在钢铁企业控制系统中如何选择UPS

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。

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。