UPS外置维修旁路在自控系统中的应用

皇甫迎波

(河南能源化工集团安化公司，河南 安阳 455133)

现代企业对现场生产装置的操作、监视和控制大多采用DCS和PLC系统，为DCS和PLC系统提供安全可靠和高质量的供电电源是保证生产连续运行的关键，而目前大部分企业都是采用在线不间断电源UPS经稳压、整流和滤波后为DCS或PLC系统提供纯净电源。一旦UPS故障就需要进行移机及更换电池等维修措施，这也会直接影响到化工装置的安全稳定运行。为此，采用UPS外置维修旁路，在保证装置不断电的前提下，对故障UPS进行在线检修和更换。

河南能源化工集团安化公司是河南省重要的化肥、精细化工和新材料生产基地，目前装置的DCS和PLC系统投运已经超过三十多套，但是大部分供电系统都只配置了一台UPS电源，整个控制系统仅靠单台UPS供电，其中一部分UPS已经连续运行十几年，UPS和蓄电池都已超过设计使用寿命，出现故障的风险大幅升高，并且部分供电24V电源模块和供电回路也是单套非冗余。而化工厂的空气环境较差，对UPS、24V电源和供电线路的腐蚀比较严重，因此供电系统故障率非常高，近期公司的16台造气炉UPS静态开关故障且有供电线路松脱现象，造成了两次系统停车；九天气化UPS黑屏故障自动切换到旁路，系统开车期间无法检修，对整个生产系统的安稳运行造成了很大隐患。

由于DCS和PLC系统对供电系统要求较高，在目前市电电压极不稳定的情况下，DCS和PLC系统供电均由在线式UPS通过逆变器逆变后实现。一旦UPS故障将自动切换到自动旁路，相当于由市电直接为自控系统供电，并且此时UPS无法从生产系统中脱开检修。而长期直接由电压不稳定的市电为自控系统供电，将会影响控制系统的稳定运行甚至损坏系统卡件，严重威胁自控系统和生产装置的安全稳定运行。

2 UPS外置维修旁路的设计目标

UPS外置维修旁路设计要保证DCS和PLC系统在UPS出现故障时不影响系统正常运行，并且要通过对UPS增加外置旁路开关，在不影响生产和控制系统稳定运行的前提条件下，把故障UPS从系统中甩开并对其进行维护检修；检修维护完毕后，还可以将UPS进行在线投运，保证自控系统的供电安全。

3 改造方案实施

利用系统停车检修的机会对全公司的DCS和PLC系统的UPS供电方式进行优化改造，将每套控制系统增设为两套UPS进行供电，并将控制系统中的主控制器、冗余I/O卡件、继电器及现场仪表等重要硬件设备的24V(DC)供电电源全部改为冗余配置，并增加冗余模块，操作站的供电由两台UPS各负责一半，最终将供电系统改为双路冗余供电且两路供电系统完全隔离。在UPS的供电输入和输出线路中分别加装外置旁路开关，保证在UPS出现故障时能够在不影响生产运行的情况下把故障UPS从生产系统中甩开，从而对UPS进行维护检修。UPS供电改造前后的原理分别如图1、2所示。

图1 原UPS装置供电原理

图2 增加外置维修旁路后的UPS供电原理

使用外置维修旁路UPS投入系统操作步骤：

a. 检查外置维修旁路的空气开关K1～K3、UPS电源主机和控制系统接线正常后，首先把外置旁路开关K1置ON状态，这时由市电通过外置维修旁路直接给DCS负载供电；

b. 然后把UPS进线开关K2置为ON状态，UPS上电后将在自动旁路模式下工作，直接输出交流市电；

c. 用万用表测量UPS输出开关K3空开上下端同相是否有电压存在，若有则表明UPS进线与外置旁路K1取的不是同相市电，需对UPS进线进行调相，注意此时严禁把UPS输出K3开关打到ON状态，否则会烧毁UPS；

d. 若测量UPS输出开关K3空开上下同相无电压压差，则把UPS输出开关K3投置ON状态；

e. 最后将外置旁路开关K1置OFF状态，此时自控系统负载仍可由UPS自动旁路供电；

f. 把UPS由自动旁路模式启动为逆变，给自控系统负载供电。

使用外置维修旁路UPS切除系统的操作步骤：

a. 从系统中切除前，要先检查各空开开关位置(K1 OFF状态，K2 ON状态，K3 ON状态)；

b. UPS故障时会自动切至自动旁路为负载供电，当需要把UPS从系统中切除，首先检查判断UPS是否切至自动旁路，若UPS自动旁路状态指示灯亮，测量空开K3上侧有电压则可确定UPS已切至自动旁路状态；

c. 再将外置旁路开关K1打到ON状态；

d. 然后将UPS输出K3空开打到OFF状态，再将UPS进线开关K2打到OFF状态，此时由市电直接为自控系统供电；

e. 实现UPS供电装置完全脱开自控系统，并进行UPS供电装置的检修维护。

4 运行效果

目前该公司的DCS和PLC系统UPS供电装置已全部改造完毕，改造后尿素合成控制系统和热电锅炉控制系统相继出现了UPS故障，维修人员通过UPS外置维修旁路装置实现了在生产装置不停车、控制系统不断电的情况下将故障UPS从系统中切除，拆卸下来及时进行了检修维护并更换电池。减少了生产系统因自控系统供电问题导致的非计划停车，实现了控制系统的安全稳定长周期运行，保障了化工生产装置的稳定生产，达到了外置维修旁路设计改造的目的。

5 结束语

就目前UPS在自控系统中使用出现的问题，以及维修中的不便和安全性而言，一般二相、三相UPS，尤其大型UPS均应配置外置维修旁路，不仅能够保证在不停电情况下维修UPS或移机，更重要的是还可以保证维护人员的人身安全。

外置手动维修旁路安装中需要特别注意的问题：必须保证相位的一致性；三相单出的机器一定要确定UPS输出的锁相相位，否则切换时，供电系统将会因为存在相位角产生冲击而损坏供电设备甚至致使控制系统断电。