PLC和UPS在假捻機雙電源切換中的應(yīng)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(shè)備，每臺設(shè)備由240個錠位組成，該設(shè)備自動化程度高，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，時間在8～16小時之間）、開停機復(fù)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(shè)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(shè)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(fēng)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(fēng)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(shè)計方案

　　3.1 UPS的特性及選擇

　　本系統(tǒng)設(shè)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(dāng)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(fēng)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(shè)計要求。

　　3.2 設(shè)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(shè)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(yīng)用效果

　　該切換控制系統(tǒng)應(yīng)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(shè)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。