DCS系统的直流供电系统的设计.doc

DCS系统直流供电系统设计金如虹 吕永杰浙江中控技术股份，310052摘要：在直流供电系统中，开关电源使用无疑是关键一环，合理地使用开关电源对于直流供电系统正常使用能提供可靠确保。本文针对直流供电系统中开关电源使用问题进行了叙述，对开关电源使用常见规则和普遍问题进行了分析总结。关键字：直流供电系统、开关电源、冗余The Design of DC Power Supply System in a distributed control systemJin Ruhong Lv YongjieZhejiang SUPCON Co., Ltd., Hangzhou, Zhejiang, 310052Abstract: The usage of the SMPS(Switched Mode Power Supply) is a very important issue in a DC power supply system, the proper utilization of the SMPS will provides high reliability to the power supply system. This article mainly introduced the usage of SMPS in a DC power supply system, elaborates the common regulations and analysis the common failure mode in the SMPS applicationsKey-Words: DC Power Supply System, SMPS(Switched Mode Power Supply), Redundancy1.引言在上世纪80、90年代DDZ-型仪表普遍使用是仪表电源及架装配电器实现对于现场两线制变送器配电，即粗笨又占据很大空间，仪表控制规模受到限制，甚至采取通道式仪表盘来处理仪表电源和架装配电器装配问题。 伴随DCS控制系统发展和成熟，很快替换了常规仪表成为主流自动化控制系统，体积小、可靠性高、性价比高开关电源作为直流供电系统电源也在DCS控制系统中被广泛应用。因为直流供电在控制系统关键作用，开关电源性能和直流配电电路共同组成高可靠性直流供电系统成为保障控制系统工作安全焦点。2.开关电源基础功效现在使用主流品牌导轨安装式开关电源除了将交流电源转为直流电源为控制系统及辅助设备提供直流工作电源以外，其丰富功效性和适用性也是我们选择开关电源理由。现在开关电源可接收宽范围交流输入电压，对于220VAC电源全部含有许可176-264VAC宽范围输入电压，能够降低对于输入交流电压品质要求；输出电压调整范围宽，最大可达28.8V，有20%可调范围；高转换效率，额定转换效率近90%，开关电源本身功耗仅10%左右。另外开关电源还能在-20至60范围正常使用。部分开关电源还含有均流功效，即两只同型号、规格开关电源并接冗余使用时，其输出电流基础平均。以上功效使得开关电源适用性极大地提升。开关电源还含有丰富安全和保护功效，碰到输出供电回路短路时能够实现电子短路保护，且故障排除后含有自恢复功效，能够避免因供电输出回路短路损坏开关电源；在开关电源负载侧电流大于额定输出电流时，开关电源能够限流保护，通常为额定值130%，但此时输出电压会大幅跌落；部分开关电源因故障或因输出回路短路保护停止输出时，能经过输出触点报警。另外，开关电源在输入电压失去后能够实现维持20ms输出，能够预防因输入交流电瞬时电压跌落造成输出改变。3.开关电源在控制系统中分类使用开关电源在DCS控制系统中使用关键是给系统中对应设备提供直流电源，为了提升可靠性通常根据冗余配置方法供电，依据设备在关键性和不一样组成方法分层级组成直流供电系统，通常能够了解成以下多个层级：系统控制电源：指是给系统控制器、通讯设备供电开关电源，其关键性不言而喻。系统辅助电源：指是给I/O设备供电开关电源，包含给输入、输出底板、基座和端子板供电，它和系统联络紧密。辅助电源：指是给控制系统部件外其它辅助设备供电，如配用安全栅、继电器等。对现场供电：指是给现场三线制、四线制仪表，经过有源DO给现场电磁阀供电等。以上多个层级电源在不一样系统和项目中要求各不相同，通常依据对供电关键性和可靠性要求，结合经济性来选择设计成怎样分层分级对控制系统及辅助设备和现场仪表供电。通常情况下系统控制电源设置为独立冗余电源。系统辅助电源能够有限制地和辅助电源供电交叉使用，依据项目要求设计。辅助设备供电要求能够稍宽，但安全栅供电相对要求独立，其它依据关键性选择对应供电范围，但严格区分于对现场供电。对现场供电因为不可控原因多，且采取同一电源对现场设备和控制系统及辅助设备供电会造成相关设备隔离作用失效或部分失效，所以不宜和其它种类供电混合，以确保控制系统及辅助设备和现场仪表运行安全。比如石化行业就严格要求现场仪表24VDC供电电源和DCS系统24VDC电源应分开配置。4.开关电源直流供电回路可靠性设计在对提供直流电源开关电源做冗余处理，是现在提升直流电源系统供电可靠性普遍方法，同时对于直流电源怎样合理地分配到负载也很关键。首先每组开关电源负荷要控制在一定范围内，留有必需余量，这一点对于开关电源长久稳定可靠地工作是有利。对于直流电源分配，现在通常做法是电源正端采取刀闸端子或熔断端子分配至负载，负端直接分配至负载，也能够使用空气开关分配。正端采取刀闸端子或熔断端子分配至负载关键作用是能够在发觉某负载异常或检修维护时切除该负载供电回路，不影响到整体供电，空气开关作用也一样。通常一组直流供电系统负载多达几十或上百路，当每一路全部采取端子分电时会显得繁琐，所以能够依据需要采取分组供电，每组各负载之间采取环形跨接。因为开关电源电子短路保护作用快于端子熔芯熔断和空气开关保护，所以当直流负载中某一回路出现短路时，一组直流供电回路开关电源将失去输出电压，就是说熔断端子和空气开关不能起到对回路供电短路保护作用。基于以上特点我们期望在使用开关电源对DCS系统设备及相关辅助设备供电时参考本文第三部分对直流供电系统回路分级分层，依据关键性和故障率有效地控制故障范围。上述某回路短路后对于供电系统影响是不是没有措施控制呢？答案是否定。比如西门子就有对应电源诊疗模块产品，能够用于监控每个回路短路，当出现短路时切除该回路。问题是通常开关电源全部用于给几十甚至上百个负载供电，任何负载全部可能出现问题，每路全部用上电源诊疗模块话投资巨大，所以实际应用时几乎不采取这种配置方法。5.开关电源集中安装合理性在设计和使用中有些用户和设计院喜爱将DCS系统辅助开关电源集中安装，设置直流电源柜。设置直流电源柜目标是为了功效划分、安装整齐美观，有些设计甚至将几组冗余开关电源再并接至直流母排后分配给直流负载。我们认为：因为开关电源工作时发烧量大，较高温度可能会对其正常工作产生影响，当多组开关电源集中在一起时，机柜内工作温度提升显著，所以应尽可能避免采取集中安装开关电源直流电源柜，而是按实际使用情况将开关电源依据其负载分配分散安装在对应机柜中，以利于其正常工作。对于将几组冗余开关电源再并接至直流母排后分配给直流负载更不可取，这种方法下当某一负载回路出现短路时，因为开关电源电子短路保护作用，整体直流供电回路开关电源将失去输出电压，扩大了故障影响，大幅降低了整个直流供电系统可靠性。6愈加好地选择、使用开关电源开关电源在直流供电系统中合理正确地使用对于确保直流供电系统有效性是至关关键。设计直流供电系统使用开关电源时要依据供电功效性、设备关键性、供电可靠性要求、故障影响范围、设备区域划分、设备耗电容量、经济性等原因来合理地选择开关电源容量和冗余方法。不一样厂家生产开关电源其指标和辅助性能有部分差异，能够依据需要选择。有些附加功效是我们看重，比如失效报警，有些附加功效造成开关电源价格提升，比如均流功效，就不一定选择了。对于DCS控制系统中开关电源正常使用，检修维护也很关键，尽可能不要把机柜间设置在有腐蚀性气体或有粉尘场所。我们碰到过部分机柜间设置不合理，机柜内部粉尘严重情况，对于开关电源落上粉尘后会影响其正常散热，存在较大隐患，维护时要定时吹扫。7.结论依据需要合理地选择适用开关电源和冗余模式，同时依据设备不一样供电要求分层级设置来组成DCS系统直流供电系统，对于提升DCS系统直流供电设计可靠性，规避电源失效影响范围和风险是很必需。以上是作者结合多年工作经验对于直流供电系统中开关电源分层分级设计使用心得，期望对同行在以后工作中用好开关电源和选择适宜方法组成合理直流电源供电系统，提升直流供电系统应用可靠性能提供部分借鉴。也期望广大读者对其中不到之处给指正！参考文件1 胡德成 开关电源供电构架发展. 电源世界 -92 陈义龙 应用于通信系统分布式电源设计要求. 电源世界 -103 朱雄世 通信电源系统可靠性.通信电源技术 1997-114siemens SITOP电源说明书及相关资料作者介绍：金如虹，1961年出生，男，浙江杭州人，1983年毕业于浙江大学化工系化工自动化专业，学士学位，工程师，从事自动化及仪表工程技术工作。通信地址：浙江省杭州市滨江区长河街道滨康路352号A座5楼，邮政编码：310052，联络电话：电子邮箱：吕永杰，1978年出生，男，浙江杭州人，1996年毕业于辽宁石油化工大学自动化系，学士学位，工程师，从事自动化及仪表工程技术工作。通信地址：浙江省杭州市滨江区长河街道滨康路352号A座5楼，邮政编码：310052，联络电话：，电子邮箱：.