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在钢铁企业控制系统中如何选择UPS

21ic 中国河北邯郸钢铁集团 梁景涛?? 2011年02月28日 ?? 收藏0

  1? 引言

  在信息产业中,由于通讯、计算机以及相关控制领域技术的相互渗透、相互兼容、相互融合而形成的数字控制网络,和大量的用户终端/服务器型局域网正被越来越多的企业、银行和证券交易所等用户所采用,UPS作为计算机重要的外围设备,正越来越受到人们的重视。

  凡是由于电源的原因造成的负载(设备乃至整个网络控制系统)发生程序错误、数据丢失、设备故障甚至损坏的,都应该归结为电源故障。这些故障包括电网过压、欠压,瞬间跌落,失压及停电;由于用电环境和传输系统造成的各种干扰;由于自然环境(主要是雷电等)造成的干扰和设备的损坏等。

  可以这样认为,只是保证不停电供电这一功能,仅仅是解决了所有电源故障中很少一部分。为了全面解决电源故障问题,现在的UPS,特别是中大型UPS,已经不仅仅是一台电网停电后可以继续向负载供电的整机产品,而是应该成为一个小型的,或者说局部的高可靠性、性能齐全、高度智能化的供电中心。

  邯郸集团现有数台数控机床和部分工控机,内部为PLC控制系统,由于主要设备均为进口,而且参数均为事先初始化过,一旦开机,将不能停止,如何利用其网络环境,为上述设备提供一个良好可靠的电源环境,同时又有强大的电源系统管理监控是这个方案的核心问题。下面结合具体应用谈谈如何为控制系统网络选配UPS。

  2? UPS选用准则

  在钢铁企业中所选用的UPS不仅应向处于运行中的各种关键设备(PLC,交换机等)的硬件本身供电,而且还应向其软件提供绝对安全和可靠的保护。这就意味着用户所选用的UPS应该是可配置相应电源监控软件,SNMP(网络管理协议)适配器的智能化UPS。台达UPS就可以向用户提供跨平台操作系统和网管功能的监控软件,它允许用户在TCP/IP网络环境下,执行UPS与网络管理平台之间的监控和数据通讯操作,而不管用户的操作系统是UNIX,NOVELL,还是WINDOWS。

  由于后备式和在线互动式UPS在应用上的局限性,所以我们只对在线式机型作一个规划。

  考虑到电气控制系统在钢铁企业中的重要性,在选用UPS时有如下准则:

  1)根据负载设备的摆放位置,选用大容量的UPS集中供电方案,其原因是

  •   单台容量较大的UPS的故障率较低;
  •   UPS每kVA的价格,随着UPS容量的增大而下降;
  •   选用单台大容量UPS时,有利于用户更经济合理地使用蓄电池。

  2)根据用户的不同配电系统选用不同机型的UPS,以适应用户配电系统带载能力的要求。

  3)由于大部分钢铁业的供电电源波动较大,选用允许市电电源波动范围大的UPS,可以更好地适应恶劣的市电供电环境。

  4)选用UPS过载能力强和具有优良抗输出短路能力的机型。只要UPS执行市电交流旁路供电与逆变器供电之间的切换操作,就总是存在着出故障的概率。显然,UPS抗过载能力越强,客观上UPS作上述切换的机会就越少,随之而来的是UPS的故障率越低。

  5)要有配置适当的抗瞬态浪涌抑制器,以便更好地保护控制设备。

  6)选用UPS输出中线对地线电位低的机型,可以获得尽可能高的数据传输速率,降低数据传输的误码率。

  7)根据用户集中监控系统不同级别的要求,组成具有不同网控功能的智能化UPS系统。

  由上所述,我们为主要的PLC控制系统设备选用了2台台达的H系列UPS。为什么要用2台呢?虽然UPS可靠性很高,一般单台UPS的平均无故障时间在100kh以上,但由于供电条件的变化,UPS本身电器装置的老化,个别元器件过早失效等都会引起故障。由于PLC控制系统属于整个设备系统的心脏,为了保证其稳定及高可靠地工作,我们采用了双机热备份,既冗余技术。双机热备份的原理框图如图1所示。

双机热备份

图1? 双机热备份

  将备份机(UPSl)的输出端接至主机(UPS2)的“旁路电源”输入端,而两台UPS的“交流电源”输入端可接至同一市电电源(见图1)。

  •   正常工作时,由主机(UPS2)提供负载电源。
  •   当主机内部出现故障,比如直流电压过低、直流母线过热、逆变器输出电压超出允许范围、逆变器失效、逆变器严重超载等,或者主机由电池供电时,电池电量耗尽,此时UPS2的输出端静态开关会自动切换至旁路,由UPSl的输出提供负载所需电源。
  •   当异常状况消除后,静态开关会自动从旁路(UPSl)转人UPS2的逆变器输出端,此时由主机(UPS2)继续为负载提供电源。
  •   在上述情况发生时,静态开关的切换有严密的电路控制,保证不会在切换时有任何断电情况发生。

  基于上述原理,热备份机的结构可确保负载不会在市电停电时因主机故障而断电,以确保负载不会产生数据丢失、设备损坏、系统崩溃等问题。

  由于控制机房的空间有限,所以选用小体积,高效率的台达H系列UPS非常适用。

  3? 电源管理

  台达UPS都采用了以微处理器为核心,以数字处理技术为主的技术方案。利用UPS上提供RS232等通讯接口,就可以利用传输电缆直接与PC/服务器上的相应接口连接。如果再配上与之配套的电源监控软件“电力管理大师2000”(SMART 2000)就可以构成智能化的UPS供电系统。

  该方案在设计上留有了一定余量,机床控制中心共配置台达3台H系列UPS,为将来增加系统设备预置配电容量,而且使用了双机热备份电源系统,相对提升了UPS设备的安全运行。同时台达SMART 2000及UPSentry Manager软件相配合更可以实现远程UPS集中监控管理,达到远端无人职守的集中管理的功效,不但降低了操作者负担更可以达到即时通报、智能处理的电源管理效果。

  4? 结语

  据有关的调查数据表明,造成80%的服务器故障及45%左右的用户终端数据丢失和“出错”均与用户的电源供电质量密切相关。显然,在为网络系统选择和配置UPS时,能够根据所在地区具体的运行环境,选配适当的UPS,就可以大幅度提高管理系统的可靠性和可利用性,以便向用户提供准确、可靠和具有高“时效性”的数据和资料,为控制系统中重要设备的可靠高效运行奠定了坚实的基础。


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钢铁? UPS? RS232? PLC?

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