Poniedziałek, 21 grudnia 2020

Stabilne zasilanie niezbędne w przemyśle

Kończący się rok na długo pozostanie w naszej pamięci. Dla przemysłu oraz branż z nim powiązanych, takich jak sektory produkcji i dystrybucji zasilaczy oraz systemów UPS, nie był to rok łatwy pod żadnym względem. W większości przedsiębiorstw odczuwalny był spadek sprzedaży, we znaki dały się także ograniczenia związane z przemieszczaniem się, swobodą pracy, a także spowolnienie w zakresie inwestycji, w szczególności bazujących na przetargach publicznych. Czy pomimo tych wyzwań można patrzeć z optymizmem w przyszłość?

Stabilne zasilanie niezbędne w przemyśle

Wydaje się, że tak, bo wprawdzie branże takie jak motoryzacja oraz cały obszar transportu odczuwać będą dekoniunkturę jeszcze przez kilka lat, jednak w znacznie mniejszym stopniu dotyczyć to będzie pojazdów elektrycznych, które dopiero wchodzą w fazę boomu, a z tym przemysłem powiązany jest rynek zasilania. Także branża IT nie zwalnia tempa wzrostu, zaś sektor energetyki odnawialnej, w której zastosowanie znajdują coraz szerzej rozwiązania do podtrzymywania zasilania, również wydaje się być na fali wznoszącej. Wreszcie same podstawy rynku związanego z zasilaniem, które leżą w obszarze szeroko rozumianego przemysłu i sektora teleinformatycznego, są silne.

Branżowe standardy i technologiczne nowości

Pierwsza część raportu dotyczy zagadnień technologicznych, które omawiamy w podziale na dwie grupy produktów – zasilacze małogabarytowe oraz systemy zasilania gwarantowanego. Przedstawiamy najpopularniejsze urządzenia i moduły większych systemów, a także omawiamy trendy zmieniające branże, które wskazywali respondenci redakcyjnego badania rynku.

 
Rys. 1 Obszary najczęstszego wykorzystania produktów

Zasilacze małogabarytowe

Pierwszą grupę omawianych w raporcie urządzeń stanowią zasilacze impulsowe małogabarytowe (małej mocy). Przetwarzają one napięcie sieciowe, zwykle jednofazowe (typowo z zakresu od około 80 do 240 V) na pojedyncze lub kilka stabilizowanych napięć stałych. Są to zazwyczaj urządzenia standardowe, które oferowane są w różnych obudowach i wykonaniach. W zastosowaniach profesjonalnych, w tym w przemyśle, występują w obudowach metalowych lub z tworzyw sztucznych i przeznaczone są do montażu na szynie DIN, na maszynie, ew. ewentualnie bezpośrednio w innym urządzeniu. Zestawienie popularnych na rynku krajowym wersji zasilaczy przedstawiono na rysunku 2.

 
Rys. 2 Najpopularniejsze rodzaje zasilaczy małogabarytowych

Omawiane zasilacze zapewniają zwykle izolację galwaniczną, co jest szczególnie istotne w przypadku zastosowań przemysłowych. Wyposażone są one też w wewnętrzne filtry EMI oraz korektory współczynnika mocy (PFC). Dodatkowo popyt na nowoczesne jednostki kształtują wymagania co do funkcji takich jak praca równoległa, współpraca z akumulatorami, wysoki MTBF oraz możliwości zdalnego monitoringu.

W branży regularnie pojawiają się też innowacje, aczkolwiek mają one raczej charakter nowości usprawniających działanie zasilaczy lub rozszerzających ich funkcjonalność niż cechy przełomowe. O ile w przypadku podstawowych zasilaczy (wtyczkowe, tańsze zasilacze na szynę, itd.) dominują produkty standardowe, o tyle im bardziej wchodzimy na rynek profesjonalny i potrzeby co do parametrów rosną, tym zmian i innowacji jest więcej.

Zapytani o trendy rynkowe, respondenci redakcyjnej ankiety wskazywali przede wszystkim na miniaturyzację (ew. "lepsze parametry przy tych samych wymiarach zewnętrznych jednostek") oraz modułowość. Jest to osiągane zarówno poprzez zmiany konstrukcyjne, jak też poprawę parametrów stosowanych elementów. Wzrost sprawności, która w najbardziej zaawansowanych konstrukcjach wynosi powyżej 95%, to nie tylko kwestia "pogoni za efektywnością", ale też spełniania wymogów prawnych i potrzeb samych klientów. Wysoko sprawna jednostka grzeje się mniej i może być bardziej zminiaturyzowana, bowiem nie ma potrzeby rozpraszania tak dużej ilości ciepła. Z kolei modułowość dotyczy możliwości łatwej, elastycznej rozbudowy systemów zasilających oraz ew. połączenia kilku zasilaczy w system redundantny.

Często wymienianym trendem był ten dotyczący zwiększania możliwości komunikacyjnych (USB, Ethernet, CAN, itd.), co pozwala na zdalne zarządzanie i kontrolę pracy, a także polepszanie sposobów sterowania pracą zasilaczy. Takie sterowanie daje m.in. możliwości programowania parametrów (napięcia, progi ograniczeń) i alarmów za pomocą interfejsu cyfrowego. Oczywiście to również nie jest nowość, bowiem rozwój sterowania cyfrowego zasilaczy ma już miejsce od wielu lat, jednak dzisiaj, w dobie Przemysłu 4.0 i wzrostu potrzeb w zakresie integracji systemów, wymogi te są coraz istotniejsze. Respondenci wskazywali na wzrost możliwości w zakresie sterowania obwodami bateryjnymi (w przypadku zasilaczy buforowych), integrację dodatkowych zabezpieczeń czy możliwości lepszego sterowania i komunikacji z użytkownikiem.

branży niewielkich zasilaczy ważnym tematem jest też odporność na chwilowe przeciążenia. Jest ona wyjątkowo istotna w przemyśle – m.in. w przypadku rozruchu maszyn z silnikami elektrycznymi, włączania oświetlenia żarowego lub odbiorników cechujących się dużą składową pojemnościową na wejściu. Wiele aplikacji pobiera też maksymalną moc przez bardzo krótki czas – kilku sekund, a przykładem mogą być tu systemy sterujące zamkiem elektromagnetycznym lub przepływem. Zakres dopuszczalnego przeciążania różni się w zależności od modelu i producenta, aczkolwiek widać, że najnowsze zasilacze pozwalają na więcej, niż było to możliwe kiedyś. Wszystko to, podsumowując, wpisuje się w wspomniany ciągły rozwój technologiczny branży.

Systemy zasilania gwarantowanego

Drugą z grup produktów i rozwiązań stanowią systemy zasilania gwarantowanego. Bazują one na zasilaczach bezprzerwowych, czyli UPS, które mają za zadanie dostarczać niezawodnie energię elektryczną do podłączonych odbiorników. Są to często typowo urządzenia z podwójną konwersją, gdzie wejściowe napięcie przemienne przetwarzane jest na stałe, a następnie znów na przemienne na wyjściu, co pozwala na tzw. pracę true online. Systemy stosowane w przemyśle i energetyce charakteryzują się mocami wynoszącymi od jednego do kilkuset kVA i są odmienne od teleinformatycznych – m.in. pod względem obciążalności chwilowej oraz prądu zwarciowego. Stosuje się w nich układy korekcji współczynnika mocy, liczne zabezpieczenia, a część z nich pozwala też na pracę równoległą, co zapewnia zwiększenie mocy wyjściowej lub redundancję układów zasilania.

Elementami systemów zasilania gwarantowanego są również akumulatory, przy czym w przemyśle używane są typowo wersje bezobsługowe w technologii AGM lub żelowej. Do tego dochodzą inne elementy, jak choćby: filtry sieciowe, urządzenia do kompensacji mocy biernej oraz przetwornice DC/DC, a także przełączniki (styczniki mocy, szybkie łączniki bezstykowe i inne), urządzenia pomiarowe, rejestrujące oraz oprogramowanie sterująco-kontrolne. Instalacje zasilające rozszerzane są też o agregaty prądotwórcze, aczkolwiek dotyczy to zwykle większych systemów.

Warto zaznaczyć, że systemy zasilania gwarantowanego to rozwiązania typowo tworzone "pod klucz", na zamówienie klienta. Z wykorzystaniem modułów powstaje układ zasilania potrzeb własnych, do którego podłączone są różne odbiorniki AC oraz DC. Tego typu instalacje, z perspektywy klientów, charakteryzuje szereg parametrów technicznych określających oczekiwane wartości prądów i napięć, czas podtrzymania, wbudowane zabezpieczenia i funkcje monitorowania pracy.

Omawiając powyższą tematykę, należy wspomnieć o zasilaczach buforowych. Są to zasilacze prądu stałego, które współpracują z akumulatorami i pozwalają utrzymać dopływ energii do wyjścia przy braku zasilania sieciowego. Są one typowo niskonapięciowe, co pozwala na zasilanie odbiorników w systemach sterowania, automatyki czy teleinformatycznych. Dodatkowo zasilacze buforowe mają separację galwaniczną i mogą pełnić funkcję filtrów aktywnych. Odmianą omawianych urządzeń są wersje o dużych mocach (kilkuset watów i większych), które określane są też mianem UPS-DC. Są to zasilacze buforowe dostarczające stabilizowanego napięcia wyjściowego, które mają znacznie rozbudowaną część odpowiadającą za współpracę z akumulatorem.

Co zmienia się w technologiach? Jeden z naszych respondentów na tak postawione pytanie odpowiedział: "tu już raczej nie da się nic wymyślić". O ile rzeczywiście rozwój technologiczny w branży trwa już od wielu dekad i pozwolił na dojście do bardzo wysublimowanych parametrów systemów zasilania gwarantowanego, o tyle cały czas, jak się wydaje, jest tu pewna przestrzeń do dalszego rozwoju.

Do najczęściej wskazywanych trendów zaliczają się: wzrost modułowości (łatwa skalowalność systemów), wzrost sprawności (wyższy współczynnik mocy, lepsza wydajność przetwarzania energii), a także innowacje w zakresie funkcjonalnym. W tym przypadku, podobnie jak w zasilaczach małogabarytowych, dotyczy to komunikacji z użytkownikiem, łatwości diagnostyki urządzeń i zdalnego zarządzania nimi. Do wskazań należy też zaliczyć kwestie wbudowywania w systemy dodatkowych zabezpieczeń oraz ich wykonania ekologiczne.

Co ciekawe, co jest nowością w kontekście dotychczas publikowanych wywiadów z omawianego zakresu, pojawiło się też wiele wskazań dotyczących akumulatorów. Standardowym elementem systemów zasilania gwarantowanego są cały czas akumulatory kwasowo-ołowiowe, aczkolwiek pojawiają się tu również coraz częściej wersje Li-Ion oraz Ni-Mh. W zasilaczach stosuje się też ultrakondensatory, które pozwalają zwiększyć oddawaną moc chwilową oraz przeciążalność tych urządzeń.

Łukasz Wardak


 Impakt

  • Jaki jest charakter branży związanej z produkcją i dystrybucją zasilaczy małogabarytowych? Kto działa na tym rynku?

Małe zasilacze często dostarczane są przez subdystrybutorów z branży IT, czyli obszaru rynku, gdzie od lat stosowane były zasilacze awaryjne. Aczkolwiek ostatnio widać też coraz większe zaangażowanie w działalność na omawianym rynku firm monitoringowych, które zajęły się dystrybucją innych rozwiązań i siłą rozpędu dostarczają również zasilacze dla przemysłu. Mówimy tu zarówno o rozwiązaniach jednofazowych, jak i małych 3-fazowych. Im bardziej zaawansowane są produkty, tym bardziej wymagane jest nie tylko ich dostarczenie, ale tez wdrożenie, a więc i firmy realizujące zamówienia zmieniają się.

Kupującymi zasilacze są różnorodne przedsiębiorstwa produkcyjne – ale nie tylko. Do „ciekawych” odbiorców, które w ostatnich latach odkryły zapotrzebowanie na zasilacze awaryjne, można zaliczyć: studia nagraniowe, gabinety lekarskie oraz kosmetyczne. Coraz więcej firm jest istotnie zależnych od ciągłego zasilania, w związku z czym zasilacz awaryjny trafia w miejsca, o których jeszcze kilka lat temu nikt nie myślał.

  • Na jakie cechy wyrobów klienci branżowi zwracają największą uwagę? Jaka jest specyfika tego sektora względem branży IT?

Produkty dla przemysłu to najczęściej zasilacze online jednofazowe lub trójfazowe, zwykle charakteryzujące się wysoką sprawnością. Rzadko wykorzystywane są tu rozwiązania line-interactive. W typowym przemyśle ważne są również porty komunikacyjne. O ile w branży IT takimi są najczęściej moduły SNMP, o tyle w przemyśle są to często Modbus czy dry contact. Nie bez znaczenia jest również port EPO czy wbudowany bypass mechaniczny. W wielu przypadkach klienci potrzebują nie tyle długiego czasu podtrzymania, co zabezpieczenia przed zakłóceniami – pochodzącymi często z własnych maszyn znajdujących się na terenie zakładu. Stąd też wybierają oni rozwiązania o najlepszych parametrach w tym zakresie.

Oczywiście rynek systemów zasilania gwarantowanego dla przemysłu różni się od IT. Na tym ostatnim w dalszym ciągu sprzedaje się najwięcej małych, desktopowych rozwiązań line-interactive czy wersji 19’’. Sektor wykorzystuje również moduły SNMP lub coraz bardziej popularne USB HID, podczas gdy w przemyśle ten sposób komunikacji jest mniej popularny. Dodatkowo branża IT rzadziej w porównaniu z przemysłem korzysta z budowanych na zamówienie modułów bateryjnych, często wybierając dedykowane rozwiązania dostawcy.

  • Jak pandemia wpłynęła na omawiany sektor?

Oczywiste jest, że COVID-19 spowodował spore zamieszanie na wielu rynkach. Tak było również w obszarze zasilaczy awaryjnych. Zaobserwowaliśmy zastopowanie sprzedaży, może nie tyle w przemyśle, ale w przetargach, zwłaszcza budżetowych. Spowodowane to było przekierowaniem środków na produkty wymagane przy pracy czy nauce zdalnej. Sporo firm wstrzymało również decyzje zakupowe w związku z obawami związanymi z pandemią. Efekt ten był widoczny głównie w momentach początków lockdownu, czyli na koniec pierwszego i na początek czwartego kwartału 2020 roku. Co prawda rok do roku spadki nie są znaczne, jednakże w porównaniu z bardzo dużymi wzrostami w branży IT możemy mówić o wstrzymywaniu decyzji zakupowych i przekierowaniu budżetu w inne rejony.

Prezentacje firmowe

Polecane

Nowe produkty