黏胶生产线不间断电源的创新与优化

安 民

(唐山三友集团兴达化纤有限公司，河北 唐山 063305)

黏胶短纤维生产是一个连续的生产过程，近年来，随着工艺过程的成熟，其控制系统一般采用DCS集中控制，DCS集中监控可以优化控制过程，全面实现自动化生产，节约人力成本，提高控制精度。因为在黏胶生产过程中存在黄化工序，如果控制的稳定性达不到，将会出现事故。而其稳定性则取决于DCS系统的稳定性。DCS系统主要元件为计算机控制卡等智能卡件，确保DCS运行稳定性的一个必要条件是供电电源必须稳定。针对DCS控制系统使用的不间断电源由于现场的气体腐蚀，造成UPS故障； 并机UPS的方案运行不稳定，故障率高； 没有绝对旁路设计，UPS故障均要断电处理等问题，本文选择简易型UPS，并对控制板进行处理，通过优化控制柜，设计安装绝对旁路等创新做法，保证了DCS供电稳定，其智能卡件不易损坏及黏胶短纤维生产的稳定。

1 不间断电源的配置与存在问题

在化纤行业的一般设计中，DCS控制系统供电电源一般采用智能型UPS供电。在使用UPS[1]对黏胶生产线供电的过程中，大致经历了两个阶段：即单机阶段与并机阶段。

1.1 单机阶段

第一阶段，单机UPS[1]供电，就是单独使用一台UPS主机及配套电池柜，对DCS系统供电。使用单机UPS对DCS系统供电出现的问题是：单机系统多为电子线路板等卡件组成控制，由于黏胶生产过程产生的H2S气体对电子设备[2]的腐蚀性，造成了UPS运行的不稳定。在运行过程中出现UPS本身故障，不能有效切换，不能倒至旁路供电等问题，对DCS控制系统的运行产生干扰，造成卡件损坏，生产中断等问题。而且，单机UPS[1]的检修需要将UPS断电，也就是将生产线控制系统断电，才能退出检修。在停电与送电的过程中，有些DCS控制卡件容易损坏，造成了另一个不稳定因素。

1.2 并机阶段

第二阶段，采用两台UPS并机[3]运行的供电方案。就是使用两台UPS 并联为负载供电，此方案投资大，占地面积大。通过实践检验，此方案在运行中，由于通讯问题，及控制卡件[2]的腐蚀问题，造成两台UPS在切换过程中出现不稳定现象，而且，将故障的一台UPS[1]主机从系统中切除也不能实现。综合以上实践总结，单纯依靠UPS不能实现对黏胶生产线DCS控制系统的可靠供电。

2 创新与优化方案

通过生产实践的总结与试验，我们对UPS供电电源进行了优化与改进，解决供电不可靠问题。优化方案消除了市电[3]故障、UPS故障造成的供电[3]波动；消除了不能在线退出或投入UPS主机[1]的问题，从而保证黏胶生产线的稳定运行。

采用控制简单的UPS主机[1]替代结构复杂的UPS主机，尽量减少电子线路板的数量。由于简易UPS内部控制板较少，运行稳定性提高；而且，我们对线路板进行了防腐蚀的喷涂处理[2]，提高了运行稳定性；增加双电源[3]切换装置，增加手动绝对旁路装置。改进后的不间断电源装置系统框图如图1所示。

图1 不间断电源装置系统框图

不间断电源由三部分组成：(1) 电池柜；(2)控制柜；(3)UPS主机。电池柜采用1 400 mm×800 mm×600 mm柜型，根据负荷情况，内部配置共32块蓄电池，单块蓄电池的容量为38 AH，电压为12 V，内部接线为16块电池为一组串联，得到196 V，38 AH[1]的容量，最后将两组并联，得到196 V，76 AH的容量，作为UPS的备用电源，其原理图如图2所示。即将16块12 V，38 AH的电池串联后，再将两组并联。

图2 电池连接原理图

控制柜同样采用1 400 mm×800 mm×600 mm柜型，图1中为控制柜的布置示意图，其原理图如图3所示。

图3 不间断电源装置的原理图

双电源切换装置[3]输入两路市电，两路电源可以自动切换[3]，即正常时使用主路电源，当主路电源失电[3]，切换装置自动将电源切换至备用电源，切换过程中负载电源由UPS逆变电池电源[1]提供。当主路电源恢复，自动切换装置将供电电源又切换至主供电源，切换过程中，负载电源由UPS逆变[1]电池电源提供。控制柜内的切换部分由QF1、QF2、QF3、QF4 四台断路器组成，从原理图图3可以知道，QF1与双电源切换装置及UPS相连，其作用是为UPS供交流电源； QF2断路器与双电源切换装置及输出负载相连，其作用为绝对旁路切换，即当UPS故障时，通过QF2的操作，可以无扰退出UPS主机进行检修； QF3与UPS及负载相连接，其作用是为负载母线供电； QF4与电池组及UPS相连，其作用是电池联络开关。电源输出部分由QF5、QF6组成，QF5、QF6与QF3及负载相连，其主要作用是为负载[2]提供电源。

3 实践应用

实际使用中，在原液车间的DCS控制系统，我们安装使用了本套装置，其原理图如图3所示，工作过程为：正常情况下，主路电源及旁路电源均有电，且两路电源来自不同的配电室或同一配电室的不同母线段。此时，双电源切换装置自动运行在主路电源供电。此时，合上QF4[3]开关，将电池组投入运行，合上QF1[3](注意此时QF2、QF3、QF5、QF6均在断开位置)，UPS得电，然后按下UPS启动键，UPS开始启动，对外有电压输出。合上QF3[3]为输出母线送电，合上QF5、QF6分别为DCS负载送电。

UPS故障状态下的切换：当UPS故障时，UPS主机自动转入自己机器内部的旁路供电，并发出报警音及指示闪烁，此时，我们合上QF2，将市电与UPS旁路电源并联运行。确认并列后，断开QF1、QF3、QF4开关，将UPS从系统中退出，在不对DCS负载停电的情况下，退出了故障UPS主机进行维修。当主机维修完毕，准备投入运行，其操作为合上QF1、QF4开关，不启动UPS，使用其机器内部的旁路电源对负载送电，合上QF2绝对旁路开关，使UPS机器内部的旁路电源与市电绝对旁路并联，并联后，断开绝对旁路电源QF2开关，退出绝对[1]旁路电源，然后启动UPS[1]，使用UPS电源正常对DCS负载供电。

市电[3]故障下的切换：当主路电源故障失电，双电源切换装置切断主路电源，准备转到备用电源，转换过程中交流电[3]要失电，此时UPS电源自动转为电池组逆变对负载供电，当转换装置转到备用电源后，UPS又自动转到市电整流逆变[3]输出电源，开始正常工作。

4 结语

与现有技术相比，优化后的不间断电源系统的优点在于:使用简易UPS主机代替控制复杂的UPS主机，使运行更稳定、可靠； 增加双电源自动切换装置，确保对UPS供电可靠。从而为UPS的稳定输出提供保证； 增加绝对旁路设计，当UPS故障时，可以无扰退出或投入UPS主机； 可以对输出电压调压，适应较长距离供电；对UPS主机控制板进行防腐蚀喷涂，提高运行稳定性。通过几次电网波动[3]的检验，不间断电源装置切实起到了作用，从而避免了工艺控制波动，避免了DCS智能卡件的损坏。

[1] 山特电子(深圳)有限公司.山特CASTLE 系列[C6K(S)C10K(S)]使用手册[Z].2008-2009.

[2] 北京ABB电气传动系统有限公司.低压交流传动 ACS510-01 变频器(1.1-160kW) 用户手册[Z].2009.

[3] 刘介才.工厂供电[M].第2版.北京:机械工业出版社出版，1991.