淺析DCS控制系統(tǒng)的供電技術(shù)

李國(guó)剛+耿杰

摘 要：現(xiàn)今的工業(yè)生產(chǎn)越來(lái)越依賴(lài)于自動(dòng)化，而隨著生產(chǎn)量的不斷增加，自動(dòng)化技術(shù)飛速發(fā)展，如何減輕負(fù)載，使自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠持續(xù)、穩(wěn)定地運(yùn)行已經(jīng)成為急需探討的課題，本文從供電技術(shù)角度進(jìn)行討論，并分析UPS、EVS雙回路以及多回路供電的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：DCS；供電技術(shù)；雙回路；多回路

生產(chǎn)需求量的不斷增加促進(jìn)了自動(dòng)控制技術(shù)的進(jìn)步，在如今的工廠(chǎng)中DCS系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛使用，工廠(chǎng)生產(chǎn)逐漸依賴(lài)于自動(dòng)化技術(shù)，因此一旦DCS系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，將會(huì)給生產(chǎn)造成巨大影響，給工廠(chǎng)帶來(lái)?yè)p失，而對(duì)DCS控制系統(tǒng)最重要的就是供電，供電技術(shù)影響系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。為保證DCS控制系統(tǒng)能持續(xù)、穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)，要提高供電技術(shù)，實(shí)施最優(yōu)方案以確保供電。

1 了解DCS控制系統(tǒng)

DCS是英文（DistributedControlSystem）的縮寫(xiě)，中文名稱(chēng)為分布式控制系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)又稱(chēng)其為集散控制系統(tǒng)。DCS實(shí)際有人機(jī)接口、通訊網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)控制站以及現(xiàn)場(chǎng)儀表閥門(mén)系統(tǒng)四大組成部分，每一部分都需要供電系統(tǒng)的支持。DCS的供電系統(tǒng)極其復(fù)雜，有的需要單獨(dú)供電，有些可以集體供電，而有些部分所需電壓也有所不同，因此如何對(duì)DCS控制系統(tǒng)做到穩(wěn)定、安全供電，采取什么供電方式就是本文即將探討的重要問(wèn)題。

2 DCS控制系統(tǒng)的供電方式

2.1 單回路供電

單回路供電就是使用簡(jiǎn)單的一路電源進(jìn)行供電，有UPS供電和EVS供電兩種方式。單回路供電投資成本小，但缺點(diǎn)就是一旦電源出現(xiàn)故障，就會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

UPS簡(jiǎn)稱(chēng)不間斷供電電源，是一種含有儲(chǔ)能裝置，以逆變器為主要元件，穩(wěn)壓穩(wěn)頻輸出的電源保護(hù)設(shè)備。主要由整流器、蓄電池、逆變器等幾部分組成，它們完成交流轉(zhuǎn)直流、直流再轉(zhuǎn)交流，以及電池的充放電過(guò)程。單路UPS供電，一般就是電氣高壓柜送來(lái)的380VAC直接進(jìn)入U(xiǎn)PS主機(jī)，經(jīng)過(guò)UPS的整流、逆變、電池的充放電，然后由UPS輸出220VAC到負(fù)載。如圖1所示為單路UPS供電的簡(jiǎn)圖。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是當(dāng)使用單路UPS供電時(shí)，普通情況下電氣電經(jīng)過(guò)UPS主機(jī)為電池提供電量存儲(chǔ)，當(dāng)因某種原因電氣電掉電時(shí)，電池會(huì)馬上放儲(chǔ)電量以供系統(tǒng)工作，防止系統(tǒng)癱瘓，這種電池一般可以提供兩個(gè)小時(shí)的電量，而這段時(shí)間是為操作人員留出的，用來(lái)尋找問(wèn)題的源頭并進(jìn)行維修。此時(shí)UPS運(yùn)轉(zhuǎn)得是否正常影響著DCS系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此UPS備用電池的維護(hù)至關(guān)重要。一套UPS成本較高，維護(hù)資本也高，但因?yàn)榫哂邢鄬?duì)穩(wěn)定性，因此常常為要求較高的系統(tǒng)主回路供電。

EVS簡(jiǎn)稱(chēng)穩(wěn)壓電源，單路EVS供電，就是電氣送來(lái)的380VAC三相電經(jīng)過(guò)EVS之后，直接輸出到負(fù)載，一般EVS都有一個(gè)隔離變壓器來(lái)保證輸出穩(wěn)定的220VAC交流電。如圖2所示為單路EVS供電簡(jiǎn)圖。

由于單路EVS不具備儲(chǔ)能功能，因此一旦電氣電掉電，整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，而且電壓的波動(dòng)也會(huì)影響EVS的輸出波動(dòng)，甚至損壞設(shè)備，但一套EVS成本較為低廉，維護(hù)成本小，因此常會(huì)用在不太重要的、即使其產(chǎn)生故障也不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響的系統(tǒng)副回路上。

2.2 雙回路供電

2.2.1 EVS和UPS雙回路切換供電。UPS具有相對(duì)穩(wěn)定性，能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供短時(shí)間供電，具有儲(chǔ)能功能，因此可以被用作要求較高的系統(tǒng)主回路供電，由于定期維護(hù)成本過(guò)高，則可以將一些不太重要的副回路供電替換為更經(jīng)濟(jì)的EVS，如圖3所示，將EVS和UPS輸出至同一電源切換裝置，這樣當(dāng)主回路上的UPS出現(xiàn)故障時(shí)可以迅速跳閘切換至副回路的EVS供電輸出，但這個(gè)切換中間存在時(shí)間差，這個(gè)時(shí)間差一般都以毫秒為單位，不同的DCS所能承受的時(shí)間差不同，因此各個(gè)廠(chǎng)家基本都有自己研制的一套電源切換裝置，以適應(yīng)供電需要。電源切換裝置是維持故障發(fā)生時(shí)DCS系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵，因此需要選擇可靠性高、安全性大的電源切換裝置。

綜上所述，UPS、EVS雙回路切換供電，可以避免單路供電的缺點(diǎn)，但是對(duì)雙回路供電中的電源切換裝置要求比較高，電源切換裝置絕定了整個(gè)DCS的安全性。

2.2.2 二路輸入U(xiǎn)PS，UPS輸出供電。為了克服雙回路供電中電源切換裝置帶來(lái)的技術(shù)困難，我們又想到了UPS不間斷供電的特點(diǎn)，如圖4所示，我們把經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓器輸出的兩路電先接到一個(gè)電源切換裝置，然后由電源切換裝置輸出到UPS，再由UPS的輸出供給負(fù)載。由于UPS的的不間斷供電特點(diǎn)，無(wú)論電源切換裝置如何切換，負(fù)載都可以得到持續(xù)的電源，從而克服了由于電源切換裝置切換時(shí)間差帶來(lái)的問(wèn)題。但是這種設(shè)計(jì)對(duì)UPS的要求將比較高，而且還要定期對(duì)UPS做檢查維護(hù)工作，特別是讓電池放電，最重要的是UPS本身也有一個(gè)切換電路，由此有可能對(duì)DCS供電系統(tǒng)造成影響。

2.2.3 其它雙回路切換供電。雙回路供電雖然可以降低單回路供電帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，但是供電中對(duì)系統(tǒng)造成的影響還是存在的，我們無(wú)法避免由于瞬間斷電帶來(lái)的系統(tǒng)影響，只能把這種風(fēng)險(xiǎn)降到最低，需要綜合考慮。這種模式的供電對(duì)穩(wěn)壓器及電源切換裝置的要求都較高，當(dāng)兩路都跳閘后系統(tǒng)將馬上癱瘓，優(yōu)點(diǎn)是投資成本、維護(hù)成本都相對(duì)小。

對(duì)于DCS上層控制系統(tǒng)的供電，無(wú)論采用單回路還是雙回路，風(fēng)險(xiǎn)都是存在的，只能通過(guò)對(duì)供電設(shè)備選型和供電方案的實(shí)施來(lái)最大限度的降低風(fēng)險(xiǎn)，保證整個(gè)DCS控制系統(tǒng)的正常。

結(jié)束語(yǔ)

工廠(chǎng)生產(chǎn)對(duì)自動(dòng)化技術(shù)依賴(lài)性強(qiáng)，DCS控制系統(tǒng)占據(jù)著極為重要的地位，而供電技術(shù)的成熟與否和DCS的順利工作有極大關(guān)系，但DCS的供電系統(tǒng)非常復(fù)雜，簡(jiǎn)單的單回路雖然投資成本較低，但一旦停止運(yùn)轉(zhuǎn)而沒(méi)有替代運(yùn)行的備用電源，會(huì)造成整體停止運(yùn)轉(zhuǎn)。一個(gè)穩(wěn)定、可靠的供電系統(tǒng)才能保證DCS穩(wěn)定運(yùn)行，雙回路以及多回路供電模式可以做到這點(diǎn)，電源間的切換保證供電的連續(xù)性，但需要考慮投資成本和后期維護(hù)。多回路供電的技術(shù)難點(diǎn)在電源之間的切換裝置，多數(shù)廠(chǎng)家都擁有自己的電源切換裝置，了解DCS的供電運(yùn)轉(zhuǎn)方式，熟悉自己的電源裝置，以維持DCS系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，是工廠(chǎng)維修人員最重要的工作。

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