自動控制系統(tǒng)供電裝置優(yōu)化方式總結(jié)

索治斌，董仲喜

(河南能源化工集團安化公司，河南安陽 455133)

自動控制系統(tǒng)供電裝置優(yōu)化方式總結(jié)

索治斌，董仲喜

(河南能源化工集團安化公司，河南安陽 455133)

詳細介紹了公司在DCS、PLC自動控制系統(tǒng)中的供電裝置UPS出現(xiàn)故障后，如何能夠在不切斷總供電電源的情況下，進行UPS的在線斷電維修，從而能夠保證自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，確保生產(chǎn)系統(tǒng)的長周期運行。

集散控制系統(tǒng);可編程邏輯控制器;不間斷供電電源;電源;空開

0 前言

河南能源化工集團安化公司目前主要產(chǎn)品年生產(chǎn)能力為合成氨32萬t、尿素47萬t、甲醇8.5萬t、甲胺/DMF 16萬t、復(fù)合肥20萬t、乙二醇20萬t、瓶級聚酯30萬t，其工藝操作全部采用DCS和PLC控制系統(tǒng)進行遠程控制。為了提高DCS和PLC控制系統(tǒng)的可靠性，其自控系統(tǒng)的供電方式采用了不間斷電源裝置——UPS(Uninterruptible Power Supply)。當電網(wǎng)發(fā)生任何異常狀況時，它能夠確保計算機等重要負載在一定時間內(nèi)仍然保持正常工作，有效地抵御因電網(wǎng)擾動引起的數(shù)據(jù)丟失、生產(chǎn)過程失控等危險。因此UPS供電裝置可為DCS和PLC等控制系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源，為工藝操作人員進行裝置應(yīng)急停車贏得了時間，可以有效地避免生產(chǎn)裝置的非計劃停車。

1 控制系統(tǒng)供電方式改造背景

目前，安化公司DCS和PLC自動控制系統(tǒng)已經(jīng)超過30套，但是大部分自控系統(tǒng)的供電系統(tǒng)裝置都只配置了一臺UPS電源，整個控制系統(tǒng)都只靠單臺UPS進行供電，其中老系統(tǒng)的一部分UPS供電裝置已經(jīng)連續(xù)運行十幾年，不管是UPS還是蓄電池都已經(jīng)超出了它的設(shè)計使用壽命，出現(xiàn)故障的風險大幅升高，并且部分供電24 V電源和供電線路也是單套配置，而非冗余，由于空氣環(huán)境質(zhì)量較差，故對UPS、24 V電源以及供電線路的腐蝕都較嚴重，所以供電系統(tǒng)故障率非常高，近期公司就發(fā)生了新造氣16臺爐UPS靜態(tài)開關(guān)故障和供電線路松脫等現(xiàn)象，造成了兩次系統(tǒng)停車，影響了后續(xù)工藝的生產(chǎn)，給公司造成了經(jīng)濟損失;此外，氣化DCS控制系統(tǒng)出現(xiàn)的UPS開關(guān)板故障自動切換到旁路這一故障問題，在很長一段時間內(nèi)給整個生產(chǎn)系統(tǒng)造成了很大隱患。

另外，DCS和PLC控制系統(tǒng)對供電系統(tǒng)裝置要求也較高，目前DCS和PLC控制系統(tǒng)的供電均由在線式UPS通過逆變器逆變后為自控系統(tǒng)供電。一旦UPS供電系統(tǒng)裝置出現(xiàn)故障將會自動切換到自動旁路狀態(tài)，相當于由市電直接為自控系統(tǒng)供電，并且此時UPS供電系統(tǒng)裝置無法從生產(chǎn)系統(tǒng)中脫開檢修。而長期由市電給DCS和PLC控制系統(tǒng)供電，一旦電網(wǎng)出現(xiàn)波動或晃電現(xiàn)象等干擾會造成DCS或PLC控制系統(tǒng)中控制卡件的損壞，嚴重威脅著DCS和PLC控制系統(tǒng)及生產(chǎn)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

2 UPS供電方式改造目標

UPS供電方式的改造目標是要在改造后解決DCS和PLC控制系統(tǒng)供電由單路不冗余供電改為雙UPS雙路供電，任意一臺UPS出現(xiàn)故障時不會影響控制系統(tǒng)的正常運行，并且要通過對每臺UPS增加外置旁路開關(guān)，實現(xiàn)在不影響生產(chǎn)和控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行的情況下把故障的UPS從系統(tǒng)中甩開，從而實現(xiàn)在不影響生產(chǎn)系統(tǒng)運行的情況下對UPS進行維護檢修，修理完畢后，也可以將UPS進行在線投運，保證DCS控制系統(tǒng)的雙冗余供電。

3 供電方式改造實施具體方案和措施

利用系統(tǒng)停車檢修機會對全公司的DCS及PLC控制系統(tǒng)的UPS供電方式進行改造優(yōu)化，將每套控制系統(tǒng)增設(shè)為兩套UPS進行供電，并將控制系統(tǒng)中的主控制器、冗余I/O卡件、繼電器、現(xiàn)場儀表等重要硬件設(shè)備的24VDC供電電源全部改為冗余配置，并增加冗余模塊，操作站的供電由兩臺UPS各負責一半，最終將供電系統(tǒng)改為雙路冗余供電且兩路供電系統(tǒng)完全隔離。在UPS的供電輸入和輸出線路中分別加裝外置旁路開關(guān)，保證在UPS出現(xiàn)故障時能夠在不影響生產(chǎn)運行的情況下把故障的UPS從生產(chǎn)系統(tǒng)中甩開，從而對UPS進行維護檢修，其改造前、后的原理圖如圖1、圖2所示。

圖1 改造前UPS供電原理圖

圖2 改造后的UPS供電原理圖

UPS供電方式改造投入系統(tǒng)步驟:①檢查各開關(guān)接線及UPS、DCS接線正常后，首先把外置旁路開關(guān)K1置于ON的狀態(tài)，這時由市電通過外置旁路直接給DCS負載供電。②其次把UPS的進線開關(guān)K2置為ON的狀態(tài)，這時UPS上電會自動切換到旁路模式狀態(tài)，直接輸出交流市電。③用萬用表測量UPS的輸出開關(guān)K3空開上下兩端的同相是否有電壓差存在，若有電壓差則表明UPS的進線與外置旁路開關(guān)K1取的不是同相電，需對UPS的進線進行調(diào)整。此時嚴禁把UPS的輸出開關(guān)K3打到ON的狀態(tài)，否則將會導(dǎo)致UPS的燒毀。④若測量UPS的輸出開關(guān)K3空開上下同相無電壓差，則把UPS的輸出開關(guān)K3投至ON的狀態(tài)。⑤此時將外置旁路開關(guān)K置于OFF的狀態(tài)，這時DCS負載仍然為由UPS自動旁路供電，最后把UPS由自動旁路模式啟動為逆變模式為DCS負載供電。

UPS從系統(tǒng)中切除步驟:①從系統(tǒng)中切除UPS前仍然先要檢查各空開的開關(guān)位置，其開關(guān)位置狀態(tài)應(yīng)為:外置旁路開關(guān)K1為OFF狀態(tài)，UPS的進線開關(guān)K2為ON狀態(tài)，UPS的輸出開關(guān)K3為ON狀態(tài)。②UPS故障時會自動切換至自動旁路狀態(tài)為負載供電，此時若需要把UPS從系統(tǒng)中切除，首先應(yīng)檢查判斷UPS是否切至自動旁路狀態(tài)，若UPS狀態(tài)指示燈指示旁路狀態(tài)則可確定UPS已切換至自動旁路狀態(tài)。③此時再可將外置旁路開關(guān)K1打到ON狀態(tài)。④將外置旁路開關(guān)K1打到ON狀態(tài)后，先將UPS的輸出空開K3打到OFF狀態(tài)，再將UPS的進線開關(guān)K2打到OFF狀態(tài)，此時已將UPS完全脫開系統(tǒng)，由市電直接為DCS負載供電。

4 供電方式改造后的運行情況

現(xiàn)公司DCS和PLC控制系統(tǒng)的UPS供電方式已全部實施改造完成，DCS和PLC等控制系統(tǒng)較改造前運行情況有了很大的改善。實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、長周期運行，保障了化工生產(chǎn)的高負荷穩(wěn)定生產(chǎn)。其中尿素二、熱電8#鍋爐的DCS在改造后相繼出現(xiàn)了單臺UPS故障的情況，不但沒有對DCS和生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生任何影響，也實現(xiàn)了不停運控制系統(tǒng)的情況下將故障UPS從系統(tǒng)中甩開，拆卸下來發(fā)回廠家維修，保證了生產(chǎn)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、長周期運行，達到了改造的目的。

5 總結(jié)

總之，DCS和PLC控制系統(tǒng)時時都要對生產(chǎn)過程中的工藝變量(溫度、壓力、流量、物位、濃度等)進行監(jiān)測監(jiān)控，因此DCS和PLC控制系統(tǒng)一旦失電，整個生產(chǎn)裝置將會陷入一片混亂，工藝操作人員將無法對生產(chǎn)裝置進行控制、操作和監(jiān)視。輕則造成生產(chǎn)裝置停車，重則就會出現(xiàn)爆炸等惡劣事故，造成設(shè)備的損壞及人身的傷亡。此外一些像電網(wǎng)波動、諧波污染等狀況都會對DCS和PLC控制系統(tǒng)生產(chǎn)較大的影響，為了避免這些情況的出現(xiàn)，就需要不斷地對其供電系統(tǒng)進行優(yōu)化改造，給控制系統(tǒng)提供一個純凈、穩(wěn)定、不間斷的電源系統(tǒng)，從而確保系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，為企業(yè)創(chuàng)造最大的經(jīng)濟效益提供可靠地保證。

TQ050.2，TQ056.22

B

1003-3467(2014)12-0051-02

2014-10-15

索治斌(1977-)，男，工程師，從事儀表控制管理工作，電話:15517208932。