劉進 陳曉偉 晏志武 盛光熙 張戰(zhàn)果 簡民

摘 ?要：為了提高連續(xù)生產(chǎn)線的設備可靠性，預防突發(fā)性故障。文章針對現(xiàn)場設備開關電源的供電穩(wěn)定性方面進行了研究，介紹了使用冗余模塊、直接并聯(lián)、二極管防電源環(huán)流等三種解決方案，并依次進行了探討。能有效地防止開關電源故障引起供電電路崩潰，確保連續(xù)生產(chǎn)線設備運行安全。

關鍵詞：連續(xù)生產(chǎn)線;開關電源;冗余;并聯(lián)

中圖分類號：TH862 文獻標志碼：A ? ? ? 文章編號：2095-2945（2019）15-0074-02

Abstract： In order to improve the equipment reliability of continuous production line and prevent sudden failure. In this paper， the power supply stability of switching power supply for field equipment is studied. This paper introduces three solutions， such as using redundant module， direct parallel connection and diode anti-power circulation， and discusses them in turn. The utility model can effectively prevent the power supply circuit from collapsing caused by the failure of the switching power supply and ensure the safe operation of the equipment of the continuous production line.

Keywords： continuous production line; switching power supply; redundancy; parallel connection

1 概述

連續(xù)生產(chǎn)線是指生產(chǎn)過程中不可隨意停機的產(chǎn)線，由于生產(chǎn)工藝限制，一旦出現(xiàn)故障停機，就會帶來較大的損失。例如冶金行業(yè)中的連續(xù)退火生產(chǎn)線，產(chǎn)品以高檔家電板和汽車板為主。在生產(chǎn)過程中，爐子不封口，鋼帶以平均每分鐘120～350米的高速通過爐區(qū)，進行工藝退火。如果發(fā)生設備故障突然停止生產(chǎn)線運行。退火爐的高溫會迅速使滯留在爐內(nèi)的帶鋼變形、瓢曲，極易引起刮邊、斷帶等設備事故。因此，連續(xù)生產(chǎn)線的設備維護過程中，電氣系統(tǒng)的可靠性和故障防范顯得極其重要。

開關電源是生產(chǎn)線中常用的電氣設備，具有體積小、重量輕、功耗小、效率高的特點。在連續(xù)生產(chǎn)線中，其主要用于PLC模塊、遠程I/O站、PROFIBUS網(wǎng)絡、儀器儀表、變頻器控制電路等重要部位。一旦開關電源出現(xiàn)故障，對連續(xù)生產(chǎn)線的傷害是致命的。大多數(shù)都會造成機組故障停機損失。為此，設計者通常會在PLC主控制室，增加UPS不間斷電源保護系統(tǒng)。因為UPS系統(tǒng)費用昂貴，體積較大，不可能大范圍應用?，F(xiàn)場電氣控制柜大量開關電源的健康狀態(tài)與管理便成為了需要關注的重點。

2 增加冗余模塊保障電路安全

按照連續(xù)生產(chǎn)線的設備特性，確保直流電路供電安全最好的方法是做冗余。以西門子SITOP電源為例，可以加裝冗余模塊，連續(xù)監(jiān)控線路饋電單元。在電源發(fā)生故障時自動切換，確保線路安全可靠。冗余模塊與兩個開關電源組合使用，接線方式見圖1。兩個開關電源并非直接并聯(lián)，而是通過冗余模塊解耦控制后再并聯(lián)。

依靠冗余模塊，可讓兩個電源實時供電互為備用。在冗余模塊的作用下，兩個電源會智能實現(xiàn)負載均衡和電流分配。一旦某個電源發(fā)生故障，另一個電源可以迅速帶起全部負載，同時切斷故障電源，確保設備供電不受影響。此時冗余模塊的LED會變成紅色，并能通過信號觸點發(fā)送診斷信息，提示設備人員及時檢查，給故障處理提供了方便。

冗余模塊的交流輸入最好使用兩路不同的交流線路供電，實現(xiàn)完全冗余。這樣即使有一路輸入端掉電，也能保證線路安全。需要注意的是：冗余直流開關電源中任何一只電源，它的輸出電流必須大于系統(tǒng)的最大工作電流。

所有電氣柜都使用冗余模塊，同樣增加較大成本。一條連續(xù)生產(chǎn)線機組必須增加與原設計相同數(shù)量的SITOP電源和冗余模塊才能滿足現(xiàn)場需要，并且改造需要大量的停機時間。如果供電電路所需輸出電流大于20A，還需要再增加一個冗余模塊。即兩個電源模塊加上兩個冗余模塊的組建方式，花費更大成本（圖2）。

3 兩個開關電源直接并聯(lián)實現(xiàn)部分冗余功能

為了節(jié)約成本，也可以省去冗余模塊，直接采用兩個開關電源直接并聯(lián)使用的方式。電源并聯(lián)使用可以擴大系統(tǒng)負載，實現(xiàn)一定的冗余功能。但開關電源并聯(lián)使用的要求很高，并不是所有的開關電源都適合直接并聯(lián)使用，必須謹慎！開關電源并聯(lián)使用最大的問題會產(chǎn)生電源環(huán)流，環(huán)流會引起電源溫升過快，甚至導致電源燒毀。

開關電源進行直接并聯(lián)，要確保兩電源的訂貨號一致。能夠并聯(lián)運行的開關電源通常具有功能撥碼開關，以SITOP為例：可將撥碼開關A撥至“ON”狀態(tài)，打開SITOP電源的并聯(lián)運行功能（連接冗余模塊也必須打開此開關）。此時電源輸出特性會改變，自動在兩電源之間實現(xiàn)均流，并以限流方式進行負載分配。

兩個SITOP電源直接并聯(lián)，還要遵循以下原則：首先要測量兩個并聯(lián)電源的空載輸出電壓，其最大偏差不應超過50mV。其次，兩個電源必須并聯(lián)在一個發(fā)送端點，不允許直接并聯(lián)在裝置的接線端子上（圖3）。直接并聯(lián)在裝置端子上會使兩個設備的公共短路電流在接線端發(fā)生過載，可能導致電源設備崩潰。第三，要盡量確保兩電源到并聯(lián)發(fā)送點的線阻相等。最后，兩個并聯(lián)電源輸入端必須共用一個斷路器，確保同時送電和斷電。

兩個開關電源直接并聯(lián)使用可以應對單個電源損壞的大多數(shù)情況，保證電路供電安全。但如果其中一個電源輸出端出現(xiàn)內(nèi)部短路而電源模塊的自保護不及時，仍有可能導致整個電路跳閘。另外，兩個電源直接并聯(lián)并非完全冗余，不能應對輸入端斷電的情況。

4 利用二極管進行防環(huán)流保護

如果兩個電源有差異，不利用冗余模塊，也可以并聯(lián)連接使用。前提是利用大功率二極管組建一個箝位電路進行保護（圖4）。

同理可證，當E1

5 結束語

對于類似連續(xù)退火生產(chǎn)線這樣的連續(xù)機組，開關電源事故的預先防范非常重要，故障的事后分析和補救措施則意義不大。利用冗余模塊、直接并聯(lián)或者建立箝位電路保護的方式，讓兩個開關電源實現(xiàn)自動切換，才能確保供電線路安全，提高系統(tǒng)的可靠性，避免停機損失。

參考文獻：

[1]王喆，呂建萍.直流穩(wěn)壓電源冗余接線方式的分析[J].化工自動化及儀表，2018（11）：899-902.