摘 要:PLC與UPS組合構(gòu)成雙電源切換系統(tǒng),使假捻機(jī)在正常生產(chǎn)情況下實(shí)現(xiàn)雙電源切換。本文根據(jù)假捻機(jī)臺(tái)數(shù)多規(guī)格相同的特點(diǎn),用PLC與一臺(tái)小容量UPS,對(duì)多臺(tái)假捻機(jī)逐臺(tái)進(jìn)行雙電源切換,完成整個(gè)用電系統(tǒng)切換。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了小容量UPS對(duì)大用電系統(tǒng)的雙電源切換。
關(guān)鍵詞:PLC;UPS;假捻機(jī);雙電源;切換
一 引言
假捻機(jī)是化纖行業(yè)生產(chǎn)滌綸低彈絲的主要設(shè)備,每臺(tái)設(shè)備由240個(gè)錠位組成,該設(shè)備自動(dòng)化程度高,生產(chǎn)工藝復(fù)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(shí)間在8~16小時(shí)之間)、開停機(jī)復(fù)雜及開停機(jī)損耗大等特點(diǎn)。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(jī)的企業(yè)在電源切換過程中需要停機(jī)才能進(jìn)行備用電源切換。要安裝一套大型 UPS不間斷電源,投資將達(dá)上百萬元,且要求配套發(fā)電機(jī)功率是系統(tǒng)負(fù)載的2 倍,自備發(fā)電機(jī)的企業(yè)都采用了停機(jī)切換備用電源方法,無論停電多長時(shí)間,每次發(fā)電時(shí)間不能少于生產(chǎn)一批產(chǎn)品的時(shí)間,一天停限電兩次以上時(shí),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(jī)容量大、設(shè)備型號(hào)相同、數(shù)量多、有計(jì)劃停限電的特點(diǎn),利用現(xiàn)有發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)出一套在不停機(jī)的情況下,進(jìn)行逐臺(tái)假捻機(jī)雙電源切換的控制系統(tǒng)。
二 假捻機(jī)和廠區(qū)供電系統(tǒng)分析
全廠共有型號(hào)相同RPR假捻機(jī)4臺(tái),單機(jī)裝機(jī)功率為120kw,由三部分用電系統(tǒng)組成:1、傳動(dòng)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(fēng)機(jī))。經(jīng)分析,生產(chǎn)時(shí)不能瞬間斷電的只有傳動(dòng)系統(tǒng),電加熱和風(fēng)機(jī)都可以在短時(shí)間內(nèi)停電1-2分鐘,電源切換只需用幾秒鐘時(shí)間,在電源切換過程中只要傳動(dòng)系統(tǒng)不斷電,就能在正常生產(chǎn)情況下進(jìn)行雙電源切換。
廠區(qū)供電系統(tǒng)是由一臺(tái)630kw變壓器和一臺(tái)800kw備用發(fā)電機(jī)組組成,變壓器和發(fā)電機(jī)的切換方式是通過一個(gè)雙頭刀閘進(jìn)行切換的,要在正常生產(chǎn)情況下對(duì)四臺(tái)假捻機(jī)同時(shí)進(jìn)行電源切換,需要一臺(tái)480kw 或四臺(tái)120kw 的UPS不間斷電源;發(fā)電機(jī)在空載時(shí),最大能同時(shí)加載負(fù)載是發(fā)電機(jī)功率的50%,需要配備發(fā)電機(jī)的功率為1200kw,現(xiàn)有發(fā)電機(jī)滿足不了要求,只能采取逐臺(tái)切換方法。
三 設(shè)計(jì)方案
3.1 UPS的特性及選擇
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用美國山特公司3C3 UPS的特性,該UPS有一個(gè)內(nèi)部電子旁路檢修開關(guān),UPS在關(guān)機(jī)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(gè)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(shí), UPS必須在關(guān)機(jī)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(jī)。UPS退出供電系統(tǒng)時(shí),必須先將UPS關(guān)機(jī),接通外部旁路開關(guān)(若UPS未在關(guān)機(jī)狀態(tài)下,相當(dāng)于UPS在開機(jī)時(shí)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(shí)間,其它時(shí)間不在系統(tǒng)中運(yùn)行,假捻機(jī)的裝機(jī)容量為120kw/臺(tái),但除了傳動(dòng)系統(tǒng)外,電加熱和風(fēng)機(jī)都允許短時(shí)間停電,若要配備120kw的UPS顯然是很浪費(fèi),選擇能滿足假捻機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)功率的UPS就可以了。我們選用與負(fù)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(diǎn)是:在120%超載的情況下可工作10分鐘,同時(shí)它具有內(nèi)部電子旁路開關(guān),適合本系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。
3.2 設(shè)計(jì)思路
本系統(tǒng)主要是利用現(xiàn)有發(fā)電機(jī)組在不停機(jī)的情況下進(jìn)行雙電源切換。原來電源切換是在主供電回路上通過一個(gè)雙頭刀閘切換,現(xiàn)在將用電系統(tǒng)分割成四個(gè)單元,在每個(gè)分路上各安裝一個(gè)雙頭刀閘,分別對(duì)假捻機(jī)進(jìn)行逐臺(tái)切換。雙頭刀閘切換是人工操作,刀閘在轉(zhuǎn)換過程中會(huì)出現(xiàn)瞬間斷電現(xiàn)象,這樣就會(huì)造成假捻機(jī)停機(jī),這是電源切換不能連續(xù)生產(chǎn)的原因,解決這個(gè)問題是本方案設(shè)計(jì)關(guān)鍵。所以,在電源切換前先將要切換電源假捻機(jī)的電加熱和風(fēng)機(jī)停下來降低負(fù)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(shí)用UPS的電池組為假捻機(jī)提供傳動(dòng)系統(tǒng)的電源,就不會(huì)出現(xiàn)斷電現(xiàn)象,可以對(duì)該假捻機(jī)進(jìn)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(fēng)機(jī)開啟,這樣就完成了一臺(tái)假捻機(jī)的切換。再進(jìn)行下一臺(tái)的切換,以此循環(huán)便可完成全部假捻機(jī)的切換(圖2)。
圖2
3.3控制流程
用一臺(tái)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(jī)組和變壓器不會(huì)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(qiáng);適合工業(yè)現(xiàn)場工作環(huán)境;故障率低;編程簡單;擴(kuò)展功能強(qiáng),本身具有18路輸入和12路輸出,最高可擴(kuò)展到90點(diǎn)。
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(tái)假捻機(jī)同時(shí)切換,供電電源不是一個(gè)電源時(shí),兩臺(tái)假捻機(jī)供電電源與UPS連接的接觸器同時(shí)閉合,兩個(gè)不同電源短路相連,發(fā)電機(jī)和變壓器出現(xiàn)并網(wǎng)(圖2)。PLC檢測(cè)是否有其它假捻機(jī)在切換,沒有其它機(jī)臺(tái)切換時(shí),UPS輸入輸出端的接觸器閉合,UPS與該機(jī)臺(tái)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(jī)運(yùn)行負(fù)荷,在外部旁路開關(guān)斷開前,必須將電加熱和風(fēng)機(jī)電源斷開,降低負(fù)荷,保證UPS的安全運(yùn)行。否則系統(tǒng)負(fù)荷大于UPS功率的2倍,UPS自動(dòng)斷電自我保護(hù),造成切換中的假捻機(jī)斷電停機(jī),切換失敗。電加熱和風(fēng)機(jī)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(fù)荷的情況下進(jìn)行切換,雙頭刀閘切換前,將UPS的輸入端電源斷開, 此時(shí)切換中的假捻機(jī)已經(jīng)與外部供電系統(tǒng)全部斷開,假捻機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)由UPS電池組為其提供動(dòng)力電源,維持假捻傳動(dòng)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn),此時(shí)雙頭刀閘已經(jīng)空載,便可在無負(fù)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(jī)后再接通外部旁路開關(guān)、電加熱和風(fēng)機(jī)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(tái)假捻機(jī)的雙電源切換已完成,再進(jìn)行下一臺(tái)假捻機(jī)的切換。
四 應(yīng)用效果
該切換控制系統(tǒng)應(yīng)用于浙江省海寧市浩遠(yuǎn)化纖有限公司,該公司擁有四臺(tái)意大利產(chǎn)RPR假捻機(jī),使用該系統(tǒng)前平均每月發(fā)電總時(shí)間180~200小時(shí),使用該系統(tǒng)后,可隨時(shí)在不停機(jī)的情況下進(jìn)行雙電源切換,停限電多長時(shí)間,就發(fā)電多長時(shí)間,企業(yè)再?zèng)]有因限停電而停產(chǎn)和增加無謂發(fā)電時(shí)間,縮短了發(fā)電時(shí)間,真正實(shí)現(xiàn)了連續(xù)生產(chǎn),每月發(fā)電總時(shí)間不超過30小時(shí),每月減少發(fā)電時(shí)間150多個(gè)小時(shí),因?yàn)榘l(fā)電成本是電網(wǎng)電費(fèi)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(jì)效益。
五 結(jié)束語
本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于將一個(gè)較大供電系統(tǒng)雙電源切換分割成若干小的用電單元,達(dá)到雙電源切換目的,投資小,見效大。隨著我國經(jīng)濟(jì)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(jī)組,在電源切換時(shí)必須停機(jī),且發(fā)電時(shí)間必須保證每批產(chǎn)品生產(chǎn)周期,無形增加了發(fā)電時(shí)間。該切換控制系統(tǒng)就是針對(duì)這些企業(yè)而設(shè)計(jì)的。一是解決了電源切換時(shí)不停機(jī)保證生產(chǎn)連續(xù)運(yùn)行;二是縮短發(fā)電時(shí)間,降低企業(yè)成本增加效益。該系統(tǒng)可擴(kuò)展至更多臺(tái)假捻機(jī)切換控制,也可以為其它連續(xù)生產(chǎn)的企業(yè)實(shí)現(xiàn)雙電源切換控制。
參考文獻(xiàn):
[1] OMRON公司 可編程控制器CPM1A操作手冊(cè) 1997
[2] 山特公司3C3 系列 UPS使用手冊(cè) 2004.3
[3] 張雪平OMRON PLC網(wǎng)絡(luò)與通信 《微計(jì)算機(jī)信息》 2005年第4期
[4] 張永飛 可編程控制器應(yīng)用技術(shù) 中國電力出版社 2004.4
[5] 魏先民PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用的抗干擾問題研究 《微計(jì)算機(jī)信息》2005年第10-1期