在鋼鐵企業控制系統中如何選擇UPS

1 引言

在信息產業中，由于通訊、計算機以及相關控制領域技術的相互滲透、相互兼容、相互融合而形成的數字控制網絡，和大量的用戶終端/服務器型局域網正被越來越多的企業、銀行和證券交易所等用戶所采用，UPS作為計算機重要的外圍設備，正越來越受到人們的重視。

凡是由于電源的原因造成的負載（設備乃至整個網絡控制系統）發生程序錯誤、數據丟失、設備故障甚至損壞的，都應該歸結為電源故障。這些故障包括電網過壓、欠壓，瞬間跌落，失壓及停電；由于用電環境和傳輸系統造成的各種干擾；由于自然環境（主要是雷電等）造成的干擾和設備的損壞等。

可以這樣認為，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，現在的UPS，特別是中大型UPS，已經不僅僅是一臺電網停電后可以繼續向負載供電的整機產品，而是應該成為一個小型的，或者說局部的高可靠性、性能齊全、高度智能化的供電中心。

邯鄲集團現有數臺數控機床和部分工控機，內部為PLC控制系統，由于主要設備均為進口，而且參數均為事先初始化過，一旦開機，將不能停止，如何利用其網絡環境，為上述設備提供一個良好可靠的電源環境，同時又有強大的電源系統管理監控是這個方案的核心問題。下面結合具體應用談談如何為控制系統網絡選配UPS。

2 UPS選用準則

在鋼鐵企業中所選用的UPS不僅應向處于運行中的各種關鍵設備（PLC，交換機等）的硬件本身供電，而且還應向其軟件提供絕對安全和可靠的保護。這就意味著用戶所選用的UPS應該是可配置相應電源監控軟件，SNMP（網絡管理協議）適配器的智能化UPS。臺達UPS就可以向用戶提供跨平臺操作系統和網管功能的監控軟件，它允許用戶在TCP/IP網絡環境下，執行UPS與網絡管理平臺之間的監控和數據通訊操作，而不管用戶的操作系統是UNIX，NOVELL，還是WINDOWS。

由于后備式和在線互動式UPS在應用上的局限性，所以我們只對在線式機型作一個規劃。

考慮到電氣控制系統在鋼鐵企業中的重要性，在選用UPS時有如下準則：

1）根據負載設備的擺放位置，選用大容量的UPS集中供電方案，其原因是

——單臺容量較大的UPS的故障率較低；

——UPS每kVA的價格，隨著UPS容量的增大而下降；

——選用單臺大容量UPS時，有利于用戶更經濟合理地使用蓄電池。

2）根據用戶的不同配電系統選用不同機型的UPS，以適應用戶配電系統帶載能力的要求。

3）由于大部分鋼鐵業的供電電源波動較大，選用允許市電電源波動范圍大的UPS，可以更好地適應惡劣的市電供電環境。

4）選用UPS過載能力強和具有優良抗輸出短路能力的機型。只要UPS執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，客觀上UPS作上述切換的機會就越少，隨之而來的是UPS的故障率越低。

5）要有配置適當的抗瞬態浪涌抑制器，以便更好地保護控制設備。

6）選用UPS輸出中線對地線電位低的機型，可以獲得盡可能高的數據傳輸速率，降低數據傳輸的誤碼率。

7）根據用戶集中監控系統不同級別的要求，組成具有不同網控功能的智能化UPS系統。

由上所述，我們為主要的PLC控制系統設備選用了2臺臺達的H系列UPS。為什么要用2臺呢？雖然UPS可靠性很高，一般單臺UPS的平均無故障時間在100kh以上，但由于供電條件的變化，UPS本身電器裝置的老化，個別元器件過早失效等都會引起故障。由于PLC控制系統屬于整個設備系統的心臟，為了保證其穩定及高可靠地工作，我們采用了雙機熱備份，既冗余技術。雙機熱備份的原理框圖如圖1所示。

圖1 雙機熱備份

將備份機(UPSl)的輸出端接至主機(UPS2)的“旁路電源”輸入端，而兩臺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，由主機(UPS2)提供負載電源。

——當主機內部出現故障，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、逆變器嚴重超載等，或者主機由電池供電時，電池電量耗盡，此時UPS2的輸出端靜態開關會自動切換至旁路，由UPSl的輸出提供負載所需電源。

——當異常狀況消除后，靜態開關會自動從旁路(UPSl)轉人UPS2的逆變器輸出端，此時由主機(UPS2)繼續為負載提供電源。

——在上述情況發生時，靜態開關的切換有嚴密的電路控制，保證不會在切換時有任何斷電情況發生。

基于上述原理，熱備份機的結構可確保負載不會在市電停電時因主機故障而斷電，以確保負載不會產生數據丟失、設備損壞、系統崩潰等問題。

由于控制機房的空間有限，所以選用小體積，高效率的臺達H系列UPS非常適用。

3 電源管理

臺達UPS都采用了以微處理器為核心，以數字處理技術為主的技術方案。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/服務器上的相應接口連接。如果再配上與之配套的電源監控軟件“電力管理大師2000”（SMART 2000）就可以構成智能化的UPS供電系統。

該方案在設計上留有了一定余量，機床控制中心共配置臺達3臺H系列UPS，為將來增加系統設備預置配電容量，而且使用了雙機熱備份電源系統，相對提升了UPS設備的安全運行。同時臺達SMART 2000及UPSentry Manager軟件相配合更可以實現遠程UPS集中監控管理，達到遠端無人職守的集中管理的功效，不但降低了操作者負擔更可以達到即時通報、智能處理的電源管理效果。

4 結語

據有關的調查數據表明，造成80％的服務器故障及45％左右的用戶終端數據丟失和“出錯”均與用戶的電源供電質量密切相關。顯然，在為網絡系統選擇和配置UPS時，能夠根據所在地區具體的運行環境，選配適當的UPS，就可以大幅度提高管理系統的可靠性和可利用性，以便向用戶提供準確、可靠和具有高“時效性”的數據和資料，為控制系統中重要設備的可靠高效運行奠定了堅實的基礎。