自動控制系統供電裝置優化方式總結

索治斌，董仲喜

(河南能源化工集團安化公司，河南安陽 455133)

自動控制系統供電裝置優化方式總結

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自動控制系統中的供電裝置UPS出現故障后，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的穩定運行，確保生產系統的長周期運行。

集散控制系統;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品年生產能力為合成氨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控制系統進行遠程控制。為了提高DCS和PLC控制系統的可靠性，其自控系統的供電方式采用了不間斷電源裝置——UPS(Uninterruptible Power Supply)。當電網發生任何異常狀況時，它能夠確保計算機等重要負載在一定時間內仍然保持正常工作，有效地抵御因電網擾動引起的數據丟失、生產過程失控等危險。因此UPS供電裝置可為DCS和PLC等控制系統提供穩定的電源，為工藝操作人員進行裝置應急停車贏得了時間，可以有效地避免生產裝置的非計劃停車。

1 控制系統供電方式改造背景

目前，安化公司DCS和PLC自動控制系統已經超過30套，但是大部分自控系統的供電系統裝置都只配置了一臺UPS電源，整個控制系統都只靠單臺UPS進行供電，其中老系統的一部分UPS供電裝置已經連續運行十幾年，不管是UPS還是蓄電池都已經超出了它的設計使用壽命，出現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，由于空氣環境質量較差，故對UPS、24 V電源以及供電線路的腐蝕都較嚴重，所以供電系統故障率非常高，近期公司就發生了新造氣16臺爐UPS靜態開關故障和供電線路松脫等現象，造成了兩次系統停車，影響了后續工藝的生產，給公司造成了經濟損失;此外，氣化DCS控制系統出現的UPS開關板故障自動切換到旁路這一故障問題，在很長一段時間內給整個生產系統造成了很大隱患。

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

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出現故障時不會影響控制系統的正常運行，并且要通過對每臺UPS增加外置旁路開關，實現在不影響生產和控制系統穩定運行的情況下把故障的UPS從系統中甩開，從而實現在不影響生產系統運行的情況下對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

利用系統停車檢修機會對全公司的DCS及PLC控制系統的UPS供電方式進行改造優化，將每套控制系統增設為兩套UPS進行供電，并將控制系統中的主控制器、冗余I/O卡件、繼電器、現場儀表等重要硬件設備的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，最終將供電系統改為雙路冗余供電且兩路供電系統完全隔離。在UPS的供電輸入和輸出線路中分別加裝外置旁路開關，保證在UPS出現故障時能夠在不影響生產運行的情況下把故障的UPS從生產系統中甩開，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步驟:①檢查各開關接線及UPS、DCS接線正常后，首先把外置旁路開關K1置于ON的狀態，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K2置為ON的狀態，這時UPS上電會自動切換到旁路模式狀態，直接輸出交流市電。③用萬用表測量UPS的輸出開關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K1取的不是同相電，需對UPS的進線進行調整。此時嚴禁把UPS的輸出開關K3打到ON的狀態，否則將會導致UPS的燒毀。④若測量UPS的輸出開關K3空開上下同相無電壓差，則把UPS的輸出開關K3投至ON的狀態。⑤此時將外置旁路開關K置于OFF的狀態，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從系統中切除步驟:①從系統中切除UPS前仍然先要檢查各空開的開關位置，其開關位置狀態應為:外置旁路開關K1為OFF狀態，UPS的進線開關K2為ON狀態，UPS的輸出開關K3為ON狀態。②UPS故障時會自動切換至自動旁路狀態為負載供電，此時若需要把UPS從系統中切除，首先應檢查判斷UPS是否切至自動旁路狀態，若UPS狀態指示燈指示旁路狀態則可確定UPS已切換至自動旁路狀態。③此時再可將外置旁路開關K1打到ON狀態。④將外置旁路開關K1打到ON狀態后，先將UPS的輸出空開K3打到OFF狀態，再將UPS的進線開關K2打到OFF狀態，此時已將UPS完全脫開系統，由市電直接為DCS負載供電。

4 供電方式改造后的運行情況

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

5 總結

總之，DCS和PLC控制系統時時都要對生產過程中的工藝變量(溫度、壓力、流量、物位、濃度等)進行監測監控，因此DCS和PLC控制系統一旦失電，整個生產裝置將會陷入一片混亂，工藝操作人員將無法對生產裝置進行控制、操作和監視。輕則造成生產裝置停車，重則就會出現爆炸等惡劣事故，造成設備的損壞及人身的傷亡。此外一些像電網波動、諧波污染等狀況都會對DCS和PLC控制系統生產較大的影響，為了避免這些情況的出現，就需要不斷地對其供電系統進行優化改造，給控制系統提供一個純凈、穩定、不間斷的電源系統，從而確保系統運行的穩定性，為企業創造最大的經濟效益提供可靠地保證。

TQ050.2，TQ056.22

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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。