DCS控制系统的供电研究
【摘 要】当前DCS控制系统已在我国大中型企业广泛应用，随着自动化技术的飞速发展，工业生产对自动控制的依赖越来越强。如何保证DCS控制系统工作的稳定可靠已非常重要，在重视其自身设备可靠性的同时，也须重视供电系统的稳定、安全运行。简单的单回路供电模式已经不能满足DCS控制系统的要求，更多的是采用UPS双回路供电。
【关键词】DCS，控制系统，供电，UPS，单回路供电，双回路供电，负载
1、DCS控制系统的物理组成
DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），在国内自控行业又称之为集散控制系统。DCS的物理组成主要包括：人机接口、现场控制站、通讯网络以及现场仪表阀门系统四大部分。DCS模块电源故障电源系统组成：一般由外部AC220V或AC380V电源经UPS电源进入DCS电源总开关，再经DCS内部分支断路器连接直流电源，从直流电源输出稳定的直流电分别供给现场仪表等。
究竟如何才能给这些设备提供持续稳定安全的电源，采用什么模式供电将是本文要讨论的问题。
2、DCS上层控制系统的供电
DCS上层控制系统包括人机接口设备、现场控制站和通讯网络系统三大核心部分，它们的供电需要持续、稳定、安全的电源。
2.1单路UPS供电
UPS简称交流不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要元件，稳压稳频输出的电源保护设备。主要由整流器、蓄电池、逆变器等几部分组成，它们完成交流转直流、直流再转交流，以及电池的充放电过程。
单路UPS供电，正常情况下，UPS由系统电源供电，经调制、整流、稳压将交流220V转换为直流，并给蓄电池充电，然后由逆变器将直流电转换为交流电，并保证输出电源的电压及频率能满足负载的要求，同时做不间断的通信，跟踪旁路输出电压。当系统电源故障断电时，此时整个DCS并不会马上瘫痪，UPS的储能电池马上放电给逆变器，再由逆变器转换为交流电，供给负载，一般设计约供给2h的电，在这2h内操作人员有足够的时间来处理紧急事故。此时UPS的稳定性和可靠性决定了整个DCS的稳定性。所以必须对UPS进行定期维护，
检查主机输入输出是否正常，以及电池的充放电是否正常。对于UPS主机一般用万用表检查其输入输出电压是否正常，由于UPS电池组通常是由多个电池串接的，当电池组中的某一个电池故障了，整个电池组将不能正常工作，一般用直流灯泡逐个检查电池，为了不影响系统运行，一般在工艺生产停汽检修的时候进行。单路UPS供电的缺点就是当突然断电，电池只能供一定时间的电，而且要保证此时UPS的电池是正常的，否则整个DCS控制系统将瘫痪，而且相对来说一套可靠的UPS比较昂贵，维护成本也高。由于UPS的储能功能及相对可靠性，单路UPS可作为一般DCS控制系统的供电，也可以作为要求较高的DCS控制系统的主回路供电。
单回路供电缺点是当该回路电源出现故障后，整个系统将停止运行，优点是投资成本小。
2.2双回路供电
双回路供电为了克服单回路供电的缺点，可以采用双回路供电，就是一个DCS控制系统用两个外部供电系统来供电，主要有以下2种方式。
2.2.1UPS与市电双回路切换供电
由于UPS具有储能功能及其高可靠性，可以用于DCS控制系统的供电主回路；为了方便定期的维护，用另一路市电经稳压器作为备用电源供电。当UPS故障或供UPS的一路电源故障后，由另一路市电继续给DCS供电，两路供电回路经电源切换装置供给负载。由于DCS对电源质量要求较高，要求电源的瞬动时间不能大于10ms，故对双回路供电中的电源切换装置要求比较高。
综上所述，UPS与市电双回路切换供电，可以弥补单回路供电方式的不足，但是对双回路供电中的电源切换装置要求比较高，而且对于大面积停电也无济于事。
2.2.2二路UPS输出供电
是一种较为理想的供电方式。采用两组UPS电源，双重化冗余设置，各自配置电池组，且UPS电源分别引自低压配电不同段母线。由UPS至DCS系统的电缆为两套，保证电缆故障时，另一路可以继续供电。使供电可靠性大大提供，该供电方式在大面积停电事故中发挥重要作用，每台UPS还可定期退出在线系统，进行检查、维修，延长设备的使用寿命，增加了设备的安全性。
对于DCS上层控制系统的供电，无论采用单回路还是双回路，风险都是存在的，只能通过对供电设备选型和供电方案的实施来最大限度的降低风险。保证整个DCS控制系统的正常。DCS上层供电一般需要220V交流电输入，至于具体的控制模块、控制设备等还得另外配备相应的电源转换器，如24V电源等，一般DCS厂家都把这些设备归入整套DCS控制柜，只需外部接220V交流电即可，但是现场仪表系统的供电还得另外设计。
3、DCS底层控制系统的供电系统
DCS的底层系统包括控制继电器、仪表和阀门系统，继电器有AC220V，有DC24V；仪表如温度、压力、液位、流量四大参数的检测仪表，非常规仪表如核仪表、氧气分析仪、CO分析仪等；阀门有气动阀、电磁阀、调节阀、开关阀等。这些设备有的要DC24V供电，有的要AC220V供电，有的仪表要控制模块供电，有的要外部电源供电。
3.1常规仪表的供电
常规仪表除热电阻外都要供电，而且又分两线制、三线制、四线制仪表。两线制仪表一般选择模块供电，多为DC24V供电，即从DCS模拟量输入模块处得到电源，只用两根线；三线制
仪表如热电阻，它传输的是模拟量信号，一般不需要单独供电；四线制仪表一般需要外部供电。这个DC24V电源同时可供个多个设备。
3.2气动阀的（电磁阀）供电
阀门的供电控制以气动开关阀为例，这种阀门现场靠压缩空气推动气缸的活塞，从而推动阀门动作，但是控制压缩空气的是一个气路转换器，气路转换器由一个电磁阀来控制，DCS控制的就是这个电磁阀，一般这种电磁阀都要AC220V供电。以气开阀为例，当DCS发出一开阀命令，使得相应控制继电器得电动作。DCS命令控制继电器常开触点闭合，AC220V的相线L引到现场的电磁阀一端，从另一端返回N端形成回路，电磁阀得电动作带动气路转换器动作，从而使气缸的压力变化推动阀门动作；反之，当关阀命令来之后，电磁阀失电复位，阀门也发生相应动作。
3.3开关量输出控制继电器的供电
开关量输出控制继电器分两种：一种DC24V，一种AC220V，一般用普遍采用DC24V。不管是哪一种的继电器，只要把所需电源引到继电器线圈的两端就可以了。继电器线圈的一端接
电源的L端，另外一端接到DCS控制的端子排，当DCS发出的命令，继电器输出触点直接送往配电柜控制现场设备。
结束语
DCS的供电是一个复杂的系统，简单的单回路是不可靠的，追求可靠、稳定的供电时，还得考虑投入成本，后期的维护等；双回路UPS供电可以有效降低风险，为了保证自己的DCS稳定运行，很多厂家都研发了自己的电源模块以及电源切换装置。因此，熟悉整个DCS的供电模式，无论设计人员还是维护人员都是很重要的。
参考文献
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