南洲水廠UPS電源供電系統(tǒng)優(yōu)化改造

李楠

摘 要：文章首先介紹南洲水廠各PLC子站對UPS運行方式改造原因，然后著重介紹UPS運行方式改造措施及UPS遠程集中監(jiān)控與管理系統(tǒng)的架構，最后總結UPS電源供電系統(tǒng)優(yōu)化改造特點和優(yōu)點，從而確保我廠安全生產(chǎn)。

關鍵詞：UPS；運行方式；遠程集中；監(jiān)控；管理

前言

南洲水廠（設計日供水量100萬噸）的生產(chǎn)自動化綜合監(jiān)控系統(tǒng)是一套集自動控制、網(wǎng)絡通訊、智能決策、在線水質(zhì)檢測等多種技術于一體的綜合監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用“分布控制、集中管理”的設計原則，由信息層、控制層和現(xiàn)場層組成。

1 改造原因

南洲水廠工控網(wǎng)是由深度、送水、污泥、投氯、投氨、投礬、凈水、西海八個PLC子站組成，這些PLC子站肩負著全廠自動化設備監(jiān)測與控制、水質(zhì)數(shù)據(jù)采集與分析等重要任務。此前我廠各PLC子站的電源系統(tǒng)均采用兩路供電方式，其中一路采用UPS單機運行方式，另一路采用市電直接供電方式，主要存在如下問題：（1）由于電網(wǎng)可能存在瞬間斷電、電壓波動或電源諧波等問題，采用市電直接供電的這一路，因未采取相應電源保護措施，已多次造成PLC電源模塊及其他I/O模塊損壞而導致設備停車；而在UPS單機運行方式下的這一路在檢修維護或UPS故障時，PLC只有一路市電供電，存在突然斷電的巨大風險。（2）UPS供電系統(tǒng)的故障多數(shù)發(fā)生在UPS主回路和交流旁路相互切換時，一旦故障發(fā)生，在UPS單機運行方式下，供電會立即中斷，輕則導致設備停車，重則引起事故，造成設備損壞或人員傷害。（3）在UPS故障中，由蓄電池引起的故障也占相當比例，一般表現(xiàn)為失效、鼓脹、漏液及發(fā)熱等。在市電供電正常情況下，蓄電池會長期處于閑置狀態(tài)，為延長使用壽命，需定期對蓄電池進行充放電維護，掌握蓄電池的狀態(tài)，從而保證在突然停電的情況下，蓄電池能正常持久提供后備電源。（4）當市電突然中斷時，值班人員無法及時得到通知，無法實時監(jiān)控UPS當前狀態(tài)及蓄電池的當前電量，從而無法采取相應措施恢復供電或采取應急措施保證生產(chǎn)安全。（5）面對分布于各PLC子站的眾多UPS，常難以及時掌握UPS及蓄電池的日常工作狀態(tài)，這對我廠生產(chǎn)設備實現(xiàn)科學管理帶來巨大的不便。

2 改造措施

2.1 建立UPS遠程集中監(jiān)控與管理系統(tǒng)

在各PLC子站及信息中心機房的UPS上加裝集中監(jiān)控卡，再通過光端機連接RS485數(shù)據(jù)線及光纖，使其形成雛菊鏈結構，并將UPS及蓄電池的運行狀況實時反映到值班室的UPS集中監(jiān)控與管理系統(tǒng)軟件上。該系統(tǒng)主要設備如下：（1）UPS。UPS是由山特電子（深圳）有限公司生產(chǎn)的山特城堡（Castle）系列純在線式UPS，型號有C1K、C1KS、C2K等，輸入功率因數(shù)高達0.98以上，可實現(xiàn)零中斷轉(zhuǎn)換功能，并具有電力凈化功能。（2）蓄電池。蓄電池選用松下密封免維護鉛酸電池，規(guī)格為12V×38Ah，將3個蓄電池串聯(lián)成電池組來使用，其后備時間一般為15～30min。（3）集中監(jiān)控卡。該系列UPS配備一個Intelligent Slot智能插槽，選用Winpower CMC卡，并配合山特專用電源監(jiān)控軟件。（4）光端機。考慮到廠區(qū)面積較大、UPS分布較散、防雷及通信穩(wěn)定性等因素，采用光纖，選擇ASV1000兩路數(shù)據(jù)/音頻光端機，連接各PLC子站的集中監(jiān)控卡。

2.2 遠程集中監(jiān)控與管理軟件

UPS遠程集中監(jiān)控與管理系統(tǒng)使用山特公司提供電源監(jiān)控軟件Winpower來架構，支持網(wǎng)絡（包括局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)）內(nèi)安裝該軟件的計算機對網(wǎng)絡中的UPS進行遠程監(jiān)控和管理。

考慮到我廠八個PLC子站的電源系統(tǒng)均為兩路供電方式，在改造中，采用兩臺UPS分別向兩個PLC電源模塊供電，兩個電源模塊互為冗余；其中每一路UPS也均采用一路UPS和一路市電運行方式，UPS和市電這兩種方式之間可自動或手動相互切換（如圖1、2）。在正常情況下，轉(zhuǎn)換開關SA1處于“UPS”檔位，交流接觸器KM11得電吸合，交流接觸器KM12斷開，UPS1輸出供電；當UPS1輸出故障時，轉(zhuǎn)換開關SA1處于“UPS”檔位，交流接觸器KM11失電，中間繼電器K11失電，交流接觸器KM12得電吸合，自動切換市電直接供電；當UPS2輸出故障或市電斷電時，UPS1控制回路的中間繼電器K21或K22失電，向PLC發(fā)出UPS2這路失電報警信號；當UPS1檢修或維護時，可手動將轉(zhuǎn)換開關SA1旋至“市電”檔位即可。

3 實施效果

（1）八個PLC子站的電源系統(tǒng)均為兩路供電方式。改造后，當任何一路UPS故障或市電失電時，對另一路UPS運行沒有任何影響；當其中一路UPS故障時，這一路將自動切換至市電供電，這為我廠設備安全運行提供可靠的后備電源，也便于日后檢修和維護。在這樣多重保護下，因斷電停機而造成損失的風險降到一個很低的程度。

（2）值班人員可通過Winpower監(jiān)控軟件實時掌握各PLC子站UPS以蓄電池的關鍵數(shù)據(jù)。當線路停電、UPS負載過大、蓄電池電量不足或損壞、UPS通訊中斷等情況出現(xiàn)時，該軟件以圖像和聲音相結合的形式向值班人員報警。報警信息以WINDOWS MESSAGE的形式發(fā)到相關技術人員的電腦，這樣可及時提醒值班人員和技術人員到現(xiàn)場處理，確保生產(chǎn)設備安全運行。

（3）Winpower監(jiān)控軟件具有安全保護機制，可設置系統(tǒng)管理員密碼，只有系統(tǒng)管理員才可獲“完全控制”權限，其它用戶只能查看，防止他人惡意破壞。另外，該軟件還能預先設置，定時（定期）對蓄電池組進行自動充放電檢測，該過程不影響自身輸出電壓的穩(wěn)定性，對PLC電源供電也無任何影響，無需人為干預，保證UPS及蓄電池組的穩(wěn)定運行。

4 結束語

通過此項優(yōu)化改造，我廠不僅建立UPS遠程集中監(jiān)控與管理系統(tǒng)，實現(xiàn)UPS及蓄電池組的信息實時掌握，而且使各PLC子站因UPS故障或市電失電等原因而造成的生產(chǎn)事故可能性降至最低，大大減少經(jīng)濟損失；從長遠來看，蓄電池組由于定期充放電，使用壽命延長，運行穩(wěn)定性也大大提高，節(jié)約運行維護成本。