控制系统的UPS电源配置方案

数控技术字技术应用

控制系统的UPS电源配置方案

辛强

(河北钢铁集团宣钢公司检修公司河北宣化075100)

摘要,通过分析冶金行业供电环境对控制系统的影响,提出了控制系统电源配置的基本要求,给出了UPS容量计算和电池容量计算的方法,基于控制系统的大小及重要程度提出了不同的供电解决方案,并从日常维护角度分析了进一步确保供电正常的手段。

关键词,控制系统UPS串联并机

中图分类号:TN86文献标识码,A文章编号,1007-9416(2013)02-0023-02

冶金行业属于重工业行业,各种因素对电网的影响十分严重。比如停电、空气开关跳闸造成的市电断电,大型设备关闭或雷击引起的电压浪涌,闪电、电子开关工作、电焊引起的瞬间尖峰,大型设备突然启动、电网切换引起的电网波动等都会造成控制系统的数据丢失、死机和设备损坏。电动机造成的谐波干扰,发电机的频率漂移以及线路间的噪声等又会使控制系统的一些数据误码率增大。外来的干扰,除了通过电磁波辐射、电磁感应、静电感应和接地系统等方式外,相当部分都是通过电源进入控制系统的。在此关键部位,如采取措施将进入的干扰抑制下去,就可以取得事半功倍的效果。控制系统属于生产过程中的重要负荷,对供电的可靠性和连续性要求很高,所以需要采用不间断电源(UPS)供电。下面就UPS的供电解决方案进行研究。

1UPS配置基本要求

11UPS基本功能要求

UPS的基本功能要求为提供高可靠性不间断供电功能,保证动力的连续性;起到电网稳压净化功能,提供高质量的绿色电源;要有宽的输入电压和频率范围,稳定的输出电压和频率范围;要有高的过载能力,例如,当负载为110%,130%时,要求稳定输出不小于10min,当负载大于130%时,要求稳定输出不小于1min;在线式UPS切换时间一般要求小于3ms;提供电池管理功能,延长电池使用寿命;提供智能监控功能,解决UPS维护问题。

12UPS选型

按工作原理易选用在线式,不易选用后备式,在线式虽然成本高,但可以为控制系统提供一种完全隔离的保护,对生产的稳定性来说性价比要高;按输入电压来说,小于10kVA的选单项输入UPS,大于10kVA的选三项输入单项输出或三项输出的UPS,这样配置,一方面电网波动对它造成的影响要小,同时减小了电网的不平衡负荷;按输出有无工频变压器来说,选择工频UPS,输入输出隔离、电网扰动不会影响负载;若选用高频机UPS,输入输出不隔离、电网的扰动对负载有影响;售后服务质量也是我们选型的一个重要指标,在同等性能及价格情况下,优选售后服务质量好的品牌。

13UPS容量计算

首先获得负载的总功耗,并将单位统一到kVA。

I×220

总功耗的计算方法,P=-------

1000

式中,P为总功率,I为输出电流。

考虑到UPS运行在50%,70%区间处于最佳运行状态,一般建议在计算时将上面的结果乘以1.8,再一次放大,然后选取最靠近的功率产品。

根据UPS的输出功率因数,计算带载率,确认UPS容量是否正确。

例如:某控制系统负载18kW,负载输入功率因数为0.9,则对应容量为20kVA。考虑到UPS的最佳运行状态,得到20*1.8=36kVA,查UPS选型手册,40kVA的UPS最靠近,能够满足控制系统的要求,因此选取40KVA的UPS主机。

14电池容量计算

电池的选择是个关键,冶金行业一般电池配置要求在4h左右,我们采用恒功率计算,计算UPS电池每2V单元电池电压降到1.67V时,放电所产生的功率W,然后通过查表获得最佳电池型号以及并联组数。

P×1000×cosφ

W=--------------

η×N×6

式中,P为UPS容量(kVA);W为每2V单元电池提供的功率(W);η为UPS效率(一般可取0.9);Cosφ为UPS实际使用功率与总功率的比值(一般取0.6);N为电池数量(以每2V单元电池电压降到

1.67V时为标准,若2V电池则N*1,6V电池则N*3,12V电池则N*6)。

······下转第25页

作者简介,辛强,(1971,9—),男,汉族,籍贯,河北蔚县,学历,本科,职称,工程师,现任职务,技术科主管,研究方向,自动化方面。

23

数控技术字技术应用

器组传送指令,立刻切断电源,以停止工作。

21微处理器

选用宏晶公司推出的STC89C52单片机,它生产成本低,且只需专用串口就可以在线烧写程序,方便易行。

22CAN控制器

SJA1000是PHILIPS公司早期CAN控制器PCA82C200的替代品,功能更强,位速率可达1Mbit/s;支持peliCAN模式及其扩展功能;支持与不同微处理器的接口;可编程的CAN输出驱动配置。

23CAN收发器

本实验采用82C250收发器,它是物理总线与CAN控制器之间的接口,收发器可提供对总线的差动发送与接收功能。具有抗汽车环境下的瞬间干扰及保护总线能力;总线与电源及地之间的短路保护;总线至少可连接110个节点。

24CAN总线的数据传输过程(见图2)

25通信介质

CAN的通信介质是光纤、双绞线、同轴电缆。本实验选用的通信介质是双绞线,它既可防止数据传送产生的干扰,也可防止辐射噪声。

3系统软件设计

系统采用uVision3IDE开发工具,用于编写、调试程序。uVision3IDE是MCS-51系列单片机的汇编语言和C语言程序的集成开发环境。

本实验采用的编程语言是单片机C51语言,在uVision3IDE开发工具中,对程序进行编写和调试,建立工程文件。将程序进行编译、仿真,生成.HEX文件。通过STC单片机专用的下载软件STC-ISP-V480,将编译成功后的.HEX文件通过串口在线下载,烧入PCB实验板中。

31CAN控制器SJA1000的初始化

SIA1000的初始化,是对SIA1000芯片上的寄存器进行初始化。首先进入复位状态,对时钟分频寄存器进行设置,确定是Peil模式还是Basic模式,其次设定其波特率。配置中断使能寄存器,选用哪

个和哪种触发模式的中断,设置输出控制寄存器,验收码、屏蔽码,最后退出复位状态,进入正常的工作环境,SJA1000控制器初始化结束。

32CAN节点的发送报文

报文的发送是由CAN控制器遵循CAN协议规范自行完成。首先CPU必须将待发送的数据信息按特定格式组成一帧报文,进入到CAN发送缓冲器中,并置位命令寄存器中的发送请求标志,发送处理可通过中断请求或者查询状态标志进行控制。

33CAN节点的接收报文

报文的接收程序主要负责节点报文的接收和总线关闭、接收溢出、错误报警等其它情况的处理。报文的收发主要有查询接收方式和中断接收方式。

4结语

通过对本实验的设计和研究,从而达到了减少传输线束、减化繁杂布线系统的目的。本设计由于时间和本人技术水平有限,只实现了汽车车窗的控制,未对汽车车灯、雨刷等采用CAN总线网络控制。若能对整个车身控制系统均采用CAN总线技术,不但能减少整车质量并降低汽车成本,而且还具有较高的数据传输可靠性和安装便捷性,便于维修,扩展了汽车功能。