PLC和UPS在假捻機雙電源切換中的應用

　　一 引言

　　假捻機是化纖行業(yè)生產(chǎn)滌綸低彈絲的主要設備，每臺設備由240個錠位組成，該設備自動化程度高，生產(chǎn)工藝復雜，具有連續(xù)生產(chǎn)、單批產(chǎn)品生產(chǎn)周期長（根據(jù)品種不同，時間在8～16小時之間）、開停機復雜及開停機損耗大等特點。近年來，我國部分地區(qū)在用電高峰季節(jié)電力短缺，出現(xiàn)拉閘限電現(xiàn)象，自備發(fā)電機的企業(yè)在電源切換過程中需要停機才能進行備用電源切換。要安裝一套大型 UPS不間斷電源，投資將達上百萬元，且要求配套發(fā)電機功率是系統(tǒng)負載的2 倍，自備發(fā)電機的企業(yè)都采用了停機切換備用電源方法，無論停電多長時間，每次發(fā)電時間不能少于生產(chǎn)一批產(chǎn)品的時間，一天停限電兩次以上時，只能連續(xù)發(fā)電，這種方法不能靈活切換備用電源，給企業(yè)造成不必要的損失。本系統(tǒng)是根據(jù)企業(yè)的裝機容量大、設備型號相同、數(shù)量多、有計劃停限電的特點，利用現(xiàn)有發(fā)電機組設計出一套在不停機的情況下，進行逐臺假捻機雙電源切換的控制系統(tǒng)。

　　二 假捻機和廠區(qū)供電系統(tǒng)分析

　　全廠共有型號相同RPR假捻機4臺，單機裝機功率為120kw，由三部分用電系統(tǒng)組成：1、傳動系統(tǒng)60kw（由變頻器控制）;2、電加熱系統(tǒng)55kw;3、輔助系統(tǒng)5kw（風機）。經(jīng)分析，生產(chǎn)時不能瞬間斷電的只有傳動系統(tǒng)，電加熱和風機都可以在短時間內(nèi)停電1-2分鐘，電源切換只需用幾秒鐘時間，在電源切換過程中只要傳動系統(tǒng)不斷電，就能在正常生產(chǎn)情況下進行雙電源切換。

　　廠區(qū)供電系統(tǒng)是由一臺630kw變壓器和一臺800kw備用發(fā)電機組組成，變壓器和發(fā)電機的切換方式是通過一個雙頭刀閘進行切換的，要在正常生產(chǎn)情況下對四臺假捻機同時進行電源切換，需要一臺480kw 或四臺120kw 的UPS不間斷電源;發(fā)電機在空載時，最大能同時加載負載是發(fā)電機功率的50%，需要配備發(fā)電機的功率為1200kw，現(xiàn)有發(fā)電機滿足不了要求，只能采取逐臺切換方法。

　　三 設計方案

　　3.1 UPS的特性及選擇

　　本系統(tǒng)設計利用美國山特公司3C3 UPS的特性，該UPS有一個內(nèi)部電子旁路檢修開關(guān)，UPS在關(guān)機狀態(tài)下，電源是通過UPS內(nèi)部電子旁路直接輸出供電。外部再加一個旁路開關(guān)（圖1），外部旁路開關(guān)與內(nèi)部電子旁路開關(guān)形成并聯(lián)。UPS加入供電系統(tǒng)時， UPS必須在關(guān)機狀態(tài)下，接通UPS輸入輸出端開關(guān)，UPS與外部旁路開關(guān)形成并聯(lián)接通，然后斷開外部旁路開關(guān)，再將UPS開機。UPS退出供電系統(tǒng)時，必須先將UPS關(guān)機，接通外部旁路開關(guān)（若UPS未在關(guān)機狀態(tài)下，相當于UPS在開機時輸出端加入反向電壓，UPS可能燒毀），斷開UPS輸入輸出端開關(guān)， UPS退出供電系統(tǒng)。這樣就很容易做到將UPS加入和退出供電系統(tǒng)中。

　　圖1

　　UPS在電源切換過程中工作只有幾秒鐘的時間，其它時間不在系統(tǒng)中運行，假捻機的裝機容量為120kw/臺，但除了傳動系統(tǒng)外，電加熱和風機都允許短時間停電，若要配備120kw的UPS顯然是很浪費，選擇能滿足假捻機傳動系統(tǒng)功率的UPS就可以了。我們選用與負載功率相同的美國山特公司3C3 60 UPS，電池組選用65AH -12V – 32節(jié)。它的主要特點是：在120%超載的情況下可工作10分鐘，同時它具有內(nèi)部電子旁路開關(guān)，適合本系統(tǒng)設計要求。

　　3.2 設計思路

　　本系統(tǒng)主要是利用現(xiàn)有發(fā)電機組在不停機的情況下進行雙電源切換。原來電源切換是在主供電回路上通過一個雙頭刀閘切換，現(xiàn)在將用電系統(tǒng)分割成四個單元，在每個分路上各安裝一個雙頭刀閘，分別對假捻機進行逐臺切換。雙頭刀閘切換是人工操作，刀閘在轉(zhuǎn)換過程中會出現(xiàn)瞬間斷電現(xiàn)象，這樣就會造成假捻機停機，這是電源切換不能連續(xù)生產(chǎn)的原因，解決這個問題是本方案設計關(guān)鍵。所以，在電源切換前先將要切換電源假捻機的電加熱和風機停下來降低負荷，然后將不間斷電源UPS串聯(lián)在要切換的電路中，雙頭刀閘轉(zhuǎn)換時用UPS的電池組為假捻機提供傳動系統(tǒng)的電源，就不會出現(xiàn)斷電現(xiàn)象，可以對該假捻機進行電源切換。切換完成后將UPS退出供電系統(tǒng)，再將電加熱和風機開啟，這樣就完成了一臺假捻機的切換。再進行下一臺的切換，以此循環(huán)便可完成全部假捻機的切換（圖2）。

　　圖2

　　3.3控制流程

　　用一臺UPS輪流切換，安全地將UPS加入和退出供電電路中，保證發(fā)電機組和變壓器不會出并網(wǎng)現(xiàn)象，這是控制方案中安全切換的關(guān)鍵。在控制回路中選用了PLC作為控制單元，我們選用了日本歐姆龍公司的CPM1A-30CDR-A可編程控制器，該產(chǎn)品抗干擾能力強;適合工業(yè)現(xiàn)場工作環(huán)境;故障率低;編程簡單;擴展功能強，本身具有18路輸入和12路輸出，最高可擴展到90點。

　　電源切換控制過程中（圖3），首先PLC判斷備用電源是否供到現(xiàn)場，備用電源沒有供到現(xiàn)場不能切換。由于采用循環(huán)切換方法，若兩臺假捻機同時切換，供電電源不是一個電源時，兩臺假捻機供電電源與UPS連接的接觸器同時閉合，兩個不同電源短路相連，發(fā)電機和變壓器出現(xiàn)并網(wǎng)（圖2）。PLC檢測是否有其它假捻機在切換，沒有其它機臺切換時，UPS輸入輸出端的接觸器閉合，UPS與該機臺的輸入總電源接觸器形成并聯(lián)（以下稱外部旁路開關(guān)）。

　　圖3

　　UPS的功率小于假捻機運行負荷，在外部旁路開關(guān)斷開前，必須將電加熱和風機電源斷開，降低負荷，保證UPS的安全運行。否則系統(tǒng)負荷大于UPS功率的2倍，UPS自動斷電自我保護，造成切換中的假捻機斷電停機，切換失敗。電加熱和風機電源斷開后，斷開外部旁路開關(guān)，UPS已加入到供電系統(tǒng)中，開啟UPS。為了延長雙頭刀閘的使用壽命，使刀閘在不帶負荷的情況下進行切換，雙頭刀閘切換前，將UPS的輸入端電源斷開， 此時切換中的假捻機已經(jīng)與外部供電系統(tǒng)全部斷開，假捻機傳動系統(tǒng)由UPS電池組為其提供動力電源，維持假捻傳動系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，此時雙頭刀閘已經(jīng)空載，便可在無負荷的情況下順利切換。切換完成后，接通UPS輸入端電源，為UPS供電的電源已經(jīng)更換為備用電源，電源切換完成。UPS關(guān)機后再接通外部旁路開關(guān)、電加熱和風機電源，將UPS的輸入輸出端接觸器斷開，UPS退出切換系統(tǒng)，這樣一臺假捻機的雙電源切換已完成，再進行下一臺假捻機的切換。

　　四 應用效果

　　該切換控制系統(tǒng)應用于浙江省海寧市浩遠化纖有限公司，該公司擁有四臺意大利產(chǎn)RPR假捻機，使用該系統(tǒng)前平均每月發(fā)電總時間180～200小時，使用該系統(tǒng)后，可隨時在不停機的情況下進行雙電源切換，停限電多長時間，就發(fā)電多長時間，企業(yè)再沒有因限停電而停產(chǎn)和增加無謂發(fā)電時間，縮短了發(fā)電時間，真正實現(xiàn)了連續(xù)生產(chǎn)，每月發(fā)電總時間不超過30小時，每月減少發(fā)電時間150多個小時，因為發(fā)電成本是電網(wǎng)電費成本的兩倍多，所以降低了企業(yè)生產(chǎn)成本，增加了企業(yè)經(jīng)濟效益。

　　五 結(jié)束語

　　本文的創(chuàng)新點在于將一個較大供電系統(tǒng)雙電源切換分割成若干小的用電單元，達到雙電源切換目的，投資小，見效大。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，近年來我國部分地區(qū)出現(xiàn)了電力短缺現(xiàn)象，有一些中小化纖企業(yè)自備發(fā)電機組，在電源切換時必須停機，且發(fā)電時間必須保證每批產(chǎn)品生產(chǎn)周期，無形增加了發(fā)電時間。該切換控制系統(tǒng)就是針對這些企業(yè)而設計的。一是解決了電源切換時不停機保證生產(chǎn)連續(xù)運行;二是縮短發(fā)電時間，降低企業(yè)成本增加效益。該系統(tǒng)可擴展至更多臺假捻機切換控制，也可以為其它連續(xù)生產(chǎn)的企業(yè)實現(xiàn)雙電源切換控制。