借助多功能電源快速實(shí)施智能消防安全和安防系統(tǒng)

作者：Art Pini

投稿人：DigiKey 北美編輯

現(xiàn)代化建筑（尤其是高層建筑）的設(shè)計(jì)人員必須提供可靠的消防和安防報(bào)警系統(tǒng)、火災(zāi)控制、應(yīng)急響應(yīng)通信中繼器、應(yīng)急照明和門(mén)禁系統(tǒng)。這些系統(tǒng)越來(lái)越智能化，需要穩(wěn)定的電源，即使在線(xiàn)路供電中斷或受到影響的情況下，也必須繼續(xù)工作并保持狀態(tài)通信。電源還須具有成本效益，并可在各種應(yīng)用中進(jìn)行擴(kuò)展，以滿(mǎn)足不斷變化的設(shè)計(jì)需求。

為了幫助應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，設(shè)計(jì)人員可以借助現(xiàn)成即用的 DIN 導(dǎo)軌安裝式數(shù)字安全電源，這種電源集成了標(biāo)準(zhǔn) AC-DC 電源、電池充電器、直流不間斷電源 (DC UPS) 以及 Modbus 或 CAN 總線(xiàn)通信。這些元件交互工作，即使在遭到嚴(yán)重破壞的情況下也能確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。這種電源可提供 12 V、24 V、36 V 或 48 V 直流輸出版本，以適應(yīng)各種安防系統(tǒng)配置。電源狀態(tài)可通過(guò) LED 指示燈本地報(bào)告，也可通過(guò)繼電器觸點(diǎn)閉合進(jìn)行遠(yuǎn)程報(bào)告。

本文將討論設(shè)計(jì)人員在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中面臨的電力安全挑戰(zhàn)。隨后，本文將以 [MEAN WELL]的產(chǎn)品為例介紹智能安全電源系統(tǒng)，并展示如何將其應(yīng)用于多個(gè)應(yīng)急備用系統(tǒng)。

安防系統(tǒng)電源

建筑的安防系統(tǒng)包括防火、門(mén)禁、報(bào)警、應(yīng)急照明和應(yīng)急通信系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的用途是在發(fā)生災(zāi)難性事件時(shí)確保建筑內(nèi)人員和急救人員的安全。建筑和消防安全法規(guī)要求這些關(guān)鍵系統(tǒng)配備兩個(gè)或更多電源，其中一個(gè)應(yīng)為充電電池。此外，安防系統(tǒng)的電源應(yīng)是不間斷電源。因此，安防系統(tǒng)的電源需要包括電源、DC UPS 和電池充電器。如果應(yīng)用于偏遠(yuǎn)位置，該系統(tǒng)還需要報(bào)告狀態(tài)，以提醒用戶(hù)注意任何異常情況。

針對(duì)這些需求，MEAN WELL 提供了一種獨(dú)特的解決方案，即一體化智能安防電源 [DRS-240/480] 系列。該系列電源（如 [DRS-480-24]24 V 480 W 輸出版本）是一體化多功能裝置，在一個(gè) DIN 導(dǎo)軌安裝模塊中集成了 AC-DC 電源、電池充電器和 DC UPS，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。這些電源連同備用電池組和報(bào)警控制模塊構(gòu)成了基本安防火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)（圖 1）。

圖 1：基本安防火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)，包括一個(gè) DRS-480-24 電源、一個(gè)備用電池組和一個(gè)報(bào)警控制模塊，所有這些組件都包含在火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)控制柜內(nèi)。（圖片來(lái)源：MEAN WELL）

DRS-480-24 電源的工作電壓為 90 至 305 VAV 或 127 至 431 VDC。該模塊尺寸為 110 mm× 125.2 mm × 150.7 mm（寬 × 高 × 深）。能效高達(dá) 93.5%，可在 -30°C 至 +70°C 的環(huán)境溫度下以自由空氣對(duì)流冷卻方式運(yùn)行。該電源具有電流過(guò)載、過(guò)壓和電池反接保護(hù)功能。還具有低電量斷開(kāi)功能。

DRS-240/480 系列的輸出功率為 240 或 480 W，輸出電壓為 12、24、36 或 48 V。電源尺寸因額定功率而異。DRS-240 比前面提到的 DRS-480 稍小一些，其尺寸為 85.5 mm × 125.2 mm × 129.2 mm（寬 × 高 × 深）。

該電源可安裝在 DIN 導(dǎo)軌 TS-35/7.5 或 15 上。采用 DIN 安裝可允許多個(gè)模塊相鄰放置，從而節(jié)省空間。由于采用 DIN 安裝方式，因此可從前面板輕松完成繼電器狀態(tài)和 Modbus 或 CAN 總線(xiàn)串行通信等連接布線(xiàn)（圖 2）。

圖 2：通過(guò)前面板上的接線(xiàn)觸點(diǎn)，可以輕松完成與電源的連接，例如繼電器狀態(tài)和 Modbus 或 CAN 總線(xiàn)通信。（圖片來(lái)源：MEAN WELL）

除了輸入和輸出電源連接外，該電源還具有 C 型單刀雙擲 (SPDT) 繼電器觸點(diǎn)，用于指示交流電失效、直流電正常、電池電量低/異常/斷開(kāi)或充電器故障狀態(tài)。RJ-45 通信端口提供一個(gè)串行數(shù)據(jù)接口，用于通過(guò) Modbus 或 CAN 總線(xiàn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。這些總線(xiàn)用于傳送輸出電壓、電流或溫度的狀態(tài)更新，以及控制該裝置，包括設(shè)備開(kāi)/關(guān)、設(shè)置輸出電壓/電流水平。它們還用于設(shè)置電池充電參數(shù)，包括恒定電流、恒定電壓、浮充電壓、錐度電流、電池溫度補(bǔ)償和充電時(shí)間。

左上象限的 DIP 開(kāi)關(guān)還允許手動(dòng)設(shè)置充電器的特性，以匹配采用兩段式（恒定電流后恒定電壓）或三段式（恒定電流后恒定電壓后浮充）充電的多種類(lèi)型鋰電池或鉛酸電池（圖 3）。

圖 3：電池充電曲線(xiàn)可通過(guò) DIP 開(kāi)關(guān)選擇兩段式或三段式。（圖片來(lái)源：MEAN WELL）

充電曲線(xiàn)還可使用選配的 SBP-001 智能電池充電編程器來(lái)進(jìn)行編程。

該電源采用經(jīng)典的脈沖寬度調(diào)制 (PWM) 開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)，并添加了其他元件，以智能化控制其電源監(jiān)視器、電池充電器和 UPS 等其他功能（圖 4）。在核心電源前進(jìn)行功率因數(shù)校正 (PFC) 和電磁干擾 (EMI) 濾波。

圖 4：該框圖顯示了 DRS-240/480 系列智能安防多功能電源模塊，包括電池充電、UPS 功能、PFC 和電源監(jiān)視。（圖片來(lái)源：MEAN WELL）

開(kāi)關(guān)占空比的 PWM 控制基于電壓和電流反饋。設(shè)計(jì)中需要注意過(guò)壓保護(hù) (OVP)、過(guò)載 (OVL) 電流和過(guò)溫保護(hù) (OTP) 規(guī)定。微控制器單元 (MCU) 提供電池充電、電池監(jiān)視和通信的多模式控制。

DRS-240/480 智能安防電源的應(yīng)用

根據(jù)建筑和消防法規(guī)規(guī)定，許多消防、安防和安全系統(tǒng)在市電中斷時(shí)應(yīng)使用備用電源運(yùn)行。其中一個(gè)此類(lèi)系統(tǒng)是雙向放大器 (BDA)，可為在無(wú)線(xiàn)通信困難的建筑物內(nèi)工作的救援人員提供主動(dòng)通信支持（圖 5）。該器件充當(dāng)中繼器，來(lái)放大并轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自救援人員無(wú)線(xiàn)電設(shè)備的信號(hào)。

圖 5：BDA 可充當(dāng)中繼器，放大和轉(zhuǎn)發(fā)建筑內(nèi)救援人員無(wú)線(xiàn)電設(shè)備發(fā)出的信號(hào)。（圖片來(lái)源：MEAN WELL）

BDA 和關(guān)聯(lián)天線(xiàn)對(duì)于大型高層建筑尤其有用，它們分布在其中多個(gè)樓層中。這些系統(tǒng)還能將 BDA 與建筑外的應(yīng)答信號(hào)連接起來(lái)，并在內(nèi)部進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。即使在正常市電斷電時(shí)，BDA 也需要電源。DRS-240/480 電源及其關(guān)聯(lián)電池可在市電斷電時(shí)恢復(fù)到電池供電的 DC UPS 模式，從而保證供電。如果 120 V 線(xiàn)路的交流市電電壓降至 79 至 89 VAC 電壓范圍以下，或 220 V 線(xiàn)路的交流市電電壓降至 132 至 187 VAC 電壓范圍以下，DC UPS 功能將啟動(dòng)，電源將切換至備用電池。

應(yīng)急電源系統(tǒng)還為引導(dǎo)和幫助居民和救援人員撤離建筑物的系統(tǒng)提供備用電源。例如照明出口標(biāo)志、撤離通道地面燈和應(yīng)急照明系統(tǒng)（圖 6）。

圖 6：智能照明控制系統(tǒng)，使用 DRS-240 電源作為備用電源，在緊急情況下為照明和應(yīng)急標(biāo)志供電。（圖片來(lái)源：MEAN WELL）

在該照明控制系統(tǒng)中，[DRS-240-12]可提供備用電源，以便在市電故障時(shí)維持關(guān)鍵應(yīng)急燈和標(biāo)志供電。該電源額定電壓 12 V，功率 240 W，最大供電電流為 20 A。

智能安防電源的其他應(yīng)用包括火災(zāi)報(bào)警和火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，幫助報(bào)告和跟蹤建筑物內(nèi)的火災(zāi)。這些系統(tǒng)可為消防員提供有關(guān)火災(zāi)位置和范圍的重要信息。

DRS-240/480 系列智能安防電源系列

MEAN WELL 的 DR-240/480 系列電源有 7 種型號(hào)，最大輸出功率為 240 或 480 W。最大輸出功率包括所有負(fù)載、主輸出和電池充電的輸出功率。請(qǐng)注意，電池充電電流會(huì)根據(jù)初級(jí)輸出電流自動(dòng)調(diào)整，以防過(guò)載。該系列包括 12 V、24 V、36 V 或 48 V 輸出電壓（表 1）。

| | 型號(hào) | 輸出電壓 (V) | 最大輸出電流 (A) | 所有通道的最大輸出功率 (W) | 建議電池容量 (AH) | 典型能效 (%) |
| -------------------------------------------------------------------------------------------- | -------------- | ------------------ | ---------------------------- | ------------------- | -------------- |
| [DRS-240-12] | 12 | 20 | 240 | 20-200 | 90 |
| [DRS-240-24]| 24 | 10 | 240 | 10-100 | 92 |
| [DRS-240-36]| 36 | 6.6 | 240 | 6.6-66 | 92 |
| [DRS-240-48] | 48 | 5 | 240 | 5-50 | 92 |
| [DRS-480-24] | 24 | 20 | 480 | 20-200 | 92.5 |
| [DRS-480-36]| 36 | 13.3 | 480 | 13-133 | 93.5 |
| [DRS-480-48] | 48 | 10 | 480 | 10-100 | 93.5 |

表 1：MEAN WELL 的 DRS-240/480 系列安防電源的特性。（表來(lái)源：Art Pini）

這些智能電源的功能增強(qiáng)意味著它們需要比傳統(tǒng)電源更多的安全認(rèn)證。這些電源符合全球強(qiáng)制要求的安防系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)和建筑規(guī)范，包括：

• 美國(guó)：Underwriters Lab UL2524 - 建筑內(nèi)部雙向緊急無(wú)線(xiàn)電通信增強(qiáng)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)（2019 年版）
• 美國(guó)：國(guó)家防火協(xié)會(huì) NFPA 1221 - 應(yīng)急服務(wù)通信系統(tǒng)的安裝、維護(hù)和使用（2019 年版）
• 歐洲：標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì) (CEN) EN 54-4：火災(zāi)探測(cè)和火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)第 4 部分：供電設(shè)備（1997 年版）
• 英國(guó)：BS EN. 54-4 火災(zāi)探測(cè)和火警系統(tǒng)供電設(shè)備（1998 年版）
• 中國(guó)：GB 17945-2010 - 消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng) 2009

總結(jié)

MEAN WELL 的 DRS-240/480 一體化多功能安防電源將電源、DC UPS 和電池充電器集成于一個(gè)緊湊型 DIN 導(dǎo)軌模塊中。該系列電源具有全面的電壓、電流和溫度過(guò)載保護(hù)，并內(nèi)置狀態(tài)報(bào)告功能，可快速集成到智能建筑的各種智能安防和消防系統(tǒng)中。