連續(xù)生產(chǎn)線開(kāi)關(guān)電源供電的可靠性分析

劉進(jìn) 陳曉偉 晏志武 盛光熙 張戰(zhàn)果 簡(jiǎn)民

摘 ?要：為了提高連續(xù)生產(chǎn)線的設(shè)備可靠性，預(yù)防突發(fā)性故障。文章針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備開(kāi)關(guān)電源的供電穩(wěn)定性方面進(jìn)行了研究，介紹了使用冗余模塊、直接并聯(lián)、二極管防電源環(huán)流等三種解決方案，并依次進(jìn)行了探討。能有效地防止開(kāi)關(guān)電源故障引起供電電路崩潰，確保連續(xù)生產(chǎn)線設(shè)備運(yùn)行安全。

關(guān)鍵詞：連續(xù)生產(chǎn)線;開(kāi)關(guān)電源;冗余;并聯(lián)

中圖分類(lèi)號(hào)：TH862 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2019）15-0074-02

Abstract： In order to improve the equipment reliability of continuous production line and prevent sudden failure. In this paper， the power supply stability of switching power supply for field equipment is studied. This paper introduces three solutions， such as using redundant module， direct parallel connection and diode anti-power circulation， and discusses them in turn. The utility model can effectively prevent the power supply circuit from collapsing caused by the failure of the switching power supply and ensure the safe operation of the equipment of the continuous production line.

Keywords： continuous production line; switching power supply; redundancy; parallel connection

1 概述

連續(xù)生產(chǎn)線是指生產(chǎn)過(guò)程中不可隨意停機(jī)的產(chǎn)線，由于生產(chǎn)工藝限制，一旦出現(xiàn)故障停機(jī)，就會(huì)帶來(lái)較大的損失。例如冶金行業(yè)中的連續(xù)退火生產(chǎn)線，產(chǎn)品以高檔家電板和汽車(chē)板為主。在生產(chǎn)過(guò)程中，爐子不封口，鋼帶以平均每分鐘120～350米的高速通過(guò)爐區(qū)，進(jìn)行工藝退火。如果發(fā)生設(shè)備故障突然停止生產(chǎn)線運(yùn)行。退火爐的高溫會(huì)迅速使滯留在爐內(nèi)的帶鋼變形、瓢曲，極易引起刮邊、斷帶等設(shè)備事故。因此，連續(xù)生產(chǎn)線的設(shè)備維護(hù)過(guò)程中，電氣系統(tǒng)的可靠性和故障防范顯得極其重要。

開(kāi)關(guān)電源是生產(chǎn)線中常用的電氣設(shè)備，具有體積小、重量輕、功耗小、效率高的特點(diǎn)。在連續(xù)生產(chǎn)線中，其主要用于PLC模塊、遠(yuǎn)程I/O站、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)、儀器儀表、變頻器控制電路等重要部位。一旦開(kāi)關(guān)電源出現(xiàn)故障，對(duì)連續(xù)生產(chǎn)線的傷害是致命的。大多數(shù)都會(huì)造成機(jī)組故障停機(jī)損失。為此，設(shè)計(jì)者通常會(huì)在PLC主控制室，增加UPS不間斷電源保護(hù)系統(tǒng)。因?yàn)閁PS系統(tǒng)費(fèi)用昂貴，體積較大，不可能大范圍應(yīng)用?，F(xiàn)場(chǎng)電氣控制柜大量開(kāi)關(guān)電源的健康狀態(tài)與管理便成為了需要關(guān)注的重點(diǎn)。

2 增加冗余模塊保障電路安全

按照連續(xù)生產(chǎn)線的設(shè)備特性，確保直流電路供電安全最好的方法是做冗余。以西門(mén)子SITOP電源為例，可以加裝冗余模塊，連續(xù)監(jiān)控線路饋電單元。在電源發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)切換，確保線路安全可靠。冗余模塊與兩個(gè)開(kāi)關(guān)電源組合使用，接線方式見(jiàn)圖1。兩個(gè)開(kāi)關(guān)電源并非直接并聯(lián)，而是通過(guò)冗余模塊解耦控制后再并聯(lián)。

依靠冗余模塊，可讓兩個(gè)電源實(shí)時(shí)供電互為備用。在冗余模塊的作用下，兩個(gè)電源會(huì)智能實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡和電流分配。一旦某個(gè)電源發(fā)生故障，另一個(gè)電源可以迅速帶起全部負(fù)載，同時(shí)切斷故障電源，確保設(shè)備供電不受影響。此時(shí)冗余模塊的LED會(huì)變成紅色，并能通過(guò)信號(hào)觸點(diǎn)發(fā)送診斷信息，提示設(shè)備人員及時(shí)檢查，給故障處理提供了方便。

冗余模塊的交流輸入最好使用兩路不同的交流線路供電，實(shí)現(xiàn)完全冗余。這樣即使有一路輸入端掉電，也能保證線路安全。需要注意的是：冗余直流開(kāi)關(guān)電源中任何一只電源，它的輸出電流必須大于系統(tǒng)的最大工作電流。

所有電氣柜都使用冗余模塊，同樣增加較大成本。一條連續(xù)生產(chǎn)線機(jī)組必須增加與原設(shè)計(jì)相同數(shù)量的SITOP電源和冗余模塊才能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)需要，并且改造需要大量的停機(jī)時(shí)間。如果供電電路所需輸出電流大于20A，還需要再增加一個(gè)冗余模塊。即兩個(gè)電源模塊加上兩個(gè)冗余模塊的組建方式，花費(fèi)更大成本（圖2）。

3 兩個(gè)開(kāi)關(guān)電源直接并聯(lián)實(shí)現(xiàn)部分冗余功能

為了節(jié)約成本，也可以省去冗余模塊，直接采用兩個(gè)開(kāi)關(guān)電源直接并聯(lián)使用的方式。電源并聯(lián)使用可以擴(kuò)大系統(tǒng)負(fù)載，實(shí)現(xiàn)一定的冗余功能。但開(kāi)關(guān)電源并聯(lián)使用的要求很高，并不是所有的開(kāi)關(guān)電源都適合直接并聯(lián)使用，必須謹(jǐn)慎！開(kāi)關(guān)電源并聯(lián)使用最大的問(wèn)題會(huì)產(chǎn)生電源環(huán)流，環(huán)流會(huì)引起電源溫升過(guò)快，甚至導(dǎo)致電源燒毀。

開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行直接并聯(lián)，要確保兩電源的訂貨號(hào)一致。能夠并聯(lián)運(yùn)行的開(kāi)關(guān)電源通常具有功能撥碼開(kāi)關(guān)，以SITOP為例：可將撥碼開(kāi)關(guān)A撥至“ON”狀態(tài)，打開(kāi)SITOP電源的并聯(lián)運(yùn)行功能（連接冗余模塊也必須打開(kāi)此開(kāi)關(guān)）。此時(shí)電源輸出特性會(huì)改變，自動(dòng)在兩電源之間實(shí)現(xiàn)均流，并以限流方式進(jìn)行負(fù)載分配。

兩個(gè)SITOP電源直接并聯(lián)，還要遵循以下原則：首先要測(cè)量?jī)蓚€(gè)并聯(lián)電源的空載輸出電壓，其最大偏差不應(yīng)超過(guò)50mV。其次，兩個(gè)電源必須并聯(lián)在一個(gè)發(fā)送端點(diǎn)，不允許直接并聯(lián)在裝置的接線端子上（圖3）。直接并聯(lián)在裝置端子上會(huì)使兩個(gè)設(shè)備的公共短路電流在接線端發(fā)生過(guò)載，可能導(dǎo)致電源設(shè)備崩潰。第三，要盡量確保兩電源到并聯(lián)發(fā)送點(diǎn)的線阻相等。最后，兩個(gè)并聯(lián)電源輸入端必須共用一個(gè)斷路器，確保同時(shí)送電和斷電。

兩個(gè)開(kāi)關(guān)電源直接并聯(lián)使用可以應(yīng)對(duì)單個(gè)電源損壞的大多數(shù)情況，保證電路供電安全。但如果其中一個(gè)電源輸出端出現(xiàn)內(nèi)部短路而電源模塊的自保護(hù)不及時(shí)，仍有可能導(dǎo)致整個(gè)電路跳閘。另外，兩個(gè)電源直接并聯(lián)并非完全冗余，不能應(yīng)對(duì)輸入端斷電的情況。

4 利用二極管進(jìn)行防環(huán)流保護(hù)

如果兩個(gè)電源有差異，不利用冗余模塊，也可以并聯(lián)連接使用。前提是利用大功率二極管組建一個(gè)箝位電路進(jìn)行保護(hù)（圖4）。

同理可證，當(dāng)E1

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于類(lèi)似連續(xù)退火生產(chǎn)線這樣的連續(xù)機(jī)組，開(kāi)關(guān)電源事故的預(yù)先防范非常重要，故障的事后分析和補(bǔ)救措施則意義不大。利用冗余模塊、直接并聯(lián)或者建立箝位電路保護(hù)的方式，讓兩個(gè)開(kāi)關(guān)電源實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換，才能確保供電線路安全，提高系統(tǒng)的可靠性，避免停機(jī)損失。

參考文獻(xiàn)：

[1]王喆，呂建萍.直流穩(wěn)壓電源冗余接線方式的分析[J].化工自動(dòng)化及儀表，2018（11）：899-902.