自动控制系统供电装置优化方式总结

索治斌，董仲喜

(河南能源化工集团安化公司，河南安阳 455133)

自动控制系统供电装置优化方式总结

索治斌，董仲喜

(河南能源化工集团安化公司，河南安阳 455133)

详细介绍了公司在DCS、PLC自动控制系统中的供电装置UPS出现故障后，如何能够在不切断总供电电源的情况下，进行UPS的在线断电维修，从而能够保证自动控制系统的稳定运行，确保生产系统的长周期运行。

集散控制系统;可编程逻辑控制器;不间断供电电源;电源;空开

0 前言

河南能源化工集团安化公司目前主要产品年生产能力为合成氨32万t、尿素47万t、甲醇8.5万t、甲胺/DMF 16万t、复合肥20万t、乙二醇20万t、瓶级聚酯30万t，其工艺操作全部采用DCS和PLC控制系统进行远程控制。为了提高DCS和PLC控制系统的可靠性，其自控系统的供电方式采用了不间断电源装置——UPS(Uninterruptible Power Supply)。当电网发生任何异常状况时，它能够确保计算机等重要负载在一定时间内仍然保持正常工作，有效地抵御因电网扰动引起的数据丢失、生产过程失控等危险。因此UPS供电装置可为DCS和PLC等控制系统提供稳定的电源，为工艺操作人员进行装置应急停车赢得了时间，可以有效地避免生产装置的非计划停车。

1 控制系统供电方式改造背景

目前，安化公司DCS和PLC自动控制系统已经超过30套，但是大部分自控系统的供电系统装置都只配置了一台UPS电源，整个控制系统都只靠单台UPS进行供电，其中老系统的一部分UPS供电装置已经连续运行十几年，不管是UPS还是蓄电池都已经超出了它的设计使用寿命，出现故障的风险大幅升高，并且部分供电24 V电源和供电线路也是单套配置，而非冗余，由于空气环境质量较差，故对UPS、24 V电源以及供电线路的腐蚀都较严重，所以供电系统故障率非常高，近期公司就发生了新造气16台炉UPS静态开关故障和供电线路松脱等现象，造成了两次系统停车，影响了后续工艺的生产，给公司造成了经济损失;此外，气化DCS控制系统出现的UPS开关板故障自动切换到旁路这一故障问题，在很长一段时间内给整个生产系统造成了很大隐患。

另外，DCS和PLC控制系统对供电系统装置要求也较高，目前DCS和PLC控制系统的供电均由在线式UPS通过逆变器逆变后为自控系统供电。一旦UPS供电系统装置出现故障将会自动切换到自动旁路状态，相当于由市电直接为自控系统供电，并且此时UPS供电系统装置无法从生产系统中脱开检修。而长期由市电给DCS和PLC控制系统供电，一旦电网出现波动或晃电现象等干扰会造成DCS或PLC控制系统中控制卡件的损坏，严重威胁着DCS和PLC控制系统及生产系统的安全稳定运行。

2 UPS供电方式改造目标

UPS供电方式的改造目标是要在改造后解决DCS和PLC控制系统供电由单路不冗余供电改为双UPS双路供电，任意一台UPS出现故障时不会影响控制系统的正常运行，并且要通过对每台UPS增加外置旁路开关，实现在不影响生产和控制系统稳定运行的情况下把故障的UPS从系统中甩开，从而实现在不影响生产系统运行的情况下对UPS进行维护检修，修理完毕后，也可以将UPS进行在线投运，保证DCS控制系统的双冗余供电。

3 供电方式改造实施具体方案和措施

利用系统停车检修机会对全公司的DCS及PLC控制系统的UPS供电方式进行改造优化，将每套控制系统增设为两套UPS进行供电，并将控制系统中的主控制器、冗余I/O卡件、继电器、现场仪表等重要硬件设备的24VDC供电电源全部改为冗余配置，并增加冗余模块，操作站的供电由两台UPS各负责一半，最终将供电系统改为双路冗余供电且两路供电系统完全隔离。在UPS的供电输入和输出线路中分别加装外置旁路开关，保证在UPS出现故障时能够在不影响生产运行的情况下把故障的UPS从生产系统中甩开，从而对UPS进行维护检修，其改造前、后的原理图如图1、图2所示。

图1 改造前UPS供电原理图

图2 改造后的UPS供电原理图

UPS供电方式改造投入系统步骤:①检查各开关接线及UPS、DCS接线正常后，首先把外置旁路开关K1置于ON的状态，这时由市电通过外置旁路直接给DCS负载供电。②其次把UPS的进线开关K2置为ON的状态，这时UPS上电会自动切换到旁路模式状态，直接输出交流市电。③用万用表测量UPS的输出开关K3空开上下两端的同相是否有电压差存在，若有电压差则表明UPS的进线与外置旁路开关K1取的不是同相电，需对UPS的进线进行调整。此时严禁把UPS的输出开关K3打到ON的状态，否则将会导致UPS的烧毁。④若测量UPS的输出开关K3空开上下同相无电压差，则把UPS的输出开关K3投至ON的状态。⑤此时将外置旁路开关K置于OFF的状态，这时DCS负载仍然为由UPS自动旁路供电，最后把UPS由自动旁路模式启动为逆变模式为DCS负载供电。

UPS从系统中切除步骤:①从系统中切除UPS前仍然先要检查各空开的开关位置，其开关位置状态应为:外置旁路开关K1为OFF状态，UPS的进线开关K2为ON状态，UPS的输出开关K3为ON状态。②UPS故障时会自动切换至自动旁路状态为负载供电，此时若需要把UPS从系统中切除，首先应检查判断UPS是否切至自动旁路状态，若UPS状态指示灯指示旁路状态则可确定UPS已切换至自动旁路状态。③此时再可将外置旁路开关K1打到ON状态。④将外置旁路开关K1打到ON状态后，先将UPS的输出空开K3打到OFF状态，再将UPS的进线开关K2打到OFF状态，此时已将UPS完全脱开系统，由市电直接为DCS负载供电。

4 供电方式改造后的运行情况

现公司DCS和PLC控制系统的UPS供电方式已全部实施改造完成，DCS和PLC等控制系统较改造前运行情况有了很大的改善。实现了控制系统的安全、稳定、长周期运行，保障了化工生产的高负荷稳定生产。其中尿素二、热电8#锅炉的DCS在改造后相继出现了单台UPS故障的情况，不但没有对DCS和生产系统产生任何影响，也实现了不停运控制系统的情况下将故障UPS从系统中甩开，拆卸下来发回厂家维修，保证了生产系统的安全、稳定、长周期运行，达到了改造的目的。

5 总结

总之，DCS和PLC控制系统时时都要对生产过程中的工艺变量(温度、压力、流量、物位、浓度等)进行监测监控，因此DCS和PLC控制系统一旦失电，整个生产装置将会陷入一片混乱，工艺操作人员将无法对生产装置进行控制、操作和监视。轻则造成生产装置停车，重则就会出现爆炸等恶劣事故，造成设备的损坏及人身的伤亡。此外一些像电网波动、谐波污染等状况都会对DCS和PLC控制系统生产较大的影响，为了避免这些情况的出现，就需要不断地对其供电系统进行优化改造，给控制系统提供一个纯净、稳定、不间断的电源系统，从而确保系统运行的稳定性，为企业创造最大的经济效益提供可靠地保证。

TQ050.2，TQ056.22

B

1003-3467(2014)12-0051-02

2014-10-15

索治斌(1977-)，男，工程师，从事仪表控制管理工作，电话:15517208932。