浅谈UPS电源在DCS系统中的应用

在现代化的企业中对现场生产的操作、监视、控制大多都采用DCS控制系统，如何向DCS系统提供安全可靠、高质量的电源就显得非常重要。UPS即不间断电源，是一种含有储能装置，以整流器、逆变器为主要组成部分的稳压稳频的交流电源。对确保企业生产的安全、稳定、连续、可靠运行起着至关重要的作用。

UPS的主要作用就是针对电网干扰，可归纳为四个方面：

（1）双路电源之间的无间断相互切换。

（2）隔离作用：将瞬间间断、谐波、电压波动、频率波动以及电压噪声等电网干扰阻挡在负载之前。

（3）电压变换作用、频率变换作用。

（4）提供一定的后备时间：UPS带有电池，储存一定的能量，一方面在电网停电或发生间断时继续供电一段时间来保护负载；另一方面在UPS的整流器发生故障时使用户有时间来保护负载。

UPS系统的运行模式可分为：正常供电模式、旁路模式、电池模式和维修模式。其工作原理：将供电质量较差的厂用电源首先经整流装置变换成直流电源，一路经充电模块向蓄电池充电，另一路通过逆变装置重新将直流电源变成纯正的高质量的正弦波电源向负载供电。当交流工作电源消失或整流装置等元器件故障时，由蓄电池组经电池开关向逆变装置供电。当逆变装置故障输出电压异常或过载时，则切换到自动旁路开关由厂用电直接向负载供电。UPS还提供手动维修开关，用于UPS因维护而需要关机时，由维修旁路电源通过手动维修开关直接给重要负载供电。

我单位采用的DCS系统有霍尼韦尔PKS、横河CS3000、ABB等系统来实现对生产装置的工艺操作、监视、自动控制、联锁保护、数据采集和生产管理。为了保证DCS控制系统长期安全稳定运行，使用了德国艾默生生产的UPS，并根据生产实际情况，采用了双交流电进单UPS供电方式和双交流进双UPS并机供电方式，来为DCS系统提供可靠供电。

一、 双交流进线单UPS接线

双交流电进线单UPS供电接线，正常情况下由电气一段交流电输入与电气二段交流输入同时进入双电源切换装置向UPS供电，当电气一段交流输入有故障时，由双电源切换装置自动切换到电气二段交流输入向UPS供电。UPS正常工作状态下，按“电气一段交流电输入—整流—逆变—负载”的运行方式工作；当整流器模块有故障时，按“蓄电池—逆变—负载”的运行方式工作；当蓄电池放电完毕以后自动切换到由自动旁路开关向负载直接供交流电；当逆变器模块有故障时，按“电气一段交流电输入—自动旁路开关—负载”的运行方式直接向负载供厂用电；当UPS有严重的故障需维修或更换时，按“电气一段交流电输入—手动维修旁路开关”的运行方式向负载供厂用电，这时UPS被短接，可以交出检修或更换，而不影响负载的正常供电。

二、双交流进线双UPS并机供电方

双交流电进双UPS并机供电方式，正常情况下由电气一段交流电输入与电气二段交流输入同时进入双电源切换装置分别向两台UPS供电，。在双UPS并机系统正常运行时，两台UPS对DCS系统电源冗余板供电，来实现DCS系统供电回路的冗余，当电气一段交流输入有故障时，由双电源切换装置自动切换到电气二段交流输入向UPS供电。当一台UPS发生故障时，则由另一台UPS来实现对DCS系统的供电。这种并机双UPS系统的平均无故障时间是单机系统的4-5倍，从而大大提高了系统的稳定性、可靠性。

三、UPS使用注意事项

1.UPS在选配上要留一定余量。即用户的负载量占UPS输出功率的60%～70%为宜

2.市电输入零、火线上需安装双极联动断路器，以便紧急情况时能迅速切断电源。

3.正确的开机关机顺序应该是先打开UPS给它供电，然后再打开各个负载，这样可以避免启动时瞬间的电流冲击给UPS造成的损害，在关机时的顺序正好相反应该先关闭各个负载最后关闭UPS。在市电中断由UPS供电时，应该尽量减小UPS所带负荷，并对生产操作系统做好停车准备。

4.UPS运行过程中的温度控制，因使UPS运行过程中温度范围控制在20℃～25℃内，以延长UPS蓄电池的使用寿命。

5.外接电池组至UPS的距离尽量短，导线的截面积应尽量大，以增大导线的导电量，减少线路上的电能损耗，尤其是大电流工作时，线路上的损耗更不可忽视。

6.每半年对UPS电源除尘，对于预防UPS内部灰尘堆积、防治UPS电源故障，保障DCS系统供电安全，有着十分重要的意义

四、UPS的日常维护及一般故障处理

1.日常维护

1.1每天查看UPS操作显示屏，确认UPS电源的运行状态模拟指示灯是否在正常运行状态，在UPS电源的显示屏查看电池的浮充电压、UPS的输出电压、电流，并作好记录，与以前数据进行比较，如数据变化比较大，则应及时查明原因。

1.2用耳听UPS电源是否有异常响动，主要是功率模块及隔离输出变压器的冷却风扇，以及变压器是否有异常的震动声音。

1.3检查UPS周围无任何东西妨碍前、后、侧面板及机箱底部的通风，定期清洁UPS，确保电源风扇运行正常，排风口有无堵塞现象，确认有风从UPS后面板出风口吹出。

2.一般故障处理

当UPS电源出现报警时，首先应看清显示面板上的状态指示灯及液晶显示屏的提示。UPS具有自诊断功能，一旦出现故障会通过状态指示灯、液晶显示屏提供故障类型、故障时间等信息。根据不同的故障类型进行进行相应的处理。UPS运行过程中，经常出现以下几种故障。

2.1交流电故障，也就是交流输入停电或出现大范围的波动，UPS出现该告警时，同时出现电池放电告警信息，此时UPS面板状态指示灯的交流输入灯熄灭，电池放电灯亮。处理办法首先要确定是否交流厂用电故障，检查UPS输入开关是否跳闸、保险是否熔断。如确为厂用电故障，在不知道恢复时间的情况下，把不重要的负载切除，以保证重要负载的不间断供电。

2.2逆变器故障，出现该报警的同时，出现自动旁路开关带载告警，首先确认在面板上是否同时出现逆变器超载报警，如有，查看液晶显示屏上的输出电流，如超过额定电流，则关闭不重要的负荷，直到输出电流小于额定输出电流，然后按复位键消除报警后，重新启动逆变器并输出。如没有超载报警信号，说明逆变器不是因为冲击电流而保护关闭，而是IGBT器件或驱动控制有故障，应及时通知厂家进行维修。

2.3旁路失效，出现该报警信号时，一般应同时出现逆变器不同步报警信号。这表明输入的厂用电的电压、频率超出设定范围，但满足整流器要求，这时逆变器自起振，不再跟踪旁路。这时不能再起动大容量负荷，以免冲击逆变器。

2.4蓄电池电压偏低，出现该报警信号时，应首先检查充电电路输入输出电压是否正常，若输入充电电路正常，输出不正常，断开蓄电池再测，若仍不正常则为充电电路故障； 若断开蓄电池后充电电路输入、输出均正常，则说明蓄电池已因长期未充电、过放或已到寿命期等原因而损坏需更换。

UPS不间断电源在DCS系统中起着至关重要的作用，只要选型及电源配置合理，日常维护和保养做到位，做到防患于未然，就可以使UPS运行稳定、可靠，从而向DCS系统提供安全、可靠、高质量地供电，确保生产系统稳定运行。