浅析DCS控制系统的供电技术

李国刚+耿杰

摘 要：现今的工业生产越来越依赖于自动化，而随着生产量的不断增加，自动化技术飞速发展，如何减轻负载，使自动控制系统能够持续、稳定地运行已经成为急需探讨的课题，本文从供电技术角度进行讨论，并分析UPS、EVS双回路以及多回路供电的优点。

关键词：DCS；供电技术；双回路；多回路

生产需求量的不断增加促进了自动控制技术的进步，在如今的工厂中DCS系统已经被广泛使用，工厂生产逐渐依赖于自动化技术，因此一旦DCS系统出现问题，将会给生产造成巨大影响，给工厂带来损失，而对DCS控制系统最重要的就是供电，供电技术影响系统能否稳定运转。为保证DCS控制系统能持续、稳定地运转，要提高供电技术，实施最优方案以确保供电。

1 了解DCS控制系统

DCS是英文（DistributedControlSystem）的缩写，中文名称为分布式控制系统，国内又称其为集散控制系统。DCS实际有人机接口、通讯网络、现场控制站以及现场仪表阀门系统四大组成部分，每一部分都需要供电系统的支持。DCS的供电系统极其复杂，有的需要单独供电，有些可以集体供电，而有些部分所需电压也有所不同，因此如何对DCS控制系统做到稳定、安全供电，采取什么供电方式就是本文即将探讨的重要问题。

2 DCS控制系统的供电方式

2.1 单回路供电

单回路供电就是使用简单的一路电源进行供电，有UPS供电和EVS供电两种方式。单回路供电投资成本小，但缺点就是一旦电源出现故障，就会影响到整个系统的运转。

UPS简称不间断供电电源，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，一般就是电气高压柜送来的380VAC直接进入UPS主机，经过UPS的整流、逆变、电池的充放电，然后由UPS输出220VAC到负载。如图1所示为单路UPS供电的简图。

简单来说就是当使用单路UPS供电时，普通情况下电气电经过UPS主机为电池提供电量存储，当因某种原因电气电掉电时，电池会马上放储电量以供系统工作，防止系统瘫痪，这种电池一般可以提供两个小时的电量，而这段时间是为操作人员留出的，用来寻找问题的源头并进行维修。此时UPS运转得是否正常影响着DCS系统的稳定性，因此UPS备用电池的维护至关重要。一套UPS成本较高，维护资本也高，但因为具有相对稳定性，因此常常为要求较高的系统主回路供电。

EVS简称稳压电源，单路EVS供电，就是电气送来的380VAC三相电经过EVS之后，直接输出到负载，一般EVS都有一个隔离变压器来保证输出稳定的220VAC交流电。如图2所示为单路EVS供电简图。

由于单路EVS不具备储能功能，因此一旦电气电掉电，整个系统就会停止运转，而且电压的波动也会影响EVS的输出波动，甚至损坏设备，但一套EVS成本较为低廉，维护成本小，因此常会用在不太重要的、即使其产生故障也不会对系统产生影响的系统副回路上。

2.2 双回路供电

2.2.1 EVS和UPS双回路切换供电。UPS具有相对稳定性，能够为系统提供短时间供电，具有储能功能，因此可以被用作要求较高的系统主回路供电，由于定期维护成本过高，则可以将一些不太重要的副回路供电替换为更经济的EVS，如图3所示，将EVS和UPS输出至同一电源切换装置，这样当主回路上的UPS出现故障时可以迅速跳闸切换至副回路的EVS供电输出，但这个切换中间存在时间差，这个时间差一般都以毫秒为单位，不同的DCS所能承受的时间差不同，因此各个厂家基本都有自己研制的一套电源切换装置，以适应供电需要。电源切换装置是维持故障发生时DCS系统稳定运转的关键，因此需要选择可靠性高、安全性大的电源切换装置。

综上所述，UPS、EVS双回路切换供电，可以避免单路供电的缺点，但是对双回路供电中的电源切换装置要求比较高，电源切换装置绝定了整个DCS的安全性。

2.2.2 二路输入UPS，UPS输出供电。为了克服双回路供电中电源切换装置带来的技术困难，我们又想到了UPS不间断供电的特点，如图4所示，我们把经过稳压器输出的两路电先接到一个电源切换装置，然后由电源切换装置输出到UPS，再由UPS的输出供给负载。由于UPS的的不间断供电特点，无论电源切换装置如何切换，负载都可以得到持续的电源，从而克服了由于电源切换装置切换时间差带来的问题。但是这种设计对UPS的要求将比较高，而且还要定期对UPS做检查维护工作，特别是让电池放电，最重要的是UPS本身也有一个切换电路，由此有可能对DCS供电系统造成影响。

2.2.3 其它双回路切换供电。双回路供电虽然可以降低单回路供电带来的风险，但是供电中对系统造成的影响还是存在的，我们无法避免由于瞬间断电带来的系统影响，只能把这种风险降到最低，需要综合考虑。这种模式的供电对稳压器及电源切换装置的要求都较高，当两路都跳闸后系统将马上瘫痪，优点是投资成本、维护成本都相对小。

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。

结束语

工厂生产对自动化技术依赖性强，DCS控制系统占据着极为重要的地位，而供电技术的成熟与否和DCS的顺利工作有极大关系，但DCS的供电系统非常复杂，简单的单回路虽然投资成本较低，但一旦停止運转而没有替代运行的备用电源，会造成整体停止运转。一个稳定、可靠的供电系统才能保证DCS稳定运行，双回路以及多回路供电模式可以做到这点，电源间的切换保证供电的连续性，但需要考虑投资成本和后期维护。多回路供电的技术难点在电源之间的切换装置，多数厂家都拥有自己的电源切换装置，了解DCS的供电运转方式，熟悉自己的电源装置，以维持DCS系统的持续稳定运转，是工厂维修人员最重要的工作。

参考文献

[1]冉隆隧.大型自动化系统的供电与接地[J].航天控制，1990（3）.

[2]张骥，郭艳敏，钱军.分散控制系统供电和接地系统的设计与应用[J].能源研究与利用，2006（6）：45-47.