一种双电源切换装置及方法

技术领域

本发明涉及变送器技术领域，具体而言，涉及一种双电源切换装置及方法。

背景技术

目前，发电厂用于对发电机进行有功功率控制的DEH变送器，是三取一算 法，即三只相同的有功变送器运算出一个功率值，如果该值不正确轻则造成功 率波动，重则跳机，所以对这三只有功变送器的可靠性要求极高，要求三只变 送器的电流、电压及供电电源均各自独立。

在现有技术中，三只变送器的供电电源在变送器柜端子排上实现了独立， 但总源头却均来自UPS电源，如果UPS发生故障，会同时影响三只变送器，并 且在UPS电源发生过故障后，会造成部分DCS(Distributed Control System， 分散控制系统)设备烧毁。

因此，如何在UPS电源发生故障或不满足供电要求时，及时的切换供电电 源，防止DCS设备因UPS电源发生故障或不满足供电要求而被烧毁，成为急需 解决的技术问题。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种双电源切换装置及方法，旨在解决如何在UPS 电源发生故障或不满足供电要求时，及时的切换供电电源，防止DCS设备因UPS 电源发生故障或不满足供电要求而被烧毁的问题。

一个方面，本发明提出了一种双电源切换装置，包括：

工频电路，用于输出工频电源；

UPS电路，用于输出UPS电源；

控制单元，分别与所述工频电路和UPS电路连接，所述控制单元还与变送 器连接，所述控制单元用于切换所述工频电路或UPS电路进行电源输出，以向 所述变送器输出工频电源或UPS电源；所述控制单元用于控制所述工频电路持 续向所述变送器输出工频电源，并实时监测所述工频电路是否发生故障，并当 所述工频电路发生故障时，切换至所述UPS电路向所述变送器进行UPS电源输 出；所述控制单元还用于在检测到所述UPS电路发生故障后，切换至所述工频 电路向所述变送器进行工频电源输出；

切换单元，用于分别切换所述工频电路或UPS电路与所述变送器相连通。

进一步地，所述控制单元包括第一互感器，所述第一互感器用于检测所述 工频电路的电流或电压；其中，

当所述工频电路无电流或电压输出时，则判断所述工频电路发生故障。

进一步地，所述控制单元上设置有稳压模块，所述工频电路还用于为所述 控制单元供电，所述工频电路输出的工频电源经所述稳压模块稳压后为所述控 制单元提供直流电源。

进一步地，所述控制单元包括第二互感器，所述第二互感器用于检测所述 UPS电路是否发生故障；

所述控制单元还用于在检测到所述UPS电路发生故障后，使所述UPS电路 停止电源输出，切换至所述工频电路为所述变送器供电。

进一步地，所述控制单元包括UPS检测单元，所述UPS检测单元用于检测 所述UPS电路的故障类型，所述控制单元用于根据所述UPS电路的故障类型控 制切换至所述工频电路进行电源输出时的切换速度。

进一步地，所述UPS电路的故障类型包括UPS过压状态、UPS欠压状态和 UPS低频状态；

所述控制单元用于在所述UPS电路处于UPS过压状态或UPS欠压状态时， 在延时0.3-0.7秒后，进行所述工频电路的切换；

所述控制单元用于在所述UPS电路处于UPS低频状态时，在延时0.1-0.9 毫秒后，进行所述工频电路的切换。

进一步地，所述切换单元包括接触器或继电器，所述接触器或继电器用于 在正常运行时，通过常闭接点把所述UPS电源供向变送器，当所述UPS电源发 生过压、欠压或低频故障时所述接触器或继电器吸合，将工频电源供向变送器。

另一方面，本发明还提出了一种双电源切换方法，所述方法采用上述双电 源切换装置进行实施，包括：

分别设置工频电路和UPS电路与变送器连接；

使所述工频电路持续向所述变送器输出工频电源，并实时监测所述工频电 路是否发生故障，并当所述工频电路发生故障时，切换至所述UPS电路向所述 变送器进行UPS电源输出。

进一步地，当切换至所述UPS电路向所述变送器进行UPS电源输出时，包 括：

检测所述UPS电路是否发生故障，在检测到所述UPS电路发生故障后，使 所述UPS电路停止电源输出，切换至所述工频电路为所述变送器供电。

进一步地，当所述工频电路发生故障，切换至所述UPS电路向所述变送器 进行UPS电源输出后，输出报警信息，以提示运维人员对所述工频电路进行维 修。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，在本发明的双电源切换装置及 方法中，通过工频电路输出工频电源，UPS电路输出UPS电源，控制单元分别 与工频电路和UPS电路连接，控制单元用于切换工频电路或UPS电路进行电源 输出，以向变送器输出工频电源或UPS电源；控制单元用于控制工频电路持续 向变送器输出工频电源，并实时监测工频电路是否发生故障，并当工频电路发 生故障时，切换至UPS电路向变送器进行UPS电源输出；控制单元还用于在检 测到UPS电路发生故障后，切换至工频电路向变送器进行工频电源输出。本发 明通过设置的工频电路和UPS电路进行双电源供电，通过对故障电路的判断进 行双电源的实时切换，能够有效地防止在UPS电源发生故障或不满足供电要求 时，及时的切换供电电源，防止DCS设备因UPS电源发生故障或不满足供电要 求而被烧毁，保证设备的安全性。同时，通过对工频电路的故障检测，能够在 工频电路出现故障时，及时地进行UPS电源供电切换，从而能够保证整体电路 能够进行无缝的电源切换，保证整体的供电稳定性，以及保证的DCS设备能够 平稳地运行。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领 域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并 不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的 部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的双电源切换装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的双电源切换装置的电路图；

图3为本发明实施例提供的电路板结构图；

图4为本发明实施例提供的双电源切换方法的第一流程图；

图5为本发明实施例提供的双电源切换方法的第二流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示 了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不 应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻 地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

需要注意的是，除非另有说明，本公开使用的技术术语或者科学术语应当 为本公开所属领域技术人员所理解的通常意义。

另外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述 特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖 不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设 备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单 元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在现有技术中，UPS即不间断电源(Uninterruptible Power Supply)，是 一种含有储能装置的不间断电源。主要用于给部分对电源稳定性要求较高的设 备，提供不间断的电源。

当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是 一台交流式电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断(事故停电)时， UPS立即将电池的直流电能，通过逆变器切换转换的方法向负载继续供应220V 交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS设备通常对 电压过高或电压过低都能提供保护。

由于发电厂用于对发电机进行有功功率控制的DEH变送器，是三取一算法。 并且，三只变送器的供电电源在变送器柜端子排上实现了独立，但总源头却均 来自UPS电源，如果UPS发生故障，会同时影响三只变送器，并且在UPS电源 发生过故障后，会造成部分DCS设备烧毁，因此，本发明实施例提供了一种双 电源切换装置及方法，以解决如何在UPS电源发生故障或不满足供电要求时， 及时的切换供电电源，防止DCS设备因UPS电源发生故障或不满足供电要求而 被烧毁的问题。

本发明实施例中对双电源切换装置有如下要求：功率不需很大，因为实际 运行时电流不超过1A；

切换速度要求足够快但不要求绝对快，也不要求实现无扰切换，但却要求 极高可靠性，即使切换装置本身故障甚至烧毁，也不能影响输出；

切换条件针对UPS电源可能的故障特点，故确定三种切换条件：UPS过压、 UPS欠压以及UPS低频。其他状态不会造成变送器损坏，所以不考虑。

而在现有的双电源切换装置中，市面上的双电源切换装置没有完全符合条 件者。市面上的双电源切换装置大体分两类，一类是强调高功率输出，比如可 进行数百安培电流的切换，这类产品的问题是功能少，切换速度过慢，甚至有 的还自带延时。另一类是无扰切换装置，全电子回路，这类产品的问题是，先 进但可靠性不能满意，因为是全电子元件，如果自身发生故障时，比如输出功 率管烧毁，将造成完全无输出。基于此，本发明实施例提出了一种双电源切换 装置及方法。

在本发明的一些实施例中，参阅图1所示，本实施例提出了一种双电源切 换装置，包括：

工频电路200，用于输出工频电源；

UPS电路300，用于输出UPS电源；

控制单元100，分别与所述工频电路200和UPS电路300连接，所述控制 单元100还与变送器500连接，所述控制单元100用于切换所述工频电路200 或UPS电路300进行电源输出，以向所述变送器500输出工频电源或UPS电源； 所述控制单元100用于控制所述工频电路200持续向所述变送器500输出工频 电源，并实时监测所述工频电路200是否发生故障，并当所述工频电路200发 生故障时，切换至所述UPS电路300向所述变送器500进行UPS电源输出；所 述控制单元100还用于在检测到所述UPS电路300发生故障后，切换至所述工 频电路200向所述变送器500进行工频电源输出；

切换单元400，用于分别切换所述工频电路200或UPS电路300与所述变 送器500相连通。

可以看出，在本实施例中，通过工频电路200输出工频电源，UPS电路300 输出UPS电源，控制单元100分别与工频电路200和UPS电路300连接，控制 单元100用于切换工频电路200或UPS电路300进行电源输出，以向变送器500 输出工频电源或UPS电源；控制单元100用于控制工频电路200持续向变送器 500输出工频电源，并实时监测工频电路200是否发生故障，并当工频电路200 发生故障时，切换至UPS电路300向变送器500进行UPS电源输出；控制单元 100还用于在检测到UPS电路300发生故障后，切换至工频电路200向变送器500进行工频电源输出。

具体通过设置的工频电路200和UPS电路300进行双电源供电，通过对故 障电路的判断进行双电源的实时切换，能够有效地防止在UPS电源发生故障或 不满足供电要求时，及时的切换供电电源，防止DCS设备因UPS电源发生故障 或不满足供电要求而被烧毁，保证设备的安全性。同时，通过对工频电路200 的故障检测，能够在工频电路200出现故障时，及时地进行UPS电源供电切换， 从而能够保证整体电路能够进行无缝的电源切换，保证整体的供电稳定性，以 及保证的DCS设备能够平稳地运行。

具体而言，切换单元400优选为接触器或继电器。

在本发明的一些实施例中，结合图2所示，所述控制单元100包括第一互 感器201，所述第一互感器201用于检测所述工频电路200的电流或电压；其 中，

当所述工频电路200无电流或电压输出时，则判断所述工频电路200发生 故障。

具体而言，所述控制单元100上设置有稳压模块，所述工频电路200还用 于为所述控制单元100供电，所述工频电路200输出的工频电源经所述稳压模 块稳压后为所述控制单元100提供直流电源。

在本发明的一些实施例中，继续结合图2所示，所述控制单元100还包括 第二互感器301，所述第二互感器301用于检测所述UPS电路300是否发生故 障；

所述控制单元100还用于在检测到所述UPS电路300发生故障后，使所述 UPS电路300停止电源输出，切换至所述工频电路200为所述变送器500供电。

具体而言，所述控制单元100包括UPS检测单元，所述UPS检测单元用于 检测所述UPS电路300的故障类型，所述控制单元100用于根据所述UPS电路 300的故障类型控制切换至所述工频电路200进行电源输出时的切换速度。

具体而言，所述UPS电路300的故障类型包括UPS过压状态、UPS欠压状 态和UPS低频状态；

所述控制单元100用于在所述UPS电路300处于UPS过压状态或UPS欠压 状态时，在延时0.3-0.7秒后，进行所述工频电路200的切换；

所述控制单元100用于在所述UPS电路300处于UPS低频状态时，在延时 0.1-0.9毫秒后，进行所述工频电路200的切换。

具体而言，所述切换单元400包括接触器或继电器，所述接触器或继电器 用于在正常运行时，通过常闭接点把所述UPS电源供向变送器500，当所述UPS 电源发生过压、欠压或低频故障时所述接触器或继电器吸合，将工频电源供向 变送器500。

具体而言，上述双电源切换装置还包括一报警单元，报警单元用于在工频 电路200出现故障后，及时的输出报警信息，以提示运维人员对工频电路进行 维修，以保证工频电路200的正常运行。

继续参阅图2所示，在本发明实施例的电路结构中：

使用接触器或较大功率的继电器输出功率，而不使用全电子元件。

接触器(或较大功率的继电器)，正常运行时(即切换前)，通过常闭接 点把UPS电源供向变送器500。UPS发生过压、欠压或低频故障时接触器吸合， 将工频电源供向变送器500。

接触器吸合后，用自身辅助接点自锁，直到人为干预才能解除。既可防止 切换电路本身发生不确定的故障造成频繁跳跃切换，也可由人工确认UPS电源 确实无隐患后再返回UPS电源。

切换电路自身的工作电源取自要切换的工频电源，如果工频电源本身无电 压则电路不能工作，即不能切换。

运行中如果切换电路自身故障，如元件烧毁，则不能切换，不致造成无输出。即使切换电路自身故障导致误切，由于此时接触器用自身辅助接点自锁吸合，直到人为干预才能解除，即工频电源一定有电，所以也无影响。

过压切换及低频切换略带延时，当UPS发生过压或低频时，经0.5秒左右 再切换，以防止误动。

欠压切换为瞬间切换，当UPS电压消失时，约几个毫秒后(小于10毫秒) 向工频电源切换，足够满足要求。

可以理解的是，在本发明的一些实施例中，为了绝对的可靠，电路不追求 先进性，而是力求简单可靠，所以既不使用单片机等先进功能的电路(防止死 机故障)，自身工作电源也不使用开关电源而是传统电源，全部电路均为最传 统的模拟电路。

本发明的实施例在具体实施后，经示波器观察，切换过程中变送器500输 出无任何波动。UPS向工频切换时接触器的动作速度比工频向UPS返回时更快， 因为接触器吸合速度快于返回速度。但实际上无论是切换还是返回，对变送器 500输出均无影响。

在本发明的一些实施例中，参阅图3所示，控制单元100包括一电路板。 在本实施例的电路板中，工频电源为变压器降压后电压，约18V左右，经U2 稳压块转为直流12V电压，为电路板工作电源。UPS电压经TF1降压为低电压 后，一路为不滤波的脉动电压经R17供低频电路，另一路经C4滤波后供过压 及欠压电路。最终动作经JD1继电器接点输出。比较器采用LM339，其输出为 集电极开路输出，所以可直接并联。频率形成电路为LM555集成块。Q1三极管 负责消除电路投入时及工频电源波动造成的干扰。

在本发明的一些实施例中，参阅图4所示，本发明还提出了一种双电源切 换方法，所述方法采用上述实施例中的双电源切换装置进行实施，包括以下步 骤：

步骤S101：分别设置工频电路和UPS电路与变送器连接；

步骤S102：使所述工频电路持续向所述变送器输出工频电源，并实时监测 所述工频电路是否发生故障，并当所述工频电路发生故障时，切换至所述UPS 电路向所述变送器进行UPS电源输出。

在本发明的一些实施例中，参阅图5所示，当切换至所述UPS电路向所述 变送器进行UPS电源输出时，包括：

步骤S103：检测所述UPS电路是否发生故障，在检测到所述UPS电路发生 故障后，使所述UPS电路停止电源输出，切换至所述工频电路为所述变送器供 电。

在本发明的一些实施例中，当所述工频电路发生故障，切换至所述UPS电 路向所述变送器进行UPS电源输出后，输出报警信息，以提示运维人员对所述 工频电路进行维修。

可以看出，上述各实施例通过设置的工频电路和UPS电路进行双电源供电， 通过对故障电路的判断进行双电源的实时切换，能够有效地防止在UPS电源发 生故障或不满足供电要求时，及时的切换供电电源，防止DCS设备因UPS电源 发生故障或不满足供电要求而被烧毁，保证设备的安全性。同时，通过对工频 电路的故障检测，能够在工频电路出现故障时，及时地进行UPS电源供电切换， 从而能够保证整体电路能够进行无缝的电源切换，保证整体的供电稳定性，以 及保证的DCS设备能够平稳地运行。

需要说明的是，附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的 系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上， 流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述 模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执 行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以 以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并 行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要 注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的 组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可 以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述 的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程， 在此不再赘述。

在本公开所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可 以通过其他的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所 述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式， 又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可 以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通 信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是 电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为 单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者 也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部 单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本公开各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中， 也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元 中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用 时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本公开的技 术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以 以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括 若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设 备等)执行本公开各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质 包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存 储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代 码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其 限制；尽管参照前述各实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术 人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者 对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相 应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本公开 的权利要求和说明书的范围当中。