Mỗi bộ điều khiển khả trình được thiết kế để sống sót trước một lần nhấp nháy của lưới điện. IEC 61131-2 đặt ra các yêu cầu thiết bị và thử nghiệm cho bộ điều khiển khả trình, gồm một thời gian giữ điện nội bộ ngắn giúp CPU vượt qua một gián đoạn ngắn hơn một chu kỳ mà không bị reset. Dung lượng dự phòng tích hợp đó được đo bằng mili giây; nó không đủ để hoàn tất một lần dừng có kiểm soát, đổ một nhật ký dữ liệu hoặc cảnh báo một chủ SCADA rằng đường dây đã mất. Một mô-đun dự phòng nhỏ bằng niken-kim loại hydrua trên rail điều khiển 24V chính là thứ biến những mili giây đó thành số giây cần thiết cho một lần tắt máy có trật tự.
IEC 61131-2 định nghĩa các yêu cầu vận hành và miễn nhiễm cho bộ điều khiển khả trình, gồm cả cổng nguồn DC. Một bộ điều khiển 24V DC được quy định hoạt động trên một rail rộng (thường khoảng 19,2 đến 28,8V) và chịu được các gián đoạn nguồn ngắn. Các thiết kế tham chiếu dẫn ra thời gian giữ điện cỡ mười mili giây ở tải đầy, và các lớp gián đoạn của tiêu chuẩn phân biệt các sụt áp rất ngắn (ví dụ một lớp PS2 vượt qua gián đoạn dưới 10ms với hơn một giây giữa các sự kiện) với các mất điện dài hơn.
Các bộ điều khiển thực tế phù hợp với điều này: một đơn vị Mitsubishi MELSEC iQ-F, ví dụ, tài liệu hóa việc tiếp tục hoạt động qua một lần mất điện tức thời 5ms hoặc ngắn hơn, và các bộ nguồn công nghiệp và bộ điều khiển động cơ mô tả một «vượt qua không lỗi» quanh mức 10ms. Vượt qua cửa sổ đó, tụ điện lớn nội bộ cạn kiệt và rail sụp đổ.
Hình động đầu tiên mở rộng giây đầu tiên quan trọng sau khi mất điện. Tại t0 đầu vào AC biến mất; tụ điện lớn của bộ nguồn giữ rail 24V trong thời gian giữ nội bộ của nó (vài mili giây mà PLC tự xử lý). Nếu không có tích trữ thêm, rail sau đó sụt xuống qua ngưỡng điện áp thấp của bộ điều khiển và CPU reset một cách thô bạo, mất trạng thái quét và mọi dữ liệu chưa được cam kết.
Với một mô-đun dự phòng NiMH, một mạch giám sát rail phát hiện sụt áp trong khi tụ nội bộ vẫn giữ, kết nối bộ pin niken qua một đường chặn và một tầng DC-DC, và giữ rail 24V sống trong vài giây. Trong cửa sổ đó PLC hoàn tất lần quét hiện tại, ghi các thanh ghi giữ lại và nhật ký dữ liệu vào bộ nhớ không bay hơi, thực thi một chuỗi dừng đã định, và truyền một khung hơi thở cuối cùng qua bus trường.
Ba nhu cầu khác biệt thường bị gộp chung. Giữ điện là sự sống sót dưới một giây trước một sụt áp ngắn không cần hành động phần mềm (việc của tụ điện). Tắt máy có trật tự cần vài giây nguồn ổn định để lưu trạng thái và đặt các cơ cấu chấp hành vào vị trí an toàn (việc của mô-đun NiMH). Cầu nối cần vài phút nguồn để tiếp tục chạy trong khi chuyển sang máy phát hoặc UPS (việc của một bộ pin lớn hơn). Nhầm lẫn chúng dẫn hoặc đến một thiết kế chỉ dùng tụ, reset khi mất 100ms, hoặc đến một bộ pin quá khổ và đắt đỏ trong khi một mô-đun nhỏ đã đủ.
Hình thứ hai so sánh các miền thời gian: tụ điện phân nội bộ che mili giây, một dãy siêu tụ điện thoải mái che vài giây công suất cao nhưng ít năng lượng, và một mô-đun NiMH che hàng chục giây đến vài phút ở dòng điện khiêm tốn của một CPU, các I/O và một mô-đun truyền thông (vùng hợp lý nhất cho việc tắt máy êm và báo cáo hơi thở cuối cùng).
Các ứng dụng thu thập dữ liệu và thiết bị đầu cuối từ xa thêm một yêu cầu truyền thông. Khi mất điện, một cổng RTU hoặc DAQ nên gán dấu thời gian cho sự kiện, lưu mẫu hợp lệ cuối cùng và truyền một thông báo mất điện để chủ SCADA phân biệt một lần cắt điện thực sự với một liên kết vô tuyến bị hỏng. Các mạng đồng hồ AMI dùng cùng ý tưởng dưới tên «hơi thở cuối cùng», và năng lượng cần thiết là dòng xung phát nhân với thời gian để liên kết và gửi (thường vài trăm mili giây ở vài trăm mili ampe, lặp lại cho các lần thử lại).
Một mô-đun NiMH cấp xung đó với năng lượng dư cho các lần thử lại, và không giống siêu tụ điện, nó cũng mang bộ điều khiển qua một cửa sổ đủ dài để ghi lại bối cảnh, đóng các tệp và đặt các đầu ra ở trạng thái an toàn.
Rail điều khiển 24V là điểm gắn tự nhiên: một chuỗi hai mươi tế bào NiMH nằm gần điện áp rail, được sạc từ rail trong vận hành bình thường, và được đệm bởi một bộ chuyển đổi DC-DC nhỏ. NiMH kín cung cấp một mặt bằng phẳng, nội trở thấp cho xung phát, một hóa chất nước không có nguy cơ chạy nhiệt trong tủ kín, và năng lượng theo thể tích tốt hơn nhiều so với siêu tụ điện khi yêu cầu là vài giây đến vài phút thay vì mili giây.
Được giữ ở mức sạc nổi hoặc bù có kiểm soát và chỉ xả khi có mất điện thực, mô-đun gặp một nhiệm vụ dễ dàng (chờ lâu với các sự kiện hiếm và nông), nơi khả năng tự xả thấp và ổn định theo thời gian chiếm ưu thế hơn số chu kỳ thô.
Do đó bản thiết kế bắt đầu từ bốn phép đo: dòng rail 24V của CPU, các I/O và mô-đun truyền thông; thời gian ứng dụng cần để lưu trạng thái và gửi hơi thở cuối cùng; dòng xung phát của bus trường và số lần thử lại; và dải nhiệt độ tủ. Tài liệu B biến chúng thành một hóa chất và phép tính Ah; Tài liệu C ánh xạ mô-đun lên các thử nghiệm kiểu IEC 61131-2 và IEC 61000-4-11 và các bằng chứng an toàn tế bào.
Weijiang Power sản xuất các tế bào niken-kim loại hydrua kín và các mô-đun dự phòng 24V nhỏ gọn kéo dài thời gian vượt qua của PLC và thu thập dữ liệu từ mili giây đến một lần tắt máy có trật tự. Gửi cho chúng tôi dòng rail của bộ điều khiển, thời gian giữ điện hoặc hơi thở cuối cùng bạn cần, giao thức bus trường và nhiệt độ tủ, và các kỹ sư của chúng tôi sẽ thiết kế một mô-đun NiMH hàn với quản lý sạc, khóa chặn và bảo vệ phù hợp với rail 24V. Xem các định dạng mô-đun trên trang sản phẩm.
