UPS外置維修旁路在自控系統(tǒng)中的應(yīng)用

皇甫迎波

(河南能源化工集團(tuán)安化公司，河南 安陽 455133)

現(xiàn)代企業(yè)對現(xiàn)場生產(chǎn)裝置的操作、監(jiān)視和控制大多采用DCS和PLC系統(tǒng)，為DCS和PLC系統(tǒng)提供安全可靠和高質(zhì)量的供電電源是保證生產(chǎn)連續(xù)運(yùn)行的關(guān)鍵，而目前大部分企業(yè)都是采用在線不間斷電源UPS經(jīng)穩(wěn)壓、整流和濾波后為DCS或PLC系統(tǒng)提供純凈電源。一旦UPS故障就需要進(jìn)行移機(jī)及更換電池等維修措施，這也會(huì)直接影響到化工裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。為此，采用UPS外置維修旁路，在保證裝置不斷電的前提下，對故障UPS進(jìn)行在線檢修和更換。

河南能源化工集團(tuán)安化公司是河南省重要的化肥、精細(xì)化工和新材料生產(chǎn)基地，目前裝置的DCS和PLC系統(tǒng)投運(yùn)已經(jīng)超過三十多套，但是大部分供電系統(tǒng)都只配置了一臺(tái)UPS電源，整個(gè)控制系統(tǒng)僅靠單臺(tái)UPS供電，其中一部分UPS已經(jīng)連續(xù)運(yùn)行十幾年，UPS和蓄電池都已超過設(shè)計(jì)使用壽命，出現(xiàn)故障的風(fēng)險(xiǎn)大幅升高，并且部分供電24V電源模塊和供電回路也是單套非冗余。而化工廠的空氣環(huán)境較差，對UPS、24V電源和供電線路的腐蝕比較嚴(yán)重，因此供電系統(tǒng)故障率非常高，近期公司的16臺(tái)造氣爐UPS靜態(tài)開關(guān)故障且有供電線路松脫現(xiàn)象，造成了兩次系統(tǒng)停車；九天氣化UPS黑屏故障自動(dòng)切換到旁路，系統(tǒng)開車期間無法檢修，對整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的安穩(wěn)運(yùn)行造成了很大隱患。

由于DCS和PLC系統(tǒng)對供電系統(tǒng)要求較高，在目前市電電壓極不穩(wěn)定的情況下，DCS和PLC系統(tǒng)供電均由在線式UPS通過逆變器逆變后實(shí)現(xiàn)。一旦UPS故障將自動(dòng)切換到自動(dòng)旁路，相當(dāng)于由市電直接為自控系統(tǒng)供電，并且此時(shí)UPS無法從生產(chǎn)系統(tǒng)中脫開檢修。而長期直接由電壓不穩(wěn)定的市電為自控系統(tǒng)供電，將會(huì)影響控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行甚至損壞系統(tǒng)卡件，嚴(yán)重威脅自控系統(tǒng)和生產(chǎn)裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 UPS外置維修旁路的設(shè)計(jì)目標(biāo)

UPS外置維修旁路設(shè)計(jì)要保證DCS和PLC系統(tǒng)在UPS出現(xiàn)故障時(shí)不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行，并且要通過對UPS增加外置旁路開關(guān)，在不影響生產(chǎn)和控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提條件下，把故障UPS從系統(tǒng)中甩開并對其進(jìn)行維護(hù)檢修；檢修維護(hù)完畢后，還可以將UPS進(jìn)行在線投運(yùn)，保證自控系統(tǒng)的供電安全。

3 改造方案實(shí)施

利用系統(tǒng)停車檢修的機(jī)會(huì)對全公司的DCS和PLC系統(tǒng)的UPS供電方式進(jìn)行優(yōu)化改造，將每套控制系統(tǒng)增設(shè)為兩套UPS進(jìn)行供電，并將控制系統(tǒng)中的主控制器、冗余I/O卡件、繼電器及現(xiàn)場儀表等重要硬件設(shè)備的24V(DC)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(tái)UPS各負(fù)責(zé)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(shí)能夠在不影響生產(chǎn)運(yùn)行的情況下把故障UPS從生產(chǎn)系統(tǒng)中甩開，從而對UPS進(jìn)行維護(hù)檢修。UPS供電改造前后的原理分別如圖1、2所示。

圖1 原UPS裝置供電原理

圖2 增加外置維修旁路后的UPS供電原理

使用外置維修旁路UPS投入系統(tǒng)操作步驟：

a. 檢查外置維修旁路的空氣開關(guān)K1～K3、UPS電源主機(jī)和控制系統(tǒng)接線正常后，首先把外置旁路開關(guān)K1置ON狀態(tài)，這時(shí)由市電通過外置維修旁路直接給DCS負(fù)載供電；

b. 然后把UPS進(jìn)線開關(guān)K2置為ON狀態(tài)，UPS上電后將在自動(dòng)旁路模式下工作，直接輸出交流市電；

c. 用萬用表測量UPS輸出開關(guān)K3空開上下端同相是否有電壓存在，若有則表明UPS進(jìn)線與外置旁路K1取的不是同相市電，需對UPS進(jìn)線進(jìn)行調(diào)相，注意此時(shí)嚴(yán)禁把UPS輸出K3開關(guān)打到ON狀態(tài)，否則會(huì)燒毀UPS；

d. 若測量UPS輸出開關(guān)K3空開上下同相無電壓壓差，則把UPS輸出開關(guān)K3投置ON狀態(tài)；

e. 最后將外置旁路開關(guān)K1置OFF狀態(tài)，此時(shí)自控系統(tǒng)負(fù)載仍可由UPS自動(dòng)旁路供電；

f. 把UPS由自動(dòng)旁路模式啟動(dòng)為逆變，給自控系統(tǒng)負(fù)載供電。

使用外置維修旁路UPS切除系統(tǒng)的操作步驟：

a. 從系統(tǒng)中切除前，要先檢查各空開開關(guān)位置(K1 OFF狀態(tài)，K2 ON狀態(tài)，K3 ON狀態(tài))；

b. UPS故障時(shí)會(huì)自動(dòng)切至自動(dòng)旁路為負(fù)載供電，當(dāng)需要把UPS從系統(tǒng)中切除，首先檢查判斷UPS是否切至自動(dòng)旁路，若UPS自動(dòng)旁路狀態(tài)指示燈亮，測量空開K3上側(cè)有電壓則可確定UPS已切至自動(dòng)旁路狀態(tài)；

c. 再將外置旁路開關(guān)K1打到ON狀態(tài)；

d. 然后將UPS輸出K3空開打到OFF狀態(tài)，再將UPS進(jìn)線開關(guān)K2打到OFF狀態(tài)，此時(shí)由市電直接為自控系統(tǒng)供電；

e. 實(shí)現(xiàn)UPS供電裝置完全脫開自控系統(tǒng)，并進(jìn)行UPS供電裝置的檢修維護(hù)。

4 運(yùn)行效果

目前該公司的DCS和PLC系統(tǒng)UPS供電裝置已全部改造完畢，改造后尿素合成控制系統(tǒng)和熱電鍋爐控制系統(tǒng)相繼出現(xiàn)了UPS故障，維修人員通過UPS外置維修旁路裝置實(shí)現(xiàn)了在生產(chǎn)裝置不停車、控制系統(tǒng)不斷電的情況下將故障UPS從系統(tǒng)中切除，拆卸下來及時(shí)進(jìn)行了檢修維護(hù)并更換電池。減少了生產(chǎn)系統(tǒng)因自控系統(tǒng)供電問題導(dǎo)致的非計(jì)劃停車，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定長周期運(yùn)行，保障了化工生產(chǎn)裝置的穩(wěn)定生產(chǎn)，達(dá)到了外置維修旁路設(shè)計(jì)改造的目的。

5 結(jié)束語

就目前UPS在自控系統(tǒng)中使用出現(xiàn)的問題，以及維修中的不便和安全性而言，一般二相、三相UPS，尤其大型UPS均應(yīng)配置外置維修旁路，不僅能夠保證在不停電情況下維修UPS或移機(jī)，更重要的是還可以保證維護(hù)人員的人身安全。

外置手動(dòng)維修旁路安裝中需要特別注意的問題：必須保證相位的一致性；三相單出的機(jī)器一定要確定UPS輸出的鎖相相位，否則切換時(shí)，供電系統(tǒng)將會(huì)因?yàn)榇嬖谙辔唤钱a(chǎn)生沖擊而損壞供電設(shè)備甚至致使控制系統(tǒng)斷電。