DCS集散控制系统供电

摘 要：文章介绍DCS集散控制系统供电，以增强DCS集散控制系统的安全稳定运行能力，为生产提供有力的保证。

关键词：DCS集散控制电源供电；故障；原因分析

1 DCS集散系统交流设备供电方式

目前，DCS集散控制系统在现代工业过程自动化控制中，发挥着越来越重要的作用。DCS系统交流设备供电必须采用UPS供电。对于集控室机柜的风机、照明可采用普通电源供电。UPS必须符合下列指标：

1.1 UPS的质量指标

（1）输入参数。输入电压：三相380V±10%或单相220V±10%；输入频率：50Hz±3Hz。

（2）输出参数应符合。电压：三相四线制380V或220V±10%；频率：50Hz±3Hz；波形失真率：小于5%。

（3）过载能力为150%定电流10s。

（4）后备电池的选择应符合下列规定：a.后备供电时间（即不间断供电时间）：15min-30min；b.充电性能：2h充电至额定容量的80%；c.宜采用密封免维护铅酸电池，也可采用锅镍电池。

（5）UPS应具有故障报警及保护功能，并带报替输出接点。

（6）UPS应具有维护旁路功能。

（7）UPS的平均无故障工作时间（MTBF）不应小于150000h。

1.2 DCS系统供电方式

1.2.1 供电方式

整个系统交流设备供电功能分开，分别由两路独立的UPS电源供电，如图1所示。图1中的虚线框代表供电的负荷设备，这些设备分成冗余的A，B两列，这两列负荷设备分别由两路不同的UPS电源（A路电源和B路电源）供电。该供电方式的优点是单列电源的负荷较小；缺点是一路电源故障时，系统部分设备不能正常工作。例如光盘存储设备只挂在一路电源上，当这路电源故障时，将造成系统的部分功能丧失。启停或检修电源时，须对相应的负荷设备进行事先处理。如果在供电时设备状态不安全，电源的涌流和冲击可能损坏负荷设备，一些企业就出现过类似的问题。

图1

1.2.2 供电方式

整个系统合在一起，由2路互相冗余的电源供电，如图2所示。设备在正常工作时，一路电源供电，另一路电源后备，同时由UPS切换。该供电方式的优点是：当一路电源故障时，整个系统仍能保证正常运行，且不会损失系统的任何一部分功能；电源的启停和检修不影响负荷设备，无须对负荷设备进行处理。缺点是单列电源负荷较大，投资增加。但从DCS设备的投资上讲，由于计算机、服务器和网络设备的价格远远高于电源UPS的价格。因此，供电方式②性价比较高。同时，其使用维护也比较方便。可以对两路供电中的任意一路单独停运进行维护，而不会对设备造成影响；另外，只要供电正常，可以将UPS切换到旁路进行维护，而对负荷没有影响。

图2

权衡以上两种供电方式，第②种关键，在于UPS和切换电路的可靠性，由于是双路供电，因此可靠性更重要地取决于切换电路，切换时间必须小于系统所要求的不断电时间。根据目前电源切换电路的应用情况看，这样的电源切换技术和切换电路已非常成熟，新装置中大多数A/B路电源切换都采用类似的切换技术，可靠性相当高，很少发生电源切换不成功的情况，除非两路电源同时故障，这样的概率本身很低，也可以通过采用完全独立的两路电源进一步降低两路电源同时故障的概率。正是由于电源切换电路集成到了UPS内部，从而简化了接口和电路，可靠性进一步得到了提高。

2 DCS集散系统直流设备的供电方式

DCS系统中有些设备是采用直流供电。例如：横河DCS卡件DI、DO，大多数项目的电磁阀、有毒气体、可燃气器分析仪、安全栅、隔离器等都是采用直流24VDC供电。对于直流供电，直流稳压电源必须符合下列要求：（1）安全等级不低于I级；（2）应具有输出电压上、下线报警及输出电流过电流报警功能；（3）应具有输出过电流或负载短路时的自动保护功能；（4）必须具有负载平衡功能。

2.1 供电方式

整个系统直流设备供电功能分开，即DCS卡件所需24VDC和其它需要24VDC供电设备分开，分别由两组独立的24VDC电源汇流母排供电，如图3所示，采用N+1方式。

图3

这种供电方式，优点是稳压电源中有一台故障，并不影响负载正常工作，而且所有电源负载平衡，供电成本低。缺点是，若有多台稳压电源故障，就无法保证所有负荷正常工作。

2.2 供电方式

整个系统直流设备供电功能分开，即DCS卡件所需24VDC和其它需要24VDC供电设备分开，分别由两组独立的24VDC电源汇流母排供电，如图4所示，采用1：1方式。

图4

这种供电方式，优点是如果24VDC稳压电源中有多台故障，并不影响负载正常工作，而且所有电源负载平衡。缺点是供电成本高。

以上是我在设计DCS系统供电中的一些经验。针对不同项目，在设计DCS系统供电时，既要满足DCS系统要求，又要考虑成本，选用合适供电方式。

参考文献

[1]SH3082-2003T.石油化工仪表供电设计规范[S].

[2]YOKOGAWADCS.安装指导书TI33Q01J10-01E[Z].