无间断切换电源的制作方法

文档序号:7294175阅读:395来源:国知局
专利名称:无间断切换电源的制作方法
技术领域
本发明属于稳压装置,尤其涉及一种应用于PLC供电系统与UPS之间的无间断切换电源。
背景技术
目前,PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。如城市中多个污水处理厂就是利用PLC作为自动控制系统的核心,采用分散集中控制系统,来保证水厂生产工艺的平稳运行和用水用户的正常使用,PLC起到了至关重要的作用。其中,供电系统是保证PLC系统正常运行的重要环节,为了保证水厂的平稳运行和连续稳定对外供水,无论从建厂初期的设备选型,还是后期建设,必须层层把关。在实际生产中发现=PLC供电系统的故障次数随着厂区数量的增加和运行时间的增长有逐年递增的趋势。申请人:针对某再生水厂PLC系统的故障率,进行了统计分析,从2002年度到2011年度总故障次数合计为60次。其中,220V交流供电系统原因导致(UPS) 20次,24V直流供电系统原因导致14次,附属设备原因导致18次。从统计中可以看出:PLC系统故障分类有PLC模块原因,220V交流供电系统原因,24V直流供电系统原因,附属设备原因。PLC模块故障和附属设备故障只会对PLC系统的局部范围造成影响。而其中供电系统(220V交流供电系统和24V直流供电系统)故障次数为34次,占总故障次数的56%,并且供电系统故障随着厂区数量的增加和运行时间的增长有逐年递增的趋势。UPS和24V电源故障,则会导致整个PLC系统瘫痪。目前,PLC供电系统的工作原理为市供电源经不间断供电电源(UPS)提供220V交流输出。由于UPS具有稳定电压、抗电磁干扰、可用电池组持续供电等功能,保证了稳定的220V交流输出。当UPS发生硬件故障时,会造成PLC供电系统失电,导致运行全部停止。如恢复PLC供电系统的正常运行,需切换到手动模式,并且要求工作人员熟练掌握操作技能,大约30分钟后能恢复正常的生产运行,待系统生产运行后才能处理UPS的故障。而最快的处理方式就是更换UPS,在有备件的情况下更换UPS大约需要I个小时,如无备件更换周期则较长;另一种处理方式是维修UPS,但维修时间较长,需要几个小时甚至是几天的时间。申请号:201120491601.9公开了一种稳压装置,包括:第一双电源自动转换开关,其在将高压转换为市电的两个控制变压器的供电之间切换;UPS不间断电源,其经由所述第一双电源自动转换开关而被充电;第二双电源自动转换开关,其在所述第一双电源自动转换开关输出的市电和所述UPS不间断电源的供电之间进行切换;其中当电网正常时,所述UPS不间断电源处于在线模式,当电网波动时,所述第二双电源自动转换开关切换到所述UPS不间断电源。稳压装置的设计在很大程度上避免了由于电网电压不稳定导致控制回路系统电压波动而造成设备停止运行的问题。该稳压装置通过检查电网电压信号波动进行自动切换,但两路电网间切换无明显断开点,在切换过程中势必会造成俩路电网电压并联工作,极可能导致两路电源发生短路现象。

发明内容
本发明是为了克服现有技术中的不足,提供一种无间断切换电源,在UPS和PLC系统间增加无间断切换电源后,实现了两路电源的自动转换,保证PLC供电系统的无缝切换,用电设备连续运行。本发明为实现上述目的,通过以下技术方案实现,一种无间断切换电源,其特征是:在PLC供电系统与UPS之间增设自动转换装置构成无间断切换电源,所述自动转换装置的输入端与UPS输出端连接,所述自动转换装置的输出端与PLC供电系统输入端连接,所述自动转换装置的输入端还与220V外供电源直接连接。所述自动转换装置的输入端分别与UPS的输出端和外供电源连接,构成一用一备的供电系统。所述自动转换装置包括固态继电器、电流互感器、空气断路器和接线端子,所述空气断路器经固态继电器通过逻辑电路的判断后经电流互感器检测电流信号,经熔断器和接线端子至用电设备,所述空气断路器与供电电源连接。所述自动转换装置设有将供电电源直接弓I至用电设备的旁路。所述固态继电器周围设有散热器、风扇和控温装置。所述自动转换装置的切换时间为4-5毫秒。所述自动转换装置的逻辑电路是供电电源通过JPO端子经变压器降压后通过JP6接入整流电路,变为直流5V的稳压电源,给逻辑电路板和显示面板供电;JP6的两路电压信号经过光I禹给四输入与门CD4082输入信号,同时从JP4输入电流故障信号和过温故障信号,并且故障信号经过JPl的5和6端子输入到面板上显示;经过逻辑单元⑶4082、⑶4081、⑶4069的判断,输出的两路电压信号U1、U2,经过JPl的7和8端子连接到面板上显示;电压信号Ul、U2输出上分别接的容值为22uF和47uF的电容,使两路切换时满足时间4_5毫秒间隔的要求;四个继电器KM1、KM2、KM3、KM4通过JP3给PLC输入两路电压信号和故障信号;两路电压信号U1、U2信号通过JP2连接到固态继电器并控制其开通和关断,能够实现远程通讯、远程监控和调取故障信息以及发出故障蜂鸣功能。所述自动转换装置设有能够迅速关断供电电源的急停按钮。所述自动转换装置设有故障或改变工作状态时的报警器。有益效果:与现有技术相比一旦PLC供电系统中UPS发生硬件故障,可以使PLC供电系统做到无缝化切换,保证PLC系统的平稳运行。不仅可以挽回由于PLC供电系统失电给企业造成的损失,还能降低企业的运行成本。采用PLC系统并且具备两路正式供电电源的系统中,均可以采用无间断切换电源替代PLC系统中UPS不间断供电电源,使用电设备正常稳定的运行。当UPS发生硬件故障时,PLC供电系统可在5毫秒内切换到备用电源。


图1是本发明的电路连接框图;图2是自动转换装置的逻辑电路图;图3是本发明的主回路电路连接图;图4是本发明的的面板电路连接图。
具体实施例方式以下结合较佳实施例,对依据本发明提供的具体实施方式
详述如下:实施例详见附图1-4,一种无间断切换电源,在PLC供电系统与UPS之间增设自动转换装置构成无间断切换电源,自动转换装置的输入端与UPS输出端连接,自动转换装置的输出端与PLC供电系统输入端连接,自动转换装置的输入端还与220V外供电源直接连接。电源经空气断路器经固态继电器通过逻辑判断后经电流互感器检测电流信号,经熔断器和接线端子至用电设备。所述自动转换装置的切换时间为4-5毫秒。本发明的优选方案是:米用固态继电器,固态继电器周围设有散热器、风扇和控温装置本发明的优选方案是:当UPS常用电源和备用电源两个电源的情况下,指定UPS电源位置,其操作程序由两个自动转换过程组成;如果UPS电源被检测到出现偏差,则自动将负载从常用电源转换至备用电源;如果UPS电源恢复正常,则自动将负载返回换接到常用电源。被检测的电源偏差:被检测的电源特性的改变,当电源特性偏离规定限值(如电源电压或频率的非正常改变)时,被检测到的电源偏差将发出信号使转换开关动作;动作时间做到彡5ms.保证负载供电不间断。本发明的优选方案是:自动转换装置具备远程监控设备运行信息、故障信息和设备本身发出故障蜂鸣的功能。本发明的优选方案是:将供电电源直接引至用电设备的旁路,当自动转换装置逻辑线路出现故障时,可通过旁路功能迅速隔离自动转换装置,将供电电源直接引至用电设备。本发明的优选方案是:当自动转换装置突发故障时,自动转换装置设置的按钮,可通过急停按钮迅速关断供电电源,保护用电设备。本发明的优选方案是:自动转换装置设置的故障或改变工作状态时的报警器。每次改变工作状态或出现故障时设备本身会发出蜂鸣,提示工作人员检测设备运行情况。工作原理:详见图1,在通常情况下,市供电源经不间断供电电源(UPS),输出端连接至自动转换装置。通过自动转换装置向PLC系统提供稳定的交流220V输出。与此同时,自动转换装置的输入端还连接市供电源作为备用电源。当UPS硬件突发故障导致无法供电时,自动转换装置检测到失电信号后,会在4-5毫秒自动切换至备用电源,保证PLC供电系统的无缝切换,PLC设备连续稳定运行。自动转换装置的切换时间为4-5毫秒,主要通过容量不同的两个电容的放电时间差来实现,用示波器分别测出两个电容的接通关断时间,得出两个电容的放电时间差为4-5毫秒,即为自动转换装置的切换时间。另外,自动转换装置还具备旁路功能。当自动转换装置逻辑线路出现故障时,可通过旁路功能迅速隔离自动转换装置,将供电电源直接引至用电设备。一、详见图3,主回路工作原理:不带旁路功能的电路说明1、市供电源和UPS输出电源分别连接至输入I和输入2的端子,经两路的空气断路器后,输入I的电源经固态继电器I和3控制输入I的关断,输入2的电源经固态继电器2和4控制输入I的关断。两路输入源只有一路正常供电经电流互感器和熔断器后经输出端子连接至用电设备为其提供连续的供电电源。2、JP7直接连接熔断丝两侧,指示熔断丝是否工作正常。3、熔断器后输出电路和JP4端子设有温控检测装置根据设定温度调节风扇开启。分别保护设备本身的温度和线路温度,起到强制降温的保护作用。4、JPO端子是为逻辑电路和面板电路提供电源的端子。5、JP2端子是逻辑电路判断后控制固态继电器的关断。带旁路的功能原理:1、市供电源和UPS输出电源分别连接至输入I和输入2的端子,经两路的空气断路器后,输入I的电源经固态继电器I和3控制输入I的关断,输入2的电源经固态继电器2和4控制输入I的关断。两路输入源只有一路正常供电经电流互感器和熔断器后经输出端子连接至用电设备为其提供连续的供电电源。2、当逻辑线路出现故障时固态继电器无法正常工作,此时工作电源无法正常输出,K3继电器处于失电状态,此时按下旁路I的按钮SBl或旁路2的按钮SB2后会使Kl或K2继电器导通触发,同时旁路I或旁路2的指示灯进行工作指示,Kl或K2继电器的常开触点变换为常闭触点,KMl或KM2接触器导通,KMl或KM2的常开、常闭触点发生状态转换后经熔断器后经输出端子连接至用电设备为其提供连续的供电电源。3、JP7直接连接熔断丝两侧,指示熔断丝是否工作正常。4、熔断器后输出电路和JP4端子设有温控检测装置根据设定温度调节风扇开启。分别保护设备本身的温度和线路温度,起到强制降温的保护作用。5、JPO端子是为逻辑电路和面板电路提供电源的端子。6、JP2端子是逻辑电路判断后控制固态继电器的关断7、可手动按下急停按钮SB将控制电源和主回路电源切断,保证设备正常工作。二、详见图2,逻辑电路工作原理1、供电电源通过JPO端子经变压器降压后通过JP6 (JP5为备用电源端子)接入整流电路,变为直流5V的稳压电源,给逻辑电路板和显示面板供电。2、JP6的两路电压信号经过光I禹给四输入与门⑶4082输入信号,同时从JP4输入电流故障信号和过温故障信号,并且故障信号经过JPl的5和6端子输入到面板上显示。3、经过逻辑单元CD4082、CD4081、CD4069的判断,输出的两路电压信号Ul、U2,经过JPl的7和8端子连接到面板上显示。4、电压信号Ul、U2输出上分别接的容值为22uF和47uF的电容,使两路切换时满足时间4-5毫秒间隔的要求5、四个继电器KM1、KM2、KM3、KM4通过JP3给PLC输入两路电压信号和故障信号。6、两路电压信号U1、U2信号通过JP2连接到固态继电器并控制其开通和关断。三、详见图4,面板电路工作原理UJPl的I和2端子直接接变压器输出的电压,连接发光二极管为电源指示灯。2、JPl的3和4端子为5V直流供电电源。3、JPl的5和6端子连接故障输入信号,分别为过热指示和过流指示。
4、JPl的7和8端子连接逻辑电路的两路电压信号Ul和U2输出的工作指示灯,并且在切换时触发蜂鸣器,并带有消音按钮。5、JP7直接连接熔断丝两侧,指示熔断丝是否工作正常。两个电源无间隙切换方案的选择:
方案一要想做到两个电源无间隙切换,必须将UPS和工作电源并联,这两个交流的电源的频率、幅值都相同时才可并联正常工作,那就要改变UPS的逆变模块的触发电路,也就是用PWM调制跟随工作电源,但存在难点:(I)需要用单片机编程,修改原UPS线路,线路复杂,而且UPS是第三方厂家产品,即便顺利更改其线路,不能保证整改后的稳定性。(2)两电源共同供给负载,造成不必要的功率损耗。当某一个交流电源发生故障时,在两个电源之间将产生均衡电流,从而使两个并联电源的输出电压发生变化,影响供电的可靠性。此方案不可行方案二做到PLC供电系统的无缝切换,控制其失电时间彡5msο不需要将UPS和工作电源并联,也不需要调制工作电源和UPS输出幅值和频率。PLC供电系统的主要组成部分包括PLC模块、中间继电器、24V电源、空气断路器、接线端子。要想做到PLC供电系统的无缝切换,就要保证这些元件不失电。实验:以下是用对某再生水厂臭氧间、净水间和加药间的PLC站各元件失电时间的检测结果:
权利要求
1.一种无间断切换电源,其特征是:在PLC供电系统与UPS之间增设自动转换装置构成无间断切换电源,所述自动转换装置的输入端与UPS输出端连接,所述自动转换装置的输出端与PLC供电系统输入端连接,所述自动转换装置的输入端还与220V外供电源直接连接。
2.根据权利要求1所述的无间断切换电源,其特征是:所述自动转换装置的输入端分别与UPS的输出端和外供电源连接,构成一用一备的供电系统。
3.根据权利要求1或2所述的无间断切换电源,其特征是:所述自动转换装置包括固态继电器、电流互感器、空气断路器和接线端子,所述空气断路器经固态继电器通过逻辑电路的判断后经电流互感器检测电流信号,经熔断器和接线端子至用电设备,所述空气断路器与供电电源连接。
4.根据权利要求3所述的无间断切换电源,其特征是:所述自动转换装置设有将供电电源直接引至用电设备的旁路。
5.根据权利要求4所述的无间断切换电源,其特征是:所述固态继电器周围设有散热器、风扇和控温装置。
6.根据权利要求5所述的无间断切换电源,其特征是:所述自动转换装置的切换时间为4-5毫秒。
7.根据权利要求6所述的无间断切换电源,其特征是:所述自动转换装置的逻辑电路是供电电源通过JPO端子经变压器降压后通过JP6接入整流电路,变为直流5V的稳压电源,给逻辑电路板和显示面板供电JP6的两路电压信号经过光耦给四输入与门CD4082输入信号,同时从JP4输入电流故障信号和过温故障信号,并且故障信号经过JPl的5和6端子输入到面板上显示;经过逻辑单元⑶4082、⑶4081、⑶4069的判断,输出的两路电压信号U1、U2,经过JPl的7和8端子连接到面板上显示;电压信号U1、U2输出上分别接的容值为22uF和47uF的电容,使两路切换时满足时间4_5毫秒间隔的要求;四个继电器KMl、KM2、KM3、KM4通过JP3给PLC输入两路电压信号和故障信号;两路电压信号U1、U2信号通过JP2连接到固态继电器并控制其开通和关断,能够实现远程通讯、远程监控和调取故障信息以及发出故障蜂鸣功能。
8.根据权利要求7所述的无间断切换电源,其特征是:所述自动转换装置设有能够迅速关断供电电源的急停按钮。
9.根据权利要求8所述的无间断切换电源,其特征是:所述自动转换装置设有故障或改变工作状态时的报警器。
全文摘要
本发明涉及一种无间断切换电源,其特征是在PLC供电系统与UPS之间增设自动转换装置构成无间断切换电源,所述自动转换装置的输入端与UPS输出端连接,所述自动转换装置的输出端与PLC供电系统输入端连接,所述自动转换装置的输入端还与220V外供电源直接连接。有益效果一旦PLC供电系统中UPS发生硬件故障,可以使PLC供电系统做到无缝化切换,保证PLC系统的平稳运行。采用PLC系统并且具备两路正式供电电源的系统中,均可以采用无间断切换电源替代PLC系统中UPS不间断供电电源,使用电设备正常稳定的运行。当UPS发生硬件故障时,PLC供电系统可在5毫秒内切换到备用电源。
文档编号H02J9/06GK103199615SQ20131014870
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月26日 优先权日2013年4月26日
发明者何伟, 姜威, 焦健, 胡煜, 李晋, 张亮, 唐福生, 李殿海, 张麟, 曹志立, 李秀敏 申请人:天津中水有限公司
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