南洲水厂UPS电源供电系统优化改造

李楠

摘 要：文章首先介绍南洲水厂各PLC子站对UPS运行方式改造原因，然后着重介绍UPS运行方式改造措施及UPS远程集中监控与管理系统的架构，最后总结UPS电源供电系统优化改造特点和优点，从而确保我厂安全生产。

关键词：UPS；运行方式；远程集中；监控；管理

前言

南洲水厂（设计日供水量100万吨）的生产自动化综合监控系统是一套集自动控制、网络通讯、智能决策、在线水质检测等多种技术于一体的综合监控系统。该系统采用“分布控制、集中管理”的设计原则，由信息层、控制层和现场层组成。

1 改造原因

南洲水厂工控网是由深度、送水、污泥、投氯、投氨、投矾、净水、西海八个PLC子站组成，这些PLC子站肩负着全厂自动化设备监测与控制、水质数据采集与分析等重要任务。此前我厂各PLC子站的电源系统均采用两路供电方式，其中一路采用UPS单机运行方式，另一路采用市电直接供电方式，主要存在如下问题：（1）由于电网可能存在瞬间断电、电压波动或电源谐波等问题，采用市电直接供电的这一路，因未采取相应电源保护措施，已多次造成PLC电源模块及其他I/O模块损坏而导致设备停车；而在UPS单机运行方式下的这一路在检修维护或UPS故障时，PLC只有一路市电供电，存在突然断电的巨大风险。（2）UPS供电系统的故障多数发生在UPS主回路和交流旁路相互切换时，一旦故障发生，在UPS单机运行方式下，供电会立即中断，轻则导致设备停车，重则引起事故，造成设备损坏或人员伤害。（3）在UPS故障中，由蓄电池引起的故障也占相当比例，一般表现为失效、鼓胀、漏液及发热等。在市电供电正常情况下，蓄电池会长期处于闲置状态，为延长使用寿命，需定期对蓄电池进行充放电维护，掌握蓄电池的状态，从而保证在突然停电的情况下，蓄电池能正常持久提供后备电源。（4）当市电突然中断时，值班人员无法及时得到通知，无法实时监控UPS当前状态及蓄电池的当前电量，从而无法采取相应措施恢复供电或采取应急措施保证生产安全。（5）面对分布于各PLC子站的众多UPS，常难以及时掌握UPS及蓄电池的日常工作状态，这对我厂生产设备实现科学管理带来巨大的不便。

2 改造措施

2.1 建立UPS远程集中监控与管理系统

在各PLC子站及信息中心机房的UPS上加装集中监控卡，再通过光端机连接RS485数据线及光纤，使其形成雏菊链结构，并将UPS及蓄电池的运行状况实时反映到值班室的UPS集中监控与管理系统软件上。该系统主要设备如下：（1）UPS。UPS是由山特电子（深圳）有限公司生产的山特城堡（Castle）系列纯在线式UPS，型号有C1K、C1KS、C2K等，输入功率因数高达0.98以上，可实现零中断转换功能，并具有电力净化功能。（2）蓄电池。蓄电池选用松下密封免维护铅酸电池，规格为12V×38Ah，将3个蓄电池串联成电池组来使用，其后备时间一般为15～30min。（3）集中监控卡。该系列UPS配备一个Intelligent Slot智能插槽，选用Winpower CMC卡，并配合山特专用电源监控软件。（4）光端机。考虑到厂区面积较大、UPS分布较散、防雷及通信稳定性等因素，采用光纤，选择ASV1000两路数据/音频光端机，连接各PLC子站的集中监控卡。

2.2 远程集中监控与管理软件

UPS远程集中监控与管理系统使用山特公司提供电源监控软件Winpower来架构，支持网络（包括局域网和互联网）内安装该软件的计算机对网络中的UPS进行远程监控和管理。

考虑到我厂八个PLC子站的电源系统均为两路供电方式，在改造中，采用两台UPS分别向两个PLC电源模块供电，两个电源模块互为冗余；其中每一路UPS也均采用一路UPS和一路市电运行方式，UPS和市电这两种方式之间可自动或手动相互切换（如图1、2）。在正常情况下，转换开关SA1处于“UPS”档位，交流接触器KM11得电吸合，交流接触器KM12断开，UPS1输出供电；当UPS1输出故障时，转换开关SA1处于“UPS”档位，交流接触器KM11失电，中间继电器K11失电，交流接触器KM12得电吸合，自动切换市电直接供电；当UPS2输出故障或市电断电时，UPS1控制回路的中间继电器K21或K22失电，向PLC发出UPS2这路失电报警信号；当UPS1检修或维护时，可手动将转换开关SA1旋至“市电”档位即可。

3 实施效果

（1）八个PLC子站的电源系统均为两路供电方式。改造后，当任何一路UPS故障或市电失电时，对另一路UPS运行没有任何影响；当其中一路UPS故障时，这一路将自动切换至市电供电，这为我厂设备安全运行提供可靠的后备电源，也便于日后检修和维护。在这样多重保护下，因断电停机而造成损失的风险降到一个很低的程度。

（2）值班人员可通过Winpower监控软件实时掌握各PLC子站UPS以蓄电池的关键数据。当线路停电、UPS负载过大、蓄电池电量不足或损坏、UPS通讯中断等情况出现时，该软件以图像和声音相结合的形式向值班人员报警。报警信息以WINDOWS MESSAGE的形式发到相关技术人员的电脑，这样可及时提醒值班人员和技术人员到现场处理，确保生产设备安全运行。

（3）Winpower监控软件具有安全保护机制，可设置系统管理员密码，只有系统管理员才可获“完全控制”权限，其它用户只能查看，防止他人恶意破坏。另外，该软件还能预先设置，定时（定期）对蓄电池组进行自动充放电检测，该过程不影响自身输出电压的稳定性，对PLC电源供电也无任何影响，无需人为干预，保证UPS及蓄电池组的稳定运行。

4 结束语

通过此项优化改造，我厂不仅建立UPS远程集中监控与管理系统，实现UPS及蓄电池组的信息实时掌握，而且使各PLC子站因UPS故障或市电失电等原因而造成的生产事故可能性降至最低，大大减少经济损失；从长远来看，蓄电池组由于定期充放电，使用寿命延长，运行稳定性也大大提高，节约运行维护成本。