在鋼鐵企業(yè)控制系統(tǒng)中如何選擇UPS

1 引言

在信息產(chǎn)業(yè)中，由于通訊、計(jì)算機(jī)以及相關(guān)控制領(lǐng)域技術(shù)的相互滲透、相互兼容、相互融合而形成的數(shù)字控制網(wǎng)絡(luò)，和大量的用戶終端/服務(wù)器型局域網(wǎng)正被越來(lái)越多的企業(yè)、銀行和證券交易所等用戶所采用，UPS作為計(jì)算機(jī)重要的外圍設(shè)備，正越來(lái)越受到人們的重視。

凡是由于電源的原因造成的負(fù)載（設(shè)備乃至整個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)）發(fā)生程序錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)丟失、設(shè)備故障甚至損壞的，都應(yīng)該歸結(jié)為電源故障。這些故障包括電網(wǎng)過壓、欠壓，瞬間跌落，失壓及停電；由于用電環(huán)境和傳輸系統(tǒng)造成的各種干擾；由于自然環(huán)境（主要是雷電等）造成的干擾和設(shè)備的損壞等。

可以這樣認(rèn)為，只是保證不停電供電這一功能，僅僅是解決了所有電源故障中很少一部分。為了全面解決電源故障問題，現(xiàn)在的UPS，特別是中大型UPS，已經(jīng)不僅僅是一臺(tái)電網(wǎng)停電后可以繼續(xù)向負(fù)載供電的整機(jī)產(chǎn)品，而是應(yīng)該成為一個(gè)小型的，或者說局部的高可靠性、性能齊全、高度智能化的供電中心。

邯鄲集團(tuán)現(xiàn)有數(shù)臺(tái)數(shù)控機(jī)床和部分工控機(jī)，內(nèi)部為PLC控制系統(tǒng)，由于主要設(shè)備均為進(jìn)口，而且參數(shù)均為事先初始化過，一旦開機(jī)，將不能停止，如何利用其網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，為上述設(shè)備提供一個(gè)良好可靠的電源環(huán)境，同時(shí)又有強(qiáng)大的電源系統(tǒng)管理監(jiān)控是這個(gè)方案的核心問題。下面結(jié)合具體應(yīng)用談?wù)勅绾螢榭刂葡到y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)選配UPS。

2 UPS選用準(zhǔn)則

在鋼鐵企業(yè)中所選用的UPS不僅應(yīng)向處于運(yùn)行中的各種關(guān)鍵設(shè)備（PLC，交換機(jī)等）的硬件本身供電，而且還應(yīng)向其軟件提供絕對(duì)安全和可靠的保護(hù)。這就意味著用戶所選用的UPS應(yīng)該是可配置相應(yīng)電源監(jiān)控軟件，SNMP（網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）適配器的智能化UPS。臺(tái)達(dá)UPS就可以向用戶提供跨平臺(tái)操作系統(tǒng)和網(wǎng)管功能的監(jiān)控軟件，它允許用戶在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，執(zhí)行UPS與網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)之間的監(jiān)控和數(shù)據(jù)通訊操作，而不管用戶的操作系統(tǒng)是UNIX，NOVELL，還是WINDOWS。

由于后備式和在線互動(dòng)式UPS在應(yīng)用上的局限性，所以我們只對(duì)在線式機(jī)型作一個(gè)規(guī)劃。

考慮到電氣控制系統(tǒng)在鋼鐵企業(yè)中的重要性，在選用UPS時(shí)有如下準(zhǔn)則：

1）根據(jù)負(fù)載設(shè)備的擺放位置，選用大容量的UPS集中供電方案，其原因是

——單臺(tái)容量較大的UPS的故障率較低；

——UPS每kVA的價(jià)格，隨著UPS容量的增大而下降；

——選用單臺(tái)大容量UPS時(shí)，有利于用戶更經(jīng)濟(jì)合理地使用蓄電池。

2）根據(jù)用戶的不同配電系統(tǒng)選用不同機(jī)型的UPS，以適應(yīng)用戶配電系統(tǒng)帶載能力的要求。

3）由于大部分鋼鐵業(yè)的供電電源波動(dòng)較大，選用允許市電電源波動(dòng)范圍大的UPS，可以更好地適應(yīng)惡劣的市電供電環(huán)境。

4）選用UPS過載能力強(qiáng)和具有優(yōu)良抗輸出短路能力的機(jī)型。只要UPS執(zhí)行市電交流旁路供電與逆變器供電之間的切換操作，就總是存在著出故障的概率。顯然，UPS抗過載能力越強(qiáng)，客觀上UPS作上述切換的機(jī)會(huì)就越少，隨之而來(lái)的是UPS的故障率越低。

5）要有配置適當(dāng)?shù)目顾矐B(tài)浪涌抑制器，以便更好地保護(hù)控制設(shè)備。

6）選用UPS輸出中線對(duì)地線電位低的機(jī)型，可以獲得盡可能高的數(shù)據(jù)傳輸速率，降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率。

7）根據(jù)用戶集中監(jiān)控系統(tǒng)不同級(jí)別的要求，組成具有不同網(wǎng)控功能的智能化UPS系統(tǒng)。

由上所述，我們?yōu)橹饕腜LC控制系統(tǒng)設(shè)備選用了2臺(tái)臺(tái)達(dá)的H系列UPS。為什么要用2臺(tái)呢？雖然UPS可靠性很高，一般單臺(tái)UPS的平均無(wú)故障時(shí)間在100kh以上，但由于供電條件的變化，UPS本身電器裝置的老化，個(gè)別元器件過早失效等都會(huì)引起故障。由于PLC控制系統(tǒng)屬于整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)的心臟，為了保證其穩(wěn)定及高可靠地工作，我們采用了雙機(jī)熱備份，既冗余技術(shù)。雙機(jī)熱備份的原理框圖如圖1所示。

圖1 雙機(jī)熱備份

將備份機(jī)(UPSl)的輸出端接至主機(jī)(UPS2)的“旁路電源”輸入端，而兩臺(tái)UPS的“交流電源”輸入端可接至同一市電電源(見圖1)。

——正常工作時(shí)，由主機(jī)(UPS2)提供負(fù)載電源。

——當(dāng)主機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)故障，比如直流電壓過低、直流母線過熱、逆變器輸出電壓超出允許范圍、逆變器失效、逆變器嚴(yán)重超載等，或者主機(jī)由電池供電時(shí)，電池電量耗盡，此時(shí)UPS2的輸出端靜態(tài)開關(guān)會(huì)自動(dòng)切換至旁路，由UPSl的輸出提供負(fù)載所需電源。

——當(dāng)異常狀況消除后，靜態(tài)開關(guān)會(huì)自動(dòng)從旁路(UPSl)轉(zhuǎn)人UPS2的逆變器輸出端，此時(shí)由主機(jī)(UPS2)繼續(xù)為負(fù)載提供電源。

——在上述情況發(fā)生時(shí)，靜態(tài)開關(guān)的切換有嚴(yán)密的電路控制，保證不會(huì)在切換時(shí)有任何斷電情況發(fā)生。

基于上述原理，熱備份機(jī)的結(jié)構(gòu)可確保負(fù)載不會(huì)在市電停電時(shí)因主機(jī)故障而斷電，以確保負(fù)載不會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)丟失、設(shè)備損壞、系統(tǒng)崩潰等問題。

由于控制機(jī)房的空間有限，所以選用小體積，高效率的臺(tái)達(dá)H系列UPS非常適用。

3 電源管理

臺(tái)達(dá)UPS都采用了以微處理器為核心，以數(shù)字處理技術(shù)為主的技術(shù)方案。利用UPS上提供RS232等通訊接口，就可以利用傳輸電纜直接與PC/服務(wù)器上的相應(yīng)接口連接。如果再配上與之配套的電源監(jiān)控軟件“電力管理大師2000”（SMART 2000）就可以構(gòu)成智能化的UPS供電系統(tǒng)。

該方案在設(shè)計(jì)上留有了一定余量，機(jī)床控制中心共配置臺(tái)達(dá)3臺(tái)H系列UPS，為將來(lái)增加系統(tǒng)設(shè)備預(yù)置配電容量，而且使用了雙機(jī)熱備份電源系統(tǒng)，相對(duì)提升了UPS設(shè)備的安全運(yùn)行。同時(shí)臺(tái)達(dá)SMART 2000及UPSentry Manager軟件相配合更可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程UPS集中監(jiān)控管理，達(dá)到遠(yuǎn)端無(wú)人職守的集中管理的功效，不但降低了操作者負(fù)擔(dān)更可以達(dá)到即時(shí)通報(bào)、智能處理的電源管理效果。

4 結(jié)語(yǔ)

據(jù)有關(guān)的調(diào)查數(shù)據(jù)表明，造成80％的服務(wù)器故障及45％左右的用戶終端數(shù)據(jù)丟失和“出錯(cuò)”均與用戶的電源供電質(zhì)量密切相關(guān)。顯然，在為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)選擇和配置UPS時(shí)，能夠根據(jù)所在地區(qū)具體的運(yùn)行環(huán)境，選配適當(dāng)?shù)腢PS，就可以大幅度提高管理系統(tǒng)的可靠性和可利用性，以便向用戶提供準(zhǔn)確、可靠和具有高“時(shí)效性”的數(shù)據(jù)和資料，為控制系統(tǒng)中重要設(shè)備的可靠高效運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。