной платы крепежными винтами.

Использование единого источника питания постоянного напряжения для приборов охранной системы имеет свои достоинства и недостатки. Удобство такого решения заключается в том, что когда источник питания (PS - power supply) один, его легче обслуживать и проще диагностировать неисправности системы.

С другой стороны, очевидны и недостатки такого решения:
  • мощность источника питания может оказаться значительной (а это - габариты, и в случае невысокого КПД - тепло, потребляемая мощность),
  • необходимость использования проводов достаточно большого сечения,
  • возможно возникновение нежелательных связей между приборами системы (пролезание видеосигналов из канала одной видеокамеры в канал другой видеокамеры, звуковые помехи в переговорных системах, сбои в работе цифровых устройств),
  • живучесть такой системы ниже, чем в случае использования нескольких независимых источников питания (нарушение работы источника питания или замыкание в одной из нагрузок приводит к выходу из строя всей системы).


Тем не менее, использование одного источника питания для всей охранной системы практикуется достаточно широко, поэтому рассмотрим особенности такого решения.Подключение нагрузок R1… RK к блоку питания постоянного напряжения PS возможно различными способами:




  • последовательное подключение (daisy chain)




  • параллельное подключение (star connection)




  • смешанное подключение
С точки зрения идеализированной электрической принципиальной схемы подключение нагрузки при каждом из этих способов осуществляется параллельно выходным клеммам источника питания:



Однако реальные охранные системы нередко являются достаточно протяженными в пространстве, поэтому приходится учитывать сопротивление соединительных проводов r1, на которых происходит падение напряжения. В результате этого даже при подключении одной нагрузки сопротивлением R1 напряжение на ней будет равно:



UR1 = UPS x R1/(R1 + 2r1)

, где: UPS - выходное напряжение источника питания,

UR1 - напряжение на нагрузке R1

Боюсь кого-то обидеть, но все же сообщу, что сопротивление нагрузки R1 может быть получено путем деления напряжения питания прибора U1 на ток потребления прибора I1 (и то, и другое значение берется из паспорта на подключаемый прибор):

R1 = U1/I1

Для тех, кто органически не выносит вычислений, а в существование закона Ома просто не верит, существует возможность расчета сопротивления нагрузки без всей этой аллергии - в режиме on-line . Более того, существует и автоматический расчет on-line для напряжения на нагрузке в зависимости от длины соединительных проводов и их погонного сопротивления.

Рассмотрим, как формируются напряжения питания приборов при различных вариантов подключения. Электрическая схема варианта последовательного подключения (daisy chain) выглядит следующим образом:



Отметим, что последовательное подключение снижает живучесть системы (обрыв одного из проводов выводит из строя все последующие устройства). В смысле повышения живучести и лучшего выравнивания напряжений на нагрузках более перспективны закольцованные системы (нагрузка RK дополнительно соединяется с PS), однако при этом, естественно, возрастает стоимость проекта.

Из схемы видно, что при конечных значениях сопротивлений соединительных проводов длиной l1…lK напряжения U1…UK на нагрузках R1…RK оказываются меньше напряжения UPS. Ясно, что падение напряжений на проводах зависит от качества проводов, однако выбор проводов большего сечения влечет за собой возрастание стоимости проекта. Компромиссным является выбор таких проводов (и выходного напряжения источника питания), при котором каждое из напряжений U1…UK находится в пределах паспортного значения поля допуска на питающее напряжение для каждого из подключенных приборов.

Для последовательного подключения одинаковых приборов, имеющих предельные значения питающего напряжения (максимальное Umax и минимальное Umin) должны выполняться очевидные условия:

U1 < Umax, (

UK > Umin (



Следует отметить, что по соединительным проводам с погонным сопротивлением r1 текут суммарные токи всех нагрузок, по проводам с погонным сопротивлением r2 - токи всех нагрузок, за исключением первой и т.д. Это дает некоторую свободу в оптимизации параметра цена/качество электромонтажа системы. Если выигрыш в цене превалирует над неудобством иметь в проекте провода различной номенклатуры, то, например, подключение нагрузки R1 (при ее значительном удалении от источника питания) можно выполнить проводами большего сечения по сравнению с остальными проводами системы.

Точный расчет напряжений U1…UK можно выполнить классическими методами теории электротехнических цепей (например, используя известное преобразование звезды в треугольник). Однако, учитывая оценочный характер расчетов и то обстоятельство, что сопротивление соединительных проводов существенно меньше сопротивлений нагрузки, можно предложить упрощенный вариант расчета. Упрощение состоит в том, что реальные токи потребления подключенных приборов принимаются равными, указанным в паспортах приборов, и не зависящими от падения напряжения на проводах.

В этом случае напряжение U1 определяется из эквивалентной схемы и равно:

U1 = UPS x Rэкв1/(Rэкв1 + 2r1)



Прошу прощения, но все же напомню, что эквивалентное сопротивление из параллельно соединенных резисторов вычисляется из формулы:

1/Rэкв1 = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3…+ 1/RK

Реально же в случае нагрузок, рассчитанных на одинаковое номинальное значение напряжения питания Unom, для расчета Rэкв1 достаточно знать сумму токов потребления всех нагрузок:

Rэкв1 = Unom/(I1 + I2 + I3…+ IK)

Значение Rэкв1 легко и просто получается с помощью упоминавшегося расчета on-line Закон Ома.

Нельзя не отметить, что в случае использования расчета on-line Выбор проводов можно не вычислять Rэкв1, а в качестве тока потребления подставлять сумму токов всех нагрузок, что более удобно.

При расчете U1 проверяется выполнение граничных условий ( и ( . Это может быть выполнено следующим образом:
  • по формуле ( - если, например, выходное напряжение источника питания UPS = 13,8 В, а максимально допустимое напряжение питания прибора Umax = 12 В + 10%,
  • по формуле ( - если, например, выходное напряжение источника питания UPS = 12 В, а минимально допустимое напряжение питания прибора Umin = 12 В - 10%.


После того, как определено напряжение U1, можно вычислить напряжение U2, исходя из эквивалентной схемы:



причем для вычисления Rэкв2 надо использовать формулу:

1/Rэкв2 = 1/R2 + 1/R3…+ 1/RK

Как и при вычислении U1, для расчета Rэкв2 можно использовать сумму токов нагрузок (без учета тока нагрузки I2):

Rэкв2 = Uном/(I2 + I3… + IK),

а напряжение на нагрузке в этом случае будет равно:

U2 = U1 x Rэкв2/(Rэкв2 + 2r2)

Как и в предыдущем случае, удобнее использовать расчет on-line Выбор проводов, не вычисляя Rэкв1, а в качестве тока потребления подставлять сумму токов всех нагрузок за исключением I1. Аналогичным образом можно определить напряжения на всех подключенных приборах, включая UK, и проверить выполнение условий ( и ( .

Порядок выполнения расчета при выборе проводов для последовательного подключения нагрузок может быть следующим.
  • Проверяется соответствие номинального значения выходного напряжения источника питания UPS допустимым пределам питающего напряжения нагрузок Umin и Umax из соотношения: UPS >Umin( UPS < Umax (
    Примечание. Соотношение ( может быть несколько нарушено, если гарантируется компенсирующее падение питающего напряжения на проводах.
  • Вычисляется суммарный ток всех последовательно подключаемых нагрузок: IS = I1 + I2 + I3 + I4 +… + IK
  • Зная погонное сопротивление и длину проводов между источником питания и ближайшей к нему нагрузкой R1, используют расчет on-line Выбор проводов для определения напряжения на этой нагрузке U1.
    Примечание. В качестве тока потребления для расчета берется суммарный ток всех нагрузок IS.
  • Проверяется выполнение условия ( , чтобы исключить выход прибора из строя завышенным питающим напряжением, то есть напряжение на нагрузке R1 должно быть: U1 < Umax.
    Примечание. При невыполнении этого условия должны использоваться провода с большим погонным сопротивлением или гасящий резистор, значение сопротивления которого определяется с помощью расчета on-line Выбор гасящего резистора.
  • Вычисляется суммарный ток всех последовательно подключаемых нагрузок, за исключением первой: IS = I2 + I3 + I4 +… + IK
  • Зная погонное сопротивление и длину проводов между первой нагрузкой R1 и ближайшей к ней нагрузкой R2, используют расчет on-line Выбор проводов для определения напряжения на нагрузке U2.
    Примечание. В качестве напряжения источника берется напряжение на первой нагрузке U1, а в качестве тока потребления для расчета берется суммарный ток нагрузок IS.
  • Вычисляется суммарный ток всех последовательно подключаемых нагрузок, за исключением первой и второй: IS = I3 + I4 +… + IK
  • Зная погонное сопротивление и длину проводов между второй нагрузкой R2 и ближайшей к ней нагрузкой R3, используют расчет on-line Выбор проводов для определения напряжения на нагрузке U3.
    Примечание. В качестве напряжения источника берется напряжение на второй нагрузке U2, а в качестве тока потребления для расчета берется суммарный ток нагрузок IS.
  • Аналогичным образом вычисляют напряжения на всех остальных нагрузках.
  • Проверяется выполнение условия ( , то есть напряжение на последней нагрузке RK должно быть не ниже указанного в паспорте на прибор минимального напряжения питания, при котором сохраняется его работоспособность, то есть: UK > Umin .

  • Примечание. При невыполнении этого условия часть проводов (или все провода) должны быть выбраны с меньшим погонным сопротивлением. В противном случае следует использовать источник питания с большим значением выходного напряжения.


Пример расчета

Необходимо подключить 10 видеокамер с допустимыми пределами питающего напряжения 9 В… 15 В и током потребления 100 мА к источнику питания 13,8 В. Расстояние от источника питания до первой видеокамеры 10 м, а между каждой из видеокамер по 3 м. Погонное сопротивление проводов 0,1 Ом/м.

  • Номинальное значение источника питания отвечает требованиям напряжения питания нагрузки, так как 13,8 В < 15 В 13,8 В > 9 В
  • Суммарный ток всех последовательно подключаемых нагрузок
  • Is = 100 мА х 10 = 1 А
  • С помощью расчета on-line Выбор проводов находим напряжение питания первой видеокамеры: U1 = 12,05 В
  • Суммарный ток всех последовательно подключаемых нагрузок, за исключением первой:
  • Is = 900 мА
  • С помощью расчета on-line Выбор проводов находим напряжение питания второй видеокамеры: U2 = 11,53 В
  • Вычисляется суммарный ток всех последовательно подключаемых нагрузок, за исключением первой и второй: Is = 800 мА
  • С помощью расчета on-line Выбор проводов находим напряжение питания третьей видеокамеры: U3 = 11,07 В
  • Действуя аналогичным образом, получаем напряжения питания на остальных нагрузках: U4 = 10,67 В U5 = 10,32 В U6 = 10,03 В U7 = 9,80 В U8 = 9,62 В U9 = 9,50 В U10 = 9,44 В
  • Из расчета следует, что выбор проводов оказался правильным, так как наименьшее напряжение на видеокамере (9,44 В) больше минимально допустимого напряжения (9 В).
При параллельном подключении нагрузок (star connection) живучесть системы в отношении обрыва проводов в одной из ветвей выше, чем в рассмотренном варианте последовательного подключения. Более того, при коротком замыкании в одной из ветвей и достаточно мощном блоке питания PS сгорают провода только одной ветви.

Электрическая схема варианта параллельного подключения выглядит следующим образом:



или несколько по-другому:



Расчет напряжения на каждой нагрузке также может быть выполнен в режиме on-line Выбор проводов. Из схемы видно, что напряжения на каждой нагрузке U1, U2, U3… UK не зависят от напряжений и токов других нагрузок, и это является дополнительным преимуществом такой схемы (при условии, что PS - идеальный источник напряжения, а если говорить о реальных вещах, то его выходное сопротивление несоизмеримо меньше сопротивлений нагрузок).

Недостатком схемы является то, что если среди нагрузок оказываются приборы с напряжением питания Umin, большим, чем у остальных приборов, то на выходе блока питания PS должно быть напряжение UPS > Umin. При этом может оказаться, что для других приборов, подключенных к этому блоку питания, их максимальное напряжение питания Umax < UPS, и если не принять специальных мер, прибор может выйти из строя.

Специальных мер может быть две:
  • использование для этих приборов другого источника питания,
  • включение гасящего резистора по цепи питания прибора.


Второе решение проще и дешевле, сопротивление гасящего резистора вычисляется по формуле: RГ = (UPS - U1)/I1. Как уже говорилось, те, кто не любят все эти вычисления, могут использовать автоматический расчет гасящего резистора в on-line.

Следует помнить, что для исключения нежелательных связей через сопротивление гасящего резистора RГ, входы питающего напряжения нагрузки должны шунтироваться конденсатором C1, емкостное сопротивление которого на самой низкой частоте спектра сигналов fн должно быть не менее, чем в 100 раз меньше сопротивления гасящего резистора: 1/2ПfнС1 < RГ/100




Читайте далее:
Играем по-крупному. особенности систем доступа крупных распределенных объектов
Г-образный четырехполюсник как модель элементов систем безопасности при поиске неисправности
Особенности современного состояния рынка охранного телевидения великобритании
Цитаты из книги cctv
Комплексный подход к решению задачи защиты компьютерной информации
Зоны обзора видеокамер. дальняя зона
Оао мгп спецавтоматика предлагает надежную защиту от пожаров в промышленности и на транспорте
19-дюймовый цветной монитор tm-h1900g компании jvc professional
Битва четырех драконов за глобальный рынок жк мониторов
Основы цифрового охранного телевидения. формирование ip-адреса
Передача видеоизображения по витой паре до 2000 метров
Pos-инспектор- эффективное средство борьбы с воровством в торговле
Tedd electronics форсирует эволюцию цифровых систем видеонаблюдения
Новый цифровой видеомультиплексор-коммутатор видеонаблюдения dvmre matrix
Новая система учета рабочего времени