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【摘 要】针对DCS系统的不间断供电要求，对原有的单台UPS设备供电进行了新的组合形式的改造，采用旁路串并联的组合方式，使用两台非并机型的UPS设备，实现了在正常时，两台UPS各自独立带负载工作，当一台出现问题时，能够及时的切换到另外一台UPS设备中，在发生市电失电时，能够保证最重要的DCS系统维持最长的供电时间，为生产人员提供紧急操作处置的一种可靠性方案。
【关键词】不间断电源；DCS系统；切换；匹配；开关
我公司多晶硅生产装置中，根据初始设计，使用了一路市电系统，单UPS设备对核心装置DCS系统进行供电，设备选用了国产某USP厂商的电源。在系统初期的调试运行过程中，电源供电总体较为平稳，基本能够满足生产装置的不间断供电要求。
随着电源系统的使用范围扩大，除了DCS系统之外，生产辅助装置又投入了火灾报警控制系统，调度视频电话系统，网络信息系统等几大用电装置，也要求使用UPS进行供电，但是一般的IT厂商和电子信息公司，在施工中，缺乏电源连接的规范性，不能严格按照工业电源的方式进行线缆的敷设和连接，随意性较大，造成了潜在的电源故障隐患。尤其是在对负荷的管理，缺乏基本的专业规范素质。在几次辅助系统的电源发生接地，短路等故障，造成局部影响之后，形成了对其进行改造，主辅供电系统分开，UPS异常时，能够维持正常工作的目的。
UPS系统在改造前，没有对各类负荷进行明确的分类，各用电设备负荷没有明确的进行核算，对所配置的空开等大小未进行。
一、对DCS系统UPS部分进行改造的目的是：
（1）将DCS系统所配置的UPS电源与调度通讯，火灾报警部分的供电部分分开，以防止由于调度通讯，火灾报警设备故障造成整个UPS电源故障，影响到DCS系统，造成重大停车或安全事故。
（2）由于所使用的DCS系统为早期TPS系统，在停电后的恢复时间过长，需要较长的启动和恢复运行时间，对生产的恢复产生严重的不利影响。
（3）当前UPS系统为单机运行，该设备自身部件的异常和故障也会对正常生产造成潜在制约和影响。
通过实施UPS改造方案，在最大程度上避免因电源部分造成对DCS控制部分的影响，同时提高DCS的稳定和可靠性。
二、UPS生产商技术人员首先介绍了我们所使用的在线式UPS的组成结构和工作原理。
正常工作时，市电A输入经过整流为直流再经过逆变器变为交流电源。整流器同时检测电池组电压，进行充电。市电A正常时，整流输出E点电压高于F点，二极管截至。当A路失电时，E点电压下降，此时F，E之间二极管导通，电池向逆变器供电输出到C点。当电池电压不足时，逆变器停止工作，旁路开关D闭合，旁路电源输入直接送出到C点。
当UPS内部故障时，也会切换逆变器输出，转为由旁路D闭合旁路供电。
三、针对当前的实际运行状况，工程师站制定了三个改造方案
（1）采用双机并联的方式，即将两路通过UPS输出的220V电源同时供给DCS系统的控制单元电源部分，计算机操作站部分采用双回路切换开关，在不影响计算机重新启动的时间内，进行电源切换。
备注：B为旁通电源输入，当没有旁通电源时，可与A使用同一输入。
配置一台50KVA的UPS，与现有的100KVA的UPS进行并联使用。任何一个UPS的输出失电，对DCS系统都不会产生影响。
调度电话和火灾报警系统接入现有的100KVA 的UPS，即使因其故障造成100KVA的UPS故障掉电，也不会影响50KVA的UPS的正常输出。
但是由于在咨询过DCS系统厂家技术工程师后，该公司表示DCS控制单元电源只能接同一220V电源。因此该方案被否定。
（2）将购置的较小的UPS 串联于当前UPS的输出，DCS供电的前端，这样在正常的情况下是由50KVA的UPS给DCS 供电，100KVA的UPS为火灾报警系统及调度通讯系统供电，同时100KVA的作为50KVA UPS的后备。
如果将UPS2 直接串入UPS1 的输出，则为DCS供电的电源经过了两级整流和逆变，对于电能的损耗增大。
如果按照如图的接法，则在正常工作时，UPS1 /100KVA的只为火灾和调度通信供电，而UPS2/50KVA的则要为DCS供电，对于用电设备不是很匹配。
同时在本方案的改造过程中，需要停电来施工。因此必须在全厂停车检修时同步进行，不利于施工时间的安排。
（3）方案三：最终确定的实施方案
根据当前DCS控制系统的UPS供电方式，为确保DCS系统长期稳定的运行，当前我们所使用的厦门科华恒盛股份有限公司的100KVA的UPS。所带设备包含了DCS控制系统，火灾报警系统，调度电话及扩音系统。总功率大约为30KW。
由于UPS系統本身也存在自身的维修和维护，因此在后期的使用中可能存在必须的停电维护，因此为了确保DCS系统的供电可靠，希望能够通过增加一台UPS来实现。
具体的供电回路图如下：
ATS—双回路电源自动切换开关（适用于大功率）
UPS1/100KVA—为我公司原DCS所配置设备
UPS2/100KVA—为本次需要增加设备，欲计算功率为100KVA。
UPS检修开关—只有在UPS1或UPS2需要离线时为其他设备供电
UPS1的（3）与（5）之间是内部旁路导通，（4）与（5）之间为整流，逆变输出，UPS在正常工作时，（4）为输入，经过整流器为直流后与电池并联，再经过逆变器后输出。当整流逆变或电池有故障时，自动切入（3）的输入，直接输出到（5）端。
本方案有如下几个特点：
（1）在正常供电时，UPS1为DCS系统供电，UPS2为调度通讯、火灾报警供电。各自的供电独立。
（2）在UPS1出现故障时可通过旁路接入UPS2的输出，如果整个UPS需要断开，则可以使用UPS检修开关接通保证DCS系统供电正常。
（3）在UPS2出现故障需要检修时，可以通过UPS检修开关来为调度通讯系统，火灾系统供电。
（4）该方案在实施的过程中，可以实现UPS2不断电的情况下实施。便于工程的开展。
（5）在需要增加的UPS2中，采购时可以不再重复采购电池，只需要采购一台100KVA的UPS主机即可。整体保证一小时断电时间不受影响。
（6）再增加一台ATS（双电源自动切换开关）及配电柜，对整个供电装置的开关进行集中安装和管理。
四、结束语
通过第三种方案的组织和实施，在最大限度的利用了现有设备的基础上，基本实现了两台UPS系统的正常时各自工作带不同负荷，异常时，能够通过维修开关，将负载投入到正常工作的UPS设备中，在发生市电掉电较长的时候，能够最大限度的使用两台UPS设备所配置的电池组，为DCS系统提供足够的电源，保证生产装置的紧急操作处置和人员的安全。在实际的使用中，具有较现实的适用意义。
作者简介：
陈文胜，男，陕西大荔人，（1977.3-）长期从事仪表及自动化专业DCS系统相关工作，现任亚洲硅业（青海）有限公司仪表车间主任工程师。
【关键词】不间断电源；DCS系统；切换；匹配；开关
我公司多晶硅生产装置中，根据初始设计，使用了一路市电系统，单UPS设备对核心装置DCS系统进行供电，设备选用了国产某USP厂商的电源。在系统初期的调试运行过程中，电源供电总体较为平稳，基本能够满足生产装置的不间断供电要求。
随着电源系统的使用范围扩大，除了DCS系统之外，生产辅助装置又投入了火灾报警控制系统，调度视频电话系统，网络信息系统等几大用电装置，也要求使用UPS进行供电，但是一般的IT厂商和电子信息公司，在施工中，缺乏电源连接的规范性，不能严格按照工业电源的方式进行线缆的敷设和连接，随意性较大，造成了潜在的电源故障隐患。尤其是在对负荷的管理，缺乏基本的专业规范素质。在几次辅助系统的电源发生接地，短路等故障，造成局部影响之后，形成了对其进行改造，主辅供电系统分开，UPS异常时，能够维持正常工作的目的。
UPS系统在改造前，没有对各类负荷进行明确的分类，各用电设备负荷没有明确的进行核算，对所配置的空开等大小未进行。
一、对DCS系统UPS部分进行改造的目的是：
（1）将DCS系统所配置的UPS电源与调度通讯，火灾报警部分的供电部分分开，以防止由于调度通讯，火灾报警设备故障造成整个UPS电源故障，影响到DCS系统，造成重大停车或安全事故。
（2）由于所使用的DCS系统为早期TPS系统，在停电后的恢复时间过长，需要较长的启动和恢复运行时间，对生产的恢复产生严重的不利影响。
（3）当前UPS系统为单机运行，该设备自身部件的异常和故障也会对正常生产造成潜在制约和影响。
通过实施UPS改造方案，在最大程度上避免因电源部分造成对DCS控制部分的影响，同时提高DCS的稳定和可靠性。
二、UPS生产商技术人员首先介绍了我们所使用的在线式UPS的组成结构和工作原理。
正常工作时，市电A输入经过整流为直流再经过逆变器变为交流电源。整流器同时检测电池组电压，进行充电。市电A正常时，整流输出E点电压高于F点，二极管截至。当A路失电时，E点电压下降，此时F，E之间二极管导通，电池向逆变器供电输出到C点。当电池电压不足时，逆变器停止工作，旁路开关D闭合，旁路电源输入直接送出到C点。
当UPS内部故障时，也会切换逆变器输出，转为由旁路D闭合旁路供电。
三、针对当前的实际运行状况，工程师站制定了三个改造方案
（1）采用双机并联的方式，即将两路通过UPS输出的220V电源同时供给DCS系统的控制单元电源部分，计算机操作站部分采用双回路切换开关，在不影响计算机重新启动的时间内，进行电源切换。
备注：B为旁通电源输入，当没有旁通电源时，可与A使用同一输入。
配置一台50KVA的UPS，与现有的100KVA的UPS进行并联使用。任何一个UPS的输出失电，对DCS系统都不会产生影响。
调度电话和火灾报警系统接入现有的100KVA 的UPS，即使因其故障造成100KVA的UPS故障掉电，也不会影响50KVA的UPS的正常输出。
但是由于在咨询过DCS系统厂家技术工程师后，该公司表示DCS控制单元电源只能接同一220V电源。因此该方案被否定。
（2）将购置的较小的UPS 串联于当前UPS的输出，DCS供电的前端，这样在正常的情况下是由50KVA的UPS给DCS 供电，100KVA的UPS为火灾报警系统及调度通讯系统供电，同时100KVA的作为50KVA UPS的后备。
如果将UPS2 直接串入UPS1 的输出，则为DCS供电的电源经过了两级整流和逆变，对于电能的损耗增大。
如果按照如图的接法，则在正常工作时，UPS1 /100KVA的只为火灾和调度通信供电，而UPS2/50KVA的则要为DCS供电，对于用电设备不是很匹配。
同时在本方案的改造过程中，需要停电来施工。因此必须在全厂停车检修时同步进行，不利于施工时间的安排。
（3）方案三：最终确定的实施方案
根据当前DCS控制系统的UPS供电方式，为确保DCS系统长期稳定的运行，当前我们所使用的厦门科华恒盛股份有限公司的100KVA的UPS。所带设备包含了DCS控制系统，火灾报警系统，调度电话及扩音系统。总功率大约为30KW。
由于UPS系統本身也存在自身的维修和维护，因此在后期的使用中可能存在必须的停电维护，因此为了确保DCS系统的供电可靠，希望能够通过增加一台UPS来实现。
具体的供电回路图如下：
ATS—双回路电源自动切换开关（适用于大功率）
UPS1/100KVA—为我公司原DCS所配置设备
UPS2/100KVA—为本次需要增加设备，欲计算功率为100KVA。
UPS检修开关—只有在UPS1或UPS2需要离线时为其他设备供电
UPS1的（3）与（5）之间是内部旁路导通，（4）与（5）之间为整流，逆变输出，UPS在正常工作时，（4）为输入，经过整流器为直流后与电池并联，再经过逆变器后输出。当整流逆变或电池有故障时，自动切入（3）的输入，直接输出到（5）端。
本方案有如下几个特点：
（1）在正常供电时，UPS1为DCS系统供电，UPS2为调度通讯、火灾报警供电。各自的供电独立。
（2）在UPS1出现故障时可通过旁路接入UPS2的输出，如果整个UPS需要断开，则可以使用UPS检修开关接通保证DCS系统供电正常。
（3）在UPS2出现故障需要检修时，可以通过UPS检修开关来为调度通讯系统，火灾系统供电。
（4）该方案在实施的过程中，可以实现UPS2不断电的情况下实施。便于工程的开展。
（5）在需要增加的UPS2中，采购时可以不再重复采购电池，只需要采购一台100KVA的UPS主机即可。整体保证一小时断电时间不受影响。
（6）再增加一台ATS（双电源自动切换开关）及配电柜，对整个供电装置的开关进行集中安装和管理。
四、结束语
通过第三种方案的组织和实施，在最大限度的利用了现有设备的基础上，基本实现了两台UPS系统的正常时各自工作带不同负荷，异常时，能够通过维修开关，将负载投入到正常工作的UPS设备中，在发生市电掉电较长的时候，能够最大限度的使用两台UPS设备所配置的电池组，为DCS系统提供足够的电源，保证生产装置的紧急操作处置和人员的安全。在实际的使用中，具有较现实的适用意义。
作者简介：
陈文胜，男，陕西大荔人，（1977.3-）长期从事仪表及自动化专业DCS系统相关工作，现任亚洲硅业（青海）有限公司仪表车间主任工程师。