摘要：本文主要介绍了UPS电源的分类、基本原理及UPS电源在PLC程控系统中的三种常见应用方案，并详细分析了三种应用方案的的优缺点。
Abstract: this paper mainly introduces the classification of UPS power supply, basic principle, function, and UPS power supply in three common used PLC program control system of power plant, and analyzes the advantages and disadvantages of three kinds of application solutions.
关键词：UPS的作用及分类 PLC程控系统 供电方案
1、引言
众所周知，发电厂是一个控制设备众多，自动化程度较高的工业化生产场所。PLC（可编程逻辑控制器）控制系统也被广泛应用于发电厂各子系统的设备控制。作为以电子信息软硬件设备组成的控制系统，PLC系统需要不间断运行。故除了正常供电外，还需要配备UPS（不间断电源）供电系统，UPS电源是保障供电稳定和连续性的重要设备。
2、UPS电源的作用和分类
2.1、UPS的作用：
根据我国国标GB2387-89 规定：“需要配置不间断电源的控制系统提供的交流电源至少应满足：380V\220V、50HZ、三相五线制、电压波动小于±5%、频率波动小于±0.5%、波形失真小于±5%，此外可能产生的任何瞬态供电中断应控制在5 ms 以内”。而UPS便是净化供电电源，提供控制系统需要的，满足国标规定的高品质电源的供电装置。
UPS的基本功能：
一、当供电电源正常时，市电通过UPS稳压、滤波处理后供应给负载使用，达到改善电源质量的效果；同时还对机内的电池进行充电，储存后备能量。
二、当供电电源发生异常时（欠压、过压、掉电、干扰等）UPS将电池储备的直流电能转换为交流电，以持续对负载供电。
三、UPS在市电供电和电池供电之间自动切换，且其控制切换时间小于5ms,以保证控制系统负载不掉电。
2.2、UPS的分类
按其工作方式分类：
一、后备式UPS：市电正常时直接向负载供电，当市电超出其工作范围或停电时，通过转换开关转为电池逆变供电。其特点是：结构简单，体积小，成本低，但输出电压稳定精度差、切换时间长。
二、在线式UPS：市电正常时，由市电进行整流提供直流电压给逆变器工作，由逆变器向负载提供交流电，在市电异常时，逆变器由电池供电，逆变器始终处于工作状态，保证不间断输出。其特点是，有极宽的输入电压范围，无切换时间且输出电压稳定精度高，特别适合对电源要求较高的场合，但是成本较高。
3、UPS电源的工作原理
3.1 后备式UPS
当市电供电正常时，一路市电通过充电器对蓄电池进行充电，另一路市电通过稳压器初步稳压，再由旁路转换开关直接提供给用户。此时，蓄电池处在充电状态，直到蓄电池充满至浮充状态。
当市电异常中断时，充电器停止工作，蓄电池放电，并由逆变器逆变为交流电输出，切至电池供电回路，继续供负载使用。
3.2 在线式UPS
当市电正常时，经滤波器滤波后，净化输入市电，再进行AC/DC转换、直流升压，供逆变器逆变，转换成稳定的交流输出，最后经输出滤波后，为负载提供高质量的电源。同时输入市电通过充电器对蓄电池进行充电，以储备后备电能。
当市电输入异常或中断时，自动转入电池供电模式，蓄电池对外放电，经直\直流升压后供逆变器逆变，转换成稳定的交流电，后经输出滤波，为负载持续提供纯净的电源。
4、UPS电源装置在PLC程控系统的应用
4.1、UPS电源装置在PLC程控系统的应用方案
PLC程控系统中，普遍采用了如下几种UPS电源供电方案。
4.1.1方案一：
正常情况下，工作电源有电，KM带电，常开点闭合，常闭点断开，故电源由L2\N2路输出，经Q2空气开关后输出给负载使用。
当工作电源失去时，KM失电，常闭点闭合，常开点断开，则UPS输出端导通，转为后备式UPS电池供电方式，以持续提供输出电源。
4.1.2方案二：
正常情况下，工作电源一供电，1KM接触器带电，则使2KM接触器失电，2L\2N路电源中断， 1KM常开接点闭合，1L\1N电源输出至UPS输入端，后经UPS净化电源后输出供负载使用。
当工作电源一异常失电时，1KM接触器失电，则使2KM接触器带电，2KM接触器常开接点闭合，则自动切换至工作电源二供UPS使用。
4.1.3方案三：
正常运行时，工作电源投运，接至UPS输入端，输出端至1KM线圈，使1KM常闭点断开，常开点闭合，同时断开2KM线圈，故最终电源由上路输出，供负载使用。
当工作电源异常或断电时，UPS先转至电源供电模式，短时供电，电池耗尽后，1KM失电，常开点断开，上路供电中断，但同时常闭点恢复闭合，使2KM带电，备用电源可经下路输出，供负载使用。
4.2、三种方案的比较
以上三种方案，是PLC程控系统中最常用、经济、简便的UPS供电方案。三种方案均有各自的应用场合、优势和缺点。
4.2.1 方案一
优点：供电回路简单、价格低廉，同时能满足现场需求。
缺点：供电电源质量不高，供电发生异常时切换时间较长，可能会导致控制系统短时失电失效。
此UPS供电方案，一般应用于对控制系统稳定性要求不高的小型PLC系统。
4.2.2 方案二
优点：方案简单、运用性价比高；正常供电时电源质量高，可保障PLC设备的正常运行；供电异常时，也可保障负载不掉电。
缺点：
1、因UPS装置在两路进线电源后的输出主路，若UPS装置故障停运，即使两路输入电源均正常，负载仍会立即掉电，具有很大的安全隐患。
2、UPS检修不方便。合上Q3空开后可移除UPS装置检修，但合上Q3空开后，UPS输入输出为短路，当UPS投运时，轻则影响UPS装置，重则导致UPS损坏或负载断电事故，具有很大的安全隐患。
此UPS供电方案，大多应用于对控制系统稳定性要求较高的中、大型PLC程控系统，但仍存在安全隐患。
4.2.3 方案三
优点：
1、方案简单、性价比高；
2、正常运行时，提供高质量电源，保障PLC设备的正常运行；
3、电源异常时，UPS切至电池供电，保障系统负载不掉电。且当UPS异常停运时，不会使负载掉电；
4、UPS装置检修方便：断开Q3开关，使电源切换至备用路，再断开Q1开关，即可移除UPS检修。
缺点：因电源切换由接触器完成，切换时间可能超过10ms，可能使PLC设备短时掉电。
改进：将双电源切换装置由接触器改换为性能更可靠的ASCO或施耐德品牌电源切换器（切换时间小于5ms）。
方案三是经方案二改进而来，通过比较可以得出，方案三是运行最稳定、隐患最小的PLC程控系统UPS供电方案。
论文作者:杨能
论文发表刊物:《中国电业》2019年第11期
论文发表时间:2019/9/29
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