Todo controlador programable está diseñado para sobrevivir a un parpadeo de la red. La IEC 61131-2 establece los requisitos de equipo y los ensayos para los controladores programables, incluida una breve retención interna que permite a la CPU superar una interrupción inferior a un ciclo sin reiniciarse. Ese margen integrado se mide en milisegundos; no basta para completar una parada controlada, volcar un registro de datos o avisar a un maestro SCADA de que la línea se ha caído. Un pequeño módulo de respaldo de níquel-hidruro metálico en el riel de control de 24 V es lo que convierte esos milisegundos en los segundos necesarios para un apagado ordenado.
La IEC 61131-2 define los requisitos de funcionamiento e inmunidad para los controladores programables, incluido el puerto de alimentación de corriente continua. Un controlador de 24 V CC está especificado para trabajar en un riel ancho —comúnmente unos 19,2 a 28,8 V— y para tolerar breves interrupciones del suministro. Los diseños de referencia citan un tiempo de retención del orden de diez milisegundos a plena carga, y las clases de interrupción de la norma distinguen los huecos muy cortos (por ejemplo una clase PS2 que supera una interrupción inferior a 10 ms con más de un segundo entre eventos) de las pérdidas más largas.
Los controladores reales coinciden con esto: una unidad Mitsubishi MELSEC iQ-F, por ejemplo, documenta la operación continuada durante un fallo de alimentación instantáneo de 5 ms o menos, y las fuentes de alimentación industriales y los controladores de motor describen un «sostén sin fallos» en torno a 10 ms. Más allá de esa ventana el condensador interno de gran capacidad se agota y el riel colapsa.
La primera figura animada amplía el primer segundo crítico tras la pérdida de red. En t0 desaparece la entrada de CA; el condensador de gran capacidad de la fuente mantiene el riel de 24 V durante su retención interna —los pocos milisegundos que el PLC maneja solo. Sin almacenamiento adicional, el riel cae entonces por el umbral de subtensión del controlador y la CPU se reinicia de forma brusca, perdiendo el estado de escaneo y cualquier dato aún no confirmado.
Con un módulo de respaldo NiMH, un circuito monitor del riel detecta la caída mientras el condensador interno aún mantiene, conecta el pack de níquel a través de una ruta de bloqueo y una etapa DC-DC, y mantiene vivo el riel de 24 V durante segundos. En esa ventana el PLC termina su escaneo actual, escribe los registros retenidos y el registro de datos en memoria no volátil, ejecuta una secuencia de parada definida y transmite una trama de último aliento por el bus de campo.
Tres necesidades distintas se confunden a menudo. La retención es la superación inferior a un segundo de un hueco breve que no requiere acción de software —el trabajo del condensador. El apagado ordenado necesita segundos de energía regulada para guardar el estado y aparcar los actuadores con seguridad —el trabajo del módulo NiMH. El puenteo necesita minutos de energía para seguir funcionando durante el paso a un generador o un SAI —el trabajo de una batería más grande. Confundirlas lleva o bien a un diseño solo con condensador que se reinicia ante una pérdida de 100 ms, o bien a una batería sobredimensionada y cara donde un pequeño módulo bastaría.
La segunda figura compara los dominios de tiempo: el electrolítico interno cubre milisegundos, un banco de supercondensadores cubre con holgura segundos de alta potencia pero poca energía, y un módulo NiMH cubre decenas de segundos a minutos a la corriente modesta de una CPU, sus E/S y un módulo de comunicación —el punto óptimo para un apagado correcto y el reporte de último aliento.
Las aplicaciones de adquisición de datos y terminales remotas añaden un requisito de comunicación. Al perderse la red, una pasarela RTU o DAQ debe marcar la hora del evento, almacenar la última muestra válida y transmitir un mensaje de fallo de alimentación para que el maestro SCADA distinga una interrupción real de un enlace de radio roto. Las redes de contadores AMI usan la misma idea con el nombre de «último aliento», y la energía necesaria es la corriente del pulso de transmisión multiplicada por el tiempo para asociarse y enviar —típicamente unos pocos cientos de milisegundos a unos pocos cientos de miliamperios, repetidos para los reintentos.
Un módulo NiMH suministra ese pulso con energía de sobra para los reintentos, y a diferencia de un supercondensador también sostiene al controlador una ventana lo bastante larga para registrar el contexto, cerrar los archivos y colocar las salidas en un estado seguro.
El riel de control de 24 V es el punto de conexión natural: una serie de veinte celdas NiMH se sitúa cerca de la tensión del riel, se carga desde él durante el funcionamiento normal y queda amortiguada por un pequeño convertidor DC-DC. El NiMH sellado ofrece una meseta plana, baja resistencia interna para el pulso de transmisión, una química acuosa sin riesgo de fuga térmica en un armario sellado, y mucha mejor energía por volumen que un supercondensador cuando el requisito es segundos a minutos en lugar de milisegundos.
Mantenido con una carga de flotación o de reposición controlada y descargado solo en cortes reales, el módulo tiene un servicio fácil —larga espera con eventos raros y poco profundos— donde la baja autodescarga y la estabilidad de calendario dominan sobre el número de ciclos en bruto.
El pliego de diseño comienza por tanto con cuatro medidas: la corriente del riel de 24 V de la CPU, las E/S y los módulos de comunicación; el tiempo que la aplicación necesita para guardar el estado y enviar su último aliento; la corriente del pulso de transmisión del bus de campo y el número de reintentos; y el rango de temperatura del armario. El artículo B los convierte en una química y un cálculo de Ah; el artículo C asigna el módulo a los ensayos de tipo IEC 61131-2 e IEC 61000-4-11 y a las evidencias de seguridad de las celdas.
Weijiang Power fabrica celdas selladas de níquel-hidruro metálico y módulos de respaldo compactos de 24 V que amplían el sostén del PLC y la adquisición de datos de milisegundos a un apagado ordenado. Envíenos la corriente del riel de su controlador, el tiempo de retención o de último aliento que necesita, el protocolo de bus de campo y la temperatura del armario, y nuestros ingenieros diseñarán un módulo NiMH soldado con gestión de carga, bloqueo y protección adaptados al riel de 24 V. Vea los formatos de módulo en la página de productos.
