一種安全聯鎖緊急停車系統及設定方法
2023-05-01 17:50:56
專利名稱：一種安全聯鎖緊急停車系統及設定方法
一種安全聯鎖緊急停車系統及設定方法技術領域4發明涉及一種停車系統，特別是關於一種應用於電站及化工企業生產過程中的安全聯鎖緊急停車系統(ESD)及設定方法。
技術背景目前，電站及化工企業生產過程自動控制系統都設有安全聯鎖緊急停車系統 (ESD)。在安全等級SIL2級以上，大都採用TRICON (垂亢)和黑馬的三重冗餘容 錯控制系統即三選二系統，這種系統可靠性極高，可用於核電與航天技術領域。 但這種系統十分昂貴，也沒有設計事件順序記錄(S0E)系統，不能實現SOE分辨 率小於1毫秒的功能，不能對進入安全聯鎖緊急停車系統的開關量信號進行高速 記錄。 發明內容針對上述問題，本發明的目的是提供一種成本低、系統響應較快並能實現記 錄列印功能的安全聯鎖緊急停車系統及設定方法。為實現上述目的，本發明採取以下技術方案 一種安全聯鎖緊急停車系統， 其特徵在於它包括由三套可編程邏輯控制器組成的三選二表決系統，每套所述 可編程邏輯控制器內均設置有一電源模塊、 一微處理器模塊、 一個以上開關量輸 入模塊、 一開關量輸出模塊、 一通訊模塊和一個跳車繼電器；各所述開關量輸入 模塊的輸入端通過開關與電源連接，所述開關量輸入模塊的輸入信號存入所述可 編程邏輯控制器內的輸入寄存器，由所述可編程邏輯控制器進行緊急停車邏輯運 算，運算結果保存至所述可編程邏輯控制器內的輸出寄存器，同時通過所述開關 量輸出模塊輸送到所述跳車繼電器的輸入端，寄存在所述輸入寄存器和輸出寄存 器中的數據由各所述通訊模塊通過網絡與一上位機內的各通訊模塊分別進行數據 傳輸。所述開關為三選二開關。 所述開關為單選開關。所述三選二開關與各所述開關量輸入模塊的輸入端連接時，所述三選二開關的三個開關信號分別與各所述開關量輸入模塊連接；所述單選開關與各所述開關量輸入模塊的輸入端連接時，所述單選開關的一個開關信號分成三路信號分別與 各所述開關量輸入模塊連接。所述開關量輸入模塊的各輸入點具有1 70毫秒的軟延時。 一種安全聯鎖緊急停車系統的設定方法，其特徵在於所述上位機通過其通 訊模塊讀取三套所述可編程邏輯控制器中各自對應的通訊模塊傳輸的各輸入寄存 器、輸出寄存器中的狀態數據，並進行比較，其步驟如下1)初始化上位機通訊 模塊；2)調用第一套所述可編程邏輯控制器內所述輸入寄存器的狀態數據；3) 調用第二套所述可編程邏輯控制器內所述輸入寄存器的狀態數據；4)調用第三套 所述可編程邏輯控制器內所述輸入寄存器的狀態數據；5)調用所述三套可編程邏 輯控制器內所述輸入寄存器的狀態數據後，判斷系統的運行狀態當有一套所述 可編程邏輯控制器內所述輸入寄存器的狀態數據與另外兩套所述可編程邏輯控制 器內所述輸入寄存器的狀態數據不同時，則發出報警；6)在上位機的程序中還設 置有一套與各套所述可編程邏輯控制器相同的邏輯，各所述輸入寄存器的狀態數據分別運算此邏輯，運算結果與相對應的各所述輸出寄存器的狀態數據進行比較， 有不同時則發出警報；7)返回到步驟2)重複運行。本發明由於釆取以上技術方案，其具有以下優點1、本發明由於採用三套三 菱公司QnU系列的可編程邏輯控制器組成三選二表決系統，該系統的可靠性與現 有三選二緊急停車系統相同，但其價格是現有系統的1/3左右，因此實現了成本 低、可靠性高的特點。2、本發明由於採用的可編程邏輯控制器的在運算總指令數 小於60000條時，掃描周期小於lms，因此系統響應較快。3、本發明由於採用可 編程邏輯控制器與上位機配接，因此在實現上位機與各可編程邏輯控制器通訊的 同時，還能實現系統運行狀態的顯示和對各可編程邏輯控制器邏輯運算的重複驗 證，並實現了方便記錄存儲列印的功能。4、本發明由於採用QnU系列可編程邏輯 控制器，三套可編程邏輯控制器運行時差可以達到小於lms，進一步提高了系統的 響應速度。5、本發明由於可編程邏輯控制器內通訊模塊採用QJ71E71乙太網串行 通訊模塊，與上位機通訊時不佔可編程邏輯控制器內微處理器模塊的時間，而微 處理器模塊與通訊模塊交換數據採用並行方式，不影響微處理器模塊的掃描周期， 因此進一步實現了可編程邏輯控制器成為高速掃描周期系統。
圖1是本發明的安全聯鎖緊急停車系統三套PLC與上位機通訊示意圖 圖2是本發明的上位機監控程序流程圖具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。如圖1所示，本發明包括A、 B、 C三套可編程邏輯控制器(PLC) 10，三套可編程邏輯控制器10組成了三選二表決系統。每套可編程邏輯控制器10內均設置 有一電源模塊ll、 一微處理器(CPU)模塊12、多個開關量輸入(DI)模塊13、 一開關量輸出(DO)模塊14、 一通訊模塊15和一個輸出跳車繼電器16。各開關 量輸入模塊13的輸入端通過三選二開關20或單選開關21與電源(圖中未標出) 連接。開關量輸入模塊13的輸入信號存入可編程邏輯控制器10內,入X寄存 器(圖中未標出)，以供可編程邏輯控制器10進行緊急停車邏輯運算，運算結果 保存至可編程邏輯控制器10內的輸出Y寄存器(圖中未標出)，同時運算結果通 過開關量輸出模塊14輸送到跳車繼電器16的輸入端，由跳車繼電器16執行。寄 存在輸入X寄存器和輸出Y寄存器中的數據由各通訊模塊15通過網絡與一上位機 30內的各通訊模塊31分別進行數據傳輸，由上位機30對系統實現警報監控。在 本實施例中，可編程邏輯控制器10採用三菱公司的QnU系列可編程邏輯控制器， 其平均運算指令為60條指令/us，性能較好，價格較低高，抗幹擾能力較強，並 具有較高的可靠性、穩定性。上述實施例中，三選二開關20或單選開關21的一端與電源連接，另一端與 各開關量輸入模塊13的輸入端連接。當各開關量輸入模塊13的輸入端與三選二 開關20連接時，則三選二開關20的三個開關量信號分別與三套可編程邏輯控制 器10內的開關量輸入模塊13連接；當各開關量輸入模塊13的輸入端與單選開關 21連接時，則單選開關21的一個開關量信號分成三路信號分別與三套可編程邏輯 控制器10內的開關量輸入模塊13連接。上述實施例中，當可編程邏輯控制器10的運算結果為正常狀態時，跳車繼電 器16得電，跳車繼電器16為正常運行狀態；當可編程邏輯控制器10的運算結果 為跳車狀態時，跳車繼電器16斷電，則跳車繼電器16為跳車狀態。各套可編程 邏輯控制器10的運算結果通過三個跳車繼電器16執行動作，當任意兩個跳車繼 電器16處於正常工作狀態時，則系統正常運行；當任意兩個跳車繼電器16做出 跳車動作時，則緊急停車，如此實現了三選二表決。上述實施例中，為了進一步提高本發明系統的抗幹擾能力，可以在各套可編 程邏輯控制器10內的開關量輸入模塊13的各輸入點都加上1 70毫秒的相同的 軟延時，具體的延時時長可根據工藝過程的停車響應時間要求而定。如圖2所示，本發明的上位機30中採用VB編程進行邏輯運算，上位機30通 過通訊模塊31讀取三套可編程邏輯控制器10內各自對應的通訊模塊15傳輸的各 輸入X寄存器、輸出Y寄存器中的狀態數據，逐點比較三套可編程邏輯控制器IO 內各輸入X寄存器相互對應的狀態數據是否相同。其步驟如下1) 初始化上位機通訊模塊31。2) 調用第A套可編程邏輯控制器10內輸入X寄存器的狀態數據。3) 調用第B套可編程邏輯控制器10內輸入X寄存器的狀態數據。4) 調用第C套可編程邏輯控制器10內輸入X寄存器的狀態數據。5) 調用L & C三套可編程邏輯控miD內各輸入X寄存器的狀態數據後， 逐點比較三套可編程邏輯控制器10內各輸入X寄存器相互對應的狀態數據是否相 同當有一套可編程邏輯控制器10內輸入X寄存器的狀態數據與另外兩套可編程 邏輯控制器10內輸入X寄存器的狀態數據不同時，則發出報警。6 )在上位機30的VB程序中還設置有一套與各可編程邏輯控制器10相同的 邏輯，實現對各套可編程邏輯控制器IO內輸入X寄存器的狀態數據重複驗證各 可編程邏輯控制器10內輸入X寄存器的狀態數據分別運算此邏輯，運算結果與相 對應的各輸出Y寄存器的狀態數據進行比較，有不同時則發出警報。7)返回到步驟2)重複運行。本發明在使用時，三套QnU系列可編程邏輯控制器10運行時差可以達到小於 lms，能滿足特高速系統的要求。每套可編程邏輯控制器10內的通訊模塊15均採 用QJ71E71乙太網串行通訊模塊，與上位機30內的三個上位機通訊模塊31進行 數據傳輸時不佔用微處理器模塊12的時間。由於每套可編程邏輯控制器10與上 位機30通訊時，微處理器模塊12隻傳輸可編程邏輯控制器10內數據寄存器中的 數據，把該數據並行送往通訊模塊15的數據緩衝區即可。而可編程邏輯控制器10 與上位機30進行串行通訊時所需要的較長時間，由通訊模塊15獨立完成。微處 理器模塊12與通訊模塊15交換數據採用並行方式，速度較快，不影響微處理器 模塊12掃描周期。因此能使可編程邏輯控制器10成為高速掃描周期系統。綜上所述，由於本發明採用配接上位機30，因此在實現上位機30與各可編程 邏輯控制器IO通訊的同時，還能實現系統運行狀態的顯示和對各可編程邏輯控制 器10邏輯運算的重複驗證，並實現方便記錄存儲列印的功能。在完成緊急停車邏 輯運算後，檢測各可編程邏輯控制器10中開關量輸入模塊13各個輸入點的狀態， 當輸入點有變化則將系統時間記入相應的數據寄存器，即完成事件順序記錄(SOE)。由於QnU系列可編程邏輯控制器抗幹擾能力較強，使用壽命在40年以上， 執行一條指令僅需要幾個納秒，因此在進行邏輯運算、檢測各個輸入點狀態時的 運算總指令數能達到小於60000條/時。各可編程邏輯控制器10的掃描周期小於lnis，即事件順序記錄可以達到小於lms解析度。因此，本發明能滿足各類高速 事件順序記錄的需要。
權利要求
1、一種安全聯鎖緊急停車系統，其特徵在於它包括由三套可編程邏輯控制器組成的三選二表決系統，每套所述可編程邏輯控制器內均設置有一電源模塊、一微處理器模塊、一個以上開關量輸入模塊、一開關量輸出模塊、一通訊模塊和一個跳車繼電器；各所述開關量輸入模塊的輸入端通過開關與電源連接，所述開關量輸入模塊的輸入信號存入所述可編程邏輯控制器內的輸入寄存器，由所述可編程邏輯控制器進行緊急停車邏輯運算，運算結果保存至所述可編程邏輯控制器內的輸出寄存器，同時通過所述開關量輸出模塊輸送到所述跳車繼電器的輸入端，寄存在所述輸入寄存器和輸出寄存器中的數據由各所述通訊模塊通過網絡與一上位機內的各通訊模塊分別進行數據傳輸。
2、 如權利要求1所述的一種安全聯鎖緊急停車系統，其特徵在於所述開關 為三選二開關。
3、 如權利要求1所述的一種安全聯鎖緊急停車系統，其特徵在於所述開關 為單選開關。
4、 如權利要求2所述的一種安全聯鎖緊急停車系統，其特徵在於所述開關 為單選開關。
5、 如權利要求1或2或3或4所述的一種安全聯鎖緊急停車系統，其特徵在 於所述三選二開關與各所述開關量輸入模塊的輸入端連接時，所述三選二開關 的三個開關信號分別與各所述開關量輸入模塊連接；所述單選開關與各所述開關 量輸入模塊的輸入端連接時，所述單選開關的一個開關信號分成三路信號分別與 各所述開關量輸入模塊連接。
6、 如權利要求1或2或3或4所述的一種安全聯鎖緊急停車系統，其特徵在 於所述開關量輸入模塊的各輸入點具有1 70毫秒的軟延時。
7、 如權利要求5所述的一種安全聯鎖緊急停車系統，其特徵在於所述開關 量輸入模塊的各輸入點具有1 70毫秒的軟延時。
8、 一種如權利要求l或2或3或4或5或6或7所述系統的設定方法，其特 徵在於所述上位機通過其通訊模塊讀取三套所述可編程邏輯控制器中各自對應 的通訊模塊傳輸的各輸入寄存器、輸出寄存器中的狀態數據，並進行比較，其步 驟如下.-1) 初始化上位機通訊模塊；2) 調用第一套所述可編程邏輯控制器內所述輸入寄存器的狀態數據；3) 調用第二套所述可編程邏輯控制器內所述輸入寄存器的狀態數據；4) 調用第三套所述可編程邏輯控制器內所述輸入寄存器的狀態數據；5) 調用所述三套可編程邏輯控制器內所述輸入寄存器的狀態數據後，判斷系 統的運行狀態當有一套所述可編程邏輯控制器內所述輸入寄存器的狀態數據與 另外兩套所述可編程邏輯控制器內所述輸入寄存器的狀態數據不同時，則發出報 警；6) 在上位機的程序中還設置有一套與各套所述可編程邏輯控制器相同的邏 輯，各所述輸入寄存器的狀態數據分別運算此邏輯，運算結果與相對應的各所述 輸出寄存器的狀態數據進行比較，有不同時則發出警報；7) 返回到步驟2)重複運行。
全文摘要
本發明涉及一種安全聯鎖緊急停車系統及設定方法，它包括由三套可編程邏輯控制器組成的三選二表決系統，每套可編程邏輯控制器內均設置有一電源模塊、一微處理器模塊、一個以上開關量輸入模塊、一開關量輸出模塊、一通訊模塊和一個跳車繼電器；各開關量輸入模塊的輸入端通過開關與電源連接，開關量輸入模塊的輸入信號存入可編程邏輯控制器內的輸入寄存器，由可編程邏輯控制器進行緊急停車邏輯運算，運算結果保存至輸出寄存器，同時通過開關量輸出模塊輸送到跳車繼電器的輸入端，寄存在輸入寄存器和輸出寄存器中的數據由各通訊模塊通過網絡與一上位機內的各通訊模塊分別進行數據傳輸。本發明採用三套三菱公司QnU系列的可編程邏輯控制器組成三選二表決系統，該系統的可靠性與現有三選二緊急停車系統相同，但其價格是現有系統的1/3左右，因此實現了成本低、可靠性高的特點。
文檔編號G05B19/048GK101592932SQ20091008781
公開日2009年12月2日 申請日期2009年6月26日 優先權日2009年6月26日
發明者慧 王 申請人:中國海洋石油總公司;中海石油化學股份有限公司;中海石油天野化工股份有限公司