可用性是设备运营商最关心的事项。设备是否可用，取决于电源是否可靠。设备运行时间长达多年时，开关电源则必须承担起重要的任务。因此，电源必须可靠、安全且寿命长。但是电源往往只是电源系统内部的一个组件，而整个系统往往还包括直流不间断电源、保险丝和冗余或缓冲模块等。这样的系统必须作为一个整体精心设计，并保障安全。

如果在工业应用背景中即采用合适的系统方案，用户就不必在后续的生产运营中为“设备可用性”话题而烦恼。为了防患于未然，则有必要在规划阶段就研究可能的解决方案。

目标：提高设备可用性

设备可用性是一个指标，表示设备实际运行和生产的时间占规划的生产时间的比重。从几乎任何方面来看，该指标越高，生产制造的效率就越高。设备的可用性将直接关系到企业经营的效率和利润率，因此务必要保障设备的高可用性。作为工业开关电源制造商，普尔世主要关注 24vdc 侧，也就是在应用内部。而开关电源还构成了电网与应用之间的直接接口。由此，电网的可用性对于从整体上考查一项解决方案也很重要。系统研发人员应及早在设备规划中考虑这一因素。

电网稳定性构成风险

普尔世在德国、中国和捷克设有三家自营工厂生产产品。在这些工厂，确保设备可用性也是最优先事项。为此，本地电网稳定性举足轻重。从普尔世捷克工厂这个例子上就能明显看出。经统计，在有代表性的月份中，捷克公司会发生 0.6 次供电故障。这略高于每月 0.3 次供电故障的欧洲平均水平。这个值起初看上去非常低。但它表示从统计上看，一家欧洲工厂一年会遇到 4 次停电。

欧洲电网总体上是以稳定著称的。而在世界其他地方略有不同。经统计，东亚和太平洋地区电网每月发生 4.8 次停电。受访的美国企业中，有 24% 表示每月至少遇到一次停电。

如果没有采取相应的预防措施(如不间断电源 (dc-ups) 和电池系统)，则停电会迅速导致极高的成本。这其中涉及因流程突然停止导致的生产设备损伤，或者由停机时间或整个生产单元停工而导致的经济损失。

安全事项同样十分重要。发生故障时，设备必须始终保持安全，不得对操作人员造成风险。对于大型生产基地而言，发生一次供电故障和生产中断，会迅速产生数百万欧元的成本。因此，采用合适的整体系统和相应的解决方案显得尤为重要。

普尔世可靠的保障型电源解决方案

电源作为应用的核心

电源是任何一项应用的核心。在本例中，普尔世为用户选择了一台 cp10.248，这是一款 10a 24v 的单相电源。在该带显示屏的型号中，用户一眼就能读取到关于应用状态和电网质量的所有重要信息。

普尔世带显示屏系列电源：cp10.248 & cp20.248

例如，在实时模式下，该电源可提供输入电压的当前值、输出电流和电压、运行小时数和功率电子元器件的当前温度。除了实时数据外，电源还提供了所记录数据的概览。例如，这其中包括输入电压或设备温度的最小值和最大值。此外，设备还将识别输入瞬变并计数。发生故障时，设备将向用户发出警报，并报告状态。由此能够快速分析情况并缩短停机时间。

这同样得益于采用冗余方式的电源系统。为此，在一个普尔世mosfet 冗余模块—— yr20.242 上连接了同类型的另一台电源。通过在输出侧并联连接另一台电源，构成 1+1 冗余，因此当有一台电源失灵时(或者当连接至第一台电源的导线意外断开时)，能够立即切换至另一台电源。必须对使用的每台电源进行合理设计，使其能够单独承受应用中产生的负载。mosfet 冗余模块在电路中确保两台电源的解耦。发生短路时，另一台电源将不受短路支路的影响，继续为负载供电。由此大大提高了设备可用性。

用于保护负载的智能电子断路器

如果在一台电源上连接了多个不同负载，则建议采用电子断路器。在本例中，用户选择了 8 通道 pisa-b 智能电子断路器。pisa-b 将电流分配给相应的通道，实现了不同的关断特性。其中，通道 1 和 2 针对大容量负载进行了优化。通过设备正面的一个 led 阵列，可以分通道显示当前输出电流，以及关断特性的阈值。为了增强安全性，提高篡改难度，可以用 pin 码锁定设备。当有一个通道过载，pisa-b 电子断路器发生关断，并通过警报信号告知用户。由此，用户远程也能始终了解其设备的状态。关断的通道可通过继电器输入远程重新激活。这将缩短停机时间。

普尔世 pisa-b 智能电子断路器

用于安全敏感型负载的直流不间断电源

上文已提到，电网的稳定性也是设计系统时必须考虑的一项重要因素。尤其是如果在应用中使用了安全敏感型负载，例如用于设备安全的装置(如光栅、紧急停止开关等)、应急照明装置或市镇水处理设施中的泵，则有必要使用不间断电源 (ups) 进行保护。

结合电池的使用，能够在发生供电故障或其他故障(如电源附近导线断开)时临时应对。从所选电池容量和已知负载中可得出断电保持时间。这段时间设计为保持尽可能长的缓冲，直至完成维修为止;或者只持续到设备停机并达到安全状态。

根据目标设定不同，并在了解本地电网特性的基础上，可对所有关键负载和应用实施更优化的保护。直流不间断电源连同电池一起，连接在相应的负载与(本用户案例中的)电子断路器之间。对于前面介绍的设备组合，用户选择了一台 ub10.241 和 带 26 ah 免维护铅酸蓄电池的电池模块 uzk12.261。由此，当电池已老化时，10a 负载将产生约 40 分钟最短断电保持时间。对于本应用案例，这段时间涵盖了预期可能出现的失灵故障，能够保障运行。从而确保设备持续可用。

普尔世内置电池的dc-ups(左)和外置电池的dc-ups(右)

设备可用性决定了生产成本

通过投资搭建全方位可靠的电源系统(包括高品质电源、冗余能力、缓冲模块等)，不仅从长期看能够降低运营阶段的生产成本，准确地说，在发生第一次停机前即有备无患。

因为停机成本要大于因生产能力减少而损失的利润。还会产生其他附加成本——有些是明显的，有些是隐蔽的：例如派遣高素质维修团队或所有人员为弥补生产中断而必须加班加点，从而增加的人力成本。即使是小型设备，这也会很快导致数万欧元的停机成本。

根据工业细分行业不同，一些基础组件可能只能在设备中短期存放，在发生短暂停机后必须将其废弃处理，并对设备进行完全清洁——例如化学、制药行业，或在食品加工设备中。尤其是没有备件可用时，除了生产中断外，还需要对原材料或产品进行废弃处理。这时，例如原本足够长的 24 小时以上原奶保质期也突然显得很短，而停机成本则以更快的速度增加。

如需减少这样的损失，应在仓库中储备多种备品备件，以便立即可用。除此之外，就是采用并实施可以应对故障的综合保障型电源解决方案。后者的最终整体成本显然更低。

这也可以通过简单的粗略计算看出。许多设备在验证故障所需的短短数分钟内，直接产生的停机成本相比于优化后长期可靠的直流电源方案所需的附加费用，只多不少。

采用综合可靠的电源解决方案可帮助客户降低成本

用系统方案取代单台电源

普尔世根据 we care 理念研发电源系统。在设计过程中，想要开发出应对实际挑战和客户需求的解决方案，必须真正理解可能涉及到的各种应用。但这其中应受到关注的并不仅仅是电源，而是文中描述的由安全相关的辅助设备所组成的整体系统。对用户而言，这种系统性的解决方案在设备的各个寿命阶段都非常有意义，它可以帮助用户有效预防停机，从而避免产生高额的停机成本。

（puls gmbh 产品管理总监 thomas waggershauser& 产品经理 maximilian köhler）

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