安 民

(唐山三友集團(tuán)興達(dá)化纖有限公司，河北 唐山 063305)

黏膠短纖維生產(chǎn)是一個(gè)連續(xù)的生產(chǎn)過程，近年來，隨著工藝過程的成熟，其控制系統(tǒng)一般采用DCS集中控制，DCS集中監(jiān)控可以優(yōu)化控制過程，全面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，節(jié)約人力成本，提高控制精度。因?yàn)樵陴つz生產(chǎn)過程中存在黃化工序，如果控制的穩(wěn)定性達(dá)不到，將會出現(xiàn)事故。而其穩(wěn)定性則取決于DCS系統(tǒng)的穩(wěn)定性。DCS系統(tǒng)主要元件為計(jì)算機(jī)控制卡等智能卡件，確保DCS運(yùn)行穩(wěn)定性的一個(gè)必要條件是供電電源必須穩(wěn)定。針對DCS控制系統(tǒng)使用的不間斷電源由于現(xiàn)場的氣體腐蝕，造成UPS故障； 并機(jī)UPS的方案運(yùn)行不穩(wěn)定，故障率高； 沒有絕對旁路設(shè)計(jì)，UPS故障均要斷電處理等問題，本文選擇簡易型UPS，并對控制板進(jìn)行處理，通過優(yōu)化控制柜，設(shè)計(jì)安裝絕對旁路等創(chuàng)新做法，保證了DCS供電穩(wěn)定，其智能卡件不易損壞及黏膠短纖維生產(chǎn)的穩(wěn)定。

1 不間斷電源的配置與存在問題

在化纖行業(yè)的一般設(shè)計(jì)中，DCS控制系統(tǒng)供電電源一般采用智能型UPS供電。在使用UPS[1]對黏膠生產(chǎn)線供電的過程中，大致經(jīng)歷了兩個(gè)階段：即單機(jī)階段與并機(jī)階段。

1.1 單機(jī)階段

第一階段，單機(jī)UPS[1]供電，就是單獨(dú)使用一臺UPS主機(jī)及配套電池柜，對DCS系統(tǒng)供電。使用單機(jī)UPS對DCS系統(tǒng)供電出現(xiàn)的問題是：單機(jī)系統(tǒng)多為電子線路板等卡件組成控制，由于黏膠生產(chǎn)過程產(chǎn)生的H2S氣體對電子設(shè)備[2]的腐蝕性，造成了UPS運(yùn)行的不穩(wěn)定。在運(yùn)行過程中出現(xiàn)UPS本身故障，不能有效切換，不能倒至旁路供電等問題，對DCS控制系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生干擾，造成卡件損壞，生產(chǎn)中斷等問題。而且，單機(jī)UPS[1]的檢修需要將UPS斷電，也就是將生產(chǎn)線控制系統(tǒng)斷電，才能退出檢修。在停電與送電的過程中，有些DCS控制卡件容易損壞，造成了另一個(gè)不穩(wěn)定因素。

1.2 并機(jī)階段

第二階段，采用兩臺UPS并機(jī)[3]運(yùn)行的供電方案。就是使用兩臺UPS 并聯(lián)為負(fù)載供電，此方案投資大，占地面積大。通過實(shí)踐檢驗(yàn)，此方案在運(yùn)行中，由于通訊問題，及控制卡件[2]的腐蝕問題，造成兩臺UPS在切換過程中出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，而且，將故障的一臺UPS[1]主機(jī)從系統(tǒng)中切除也不能實(shí)現(xiàn)。綜合以上實(shí)踐總結(jié)，單純依靠UPS不能實(shí)現(xiàn)對黏膠生產(chǎn)線DCS控制系統(tǒng)的可靠供電。

2 創(chuàng)新與優(yōu)化方案

通過生產(chǎn)實(shí)踐的總結(jié)與試驗(yàn)，我們對UPS供電電源進(jìn)行了優(yōu)化與改進(jìn)，解決供電不可靠問題。優(yōu)化方案消除了市電[3]故障、UPS故障造成的供電[3]波動(dòng)；消除了不能在線退出或投入U(xiǎn)PS主機(jī)[1]的問題，從而保證黏膠生產(chǎn)線的穩(wěn)定運(yùn)行。

采用控制簡單的UPS主機(jī)[1]替代結(jié)構(gòu)復(fù)雜的UPS主機(jī)，盡量減少電子線路板的數(shù)量。由于簡易UPS內(nèi)部控制板較少，運(yùn)行穩(wěn)定性提高；而且，我們對線路板進(jìn)行了防腐蝕的噴涂處理[2]，提高了運(yùn)行穩(wěn)定性；增加雙電源[3]切換裝置，增加手動(dòng)絕對旁路裝置。改進(jìn)后的不間斷電源裝置系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 不間斷電源裝置系統(tǒng)框圖

不間斷電源由三部分組成：(1) 電池柜；(2)控制柜；(3)UPS主機(jī)。電池柜采用1 400 mm×800 mm×600 mm柜型，根據(jù)負(fù)荷情況，內(nèi)部配置共32塊蓄電池，單塊蓄電池的容量為38 AH，電壓為12 V，內(nèi)部接線為16塊電池為一組串聯(lián)，得到196 V，38 AH[1]的容量，最后將兩組并聯(lián)，得到196 V，76 AH的容量，作為UPS的備用電源，其原理圖如圖2所示。即將16塊12 V，38 AH的電池串聯(lián)后，再將兩組并聯(lián)。

圖2 電池連接原理圖

控制柜同樣采用1 400 mm×800 mm×600 mm柜型，圖1中為控制柜的布置示意圖，其原理圖如圖3所示。

圖3 不間斷電源裝置的原理圖

雙電源切換裝置[3]輸入兩路市電，兩路電源可以自動(dòng)切換[3]，即正常時(shí)使用主路電源，當(dāng)主路電源失電[3]，切換裝置自動(dòng)將電源切換至備用電源，切換過程中負(fù)載電源由UPS逆變電池電源[1]提供。當(dāng)主路電源恢復(fù)，自動(dòng)切換裝置將供電電源又切換至主供電源，切換過程中，負(fù)載電源由UPS逆變[1]電池電源提供?？刂乒駜?nèi)的切換部分由QF1、QF2、QF3、QF4 四臺斷路器組成，從原理圖圖3可以知道，QF1與雙電源切換裝置及UPS相連，其作用是為UPS供交流電源； QF2斷路器與雙電源切換裝置及輸出負(fù)載相連，其作用為絕對旁路切換，即當(dāng)UPS故障時(shí)，通過QF2的操作，可以無擾退出UPS主機(jī)進(jìn)行檢修； QF3與UPS及負(fù)載相連接，其作用是為負(fù)載母線供電； QF4與電池組及UPS相連，其作用是電池聯(lián)絡(luò)開關(guān)。電源輸出部分由QF5、QF6組成，QF5、QF6與QF3及負(fù)載相連，其主要作用是為負(fù)載[2]提供電源。

3 實(shí)踐應(yīng)用

實(shí)際使用中，在原液車間的DCS控制系統(tǒng)，我們安裝使用了本套裝置，其原理圖如圖3所示，工作過程為：正常情況下，主路電源及旁路電源均有電，且兩路電源來自不同的配電室或同一配電室的不同母線段。此時(shí)，雙電源切換裝置自動(dòng)運(yùn)行在主路電源供電。此時(shí)，合上QF4[3]開關(guān)，將電池組投入運(yùn)行，合上QF1[3](注意此時(shí)QF2、QF3、QF5、QF6均在斷開位置)，UPS得電，然后按下UPS啟動(dòng)鍵，UPS開始啟動(dòng)，對外有電壓輸出。合上QF3[3]為輸出母線送電，合上QF5、QF6分別為DCS負(fù)載送電。

UPS故障狀態(tài)下的切換：當(dāng)UPS故障時(shí)，UPS主機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)入自己機(jī)器內(nèi)部的旁路供電，并發(fā)出報(bào)警音及指示閃爍，此時(shí)，我們合上QF2，將市電與UPS旁路電源并聯(lián)運(yùn)行。確認(rèn)并列后，斷開QF1、QF3、QF4開關(guān)，將UPS從系統(tǒng)中退出，在不對DCS負(fù)載停電的情況下，退出了故障UPS主機(jī)進(jìn)行維修。當(dāng)主機(jī)維修完畢，準(zhǔn)備投入運(yùn)行，其操作為合上QF1、QF4開關(guān)，不啟動(dòng)UPS，使用其機(jī)器內(nèi)部的旁路電源對負(fù)載送電，合上QF2絕對旁路開關(guān)，使UPS機(jī)器內(nèi)部的旁路電源與市電絕對旁路并聯(lián)，并聯(lián)后，斷開絕對旁路電源QF2開關(guān)，退出絕對[1]旁路電源，然后啟動(dòng)UPS[1]，使用UPS電源正常對DCS負(fù)載供電。

市電[3]故障下的切換：當(dāng)主路電源故障失電，雙電源切換裝置切斷主路電源，準(zhǔn)備轉(zhuǎn)到備用電源，轉(zhuǎn)換過程中交流電[3]要失電，此時(shí)UPS電源自動(dòng)轉(zhuǎn)為電池組逆變對負(fù)載供電，當(dāng)轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)到備用電源后，UPS又自動(dòng)轉(zhuǎn)到市電整流逆變[3]輸出電源，開始正常工作。

4 結(jié)語

與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)化后的不間斷電源系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于:使用簡易UPS主機(jī)代替控制復(fù)雜的UPS主機(jī)，使運(yùn)行更穩(wěn)定、可靠； 增加雙電源自動(dòng)切換裝置，確保對UPS供電可靠。從而為UPS的穩(wěn)定輸出提供保證； 增加絕對旁路設(shè)計(jì)，當(dāng)UPS故障時(shí)，可以無擾退出或投入U(xiǎn)PS主機(jī)； 可以對輸出電壓調(diào)壓，適應(yīng)較長距離供電；對UPS主機(jī)控制板進(jìn)行防腐蝕噴涂，提高運(yùn)行穩(wěn)定性。通過幾次電網(wǎng)波動(dòng)[3]的檢驗(yàn)，不間斷電源裝置切實(shí)起到了作用，從而避免了工藝控制波動(dòng)，避免了DCS智能卡件的損壞。

[1] 山特電子(深圳)有限公司.山特CASTLE 系列[C6K(S)C10K(S)]使用手冊[Z].2008-2009.

[2] 北京ABB電氣傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司.低壓交流傳動(dòng) ACS510-01 變頻器(1.1-160kW) 用戶手冊[Z].2009.

[3] 劉介才.工廠供電[M].第2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社出版，1991.