安全停機裝置和系統的製作方法
2023-06-26 04:39:41
專利名稱：安全停機裝置和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及機電管理領域，尤其涉及一種安全停機裝置和系統。
背景技術：
ETS(緊急停機系統)是在被控系統發生危急情況下提供安全停機的系統。該系統通過監督對被控系統安全有重大影響的安全參數，在這些安全參數超過安全限定值時， 控制安全閥門到安全狀態，從而達到緊急停機的目的。ETS要求保護動作準確、迅速、可靠。 現有技術中ETS系統的保護實現方式是由DPU(分散處理控制單元)和輸入輸出卡件完成的。對重要的保護則同時用繼電器搭接的方式實現。其中DPU和進行全部安全參數的比較並獨立輸出比較結果。繼電器搭接方式實現的只是重要安全參數的比較並獨立輸出比較結果，在兩者中至少一個檢測到安全參數超過安全限定值時，進行保護停機操作。在實現上述過程中，發明人發現現有技術存在如下問題由於DPU是電機組中處於各種運行請求的中心，處理壓力較大，安全參數的掃描周期長、DPU發生主備切換的時間超過ETS的動作時間；同時與繼電器之間在搭接過程中， 由於結構複雜、接頭多，造成配置成本高，電裝工作量大的問題，運營維護成本高。
發明內容
本發明提供一種安全停機裝置和系統，解決現有技術中安全停機穩定差、安裝維護難度大、成本高的問題。為解決現有技術存在的問題，本發明提供如下技術方案一種安全停機裝置，包括卡座、卡件、繼電器和繼電器板，其中所述卡座，與被控系統相連，用於獲取所述被控系統的兩個或兩個以上的安全檢測信號，並將所述安全檢測信號發送給所述卡件；所述卡件，與所述卡座相連，包括輸入端子、處理器和輸出端子，其中所述輸入端子，用於與所述卡座相連，用於接收所述安全檢測信號；所述處理器，用於對所述安全檢測信號進行邏輯運算，得到邏輯運算結果信號；所述輸出端子，用於將所述邏輯運算結果信號發送給所述繼電器板；所述繼電器，安裝在所述繼電器板上，用於通過所述繼電器板接收所述邏輯結果信號，根據所述邏輯結果信號生成用於關閉該被控系統的安全閥門的安全停機信號。進一步的，所述卡座通過DI端子或AI端子與所述被控系統相連。進一步的，所述卡件包括模擬-數字轉換器，與所述輸入端子和所述處理器相連， 用於將所述輸入端子得到模擬信號形式的所述安全檢測信號轉換為數位訊號形式，並向所述處理器輸出數位訊號形式的安全檢測信號。進一步的，所述處理器包括現場可編程門陣列(FPGA)。進一步的，所述卡件還包括預置輸入端子及寄存器，其中所述預置輸入端子，用於接收用戶設置的所述處理器進行所述邏輯運算的組態邏輯；所述寄存器，與所述預置輸入端子及所述處理器相連，用於存儲所述組態邏輯。進一步的，所述卡件的數量為3個。進一步的，所述繼電器分為至少一個繼電器組，每個所述繼電器組分別對應一個安全閥門；每個所述繼電器組包括3個雙觸點直流繼電器，與所述3個卡件一一對應，其中每個雙觸點直流繼電器的兩個觸點分別連接組內另外兩個繼電器的一個觸點。一種安全停機系統，包括兩個或兩個以上的上述安全停機裝置，各所述安全停機裝置以串聯的形式連接，其中每個安全停機裝置的導通狀態為常閉，任意一個安全停機裝置生成所述安全停機信號時，轉換其自身的導通狀態；所述安全停機系統根據各所述安全停機裝置的導通狀態生成用於關閉該被控系統的安全閥門的控制信號。一種安全停機系統，包括兩個或兩個以上的上述安全停機裝置，各所述安全停機裝置以並聯的形式連接，其中每個安全停機裝置的導通狀態為常開，任意一個安全停機裝置生成所述安全停機信號時，轉換其自身的導通狀態；所述安全停機系統根據各所述安全停機裝置的導通狀態生成用於關閉該被控系統的安全閥門的控制信號。本發明實施例提供的技術方案，在卡件中實現保護迴路功能，與被控系統中作業系統獨立，不受DPU各項運行狀態的影響，能夠平穩進行停機保護的檢測，與現有技術中通過被控系統的作業系統採用軟實現且需要繼電器搭接對重要的保護迴路進行保護相比，穩定性更高、響應時間顯著縮短。
圖1為本發明實施例一提供的安全停機裝置實施實例的結構示意圖；圖2為本發明提供的安全停機系統應用實例的結構示意圖；圖3為圖2所示應用實例中雙觸點直流繼電器組的連接關係示意圖；圖4為本發明提供的安全停機系統另一應用實例的結構示意圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例對本發明作進一步的詳細描述。實施例一圖1為本發明提供的安全停機裝置實施例的結構示意圖。圖1所示裝置實施例， 包括卡座11、卡件12、繼電器13和繼電器板14，其中所述卡座11，與被控系統相連，用於獲取所述被控系統的兩個或兩個以上的安全檢測信號，並將所述安全檢測信號發送給所述卡件；所述卡件12，與所述卡座11相連，包括輸入端子121、處理器122和輸出端子123， 其中所述輸入端子121，用於與所述卡座相連，用於接收所述安全檢測信號；所述處理器122，用於對所述安全檢測信號進行邏輯運算，得到邏輯運算結果信號；
所述輸出端子123，用於將所述邏輯運算結果信號發送給所述繼電器板；所述繼電器14，安裝在所述繼電器板13上，用於通過所述繼電器板14接收所述邏輯結果信號，根據所述邏輯結果信號生成用於關閉該被控系統的安全閥門的安全停機信號。首先對該安全停機裝置進行介紹其中卡座上的輸入端子可以為DI端子或AI端子，卡座可以通過DI端子或AI端子與所述被控系統相連，則卡座向卡輸入的信號可以為DI或AI信號。卡座上共M個輸入端子，每個輸入端子獲取一個安全檢測信號，因此安全檢測信號的總數決定了卡座的總數。在實際應用中，技術人員可以選擇該輸入端子獲取被控系統的全部安全檢測信號，也可以選擇只獲取安全重要性級別高的安全檢測信號。其中該被控系統可以是汽輪機系統、石化管道系統等需要安全停機的場合。以汽輪機系統為例，該安全檢測信號具體包括軸振動、真空低、油壓低等。對於其他應用場合的安全檢測信號，本領域技術人員可以根據工作經驗確定適用於該應用場合所需的系統性能參數，從而確定需要獲取的安全檢測信號，此處不再贅述。如果所述卡座採用DI端子與被控系統相連，則卡座獲取的安全檢測信號為數位訊號形式，在卡件中輸入端子得到卡座上DI端子得到的安全檢測信號後，直接發送給處理
器 122ο如果所述卡座採用AI端子與被控系統相連，則卡座獲取的安全檢測信號為模擬信號形式，此時所述卡件包括模擬-數字轉換器，與所述輸入端子121和所述處理器122相連，用於將所述輸入端子得到模擬信號形式的所述安全檢測信號轉換為數位訊號形式，並向所述處理器122輸出數位訊號形式的安全檢測信號。其中卡件中的處理器為現場可編程門陣列(FPGA)。其中所述卡件還包括預置輸入端子及寄存器，其中所述預置輸入端子，用於接收用戶設置的所述處理器進行所述邏輯運算的組態邏輯；所述寄存器，與所述預置輸入端子及所述處理器相連，用於存儲所述組態邏輯。所述組態邏輯是指安全檢測信號的比較結果之間的邏輯關係，包括安全檢測信號分為幾組邏輯、每組邏輯是什麼形式、每組包括哪些幾個安全檢測信號、每點是常開還是常閉、每組的投切信號等等。例如，獲取的安全檢測信號為9個，前4個組成2οο4邏輯，接著的3個組成2οο3邏輯，再接著的2個組成1οο2邏輯，上述多個邏輯最終取「或」運算，其中 2οο4邏輯、2οο3邏輯和1οο2邏輯的運算主要有和、或、異或、非運算中至少一個組成。所述卡件中的寄存器包括組配置寄存器，對每組的內容進行約定；開/閉保護配置寄存器，對輸入信號的常開/常閉進行定義；組投切寄存器對每組的投入、退出進行定義；實時數據寄存器DI0，非實時數據寄存器若干來完成數據交互。引入FIFO來記錄 SOE事件及其時間，保證順序正確。總之，對輸入信號進行濾波；實現組態邏輯；提供跳間首出信息；提供故障診斷信息；輸出保護動作信號；完成SOE信號處理等功能都在卡件的FPGA中實現，進而滿足日後用戶的後續需要，擴展性較強。其中所述卡件的數量包括3個，每個卡件對安全檢測信號的處理邏輯相同。所述繼電器分為至少一個繼電器組，每個所述繼電器組分別對應一個安全閥門；每個所述繼電器組包括3個雙觸點直流繼電器，其中每個雙觸點直流繼電器的兩個觸點分別連接組內另外兩個繼電器的一個觸點。所述繼電器板的每組直流繼電器包括3個雙觸點直流繼電器，與3個卡件一一對應，其中每個雙觸點繼電器的兩個觸點分別於本組內另外兩個繼電器的一個觸點，用於從3 個處理結果中選擇內容相同且個數為至少2個的處理結果為最終處理結果，確定是否關閉該被控系統的全部安全閥門。例如，3個卡件的處理結果分別為開啟、關閉、關閉，處理內容為關閉的處理結果的個數為2個，則確定最終的處理結果為關閉。實施例二本發明提供的一種安全停機系統實施例，結合圖1所示的裝置，所示系統實施例包括兩個或兩個以上安全停機裝置，各所述安全停機裝置以串聯的形式連接，其中每個安全停機裝置的導通狀態為常閉，任意一個安全停機裝置生成所述安全停機信號時，轉換其自身的導通狀態；所述安全停機系統根據各所述安全停機裝置的導通狀態生成用於關閉該被控系統的安全閥門的控制信號。其中由於實施例一中安全停機裝置與被控系統的作業系統相獨立，該安全系統運行較穩定。實施例三本發明提供的另一種安全停機系統實施例，結合圖1所示的裝置，所示系統實施例包括兩個或兩個以上安全停機裝置，各所述安全停機裝置以並聯的形式連接，其中每個安全停機裝置的導通狀態為常開，任意一個安全停機裝置生成所述安全停機信號時，轉換其自身的導通狀態；所述安全停機系統根據各所述安全停機裝置的導通狀態生成用於關閉該被控系統的安全閥門的控制信號。其中由於實施例一中安全停機裝置與被控系統的作業系統相獨立，該安全系統運行較穩定。需要說明的是，實施例二和三適用於卡座的輸入端子可獲取的安全檢測信號不足的情況，如卡座上的輸入端子總數為M個，則被控系統的安全檢測信號總數大於M個，則可以通過將兩個或兩個以上的安全停機裝置連接在一起擴展可檢測的安全檢測信號。在採用多個安全停機裝置實現安全停機時，任意一個安全停機裝置檢測到需要停機，該安全停機系統都應該關閉被控系統的閥門。以下以具體應用實例來說明圖2為本發明提供的安全停機系統應用實例的結構示意圖。結合圖1所示的系統實施例，圖2所示應用實例中，卡座由M個輸入端子和3個卡件插座組成，每個卡件插座設置有一個卡件，24個輸入端子得到的安全檢測信號會傳送給每個卡件。3個卡件均配置有一處理器，本應用實例以FPGA來實現。本發明提供的繼電器板包括3個DB25插座、4組雙觸點直流繼電器、3個雙觸點交流繼電器和3個報警繼電器。每個卡件通過DB25的插座繼電器板相連，其中4組雙觸點直流繼電器組成繼電器2oo3迴路跳到電磁閥ASTl AST4，通過控制電磁閥的開閉，達到控制進氣閥門的目的。圖3為圖2所示應用實例中雙觸點直流繼電器組的連接關係示意圖。其中每組雙觸點直流繼電器組有3個雙觸點直流繼電器組成，如Rl、Tl和Sl為一組雙觸點直流繼電器組。每個雙觸點繼電器的兩個觸點分別於本組內另外兩個繼電器的一個觸點，參照附圖， Rl-I表示雙觸點繼電器Rl的第1對觸點，依次類推，Rl-I和T1-2相連，R1-2和S1-2相連，依次類推。例如配置卡件的處理結果為安全檢測信號不再範圍內，觸發與該卡件對應的雙觸點直流繼電器導通，反之，觸發該直流繼電器不導通。在該組處於導通狀態下時，觸發電磁閥的開啟，達到關閉進汽閥門的目的。如果卡件R和S的檢測結果相同，為檢測到安全檢測信號不在範圍內，而卡件T與R和S相反，則該組直流繼電器電流經Rl-I進入Sl-I或 R1-2流經S1-2，能夠實現導通，觸發電磁閥開啟，實現三選二的目的。在繼電器板中3塊卡件保護的結果在繼電器板上實現了三取二，即從3個處理結果中選擇相同內容的處理結果的個數為至少2個的處理結果為最終保護結果，該結構決定了本發明中繼電器優先採用雙觸點繼電器，不採用單觸點繼電器，使原來的繼電器數量大大減少，降低了繼電器成本。參照圖2，繼電器板還包括3個雙觸點交流繼電器(圖2所示R5、S5和仍)組成繼電器2oo3迴路跳到DCS系統中的其他子系統，例如MFT子系統。3個報警繼電器(圖2所示R6、S6和T6)用於檢測對應的卡件是否發生故障，在檢測到卡件發生故障時發出告警。與現有技術中DPU發生故障進行主備板切換相比，本發明實施例提供的檢測系統中包括多個卡件，當其中一個TPM卡件發生故障時，剩餘的TPM卡件仍然能夠正常工作，整個檢測系統仍然能夠對安全檢測信號進行安全限定值的比較，支持熱插拔更換而無需進行切換，仍然能夠繼續完成實時檢測。由上可以看出，卡件插座通過輸入端子將當前的安全檢測信號同時送入3塊卡件中，3塊卡件內完成比較後輸出到繼電器板，最終通過繼電器的2oo3迴路輸出到現場。圖4為本發明提供的安全停機系統另一應用實例的結構示意圖。(圖4中卡件和卡座未顯示)，當安全檢測信號的個數大於M個時，需要多個ETS擴展使用。每個ETS完成一部分保護邏輯並驅動所有AST閥，做種的輸出由繼電器輸出級聯組成，圖4給出3個ETS 單元級聯的示意圖，其他類推即可。本發明提供的系統實施例，卡件中用於實現安全檢測信號比較功能的是FPGA，採用硬體方式實現保護迴路，且與DPU獨立，不受DPU各項運行狀態的影響，能夠平穩進行停機保護的檢測。與現有技術中原DPU模式採用軟實現且需要繼電器搭接對重要的保護迴路進行保護相比，穩定性更高。本領域普通技術人員可以理解上述實施例的全部或部分步驟可以使用電腦程式流程來實現，所述電腦程式可以存儲於一計算機可讀存儲介質中，所述電腦程式在相應的硬體平臺上(如系統、設備、裝置、器件等)執行，在執行時，包括方法實施例的步驟之一或其組合。可選地，上述實施例的全部或部分步驟也可以使用集成電路來實現，這些步驟可以被分別製作成一個個集成電路模塊，或者將它們中的多個模塊或步驟製作成單個集成電路模塊來實現。這樣，本發明不限制於任何特定的硬體和軟體結合。上述實施例中的各裝置/功能模塊/功能單元可以採用通用的計算裝置來實現，它們可以集中在單個的計算裝置上，也可以分布在多個計算裝置所組成的網絡上。上述實施例中的各裝置/功能模塊/功能單元以軟體功能模塊的形式實現並作為獨立的產品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中。上述提到的計算機可讀取存儲介質可以是只讀存儲器，磁碟或光碟等。以上所述，僅為本發明的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應以權利要求所述的保護範圍為準。
權利要求
1.一種安全停機裝置，其特徵在於，包括卡座、卡件、繼電器和繼電器板，其中所述卡座，與被控系統相連，用於獲取所述被控系統的兩個或兩個以上的安全檢測信號，並將所述安全檢測信號發送給所述卡件；所述卡件，與所述卡座相連，包括輸入端子、處理器和輸出端子，其中所述輸入端子，用於與所述卡座相連，用於接收所述安全檢測信號；所述處理器，用於對所述安全檢測信號進行邏輯運算，得到邏輯運算結果信號；所述輸出端子，用於將所述邏輯運算結果信號發送給所述繼電器板；所述繼電器，安裝在所述繼電器板上，用於通過所述繼電器板接收所述邏輯結果信號， 根據所述邏輯結果信號生成用於關閉該被控系統的安全閥門的安全停機信號。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述卡座通過DI端子或AI端子與所述被控系統相連。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特徵在於，所述卡件包括模擬-數字轉換器，與所述輸入端子和所述處理器相連，用於將所述輸入端子得到模擬信號形式的所述安全檢測信號轉換為數位訊號形式，並向所述處理器輸出數位訊號形式的安全檢測信號。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述處理器包括現場可編程門陣列 (FPGA)。
5.根據權利要求1或4所述的裝置，其特徵在於，所述卡件還包括預置輸入端子及寄存器，其中所述預置輸入端子，用於接收用戶設置的所述處理器進行所述邏輯運算的組態邏輯；所述寄存器，與所述預置輸入端子及所述處理器相連，用於存儲所述組態邏輯。
6.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述卡件的數量為3個。
7.根據權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述繼電器分為至少一個繼電器組，每個所述繼電器組分別對應一個安全閥門；每個所述繼電器組包括3個雙觸點直流繼電器，與所述3個卡件一一對應，其中每個雙觸點直流繼電器的兩個觸點分別連接組內另外兩個繼電器的一個觸點。
8.一種安全停機系統，其特徵在於，包括兩個或兩個以上如權利要求1至7中任一權利要求所述的安全停機裝置，各所述安全停機裝置以串聯的形式連接，其中每個安全停機裝置的導通狀態為常閉，任意一個安全停機裝置生成所述安全停機信號時，轉換其自身的導通狀態；所述安全停機系統根據各所述安全停機裝置的導通狀態生成用於關閉該被控系統的安全閥門的控制信號。
9.一種安全停機系統，其特徵在於，包括兩個或兩個以上如權利要求1至7中任一權利要求所述的安全停機裝置，各所述安全停機裝置以並聯的形式連接，其中每個安全停機裝置的導通狀態為常開，任意一個安全停機裝置生成所述安全停機信號時，轉換其自身的導通狀態；所述安全停機系統根據各所述安全停機裝置的導通狀態生成用於關閉該被控系統的安全閥門的控制信號。
全文摘要
本發明提供一種安全停機裝置和系統，涉及機電管理領域；解決現有技術中保護迴路運行穩定差的問題。所述裝置包括卡座、卡件、繼電器和繼電器板，其中卡座，與被控系統相連，用於獲取被控系統的兩個或兩個以上的安全檢測信號，並將安全檢測信號發送給卡件；卡件，與卡座相連，包括輸入端子、處理器和輸出端子，其中輸入端子，用於與卡座相連，用於接收安全檢測信號；處理器，用於對安全檢測信號進行邏輯運算，得到邏輯運算結果信號；輸出端子，用於將邏輯運算結果信號發送給繼電器板；繼電器，安裝在繼電器板上，用於通過繼電器板接收邏輯結果信號，根據邏輯結果信號生成用於關閉該被控系統的安全閥門的安全停機信號。
文檔編號H02P3/02GK102332853SQ201010230559
公開日2012年1月25日 申請日期2010年7月13日 優先權日2010年7月13日
發明者丁娟, 呂大軍, 周海東, 夏明 , 孫廣東, 張智, 張立然, 李軍奇, 李文, 李 傑, 梁金寶, 田雨聰, 趙長軍, 麻貴峰 申請人:北京國電智深控制技術有限公司