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UPS在钢铁企业控制系统中的解决方案

供稿:中国工控网 2015/12/15 9:22:37

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  • 关键词: UPS
  • 摘要:本文介绍了钢铁行业选配UPS构成电源系统管理监控的解决方案。

     在信息产业发展中,由于通讯、计算机以及相关控制领域的技术的相互渗透,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关键用户所采用, UPS不间断电源作为电脑重要的外围设备,正越来越受到人们的重视。

  凡是由于电源的原因而造成的负载(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:电网电压过压,欠压,瞬间跌落,失压,故障停电;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的百分之几。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。


  应用环境

  下面就结合本单位具体的应用来谈谈如何为控制系统网络选配UPS: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,同时又有方便强大的电源系统管理监控是这个方案的核心问题。

  解决方案

  在钢铁行业中的用户要求所选用的UPS不仅必须能向处于运行中的各种关键设备(PLC,交换机等)的硬件本身,而且还应向由他们所运行的软件提供绝对安全和可靠的保护。这就意味着用户所应采购的UPS电源应该是可配置上相应电源监控软件,SNMP(网络管理协议)适配器的智能化UPS电源。我们应用的台达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。不管用户的操作系统是UNIX,NOVELL,还是WINDOWS。

  1. 负载分析及设备选用

  由于后备式和在线互动式UPS在应用上的局限性,这里我们就不予以考虑,只对在线机型作一个规划。

  考虑到电气控制系统在钢铁企业中的重要性,在选用UPS电源时有如下准则:
  (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:
  ① 单台容量较大的UPS的故障率较低。
  ② UPS的每单位千伏安的价格,随着UPS容量的增大而下降。
  ③ 选用单台容量UPS时,有利于用户更经济合理地使用蓄电池。
  (2) 根据用户的不同配送电系统选用不同的UPS机型,以适应用户配送电系统带载能力的要求。
  (3) 由于大部分钢铁行业的用电环境波动较大,选用允许市电电源波动范围
  大的UPS机型,可以更好的适应市电电网恶劣的供电环境。
  (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,以便更好的保护控制设备。
  (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,在这里我们为主要的PLC控制系统设备选用了3台台达的H系列UPS。为什么要用3台呢?因为UPS虽然可靠性很高,一般单台UPS的平均无故障时间在10万小时以上,但由于供电条件的变化,UPS本身电器装置的老化,个别元件过早失效等都会引起UPS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的工作,这里我们采用了双机热备份,既冗余技术(另外一台做常用设备的供电保障,由于技术相对简单,不过多叙述),其技术应用如下:


  热备份架构的特点: 可靠性比单机高;
  停电时,一部UPS故障,另一部仍可供电;
  维护时,仍保持UPS功能;
  两部UPS寿命皆延长。

 

 

 


   
  将备机 (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)。

  (1)正常工作时,由主机(UPS2)提供负载电源。
  (2)当主机内部出现故障,如:DC电压过低、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。
  (3)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。
  (4)在上述(2)或(3)项情况发生时,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。
  基于上述的原理说明,热备份机的结构可确保负载设备不会在市电停电时因主机故障而断电,以确保负载设备不会产生数据丢失、设备损坏、系统崩溃等问题。

  由于控制机房的空间有限,这里选用台达H系列UPS,其小体积,高效率非常适合用在这里。

  2. 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,干接点等通讯接口,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“电力管理大師2000”(SMART2000)就可以构成智能化的UPS供电系统。

  方案实现

  (1) 网络多机监控(Master/Slave) 

  在整个网络系统中将通过RS-232通讯线与UPS直接连接的电脑设为Master(主机),而其他由UPS供电的电脑和服务器则通常设为Slave(副机);UPS的状态资料是直接由通讯线路传送到主机的SMART 2000主程序,副机的SMART 2000程序则可通过网络获得主机上SMART 2000主程序内的UPS状态资料。一旦有电力事件发生,UPS会把讯息经由通讯线路传送給M主机上的SMART 2000主程序,然后Master主机上的SMART 2000主程序再把讯息透过网路传送給与之连接的副机上的SMART 2000程序。不同电脑上的SMART 2000主程序各自执行它所设定的保护动作,如事件记录、语音广播、发送EMAIL、BBCALL,关闭操作系统等。举例來说,当市电中断时,我们可设定数据服务器与控制服务器不关机直到电池低电位,不重要的电脑在10分钟后关机,其他电脑在30分钟后关机。关闭电脑意在节省UPS电池电力使之维持更长的时间。

  此外,在电脑上也可以不执行SMART 2000主程序(UPSentry Service),而只执行使用者介面程序(UPSentry Monitor),此時Monitor会自动搜寻网络上正在執行SMART 2000主程序的远端控制主机,並显示出这些主机的清单,让使用者选择欲连线的远端主机。

  (2)网络集中监控:使用UPSentry Manager通过SMART 2000集中监控。 
  UPSentry Manager 是一个专为监督及管理台达UPS而设计的智慧型网络集中监控软件,它提供一个标准的图形介面让使用者以很容易的方式集中管理整个网络中的UPS, 並共享相同的系統警告功能。。 

  方案效果

  该方案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可提供充足的用电容量,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电源集中监控管理,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到达即时通报、智能处理的电源管理效果。

  据有关的调查数据表明,造成80%的服务器故障及用户终端45%左右的数据丢失和“出错”均与用户的电源供电质量密切相关。显然,如果我们在为网络系统选择和配置时,能够根据所在地区具体的运行环境,自己的系统所面临的问题,选配相对应的电源解决方案,就可以大幅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,为控制系统的重要设备的可靠高效的运行奠定了坚实的基础。

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