Nguồn 24VDC Trong Tủ Điều Khiển: Cách Tính Công Suất Và Dự Phòng Nguồn
Nguồn 24VDC trong tủ điều khiển thường cấp điện cho PLC, HMI, mô-đun I/O, cảm biến, relay, van điện từ và các thiết bị truyền thông. Nếu chọn nguồn quá nhỏ, điện áp có thể sụt khi tải tăng hoặc bộ nguồn chuyển sang chế độ giới hạn dòng. Ngược lại, chọn nguồn quá lớn mà không có lý do kỹ thuật có thể làm tăng chi phí nhưng không tạo ra khả năng dự phòng khi bộ nguồn gặp sự cố.
Để chọn đúng bộ nguồn, cần xác định tổng dòng tải hoạt động đồng thời, công suất thực tế, dòng đỉnh, điều kiện nhiệt độ trong tủ và mức dự phòng cần thiết. Đồng thời cần phân biệt rõ giữa dự phòng công suất của một bộ nguồn với hệ thống dự phòng nguồn hoặc bộ lưu điện.
| CÔNG THỨC CƠ BẢN Tổng dòng tải: Itổng = IPLC + IHMI + II/O + Icảm biến + Irelay + các tải 24VDC khác. Công suất DC: P = U × I. Với hệ 24VDC: P = 24 × I. |
| Ví dụ nhanh: Nếu tổng dòng tải làm việc đồng thời là 3,6A thì công suất tải danh định khoảng 24 × 3,6 = 86,4W. Sau đó mới xét thêm phần dự phòng, dòng đỉnh, nhiệt độ và đặc tính của bộ nguồn để chọn cấp nguồn phù hợp. |
1. Nguồn 24VDC Trong Tủ Điều Khiển Cấp Cho Những Thiết Bị Nào?
Trước khi tính công suất bộ nguồn, cần lập danh sách toàn bộ tải sử dụng chung hệ thống 24VDC. Không nên chỉ lấy công suất của CPU PLC làm cơ sở chọn nguồn.
| Nhóm tải | Thông tin cần kiểm tra |
| CPU PLC | Dòng hoặc công suất tiêu thụ theo tài liệu của đúng mã thiết bị. |
| Mô-đun I/O | Dòng điện phần điều khiển và tải được cấp qua mô-đun nếu có. |
| HMI | Dòng tiêu thụ ở 24VDC hoặc công suất danh định. |
| Cảm biến | Dòng tiêu thụ mỗi cảm biến nhân với số lượng có thể hoạt động đồng thời. |
| Relay | Dòng cuộn hút và số relay có thể đóng cùng lúc. |
| Van điện từ | Dòng giữ, dòng đóng ban đầu nếu có và số van hoạt động đồng thời. |
| Thiết bị mạng công nghiệp | Dòng hoặc công suất của bộ chuyển mạch mạng, bộ chuyển đổi giao thức hoặc thiết bị truyền thông. |
| Thiết bị phụ | Bộ cách ly tín hiệu, bộ truyền tín hiệu và các tải 24VDC khác. |
2. Cách Tính Tổng Dòng Nguồn 24VDC
Phương pháp cơ bản là cộng dòng điện của tất cả thiết bị có khả năng hoạt động đồng thời trên cùng bộ nguồn.
| Itổng = I1 + I2 + I3 + ... + In |
Ví dụ một tủ có các tải 24VDC như sau:
| Thiết bị | Số lượng | Dòng / thiết bị | Tổng dòng |
| PLC + I/O | 1 bộ | 0,8A | 0,8A |
| HMI | 1 | 0,5A | 0,5A |
| Cảm biến | 10 | 0,03A | 0,3A |
| Relay | 8 | 0,04A | 0,32A |
| Van điện từ | 4 | 0,35A | 1,4A |
| Bộ chuyển mạch mạng công nghiệp | 1 | 0,3A | 0,3A |
| Tổng dòng tải | 3,62A | ||
Trong ví dụ này, tổng dòng danh định là khoảng 3,62A. Tuy nhiên, chưa nên kết luận chỉ cần nguồn 24VDC/4A. Cần tiếp tục kiểm tra dòng đỉnh, khả năng mở rộng và điều kiện giảm công suất theo nhiệt độ.
 |
| Hình 1. Khi tính nguồn 24VDC cần cộng dòng của PLC, HMI, I/O, cảm biến, relay và các tải điều khiển có thể hoạt động đồng thời. |
3. Cách Quy Đổi Dòng Điện Sang Công Suất Nguồn 24VDC
Với tải DC, công suất có thể tính theo:
| P = U × I |
Đối với hệ thống 24VDC:
| P = 24 × I |
| Định mức nguồn | Dòng đầu ra | Công suất danh định |
| 24VDC / 2,5A | 2,5A | 60W |
| 24VDC / 5A | 5A | 120W |
| 24VDC / 10A | 10A | 240W |
| 24VDC / 20A | 20A | 480W |
Trong thực tế thiết kế tủ điều khiển, việc tính theo dòng điện (A) thường thuận tiện hơn chỉ nhìn vào công suất (W), vì phần lớn bộ nguồn 24VDC và các tải điều khiển đều công bố rõ dòng làm việc.
4. Nên Dự Phòng Bao Nhiêu Công Suất Cho Bộ Nguồn?
Không có một tỷ lệ dự phòng duy nhất phù hợp cho mọi tủ điện. Mức dự phòng phải xét loại tải, khả năng mở rộng, dòng khởi động, nhiệt độ và đặc tính của bộ nguồn.
Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, có thể dùng mức dự phòng khoảng 20–30% làm mức tham khảo để tránh vận hành bộ nguồn quá sát công suất tối đa liên tục. Tuy nhiên, đây không phải quy định cố định và không thay thế việc kiểm tra tài liệu kỹ thuật của đúng bộ nguồn.
| Ví dụ: Tổng tải 3,62A. Nếu tạm tính dự phòng 25%, dòng yêu cầu khoảng 3,62 × 1,25 = 4,53A. Nguồn 24VDC/5A có thể là một phương án cần xem xét, nhưng vẫn phải kiểm tra dòng đỉnh và khả năng giảm công suất theo nhiệt độ. |
Không nên tăng dự phòng quá mức. Một bộ nguồn lớn hơn nhiều so với nhu cầu thực tế không tự động làm hệ thống an toàn hơn và cũng không tạo khả năng dự phòng nếu chính bộ nguồn đó bị hỏng.
5. Dòng Đỉnh Và Dòng Khởi Động Ảnh Hưởng Như Thế Nào?
Một số tải 24VDC không tiêu thụ dòng hoàn toàn ổn định. Van điện từ, relay công suất, mô-đun điện tử hoặc thiết bị có tụ đầu vào có thể tạo dòng tăng trong thời gian ngắn khi đóng nguồn.
| Thông số | Cần kiểm tra |
| Dòng tải đỉnh | Dòng tăng ngắn hạn của thiết bị khi khởi động hoặc đóng đồng thời. |
| Khả năng tăng dòng ngắn hạn | Kiểm tra bộ nguồn có thể cấp dòng cao hơn định mức trong một khoảng thời gian nhất định hay không. |
| Chế độ bảo vệ quá tải | Kiểm tra cách bộ nguồn phản ứng khi tải vượt dòng hoặc bị ngắn mạch. |
| Dòng khởi động phía AC | Cần xem xét khi chọn MCB hoặc cầu chì bảo vệ đầu vào của bộ nguồn. |
Nếu nhiều tải đóng đồng thời, tổng dòng đỉnh có thể lớn hơn đáng kể dòng vận hành bình thường. Vì vậy không nên chỉ cộng dòng danh định rồi chọn bộ nguồn sát đúng kết quả.
6. Nhiệt Độ Trong Tủ Có Làm Giảm Công Suất Bộ Nguồn Không?
Có thể có. Nhiều bộ nguồn công nghiệp được phép cấp đủ công suất trong một khoảng nhiệt độ nhất định, sau đó phải giảm tải khi nhiệt độ môi trường tăng.
Ví dụ, bộ nguồn ghi 10A trên nhãn không có nghĩa luôn cấp được 10A trong mọi điều kiện. Nếu nhiệt độ trong tủ vượt ngưỡng quy định, dòng đầu ra khả dụng có thể phải giảm theo đặc tính của nhà sản xuất.
| Cần kiểm tra: Nhiệt độ môi trường trong tủ, khoảng cách thông gió quanh bộ nguồn, hướng lắp, độ cao lắp đặt và đường đặc tính giảm công suất của đúng mã bộ nguồn. |
7. Có Nên Chia Nguồn 24VDC Thành Nhiều Nhánh?
Có thể dùng một bộ nguồn chung, nhưng đầu ra nên được phân phối thành các nhánh phù hợp với chức năng của hệ thống. Việc chia nhánh giúp dễ kiểm tra sự cố và hạn chế một lỗi trên tải hiện trường làm ảnh hưởng toàn bộ tủ.
| Nhánh | Tải điển hình | Mục đích |
| Nhánh PLC | CPU PLC, mô-đun điều khiển | Ưu tiên duy trì bộ điều khiển trung tâm. |
| Nhánh HMI | HMI, thiết bị mạng công nghiệp | Tách nhóm giao diện và truyền thông. |
| Nhánh cảm biến | Cảm biến và bộ truyền tín hiệu | Dễ cô lập sự cố trên tuyến hiện trường. |
| Nhánh tải điều khiển | Relay, van điện từ | Hạn chế tải có dòng biến động ảnh hưởng đến PLC. |
 |
| Hình 2. Nguồn 24VDC có thể được phân phối thành các nhánh riêng cho PLC, HMI, cảm biến và tải điều khiển để thuận tiện bảo vệ và xử lý sự cố. |
8. Dự Phòng Công Suất Có Giống Dự Phòng Nguồn Không?
Không. Đây là hai khái niệm khác nhau.
| Phương án | Ý nghĩa |
| Dự phòng công suất | Một bộ nguồn được chọn có dòng định mức lớn hơn tổng tải để có phần công suất dư cho vận hành và mở rộng. |
| Dự phòng nguồn | Hai hoặc nhiều bộ nguồn được phối hợp để khi một bộ nguồn hỏng, nguồn còn lại vẫn duy trì tải theo thiết kế. |
| Bộ lưu điện DC (DC UPS) | Duy trì nguồn DC trong một khoảng thời gian khi nguồn cấp chính bị mất. |
| Bộ lưu điện phía AC | Duy trì nguồn AC cho bộ nguồn và các tải nằm phía sau UPS. |
Ví dụ, lắp một bộ nguồn 24VDC/10A cho tải chỉ tiêu thụ 5A tạo ra dự phòng công suất. Nhưng nếu bộ nguồn 10A bị hỏng thì hệ thống vẫn mất nguồn. Đây không phải là hệ thống dự phòng nguồn.
9. Khi Nào Nên Dùng Hai Bộ Nguồn 24VDC Dự Phòng?
Hệ thống dự phòng nguồn phù hợp với các tủ điều khiển cần độ sẵn sàng cao, nơi một lỗi bộ nguồn không được phép làm PLC hoặc dây chuyền dừng ngay.
| NGUỒN 1 ─┐ → MÔ-ĐUN DỰ PHÒNG NGUỒN → TẢI 24VDC NGUỒN 2 ─┘ |
Khi thiết kế theo kiểu N+1, cần bảo đảm công suất còn lại sau khi một bộ nguồn bị lỗi vẫn đủ cấp cho tải yêu cầu. Đồng thời phải kiểm tra khả năng chạy song song và cách phối hợp giữa các bộ nguồn theo hướng dẫn của nhà sản xuất.
 |
| Hình 3. Minh họa hệ thống dự phòng nguồn 24VDC: hai bộ nguồn được phối hợp để tải vẫn được cấp điện khi một bộ nguồn gặp sự cố. |
10. Khi Nào Cần Bộ Lưu Điện DC Cho PLC?
Nếu yêu cầu là PLC tiếp tục hoạt động trong một khoảng thời gian sau khi mất nguồn AC, chỉ tăng công suất bộ nguồn hoặc dùng hai bộ nguồn dự phòng vẫn chưa giải quyết được vấn đề mất điện đầu vào. Khi đó cần xem xét bộ lưu điện DC (DC UPS) hoặc giải pháp UPS phù hợp.
Bộ lưu điện DC phù hợp khi cần:
| Yêu cầu | Mục đích |
| PLC không được khởi động lại khi mất điện ngắn | Duy trì CPU và các thiết bị quan trọng. |
| Cần lưu dữ liệu hoặc trạng thái máy | Cho hệ thống đủ thời gian thực hiện quy trình dừng có kiểm soát. |
| Duy trì truyền thông | Giữ PLC, HMI hoặc mạng điều khiển hoạt động trong khoảng thời gian cần thiết. |
| Nguồn AC không ổn định | Duy trì nguồn trong khoảng thời gian cần thiết theo yêu cầu thiết kế. |
Không nhất thiết phải đưa toàn bộ tải 24VDC vào bộ lưu điện. Có thể thiết kế nhánh ưu tiên chỉ duy trì PLC, HMI, mạng truyền thông và các thiết bị thật sự cần thiết.
11. Sụt Áp Trên Dây 24VDC Có Cần Tính Không?
Có. Với điện áp chỉ 24VDC, một mức sụt áp vài volt có thể ảnh hưởng đáng kể đến thiết bị cuối tuyến.
| Yếu tố | Ảnh hưởng |
| Dòng tải tăng | Sụt áp trên dây tăng. |
| Chiều dài dây tăng | Điện trở đường dây tăng. |
| Tiết diện dây nhỏ | Điện trở lớn hơn và sụt áp tăng. |
| Mối nối không tốt | Có thể tạo điện trở tiếp xúc và phát nhiệt. |
Không nên tăng điện áp đầu ra của bộ nguồn quá mức chỉ để bù cho một tuyến dây có thiết kế chưa phù hợp. Điện áp tại tất cả thiết bị phải nằm trong dải cho phép của nhà sản xuất.
12. Checklist Chọn Nguồn 24VDC Cho Tủ Điều Khiển
| STT | Nội dung kiểm tra |
| 1 | Lập danh sách tất cả tải 24VDC. |
| 2 | Xác định dòng tải có thể hoạt động đồng thời. |
| 3 | Tính tổng dòng và công suất 24VDC. |
| 4 | Kiểm tra dòng khởi động hoặc dòng đỉnh. |
| 5 | Xác định mức dự phòng cho mở rộng và điều kiện vận hành. |
| 6 | Kiểm tra mức giảm công suất theo nhiệt độ. |
| 7 | Kiểm tra sụt áp trên các tuyến dây dài. |
| 8 | Phân chia và bảo vệ các nhánh 24VDC phù hợp. |
| 9 | Xác định có cần dự phòng nguồn hoặc bộ lưu điện DC hay không. |
| 10 | Kiểm tra cầu đấu, đầu cos, tiết diện dây và cực tính trước khi cấp điện. |
| Lưu ý kỹ thuật: Các ví dụ tính toán trong bài dùng để minh họa phương pháp lựa chọn. Khi thiết kế thực tế cần kiểm tra tài liệu kỹ thuật của PLC, bộ nguồn và từng tải, đồng thời xét dòng đỉnh, nhiệt độ, sụt áp, khả năng bảo vệ nhánh và yêu cầu về độ sẵn sàng của hệ thống. |
Điện Phúc Thịnh – Phụ Kiện Đấu Nối Cho Hệ Thống Nguồn 24VDC
Trong hệ thống cấp nguồn điều khiển, ngoài bộ nguồn còn cần cầu đấu (terminal block) phân phối +24VDC và 0VDC, đầu cos pin, thiết bị bảo vệ nhánh, đầu siết cáp (cable gland), thanh DIN, máng đi dây và các phụ kiện phục vụ đấu nối.
Khách hàng có thể gửi sơ đồ tủ điện, số lượng nhánh 24VDC, tiết diện dây và yêu cầu đấu nối để Điện Phúc Thịnh hỗ trợ kiểm tra nhóm vật tư phù hợp.
TƯ VẤN PHỤ KIỆN ĐẤU NỐI NGUỒN 24VDCQuý khách cần cầu đấu phân phối nguồn, đầu cos pin, đầu siết cáp hoặc phụ kiện đấu nối cho tủ PLC và tủ điều khiển? Hãy gửi bản vẽ hoặc thông số dây để Điện Phúc Thịnh hỗ trợ kiểm tra sản phẩm phù hợp. Công ty: CÔNG TY TNHH THƯƠNG MẠI KỸ THUẬT ĐIỆN PHÚC THỊNH |
