CompactDAQまたはCompactRIOシステムに電源を投入する

図1.CompactDAQまたはCompactRIOアプリケーションの主な注意事項は、システムに電源を投入する方法です。

ほとんどのアプリケーションでは、CompactDAQまたはCompactRIOのセットアップでグリッド電源を使用できますが、使用する電源はセットアップの環境によって異なります。この場合、CompactDAQまたはCompactRIOシステム用の2つの標準電源タイプ（デスクトップおよび工業用）から選択できます。

NIデスクトップ電源は、デスクトップ操作中にCompactDAQまたはCompactRIOシステムに電力を供給する安全で信頼性の高い方法です。3つのNIデスクトップ電源は、24 VDCで最大120 Wを供給できるため、操作量がピークに達しているときにも余裕を持って電力を供給でき、デスクトップでの使用にも安全な形状をしています。ほとんどの工業用電源と異なっています。

ほとんどのCompactDAQシャーシには、15 W、12 VDCの電源が装備されています。cDAQ-9179シャーシには別の電源が付属しており、12 VDCで40 Wを供給します。どちらにも2ピンmini-COMBICONコネクタが装備されており、電源をこれらのシャーシと簡単に統合できます。電源には地域特有の電源ケーブルのみが必要です。最後のデスクトップNI電源は、CompactDAQまたはCompactRIOコントローラ用で、もう少し電力が必要です。PS-10は、120 W、24 VDC定格で、終端に裸線接続を装備し、CompactDAQまたはCompactRIOコントローラシステムへの柔軟な直接接続を可能にします。他社製のデスクトップ電源を使用している場合は、その仕様を確認して、適切なシステム動作だけでなく、安全性も確認してください。

図2. デスクトップでプロトタイプを作成する際にデスクトップ電源を使用します。

これらのタイプの電源は、デスクトップでの試作中に使用されることをお勧めします。ほとんどの工業用電源は、デスクトップでの使用を目的としていないため、このような環境で使用すると危険を生じる可能性があります。ただし、デスクトップ電源は、製造現場、組込デバイスといった工業環境への実装を目的としておらず、そのような評価もされていません。

NI 工業用電源は、長寿命、大容量の予備電力、コンパクトなサイズを特徴としており、工場の現場などの環境でCompactDAQまたはCompactRIOシステムに電力を供給するのに最適です。NIでは、24 VDC～28 VDCで最大480 Wの電力を供給する2つの工業用電源を提供しているため、特定のアプリケーションのニーズに合った電力量と入力電圧を選択できます。これらの電源にはDINレールシステムとバネクランプ端子が装備されており、工具が不要で、アプリケーションの取り付けと接続を素早く簡単に行うことができます。

さまざまな自動選択入力電圧により、システムに電源を取り付ける際のユーザエラーを回避できます。また、広い動作温度範囲と効果的な電磁妨害 (EMI) 耐性により、過酷な条件下でも工業環境で信頼性があります。選択する電源のモデルに応じて、20～50%の電力予備を確保できます。これらの予備電源を使用すると、ダイナミック負荷用に電源のサイズを過度に変更する必要はありません。特定のアプリケーションの動作要件を満たすユニットを選択するだけで、コストとスペースを節約できる小型ユニットを選択できます。

図3. 工業用電源は、工業環境でシステムに電源を供給する場合に最適です。

これらのタイプの電源は、一般的なデスクトップ電源では定格や安全性が保証されない工業環境での使用に推奨されます。 

現場、車載、またはデプロイされたその他のタイプのアプリケーションでは、システムに電源がないため、電源を用意する必要があります。CompactDAQまたはCompactRIOシステムでは、9 VDC～30 VDCの入力が必要です。これは、ポータブル電源のさまざまなオプションから選択できますが、すべての電源ニーズに対応できるオプションがあるわけではありません。ただし、特定のアプリケーションに適したポータブル電源を選択することは可能です。使用するポータブル電源を決定する際は、システムに電源を投入する期間、電源を充電可能にするかどうか、および現在の予算を考慮してください。

図4. アプリケーションによっては、グリッド電源にアクセスできず、ポータブル電源が必要な場合があります。

異なるバッテリオプションを検討する場合、アプリケーションに対して使い捨てまたは充電式のどちらが必要かを決定する必要があります。一般的なアルカリ単3電池などの使い捨て電池を使用すると初期費用が削減されますが、後で頻繁に電源として使用する場合は、追加購入が必要になる場合があります。充電式電池は何度も再利用できるため、長期的には経済的なオプションですが、先行投資額も大幅に増えます。充電池はまた、どの電池の化学を使用するかの研究を必要とします。電池は複数の方法でエネルギーを蓄積しますが、すべての電池が同じではありません。リチウムや金属水素化ニッケルなどの一般的な化学品や、鉛酸などの古い技術に加えて、毎年新しい技術が生み出されています。それぞれに長所と短所がありますが、アプリケーションによって選択が異なります。

通常、アプリケーションで使用するバッテリを選択する際に最も大きな疑問は、「バッテリでアプリケーションを実行するのにどのくらいの時間がかかるか」です。使用するべきバッテリのタイプとサイズはそれによって決まります。バッテリのサイズと重量は、容量、エネルギー密度、および必要な電圧レベルによって決まります。アプリケーションの実行時間は、バッテリの容量に直接依存します。バッテリ容量は通常、Wh = mAh * (電圧/1000) の式を使用してmAhまたはWh単位で測定されます。例えば、1000 mAhのバッテリでは、1 Aで1時間、500 mAで2時間、250 mAで4時間といった具合に供給できます。バッテリソリューションの合計容量は、使用するコントローラ/シャーシおよびCシリーズI/Oモジュールを含むCompactDAQまたはCompactRIOシステムのコンポーネントとニーズ、実行に必要な時間、および必要な電圧レベルに大きく依存します。バッテリを指定する場合、ピーク電流の使用量と連続 (または正常) 電流の使用量を把握しておくことが重要です。これは、アプリケーションに適したソリューションを探す際に注意する必要がある主なバッテリ仕様の1つです。その他の注意事項には、単位質量あたりの容量を決定するバッテリのエネルギー密度や、バッテリセル電圧などの仕様が含まれます。これらの仕様は、バッテリにシステムに電力を供給するだけでなく、バッテリソリューションのサイズと重量にも影響します。 CompactDAQシステムで使用するバッテリの選び方について学習します。

システムの電源供給に加えて、短時間の停電でもシステムの稼働を継続したり、データを損失することなく安全にシャットダウンするために、電源の冗長性を組み込むこともできます。ほとんどのアプリケーションは、これなしでも問題ありませんが、障害のコストが高い場合は、これを追加することを検討してください。使用しているCompactDAQまたはCompactRIOシステムのタイプに応じて、システムに冗長性を追加するオプションがいくつかあります。

ほとんどのCompactDAQおよびCompactRIOコントローラでは、プライマリ電源入力にV1、セカンダリ電源入力にV2のデュアル入力電源コネクタプラグを使用できます。該当するコントローラにデュアル入力電源コネクタプラグが含まれているかどうか、製品のユーザマニュアルを確認してください。これにより、システムに2番目の電源を追加するオプションが提供されるため、停電や電圧低下などが原因で主電源が十分な電圧を供給できなくなっても、システムを中断することなく動作させることができます。

図5. コンデンサ回路付デュアル電源。

コントローラがプライマリ電源を使用しており、V1とコモン間の電圧レベルが9 V未満の場合、コントローラは自動的にセカンダリまたはV2ソースに切り替わります。この追加オプションでは、バッテリや無停電電源装置 (UPS) などのセカンダリソースをシステムに直接接続できるため、外部ハードウェアに頼らずに即座にスイッチを切り替えてシステムに電源を投入し続けることができます。 

単一の入力電源コネクタプラグを持つCompactDAQまたはCompactRIOシステムでは、システムに冗長性を追加する際に、主電源に合わせてUPSをシステムに追加する従来の方法を使用する必要があります。または、独自の外部回路を設計して作成し、複数の電源を切り替えることもできます。

CompactDAQまたはCompactRIOアプリケーションを開発する場合、最初に考慮すべき事項の1つはグリッド電源にアクセスできるかどうかです。その場合、デスクトップ電源または工業用電源のどちらが必要かを判断できます。そうでない場合は、アプリケーションで使用するポータブル電源を調べてください。最後に、システムの継続的な使用や、短時間の停電時にデータを損失しない適切なシャットダウンを行うために、システムに電源冗長性を追加することを忘れないでください。

• CompactDAQシャーシ、コントローラの電源、およびその他の仕様を理解する
• NI工業用電源の製品ページを参照してください。
• CompactDAQシステムアクセサリ互換性ガイド
• CompactRIOシステムアクセサリ互換性ガイド