UPS外置维修旁路在自控系统中的应用

2015-01-13皇甫迎波

化工自动化及仪表 2015年11期

皇甫迎波

(河南能源化工集团安化公司，河南安阳 455133)

现代企业对现场生产装置的操作、监视和控制大多采用DCS和PLC系统，为DCS和PLC系统提供安全可靠和高质量的供电电源是保证生产连续运行的关键，而目前大部分企业都是采用在线不间断电源UPS经稳压、整流和滤波后为DCS或PLC系统提供纯净电源。一旦UPS故障就需要进行移机及更换电池等维修措施，这也会直接影响到化工装置的安全稳定运行。为此，采用UPS外置维修旁路，在保证装置不断电的前提下，对故障UPS进行在线检修和更换。

河南能源化工集团安化公司是河南省重要的化肥、精细化工和新材料生产基地，目前装置的DCS和PLC系统投运已经超过三十多套，但是大部分供电系统都只配置了一台UPS电源，整个控制系统仅靠单台UPS供电，其中一部分UPS已经连续运行十几年，UPS和蓄电池都已超过设计使用寿命，出现故障的风险大幅升高，并且部分供电24V电源模块和供电回路也是单套非冗余。而化工厂的空气环境较差，对UPS、24V电源和供电线路的腐蚀比较严重，因此供电系统故障率非常高，近期公司的16台造气炉UPS静态开关故障且有供电线路松脱现象，造成了两次系统停车；九天气化UPS黑屏故障自动切换到旁路，系统开车期间无法检修，对整个生产系统的安稳运行造成了很大隐患。

由于DCS和PLC系统对供电系统要求较高，在目前市电电压极不稳定的情况下，DCS和PLC系统供电均由在线式UPS通过逆变器逆变后实现。一旦UPS故障将自动切换到自动旁路，相当于由市电直接为自控系统供电，并且此时UPS无法从生产系统中脱开检修。而长期直接由电压不稳定的市电为自控系统供电，将会影响控制系统的稳定运行甚至损坏系统卡件，严重威胁自控系统和生产装置的安全稳定运行。

2 UPS外置维修旁路的设计目标

UPS外置维修旁路设计要保证DCS和PLC系统在UPS出现故障时不影响系统正常运行，并且要通过对UPS增加外置旁路开关，在不影响生产和控制系统稳定运行的前提条件下，把故障UPS从系统中甩开并对其进行维护检修；检修维护完毕后，还可以将UPS进行在线投运，保证自控系统的供电安全。

3 改造方案实施

利用系统停车检修的机会对全公司的DCS和PLC系统的UPS供电方式进行优化改造，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、继电器及现场仪表等重要硬件设备的24V(DC)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UPS从生产系统中甩开，从而对UPS进行维护检修。UPS供电改造前后的原理分别如图1、2所示。

图1 原UPS装置供电原理

图2 增加外置维修旁路后的UPS供电原理

使用外置维修旁路UPS投入系统操作步骤：

a. 检查外置维修旁路的空气开关K1～K3、UPS电源主机和控制系统接线正常后，首先把外置旁路开关K1置ON状态，这时由市电通过外置维修旁路直接给DCS负载供电；

b. 然后把UPS进线开关K2置为ON状态，UPS上电后将在自动旁路模式下工作，直接输出交流市电；

c. 用万用表测量UPS输出开关K3空开上下端同相是否有电压存在，若有则表明UPS进线与外置旁路K1取的不是同相市电，需对UPS进线进行调相，注意此时严禁把UPS输出K3开关打到ON状态，否则会烧毁UPS；

d. 若测量UPS输出开关K3空开上下同相无电压压差，则把UPS输出开关K3投置ON状态；

e. 最后将外置旁路开关K1置OFF状态，此时自控系统负载仍可由UPS自动旁路供电；

f. 把UPS由自动旁路模式启动为逆变，给自控系统负载供电。

使用外置维修旁路UPS切除系统的操作步骤：

a. 从系统中切除前，要先检查各空开开关位置(K1 OFF状态，K2 ON状态，K3 ON状态)；

b. UPS故障时会自动切至自动旁路为负载供电，当需要把UPS从系统中切除，首先检查判断UPS是否切至自动旁路，若UPS自动旁路状态指示灯亮，测量空开K3上侧有电压则可确定UPS已切至自动旁路状态；

c. 再将外置旁路开关K1打到ON状态；

d. 然后将UPS输出K3空开打到OFF状态，再将UPS进线开关K2打到OFF状态，此时由市电直接为自控系统供电；

e. 实现UPS供电装置完全脱开自控系统，并进行UPS供电装置的检修维护。

4 运行效果

目前该公司的DCS和PLC系统UPS供电装置已全部改造完毕，改造后尿素合成控制系统和热电锅炉控制系统相继出现了UPS故障，维修人员通过UPS外置维修旁路装置实现了在生产装置不停车、控制系统不断电的情况下将故障UPS从系统中切除，拆卸下来及时进行了检修维护并更换电池。减少了生产系统因自控系统供电问题导致的非计划停车，实现了控制系统的安全稳定长周期运行，保障了化工生产装置的稳定生产，达到了外置维修旁路设计改造的目的。