索治斌，董仲喜

(河南能源化工集團(tuán)安化公司，河南安陽(yáng) 455133)

自動(dòng)控制系統(tǒng)供電裝置優(yōu)化方式總結(jié)

索治斌，董仲喜

(河南能源化工集團(tuán)安化公司，河南安陽(yáng) 455133)

詳細(xì)介紹了公司在DCS、PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)中的供電裝置UPS出現(xiàn)故障后，如何能夠在不切斷總供電電源的情況下，進(jìn)行UPS的在線斷電維修，從而能夠保證自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，確保生產(chǎn)系統(tǒng)的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

集散控制系統(tǒng);可編程邏輯控制器;不間斷供電電源;電源;空開(kāi)

0 前言

河南能源化工集團(tuán)安化公司目前主要產(chǎn)品年生產(chǎn)能力為合成氨32萬(wàn)t、尿素47萬(wàn)t、甲醇8.5萬(wàn)t、甲胺/DMF 16萬(wàn)t、復(fù)合肥20萬(wàn)t、乙二醇20萬(wàn)t、瓶級(jí)聚酯30萬(wàn)t，其工藝操作全部采用DCS和PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。為了提高DCS和PLC控制系統(tǒng)的可靠性，其自控系統(tǒng)的供電方式采用了不間斷電源裝置——UPS(Uninterruptible Power Supply)。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生任何異常狀況時(shí)，它能夠確保計(jì)算機(jī)等重要負(fù)載在一定時(shí)間內(nèi)仍然保持正常工作，有效地抵御因電網(wǎng)擾動(dòng)引起的數(shù)據(jù)丟失、生產(chǎn)過(guò)程失控等危險(xiǎn)。因此UPS供電裝置可為DCS和PLC等控制系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源，為工藝操作人員進(jìn)行裝置應(yīng)急停車(chē)贏得了時(shí)間，可以有效地避免生產(chǎn)裝置的非計(jì)劃停車(chē)。

1 控制系統(tǒng)供電方式改造背景

目前，安化公司DCS和PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)超過(guò)30套，但是大部分自控系統(tǒng)的供電系統(tǒng)裝置都只配置了一臺(tái)UPS電源，整個(gè)控制系統(tǒng)都只靠單臺(tái)UPS進(jìn)行供電，其中老系統(tǒng)的一部分UPS供電裝置已經(jīng)連續(xù)運(yùn)行十幾年，不管是UPS還是蓄電池都已經(jīng)超出了它的設(shè)計(jì)使用壽命，出現(xiàn)故障的風(fēng)險(xiǎn)大幅升高，并且部分供電24 V電源和供電線路也是單套配置，而非冗余，由于空氣環(huán)境質(zhì)量較差，故對(duì)UPS、24 V電源以及供電線路的腐蝕都較嚴(yán)重，所以供電系統(tǒng)故障率非常高，近期公司就發(fā)生了新造氣16臺(tái)爐UPS靜態(tài)開(kāi)關(guān)故障和供電線路松脫等現(xiàn)象，造成了兩次系統(tǒng)停車(chē)，影響了后續(xù)工藝的生產(chǎn)，給公司造成了經(jīng)濟(jì)損失;此外，氣化DCS控制系統(tǒng)出現(xiàn)的UPS開(kāi)關(guān)板故障自動(dòng)切換到旁路這一故障問(wèn)題，在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)給整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)造成了很大隱患。

另外，DCS和PLC控制系統(tǒng)對(duì)供電系統(tǒng)裝置要求也較高，目前DCS和PLC控制系統(tǒng)的供電均由在線式UPS通過(guò)逆變器逆變后為自控系統(tǒng)供電。一旦UPS供電系統(tǒng)裝置出現(xiàn)故障將會(huì)自動(dòng)切換到自動(dòng)旁路狀態(tài)，相當(dāng)于由市電直接為自控系統(tǒng)供電，并且此時(shí)UPS供電系統(tǒng)裝置無(wú)法從生產(chǎn)系統(tǒng)中脫開(kāi)檢修。而長(zhǎng)期由市電給DCS和PLC控制系統(tǒng)供電，一旦電網(wǎng)出現(xiàn)波動(dòng)或晃電現(xiàn)象等干擾會(huì)造成DCS或PLC控制系統(tǒng)中控制卡件的損壞，嚴(yán)重威脅著DCS和PLC控制系統(tǒng)及生產(chǎn)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 UPS供電方式改造目標(biāo)

UPS供電方式的改造目標(biāo)是要在改造后解決DCS和PLC控制系統(tǒng)供電由單路不冗余供電改為雙UPS雙路供電，任意一臺(tái)UPS出現(xiàn)故障時(shí)不會(huì)影響控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，并且要通過(guò)對(duì)每臺(tái)UPS增加外置旁路開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)在不影響生產(chǎn)和控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的情況下把故障的UPS從系統(tǒng)中甩開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)在不影響生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行的情況下對(duì)UPS進(jìn)行維護(hù)檢修，修理完畢后，也可以將UPS進(jìn)行在線投運(yùn)，保證DCS控制系統(tǒng)的雙冗余供電。

3 供電方式改造實(shí)施具體方案和措施

利用系統(tǒng)停車(chē)檢修機(jī)會(huì)對(duì)全公司的DCS及PLC控制系統(tǒng)的UPS供電方式進(jìn)行改造優(yōu)化，將每套控制系統(tǒng)增設(shè)為兩套UPS進(jìn)行供電，并將控制系統(tǒng)中的主控制器、冗余I/O卡件、繼電器、現(xiàn)場(chǎng)儀表等重要硬件設(shè)備的24VDC供電電源全部改為冗余配置，并增加冗余模塊，操作站的供電由兩臺(tái)UPS各負(fù)責(zé)一半，最終將供電系統(tǒng)改為雙路冗余供電且兩路供電系統(tǒng)完全隔離。在UPS的供電輸入和輸出線路中分別加裝外置旁路開(kāi)關(guān)，保證在UPS出現(xiàn)故障時(shí)能夠在不影響生產(chǎn)運(yùn)行的情況下把故障的UPS從生產(chǎn)系統(tǒng)中甩開(kāi)，從而對(duì)UPS進(jìn)行維護(hù)檢修，其改造前、后的原理圖如圖1、圖2所示。

圖1 改造前UPS供電原理圖

圖2 改造后的UPS供電原理圖

UPS供電方式改造投入系統(tǒng)步驟:①檢查各開(kāi)關(guān)接線及UPS、DCS接線正常后，首先把外置旁路開(kāi)關(guān)K1置于ON的狀態(tài)，這時(shí)由市電通過(guò)外置旁路直接給DCS負(fù)載供電。②其次把UPS的進(jìn)線開(kāi)關(guān)K2置為ON的狀態(tài)，這時(shí)UPS上電會(huì)自動(dòng)切換到旁路模式狀態(tài)，直接輸出交流市電。③用萬(wàn)用表測(cè)量UPS的輸出開(kāi)關(guān)K3空開(kāi)上下兩端的同相是否有電壓差存在，若有電壓差則表明UPS的進(jìn)線與外置旁路開(kāi)關(guān)K1取的不是同相電，需對(duì)UPS的進(jìn)線進(jìn)行調(diào)整。此時(shí)嚴(yán)禁把UPS的輸出開(kāi)關(guān)K3打到ON的狀態(tài)，否則將會(huì)導(dǎo)致UPS的燒毀。④若測(cè)量UPS的輸出開(kāi)關(guān)K3空開(kāi)上下同相無(wú)電壓差，則把UPS的輸出開(kāi)關(guān)K3投至ON的狀態(tài)。⑤此時(shí)將外置旁路開(kāi)關(guān)K置于OFF的狀態(tài)，這時(shí)DCS負(fù)載仍然為由UPS自動(dòng)旁路供電，最后把UPS由自動(dòng)旁路模式啟動(dòng)為逆變模式為DCS負(fù)載供電。

UPS從系統(tǒng)中切除步驟:①?gòu)南到y(tǒng)中切除UPS前仍然先要檢查各空開(kāi)的開(kāi)關(guān)位置，其開(kāi)關(guān)位置狀態(tài)應(yīng)為:外置旁路開(kāi)關(guān)K1為OFF狀態(tài)，UPS的進(jìn)線開(kāi)關(guān)K2為ON狀態(tài)，UPS的輸出開(kāi)關(guān)K3為ON狀態(tài)。②UPS故障時(shí)會(huì)自動(dòng)切換至自動(dòng)旁路狀態(tài)為負(fù)載供電，此時(shí)若需要把UPS從系統(tǒng)中切除，首先應(yīng)檢查判斷UPS是否切至自動(dòng)旁路狀態(tài)，若UPS狀態(tài)指示燈指示旁路狀態(tài)則可確定UPS已切換至自動(dòng)旁路狀態(tài)。③此時(shí)再可將外置旁路開(kāi)關(guān)K1打到ON狀態(tài)。④將外置旁路開(kāi)關(guān)K1打到ON狀態(tài)后，先將UPS的輸出空開(kāi)K3打到OFF狀態(tài)，再將UPS的進(jìn)線開(kāi)關(guān)K2打到OFF狀態(tài)，此時(shí)已將UPS完全脫開(kāi)系統(tǒng)，由市電直接為DCS負(fù)載供電。

4 供電方式改造后的運(yùn)行情況

現(xiàn)公司DCS和PLC控制系統(tǒng)的UPS供電方式已全部實(shí)施改造完成，DCS和PLC等控制系統(tǒng)較改造前運(yùn)行情況有了很大的改善。實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行，保障了化工生產(chǎn)的高負(fù)荷穩(wěn)定生產(chǎn)。其中尿素二、熱電8#鍋爐的DCS在改造后相繼出現(xiàn)了單臺(tái)UPS故障的情況，不但沒(méi)有對(duì)DCS和生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生任何影響，也實(shí)現(xiàn)了不停運(yùn)控制系統(tǒng)的情況下將故障UPS從系統(tǒng)中甩開(kāi)，拆卸下來(lái)發(fā)回廠家維修，保證了生產(chǎn)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行，達(dá)到了改造的目的。

5 總結(jié)

總之，DCS和PLC控制系統(tǒng)時(shí)時(shí)都要對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的工藝變量(溫度、壓力、流量、物位、濃度等)進(jìn)行監(jiān)測(cè)監(jiān)控，因此DCS和PLC控制系統(tǒng)一旦失電，整個(gè)生產(chǎn)裝置將會(huì)陷入一片混亂，工藝操作人員將無(wú)法對(duì)生產(chǎn)裝置進(jìn)行控制、操作和監(jiān)視。輕則造成生產(chǎn)裝置停車(chē)，重則就會(huì)出現(xiàn)爆炸等惡劣事故，造成設(shè)備的損壞及人身的傷亡。此外一些像電網(wǎng)波動(dòng)、諧波污染等狀況都會(huì)對(duì)DCS和PLC控制系統(tǒng)生產(chǎn)較大的影響，為了避免這些情況的出現(xiàn)，就需要不斷地對(duì)其供電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，給控制系統(tǒng)提供一個(gè)純凈、穩(wěn)定、不間斷的電源系統(tǒng)，從而確保系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，為企業(yè)創(chuàng)造最大的經(jīng)濟(jì)效益提供可靠地保證。

TQ050.2，TQ056.22

B

1003-3467(2014)12-0051-02

2014-10-15

索治斌(1977-)，男，工程師，從事儀表控制管理工作，電話:15517208932。