几乎每个控制面板都有直流电源为 PLC、传感器、继电器、HMI 和阀门供电。一旦电源故障，整台机器就会停止运行，因此了解这些电源的工作原理以及如何选择合适容量的替换电源十分重要。本指南介绍了两种主要设计、24 VDC 为何占据主导地位、如何预留余量选择电源容量，以及工业 DIN 导轨电源提供的选项。
线性电源与开关电源
线性电源使用工频变压器降低交流电压，通过整流器和大型电容器将其转换为直流电，并使用线性稳压器保持输出稳定。稳压器将多余电压以热量形式耗散。
开关电源 (SMPS)首先整流输入交流电，然后通过高频开关和小型变压器进行转换，并通过控制开关来调节输出。由于变压器工作频率更高，体积和重量要小得多，且产生的热量损耗也少得多。
| 线性电源 | 开关电源 | |
|---|---|---|
| 尺寸和重量 | 相对于功率而言较大且较重 | 紧凑轻巧 |
| 效率 | 较低，发热量大 | 高 |
| 输出噪声 | 极低 | 较高，需控制开关噪声 |
| 输入范围 | 通常为单一电压或分接选择 | 通常为宽范围或通用输入 |
| 当今典型用途 | 较旧的控制面板、敏感的模拟电路和仪表电路 | 几乎所有工业控制电源 |
仅供参考；请对比具体型号的数据表。
线性电源与开关电源对比。
为何采用 24 VDC 控制电源
24 VDC 已成为 PLC 输入输出、传感器、中间继电器、小型螺线管阀和操作面板的标准控制电压。它的电压足够低，可降低控制电路的触电风险；电压又足够高，可可靠地在工厂中传输信号；而且几乎所有自动化组件都有 24 VDC 版本。其他输出电压（5、12、48 VDC）适用于特定设备，但 24 VDC 电源是大多数面板所依赖的电源。
预留余量选择电源容量
首先计算电源上每个负载的稳态电流，然后加上余量。计算示例：
| 24 VDC 电源上的负载 | 电流 |
|---|---|
| PLC CPU 和 I/O 模块 | 1.20 A |
| 20 个三线传感器，每个 25 mA | 0.50 A |
| HMI 面板 | 0.60 A |
| 8 个中间继电器，每个 21 mA | 0.17 A |
| 2 个螺线管阀，每个 0.33 A | 0.66 A |
| 总计 | 3.13 A |
| 加上 25% 余量后的总计 | 3.91 A |
示例数值仅供参考；请使用每个设备数据表中的功耗数据。
在此示例中，选择 5 A（120 W）电源是明智之举。余量可应对后续增加的负载、设备老化，以及在高温环境或某些安装位置下适用的降额（数据表会提供降额曲线）。
还需考虑输出端的浪涌电流和峰值电流。带有输入电容器、灯泡、电机和螺线管线圈的设备在短时间内所消耗的电流可能远高于运行电流。一些电源可为这些峰值提供临时功率储备（通常称为功率增强）；其他电源则通过限制电流或断电后重新启动（嗝屁模式）来应对过载，这可能导致机器无法启动，即使稳态负载在正常范围内。
在输入端，开关电源在开启时，由于电容器充电会产生短时浪涌电流。选择上级断路器或保险丝时应考虑到这一点，并参考制造商的建议。
预留余量选择 24 V DC 电源（示例数值）。
单相或三相输入
小型和中型电源通常为单相，根据电压连接至相线与中性线或相线与相线。大型电源通常提供三相输入，可将负载分散到各相，并提供更平稳的内部直流电压。连接前请检查其可接受的输入电压范围是否符合您的配电网络；北美网络（如 480 V 三相或 600 V 三相）并非所有型号都支持。
冗余与缓冲
当停机代价高昂时，两个电源可通过冗余模块共同承担负载。该模块使输出端解耦（使用二极管或能量损耗更小的 MOSFET），因此一个电源发生故障不会导致另一个电源也失效。在 N+1 配置中，如果一个电源失效，剩余电源仍可承担全部负载。冗余系统中的每个电源应由独立的保护装置供电，且每台设备上的直流电 OK 触点可让 PLC 在第二个电源也失效前报告电源故障。
缓冲模块和直流 UPS 设备可应对短时间的断电，使用电容器可应对几百毫秒，使用电池则可应对更长时间。
北美 Class 2 电源
在北美，一些控制电源被列为Class 2电源。它们的输出功率受到限制，这可能会放宽电气规范中对它们所供电路的某些布线要求。电源是否属于 Class 2，以及这在您的安装中允许哪些操作，取决于其认证和当前版本的适用规范；不要假设替换电源具有与原电源相同的额定值。
工业 DIN 导轨电源的功能
- 通过电位器调节输出电压，以补偿长电缆中的压降。
- 直流电 OK LED 和继电器触点用于监控。
- 短路、过载、过温和过压保护。
- 保持时间：输入丢失后输出保持在公差范围内的时长。
- 电子断路器模块，可将一个电源分成多个受保护的分支。
更换电源：检查清单
- 记录完整的产品编号、输入电压范围和相数。
- 匹配输出电压，并确保输出电流至少相同；电流更大也可以。
- 检查宽度和安装空间、通风间隙以及接线端子布局。
- 检查面板所依赖的任何认证，例如 Class 2。
- 安装后重新调节输出电压，并检查直流电 OK 信号。
安全提示：电气设备的操作必须由具备资质的人员按照适用电气规范和制造商说明进行。
关键要点
- 开关电源因体积更小、效率更高，已取代大多数控制电源中的线性电源。
- 根据稳态负载总和加上余量来选择容量，然后检查峰值电流和浪涌电流。
- 在单个电源故障会导致生产停滞的情况下，使用冗余模块。
- 不要假设替换电源具有与原电源相同的输入范围或 Class 2 认证。
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