热工电源系统的检修与维护课件.ppt

1、 八、机柜八、机柜 现场控制站的机柜内部均装有多层机架，现场控制站的机柜内部均装有多层机架，以供安装电源、控制器模件和各种以供安装电源、控制器模件和各种IO模模件之用。其外壳均采用金属材料件之用。其外壳均采用金属材料(如钢板或如钢板或铝材铝材)，活动部分，活动部分(如柜门与机柜主体如柜门与机柜主体)之间之间保证有良好的电气连接，使其为内部的电保证有良好的电气连接，使其为内部的电子设备提供完善的电磁屏蔽。为保证电磁子设备提供完善的电磁屏蔽。为保证电磁屏蔽效果，也为了操作人员的安全，还要屏蔽效果，也为了操作人员的安全，还要求机柜可靠接地，接地电阻应小于求机柜可靠接地，接地电阻应小于4。输入信号要求

2、输入信号要求 一般的脉冲输人都是电压脉冲，一般的脉冲输人都是电压脉冲，PI模块对电平模块对电平范围和脉冲宽度是有一定要求的，脉冲电平过低范围和脉冲宽度是有一定要求的，脉冲电平过低或脉冲的宽度过窄或脉冲的宽度过窄(包括正脉冲和负脉冲包括正脉冲和负脉冲)都不合都不合理，有可能导致理，有可能导致PI不能识别该脉冲。不能识别该脉冲。八、机柜八、机柜 现场控制站的机柜内部均装有多层机架，以供安现场控制站的机柜内部均装有多层机架，以供安装电源、控制器模件和各种装电源、控制器模件和各种IO模件之用。其外模件之用。其外壳均采用金属材料壳均采用金属材料(如钢板或铝材如钢板或铝材)，活动部分，活动部分(如如柜门与

3、机柜主体柜门与机柜主体)之间保证有良好的电气连接，使之间保证有良好的电气连接，使其为内部的电子设备提供完善的电磁屏蔽。为保其为内部的电子设备提供完善的电磁屏蔽。为保证电磁屏蔽效果，也为了操作人员的安全，还要证电磁屏蔽效果，也为了操作人员的安全，还要求机柜可靠接地，接地电阻应小于求机柜可靠接地，接地电阻应小于4。为保证柜内电子设备的散热降温，一般柜为保证柜内电子设备的散热降温，一般柜内均装有风扇，以提供强制风冷气流。机内均装有风扇，以提供强制风冷气流。机柜顶部与风扇之间加有防止异物落入的网柜顶部与风扇之间加有防止异物落入的网格。为防止灰尘侵入，在与柜外进行空气格。为防止灰尘侵入，在与柜外进行空气

4、交换时，最好采用正压送风，将柜外低温交换时，最好采用正压送风，将柜外低温空气经过滤网过滤后压入柜内。在环境恶空气经过滤网过滤后压入柜内。在环境恶劣的场合劣的场合(如灰尘多、潮湿或有腐蚀性气体如灰尘多、潮湿或有腐蚀性气体的场合的场合)，往往需要提供密封式机柜，冷却，往往需要提供密封式机柜，冷却空气仅在柜内循环，通过机柜外壳与外界空气仅在柜内循环，通过机柜外壳与外界交换热量，因此在这种机柜外壳上增设了交换热量，因此在这种机柜外壳上增设了许多纵向的散热叶片。许多纵向的散热叶片。为保证在特别冷或热的室外环境下正常工作，还为保证在特别冷或热的室外环境下正常工作，还需要为这种密封式机柜设计专门的空调装置，

5、以需要为这种密封式机柜设计专门的空调装置，以保证柜内温度维持在正常值。保证柜内温度维持在正常值。许多分散控制系统的机柜内设有温度自动检测装许多分散控制系统的机柜内设有温度自动检测装置，当机柜内温度超过正常范围时，产生报警信置，当机柜内温度超过正常范围时，产生报警信号，该信号可以接入操作员监控界面以便监视。号，该信号可以接入操作员监控界面以便监视。九、电源九、电源 电源通常放在机柜的最上层电源通常放在机柜的最上层(如如Symphony)或最或最下层下层(如如T-XP)，高效、稳定、无干扰的交流供电，高效、稳定、无干扰的交流供电系统是现场控制站正常工作的重要保证，而要做系统是现场控制站正常工作的重

6、要保证，而要做到这一点，首先需保证供给现场控制站的交流电到这一点，首先需保证供给现场控制站的交流电源的稳定可靠，一般采取以下几种措施：源的稳定可靠，一般采取以下几种措施：每一现场控制站均采用双相交流电源供每一现场控制站均采用双相交流电源供电，两相互为冗余；电，两相互为冗余；如果附近有经常开关的大功率用电设备，如果附近有经常开关的大功率用电设备，应采用超级隔离变压器，将其初级、次级应采用超级隔离变压器，将其初级、次级绕组间的屏蔽层可靠接地，能很好地隔离绕组间的屏蔽层可靠接地，能很好地隔离共模干扰；共模干扰；若电网电压波动很严重，应采用交流电若电网电压波动很严重，应采用交流电子调压器，快速稳定输入

7、电压；子调压器，快速稳定输入电压；为了保证控制的连续性，应装设不间断为了保证控制的连续性，应装设不间断供电电源供电电源UPS。DCS系统中的主要电源设备是系统中的主要电源设备是AC/DC转转换设备，主要包含三种类型：线性电源、换设备，主要包含三种类型：线性电源、开关电源和不间断供电电源开关电源和不间断供电电源UPS，其中线，其中线性电源现在已经基本不再使用。性电源现在已经基本不再使用。线性电源线性电源 线性电源主要包括工频变压器、输出整流线性电源主要包括工频变压器、输出整流滤波器、控制电路及保护电路等，如图滤波器、控制电路及保护电路等，如图11-25所示。所示。线性电源是先将交流电经过工频变压

8、器变线性电源是先将交流电经过工频变压器变压，再经过整流电路整流滤波得到未稳定压，再经过整流电路整流滤波得到未稳定的直流电压，要得到高精度的直流电压，的直流电压，要得到高精度的直流电压，必须经过电压反馈调整输出电压，这种电必须经过电压反馈调整输出电压，这种电源技术很成熟，可以达到很高的稳定度，源技术很成熟，可以达到很高的稳定度，波纹也很小波纹也很小(可以达到可以达到5mV)，而且没有开关，而且没有开关电源具有的干扰与噪声。电源具有的干扰与噪声。图图11-25 但是，它的缺点是需要庞大而笨重的变压但是，它的缺点是需要庞大而笨重的变压器，所需的滤波电容的体积和重量也相当器，所需的滤波电容的体积和重量

9、也相当大，而且电压反馈电路是工作在线性状态，大，而且电压反馈电路是工作在线性状态，调整管上有一定的电压降，在输出较大工调整管上有一定的电压降，在输出较大工作电流时，致使调整管的功耗太大，转换作电流时，致使调整管的功耗太大，转换效率低，还要安装很大的散热片。这种电效率低，还要安装很大的散热片。这种电源不适合计算机等设备的需要，将逐步被源不适合计算机等设备的需要，将逐步被开关电源所取代。开关电源所取代。开关电源开关电源 开关电源主要包括输入电网滤波器、输入开关电源主要包括输入电网滤波器、输入整流滤波器、逆变器、输出整流滤波器、整流滤波器、逆变器、输出整流滤波器、控制电路及保护电路等，如图控制电路及

10、保护电路等，如图11-26所示。所示。开关电源各部分的功能如下所述。开关电源各部分的功能如下所述。(1)输入滤波输入滤波 消除电网消除电网(如电动机的启动、电如电动机的启动、电器的开关器的开关)和雷击等产生的干扰，同时也防和雷击等产生的干扰，同时也防止开关电源产生的高频噪声向电网扩散。止开关电源产生的高频噪声向电网扩散。(2)整流滤波整流滤波 将电网输入电压进行整流滤波，将电网输入电压进行整流滤波，为变换器提供直流电压。为变换器提供直流电压。图图11-26(3)逆变器逆变器 通过控制变压器的原边的通断，等价于通过控制变压器的原边的通断，等价于将原边的直流电平变成高频交流电平，然后通过将原边的直

11、流电平变成高频交流电平，然后通过高频变压器，起到将输出部分与输人电网隔离的高频变压器，起到将输出部分与输人电网隔离的作用。同时，每开关一次就将一份能量传递到副作用。同时，每开关一次就将一份能量传递到副边边(开关型电源变换的机理开关型电源变换的机理)。(4)输出整流滤波器输出整流滤波器 将变换器输出的高频交流将变换器输出的高频交流电压整流滤波得到需要的直流电压，同时还防止电压整流滤波得到需要的直流电压，同时还防止高频噪声对负载的干扰。高频噪声对负载的干扰。(5)控制电路控制电路 检测输出直流电压，并将其与基检测输出直流电压，并将其与基准电压比较，进行放大。调制振荡器的脉冲宽度，准电压比较，进行放

12、大。调制振荡器的脉冲宽度，从而控制变换器以保持输出电压的稳定。从而控制变换器以保持输出电压的稳定。(6)保护电路保护电路 当开关电源发生过电压、过电流短路当开关电源发生过电压、过电流短路时，保护电路使开关电源停止工作以保护负载和时，保护电路使开关电源停止工作以保护负载和电源本身。电源本身。辅助电源辅助电源 为控制电路和保护电路供电。为控制电路和保护电路供电。开关电源是将交流电先整流成直流电，开关电源是将交流电先整流成直流电，再将直流电逆变成交流电，再整流输出所再将直流电逆变成交流电，再整流输出所需要的直流电压。这样开关电源省去了线需要的直流电压。这样开关电源省去了线性电源中的变压器，以及电压反

13、馈电路。性电源中的变压器，以及电压反馈电路。而开关电源中的逆变电路完全是数字调整，而开关电源中的逆变电路完全是数字调整，同样能达到非常高的调整精度。同样能达到非常高的调整精度。开关电源的主要优点有体积小、重量轻开关电源的主要优点有体积小、重量轻(体体积和重量只有线性电源的积和重量只有线性电源的2030)、效、效率高率高(一般为一般为6070，而线性电源只有，而线性电源只有3040)、自身抗干扰性强、输出电压、自身抗干扰性强、输出电压范围宽及模块化等。范围宽及模块化等。开关电源的主要缺点：由于逆变电路中会产生开关电源的主要缺点：由于逆变电路中会产生高频电压，对周围设备有一定的干扰，需要良好高频电

14、压，对周围设备有一定的干扰，需要良好的屏蔽及接地。的屏蔽及接地。最后，我们对比一下两种电源的优缺点，线性最后，我们对比一下两种电源的优缺点，线性电源的调整管工作在放大状态，因而发热量大，电源的调整管工作在放大状态，因而发热量大，效率低效率低(35左右左右)，需要体积庞大的散热片，而，需要体积庞大的散热片，而且还需要同样也是大体积的工频变压器，当要制且还需要同样也是大体积的工频变压器，当要制作多组电压输出时变压器会更庞大。开关电源的作多组电压输出时变压器会更庞大。开关电源的调整管工作在饱和和截止状态，因而发热量小，调整管工作在饱和和截止状态，因而发热量小，效率高效率高(75以上以上)，而且省掉了

15、大体积的变压器。，而且省掉了大体积的变压器。但开关电源输出的直流电压上面会叠加较大的纹但开关电源输出的直流电压上面会叠加较大的纹波波(比如比如5V输出时纹波为输出时纹波为50 mV，在输出端并接稳，在输出端并接稳压二极管可以改善压二极管可以改善)，而且。开关管工作会产生很，而且。开关管工作会产生很大的尖峰脉冲干扰。相对而言线性电源就没有以大的尖峰脉冲干扰。相对而言线性电源就没有以上缺陷，它的纹波可以做得很小上缺陷，它的纹波可以做得很小(5 mV以下以下)。不间断电源系统不间断电源系统UPS UPS(Uninterruptible Power System)即不间断电源系统，是即不间断电源系统，

16、是DCS系统中经常需系统中经常需要配备备用的交流电源，在要配备备用的交流电源，在220 V交流主电交流主电源中断的情况下，可以由源中断的情况下，可以由UPS给系统供电。给系统供电。为电厂配置的为电厂配置的UPS结构框图如图结构框图如图11-31所示。所示。图图11-31 虚线框内为虚线框内为UPS装置，它由整流器充电装置，它由整流器充电器、逆变器、静态开关、手动旁路开关四器、逆变器、静态开关、手动旁路开关四部分组成。部分组成。UPS装置的交流电源由两路冗装置的交流电源由两路冗余的不同段的厂用电保安电源供电，经余的不同段的厂用电保安电源供电，经UPS主系统隔离变压器和主系统隔离变压器和UPS旁路

17、隔离调旁路隔离调压变压器，由压变压器，由380V、3相变压为相变压为220V、单、单相。相。正常供电路径是：厂用电保安段正常供电路径是：厂用电保安段380V、三、三相电源经相电源经UPS主系统隔离变压器变压为主系统隔离变压器变压为220V、单相，向、单相，向UPS装置供电，经整流器装置供电，经整流器充电器将充电器将220V、单相交流电整流为、单相交流电整流为220V直流电，该直流电一方面送逆变器转变为直流电，该直流电一方面送逆变器转变为220V、单相交流电，再经静态开关、手动、单相交流电，再经静态开关、手动旁路开关作为旁路开关作为UPS装置的输出电源，送经装置的输出电源，送经220V交流交流U

18、PS电源配电柜向电源配电柜向DCS系统各机系统各机柜配电；另一方面该直流电向柜配电；另一方面该直流电向220V直流蓄直流蓄电池组浮充电，使直流蓄电池组保持额定电池组浮充电，使直流蓄电池组保持额定容量的功率。容量的功率。一旦厂用电保安段失电，或一旦厂用电保安段失电，或UPS主系统隔主系统隔离变压器故障或离变压器故障或UPS的整流器充电器故的整流器充电器故障，则障，则220V直流蓄电池组投入工作，作为直流蓄电池组投入工作，作为主电源，因此对主电源，因此对220V直流蓄电池组的容量直流蓄电池组的容量要有一定的要求，一般直流蓄电池组的容要有一定的要求，一般直流蓄电池组的容量应满足量应满足DCS系统在额

19、定负荷下至少系统在额定负荷下至少0.5h的用电量。的用电量。如果直流蓄电池组不满足额定负荷下如果直流蓄电池组不满足额定负荷下0.5h的用电量或的用电量或UPS逆变器故障，则静态开关逆变器故障，则静态开关自动将供电电源切至自动将供电电源切至UPS的旁路电源。由的旁路电源。由于于DCS系统微处理器和存储器等对中断电系统微处理器和存储器等对中断电源时间的要求很严，静态开关自动切换的源时间的要求很严，静态开关自动切换的时间要小于或等于时间要小于或等于5ms,，如，如UPS旁路电源旁路电源长期供电，可将手动旁路开关切至长期供电，可将手动旁路开关切至UPS旁旁路电源。路电源。UPS装置及其配套的变压器容量

20、装置及其配套的变压器容量应根据应根据DCS系统的最大负荷量设计，并应系统的最大负荷量设计，并应留有一定的余量。留有一定的余量。现场控制单元内部各模件的供电，均采用现场控制单元内部各模件的供电，均采用直流电源，但对直流电源的等级要求不一，直流电源，但对直流电源的等级要求不一，常见的有常见的有+5、12、15、+24V，也有更，也有更高直流电压要求的情况。因此，现场控制高直流电压要求的情况。因此，现场控制单元内必须具备直流稳压电源，将送来的单元内必须具备直流稳压电源，将送来的交流电源转换为适应内部各种模件需要的交流电源转换为适应内部各种模件需要的直流电源。直流电源。通常情况下，通常情况下，+5、1

21、2V供给供给HCU中的控中的控制器和制器和IO模件使用；模件使用；+24V供给端子板供给端子板(为为测量仪表或执行机构提供电源测量仪表或执行机构提供电源)和手操器使和手操器使用。对控制器供电的电源一般均要求与对用。对控制器供电的电源一般均要求与对现场检测仪表或执行机构供电的电源在电现场检测仪表或执行机构供电的电源在电气上互相隔离，以减小相互干扰。气上互相隔离，以减小相互干扰。机柜机柜 Symphony的系统机柜分为模件与端子混装的系统机柜分为模件与端子混装柜和纯端子柜两种。这两种机柜的外形和安柜和纯端子柜两种。这两种机柜的外形和安装方式都一样，只是内部电源的分配方式及装方式都一样，只是内部电源

22、的分配方式及支持设备有所不同。在机柜组装时，已将系支持设备有所不同。在机柜组装时，已将系统和现场电源配置完成。统和现场电源配置完成。(1)模件、端子混装柜。模件、端子混装柜一般模件、端子混装柜。模件、端子混装柜一般包括：电源系统；插在符合包括：电源系统；插在符合48.26cm(19in)标准安装标准安装单元（卡笼）的模件；与相应模件配套的端子单元单元（卡笼）的模件；与相应模件配套的端子单元等设备。它们的安装排列分别是：机柜上部安装电等设备。它们的安装排列分别是：机柜上部安装电源系统；机柜中部安装由安装单元支持的所需系统源系统；机柜中部安装由安装单元支持的所需系统模件，它是该单元的中心；机柜的下

23、部留有足够空模件，它是该单元的中心；机柜的下部留有足够空间，用于安装如环路通信使用的端子单元等设备。间，用于安装如环路通信使用的端子单元等设备。系统模件将直接插入模件安装单元内。模件的通信、系统模件将直接插入模件安装单元内。模件的通信、使用的电源、接地线等电气结构的获得与分配，全使用的电源、接地线等电气结构的获得与分配，全部由模件安装单元上的印刷电路提供，不需要另外部由模件安装单元上的印刷电路提供，不需要另外布线。模件本身可以带电插拔，这使得模件的更换布线。模件本身可以带电插拔，这使得模件的更换与连接变得非常容易。机柜专门设计了空气过滤与与连接变得非常容易。机柜专门设计了空气过滤与通风，以及超

24、温报警等装置，为模件的正常运行提通风，以及超温报警等装置，为模件的正常运行提供了安全可靠的环境。供了安全可靠的环境。(2)端子柜。端子柜的结构，除了不安装模端子柜。端子柜的结构，除了不安装模件安装单元和所支持的系统模件及相应的电件安装单元和所支持的系统模件及相应的电源系统外，与其他模件柜或混装柜是一样的。源系统外，与其他模件柜或混装柜是一样的。现场电缆进入机柜的方式可以根据用户要求现场电缆进入机柜的方式可以根据用户要求采用顶部或底部进入。端子的安排方式采用采用顶部或底部进入。端子的安排方式采用“端子单元端子单元”的形式，每个端子单元对应一的形式，每个端子单元对应一个模件，使系统具有很大的灵活性

25、，适应各个模件，使系统具有很大的灵活性，适应各类工业过程的需要。柜子的上部和下部均留类工业过程的需要。柜子的上部和下部均留有空间，用于布置电缆。在由强电引入的地有空间，用于布置电缆。在由强电引入的地方，端子单元有明显的安全标识。从端子单方，端子单元有明显的安全标识。从端子单元到模件的电缆采用阻燃型，在机柜内部全元到模件的电缆采用阻燃型，在机柜内部全部采用预制电缆连接，大大减少了现场电缆部采用预制电缆连接，大大减少了现场电缆装配工作量。装配工作量。电源电源 DCS系统需要一个可靠的、高性能的交流电系统需要一个可靠的、高性能的交流电源，尽管它往往被转换成其他电平和类型，源，尽管它往往被转换成其他电

26、平和类型，以用于系统各设备和卡件，但正是有了交流以用于系统各设备和卡件，但正是有了交流电源才保证了系统的正常运转。电源才保证了系统的正常运转。Symphony系统的现场控制单元采用互为冗系统的现场控制单元采用互为冗余的双路电源系统，即为互为独立的外部电余的双路电源系统，即为互为独立的外部电源，见图源，见图12-26。输入电源电压类型可选择输入电源电压类型可选择120240VAC或或125VDC。该双路电源在线同时工作，为冗余的。该双路电源在线同时工作，为冗余的两套电源系统供电。在两套电源系统供电。在HCU的系统电源中，针对的系统电源中，针对双路输入电源，单独配置了引入开关。进线电源双路输入电源

27、，单独配置了引入开关。进线电源滤波装置等部件，以提高电源的品质和增强对电滤波装置等部件，以提高电源的品质和增强对电源操作的方便程度。两路电源同时工作，各承担源操作的方便程度。两路电源同时工作，各承担50负荷，当一侧电源故障时，另一侧自动承担负荷，当一侧电源故障时，另一侧自动承担100负荷。每路电源在单独工作时，它们均能负荷。每路电源在单独工作时，它们均能承担承担100的负荷并保证电源裕量。外部输入电的负荷并保证电源裕量。外部输入电源进入系统后，被分别引入到两个安装位置固定源进入系统后，被分别引入到两个安装位置固定的电源模块上。电源模块将输入电源转换成系统的电源模块上。电源模块将输入电源转换成系

28、统模件及现场需要的直流电源。在电源系统中，还模件及现场需要的直流电源。在电源系统中，还配置有专门的故障检验部分，使电源的工作状态配置有专门的故障检验部分，使电源的工作状态清晰的表示在相应设备上。另外，电源的冷却风清晰的表示在相应设备上。另外，电源的冷却风扇安装在机架内部及机柜门上。扇安装在机架内部及机柜门上。分散控制系统控制柜电源卡故障处理（以分散控制系统控制柜电源卡故障处理（以INFI-90控制系统的控制系统的PCU柜为例）柜为例）需要说明的问题和要求需要说明的问题和要求 1要求单独完成要求单独完成 2需要协助时可向考评员申请，由考评员需要协助时可向考评员申请，由考评员安排指定协助人员安排指

29、定协助人员 3要求安全文明生产要求安全文明生产 工具、材料、设备、场地工具、材料、设备、场地 1多功能螺丝刀多功能螺丝刀1 2无无 3PCU柜电源卡件柜电源卡件精品课件精品课件！精品课件精品课件！4电子室电子室 操作接线步骤操作接线步骤 1工作票许可，安措完成工作票许可，安措完成 2 检查检查PCU柜电源卡件状态，柜电源卡件状态，“INSYS01”电电源卡正常时各指示灯应为绿色。故障时对应电压源卡正常时各指示灯应为绿色。故障时对应电压指示灯回显示指示灯回显示“红色红色”或或“绿色闪烁绿色闪烁”3 以以25.5VDC电压指示灯电压指示灯“绿闪绿闪”为例，首先为例，首先应根据应根据BAILEY手册，查可能原因为过电流手册，查可能原因为过电流 4 依次拔出另外依次拔出另外“INSYSO1”电源卡件，如电源卡件，如“绿闪绿闪”不再闪，则更换所拔出的电源卡不再闪，则更换所拔出的电源卡 5如果仍闪烁，则更换闪烁的电源卡如果仍闪烁，则更换闪烁的电源卡 6更换电源卡后，电源指示灯应都为更换电源卡后，电源指示灯应都为“绿色绿色”