Redundante voedingen
Hoge betrouwbaarheid voor industriële PC’s

version française

Betrouwbaarheid van systemen is een “must” in onze hedendaagse, prestatiegerichte industriële omgeving. De beste en betrouwbaarste PC is machteloos wanneer hij geen spanning krijgt. Daarom vormt de voeding van eender welk systeem een belangrijke en onmisbare schakel in de ganse keten, die evenzeer bij slechte werking een ganse productiestraat kan doen stilstaan.

Professionele voedingen of stroomvoorzieningen moeten in eerste instantie ook onder ongunstige voorwaarden hun specifieke uitgangswaarde zuiver behouden.
Hetgeen bij bureautoepassingen sterk storend werkt, en ergerlijke systeemfoutmeldingen en het herstarten van de PC tot gevolg heeft, kan bij industriële sturingen kostintensieve gevolgen hebben voor het ganse productieproces. Vanuit dit oogpunt zijn de kosten voor een goed voedingssysteem zeker het bekijken en overwegen waard. Toch kan zelfs de beste voeding een keer uitvallen en daarmee de sturing van een complexe machine lam leggen. Rittal voorziet een aantal oplossingsmogelijkheden om ook dit probleem te tackelen.

Parallelle werking
Meer zekerheid brengt alvast de parallelle uitvoering. In zijn oorspronkelijke vorm werden twee voedingen gewoon parallel geschakeld. In dat geval had de eerste voeding binnen de specificatie door de natuurlijke uitgangs- en afvlaktoleranties een iets hogere uitgangsspanning en nam de volledige voeding van het systeem voor zijn rekening. Pas wanneer deze uitviel, nam de tweede voeding quasi automatisch de stroomverzorging over. De overgangsfase was echter niet onkritisch en kon onverwachte wendingen aannemen, daar het tot op dat moment onbelast lopende voedingsdeel plots van 0 naar 100% uitsturing moest gaan. Daarbij werd de lastregeling zwaar op de proef gesteld, hetgeen geregeld tot de vernieling van het vervangtoestel leidde.
Een gunstigere oplossing is dan het principe van “Current Sharing” en de (n+1) redundantie. Dit zet twee of meer gespecificeerde voedingen in, die tezamen in storingsvrij bedrijf de vereiste voeding leveren aan ongeveer gelijk verdeelde delen. In geval van storing neemt dan de nog functionerende voeding, respectievelijk al de nog functionerende voedingen, het weggevallen deel over, hetgeen in het slechtste geval, met maar twee voedingen, voor de lastregeling maximaal een stijging van 50% inhoudt. De regeling van 50 naar 100% is natuurlijk minder kritisch dan die van 0 naar 100%. De daarvoor geschikte voedingen beschikken over een Current Sharing ingang die de stroomverdeling op gelijkmatige deelbelastingen regelt. Men moet er wel voor zorgen dat de individuele voedingen aan de uitgangszijde door middel van diodes afgescheiden zijn.
Omdat het op deze manier perfect mogelijk is een defecte voeding te hebben zonder dat men dit zou gemerkt hebben, is het natuurlijk logisch dat een foutmelding “voeding defect” noodzakelijk is, om de defecte module uit te wisselen en er voor te zorgen dat het systeem terug volledig op alle voedingen kan draaien. CompactPCI bijvoorbeeld bezit met de PICMG 2.11 over een eigen specificatie voor Power Supplies. Daarin zijn ook de eisen naar redundantie en uitwisseling in lopend bedrijf (Hot Swap) beschreven.
Zoals bekend, zijn dergelijke systemen voorzien van de gekende groene geleidingen om op eenvoudige, standaardmanier in een 19” rack geschoven te worden. Rittal stelt voor Industriële PC- of kortweg IPC-toepassingen de redundante 19” inschuifbare voedingskaart voor Current Sharing ter beschikking, of anderzijds een ATX-versie in PS/2 bouwvorm met maximaal 250W of de compactPCI-versie in 6HE met 350W.

Betrouwbaarheid door UPS
Met redundante stroomverzorgingen door middel van Current Sharing zijn belangrijke voorwaarden gesteld voor een storingsvrije installatie. Toch kan men nog niet op beide oren slapen, want zelfs met de mooiste redundantiestructuur kan het wegvallen van de netspanning toch nog een stok in de wielen steken. Indien men niet beschikt over een back-up voor de netspanning, dan is een UPS (Uninterruptible Power Supply) met een overbruggingstijd van enkele minuten zeker zinvol. Hiermee is het mogelijk om kortstondige spanningsdipjes op te vangen of om de PC of sturing gecontroleerd te laten afsluiten. De Rittal UPS RP3659.080 bijvoorbeeld past in twee standaard 5 ¼ floppydiskplaatsen en kan een voeding van 300VA/180W zes minuten lang overbruggen. De onderhoudsvrije batterijen zijn in de UPS-behuizing geïntegreerd. Potentiaal afgescheiden contacten zorgen voor de communicatie tussen de PC en de UPS en wisselen de bedrijfstoestand uit van de UPS en initiëren de nodige acties. Een testschakelaar op de voorplaat dient voor het testen van de UPS-functie.

Koeling
Door hun hoge energieomzetting in een compacte bouwvorm zijn voedingen bekend als “goede” verwarmingselementen. Redundante stroombronnen in Current Sharing opstelling worden in het 6HE systeem helemaal rechts en dan nog zijde aan zijde gemonteerd, hetgeen het allemaal niet gemakkelijk maakt om de hitte kwijt te raken en de modules te vrijwaren van oververhitting. Daarom is het in de meeste gevallen noodzakelijk om ventilatoren te voorzien die de hitte verplaatsen door middel van een krachtige luchtstroom. Ook hier is een redundante opbouw geen overbodige luxe. Kwestie van de puntjes op de i te zetten. <<

Alimentations redondantes
Importante fiabilité pour les PC industriels

Dans notre environnement industriel actuel, rivé sur les performances, il faut absolument pouvoir compter sur des systèmes fiables. Même le PC le plus fiable est impuissant s’il n’a pas de tension. C’est pourquoi l’alimentation de n’importe quel système est un maillon important et indispensable dans toute la chaîne. En cas de mauvais fonctionnement, elle peut mettre une ligne de production entière à l’arrêt.

Les alimentations professionnelles ou alimentations en courant doivent avant tout conserver leur valeur de sortie spécifique, même dans de mauvaises conditions.
Ce qui est très perturbant dans les applications de bureau et implique des signalements d’erreur intempestifs et la relance du PC, peut avoir des conséquences coûteuses pour tout le processus de production lors les commandes industrielles. De ce point de vue, le coût d’un bon système d’alimentation vaut la peine d’être étudiés de près. Toutefois, même la meilleure alimentation peut tomber en panne et paralyser la commande d’une machine compliquée. Rittal prévoir un certain nombre de solutions pour résoudre ce problème.

Fonctionnement parallèle
L’alimentation parallèle est en tout cas plus sûre. Dans sa forme originale, deux alimentations étaient simplement raccordées en parallèle. Dans ce cas, la première alimentation avait une tension de sortie un peu plus élevée dans le cadre de sa spécification grâce aux tolérances naturelles de sortie et de lissage et elle prenait toute l’alimentation du système en charge. Ce n’est que lorsque celle-ci tombait en panne que la seconde alimentation reprenait presque automatiquement l’alimentation en courant. La phase de transition n’était toutefois pas sans être critique et pouvait parfois prendre une tournure imprévue, parce que la partie de l’alimentation non chargée à ce moment, devait d’un coup passer de 0 à 100%. En outre, le réglage de la charge était mis à dure épreuve, ce qui entraînait régulièrement la destruction de l’appareil de remplacement. Le principe de “Current Sharing” et la redondance (n+1) sont une meilleure solution. Celle-ci enclenche deux ou plusieurs alimentations spécifiées qui fournissent l’alimentation nécessaire à des éléments répartis plus ou moins équitablement dans une entreprise sans dérangements. En cas de panne, l’alimentation qui fonctionne encore reprend, respectivement toutes les alimentations qui fonctionnent encore, la partie en panne, ce qui implique, dans le plus mauvais des cas, avec deux alimentations seulement, une augmentation maximale de 50% pour le réglage des charges. Le réglage de 50 à 100% est évidemment moins critique que celui de 0 à 100%. Les alimentations appropriées sont équipées d’une entrée Current Sharing qui règle la répartition du courant sur des charges égales. Il faut toutefois veiller à ce que les alimentations individuelles soient séparées aux sorties par des diodes.
Etant donné que, de cette manière, il est parfaitement possible d’avoir une alimentation défectueuse, sans qu’on l’ait remarqué, il est tout à fait logique qu’il faut absolument un signalement ‘alimentation défectueuse’, pour changer le module défectueux et veiller à ce que le système puisse de nouveau fonctionner avec toutes les alimentations. Compact PCI, par exemple, est muni du PICMG2.11 et a une spécification toute particulière pour Power Supplies. Les exigences en matière de redondance et d’échange en fonctionnement courant (Hot Swap) y sont décrites.
Comme on sait, de tels systèmes sont équipés de conduites vertes pour être glissées simplement sur une grille de 19”. Rittal met une carte d’alimentation redondante 19” coulissante pour Current Sharing à la disposition des PC industriels ou d’autre part une version ATX sous forme de PS/2 avec 250 W maximum ou la version compact PCI en 6HE avec 350W.

Fiabilité par UPS
L’alimentation redondante en courant au moyen de Current Sharing pose des conditions importantes pour les installations sans dérangements. Pourtant, on ne peut pas encore dormir sur ses deux oreilles, car même avec la meilleure structure de redondance, une coupure de courant sectoriel peut jouer au trouble fête. Si on ne dispose pas de back up pour le courant de secteur, il est certainement intéressant de disposer d’un UPS (Uninterruptible Power Supply) avec un temps de transition de quelques minutes. Celui-ci permet de compenser de brèves chutes de tension ou de fermer le PC ou la commande de manière contrôlée. Le Rittal UPS RP3659.080, par exemple, s’insère dans deux espaces de disquette 5 ¼ et peut supporter une alimentation de 300VA/180W durant six minutes. Les batteries qui ne demandent pas d’entretien sont intégrées dans la chambre UPS. Les potentiomètres séparés permettent la communication entre le PC et l’UPS et échangent l’état de marche du UPS en initialisant les actions nécessaires. Un interrupteur de test sur la plaque frontale sert à tester la fonction UPS.

Refroidissement
En raison de leur importante transformation d’énergie en système compact, les alimentations sont connues pour être de “bons” éléments chauffants. Les sources redondantes de courant montées en Current Sharing sont montées à l’extrême droite, côte à côte, dans le système 6HE, ce qui ne facilite pas l’évacuation de la chaleur et la protection des modules de surchauffe. De ce fait, il faut, dans la plupart des cas, prévoir des ventilateurs qui déplacent la chaleur à travers un courant d’air puissant. Dans ce cas aussi, le montage redondant n’est pas un luxe. Question de mettre les points sur les i. <<