專利名稱：一種汽輪機三重化冗余危急遮斷保護系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種汽輪機三重化冗余危急遮斷保護系統。
背景技術：
汽輪機危急遮斷系統(ETS)是發電廠保護汽輪機安全的非常重要的系統，其功能是監測汽輪機運行過程中的運行參數，進行邏輯判斷，在運行參數超限時，能安全可靠地發出信號停止汽輪機運行，從而達到保護汽輪機的目的。現有的危急遮斷系統多采用PLC控制，并通過雙PLC并列運行或者雙PLC熱備控制方式實現；隨著控制技術的發展，一種安全性和可靠性更高的含有容錯設計技術的三重 化冗余(TMR)逐漸應用于航天、石油、化工、電力等行業，因此，為了與時俱進，現在需要對這種危急遮斷系統進行改進，以滿足對汽輪機更高的控制要求。
發明內容
為了解決上述現有技術存在的問題，本發明旨在提供一種汽輪機三重化冗余危急遮斷保護系統，以提高系統的可靠性和安全性以及提高PLC硬件設備的保護等級。本發明所述的一種汽輪機三重化冗余危急遮斷保護系統，它包括一三重化冗余控制裝置、分別與該三重化冗余控制裝置連接的一電源系統、一輸入接口、一輸出接口和一試驗面板，其中，所述輸入接口接收外圍汽輪機設備輸出的測控信號，所述輸出接口向所述汽輪機設備輸出停機接點信號。在上述的汽輪機三重化冗余危急遮斷保護系統中，所述三重化冗余控制裝置包括一主控制器系統以及與該主控制器系統連接的兩個智能輸入子系統和兩個智能輸出子系統，其中，所述主控制器系統包括第一至第三主機架，所述第一主機架包括第一 CPU模塊以及分別與該第一 CPU模塊連接的第一 a總線控制模塊、第一 0總線控制模塊和第一 Y總線控制模塊，所述第二主機架包括第二 CPU模塊以及分別與該第二 CPU模塊連接的第二 a總線控制模塊、第二 3總線控制模塊和第二 Y總線控制模塊，所述第三主機架包括第三(PU模塊以及分別與該第三CPU模塊連接的第三a總線控制模塊、第三P總線控制模塊和第三Y總線控制模塊，且所述第一 a總線控制模塊、第二 a總線控制模塊和第三a總線控制模塊通過一 a總線相連在一起，所述第一 3總線控制模塊、第二 3總線控制模塊和第三P總線控制模塊通過一 P總線相連在一起，所述第一 Y總線控制模塊、第二 Y總線控制模塊和第三Y總線控制模塊通過一 Y總線相連在一起；所述兩個智能輸入子系統均與所述輸入接口連接，且每個智能輸入子系統包括第一至第三輸入模塊，且所述第一至第三輸入模塊分別掛接在所述a總線、3總線和Y總線上；所述兩個智能輸出子系統均與所述輸出接口連接，且每個智能輸出子系統包括并聯的第一、第二輸出模塊以及并聯的第三、第四輸出模塊，所述第一輸出模塊掛接在所述a總線上，所述第二、第四輸出模塊掛接在所述0總線上，所述第三輸出模塊掛接在Y總線上，且所述第一輸出模塊和第二輸出模塊的相連端以及第三輸出模塊和第四輸出模塊的相連端同時連接至一輸出繼電器。在上述的汽輪機三重化冗余危急遮斷保護系統中，所述第一至第三主機架分別包括一網卡，且所述三個網卡分別與所述第一 CPU模塊、第二 CPU模塊和第三CPU模塊連接，以使所述試驗面板通過一以太網交換機與所述第一至第三CPU模塊連接。在上述的汽輪機三重化冗余危急遮斷保護系統中，所述第一至第三主機架分別包括一電源模塊，且所述三個電源模塊分別與所述第一 CPU模塊、第二 CPU模塊和第三CPU模塊連接。在上述的汽輪機三重化冗余危急遮斷保護系統中，所述第一至第三輸入模塊均為I/o源型模塊，所述第一、第二輸出模塊均為源型模塊，所述第三、第四輸出模塊均為漏型模 塊。在上述的汽輪機三重化冗余危急遮斷保護系統中，所述電源系統包括兩個用于向所述三重化冗余控制裝置供電的交流電源。由于采用了上述的技術解決方案，本發明利用由三套主機架、三條Genius總線、兩個三重化的智能輸入子系統和兩個H型表決型的智能輸出子系統組成的三重化冗余控制裝置對在汽輪機運行過程中監測到的運行參數，進行邏輯判斷，尤其當任意一套主機架發生故障時，自動切斷其停機邏輯輸出，并保證剩下的兩套主機架仍能正常工作，從而有效提高了汽輪機危急遮斷系統的可靠性，并更好地保護汽輪機設備的安全。
圖I是本發明一種汽輪機三重化冗余危急遮斷保護系統的結構示意圖；圖2是本發明一種汽輪機三重化冗余危急遮斷保護系統中三重化冗余控制裝置的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖，對本發明的具體實施例進行詳細說明。請參閱圖I、圖2，本發明，即一種汽輪機三重化冗余危急遮斷保護系統，它包括一三重化冗余控制裝置I、分別與該三重化冗余控制裝置I連接的一電源系統、一輸入接口
3、一輸出接口 4和一試驗面板5，且輸入接口 3接收外圍汽輪機設備6輸出的測控信號，輸出接口 4向汽輪機設備6輸出停機接點信號。具體來說，三重化冗余控制裝置I包括一主控制器系統10以及與該主控制器系統10連接的兩個智能輸入子系統11和兩個智能輸出子系統12，其中，主控制器系統10包括第一至第三主機架101、102、103，第一主機架101包括第一CPU模塊1010以及分別與該第一 CPU模塊1010連接的第一 a總線控制模塊1011、第一^總線控制模塊1012、第一 Y總線控制模塊1013、網卡104和電源模塊105，第二主機架102包括第二 CPU模塊1020以及分別與該第二 CPU模塊1020連接的第二 a總線控制模塊1021、第二 P總線控制模塊1022、第二 Y總線控制模塊1023、網卡104和電源模塊105，第三主機架103包括第三CPU模塊1030以及分別與該第三CPU模塊1030連接的第三a總線控制模塊1031、第三P總線控制模塊1032、第三Y總線控制模塊1033、網卡104和電源模塊105，且第一 a總線控制模塊1011、第二 a總線控制模塊1021和第三a總線控制模塊1031通過一 a總線相連在一起，第一 P總線控制模塊1012、第二 P總線控制模塊1022和第三P總線控制模塊1032通過一 P總線相連在一起，第一 Y總線控制模塊1013、第二Y總線控制模塊1023和第三Y總線控制模塊1033通過一 Y總線相連在一起；兩個智能輸入子系統11均與輸入接口 3連接，且每個智能輸入子系統11包括第一至第三輸入模塊111、112、113，第一至第三輸入模塊111、112、113分別掛接在a總線、3總線和Y總線上，且第一至第三輸入模塊111、112、113均為I/O源型模塊，并分別具有32點輸入點號，即能接收32點開關量的輸入，并實現對輸入的測控信號的表決和數據交換；智能輸入子系統11的所有輸入點均選用表決特性，本發明中，經輸入接口 3輸入智能輸入子系統11的三重化信號中的每一個信號分別連至同一智能輸入子系統11中的三個I/O源型模塊的不同輸入點號，對測控信號的三重化表決則在第一至第三主機架101、102、103中進行，每套主機架對從a、0、Y總線獲取的測控信號的狀態進行三取二表決，然后將表決結果送至相應的應用程序運算，最后將運算結果送到智能輸出子系統12中表決；所謂三取 二表決，即如果一個信號在設定的濾波時間(比如一天)后還與其他兩個信號有差異，主機架中的CPU模塊將自動生成故障信息并放入I/O故障表中，表征I/O故障的狀態位置位，狀態位可以在應用程序中作報警，以提醒用戶及時檢查處理，當故障發生一天后還未被處理時，主機架就認為該點已壞并停掉此點(I/O Shutdown)，以達到保護汽輪機設備6安全目的；兩個智能輸出子系統12均與輸出接口 4連接，且每個智能輸出子系統12包括并聯的第一、第二輸出模塊121、122以及并聯的第三、第四輸出模塊123、124，第一輸出模塊121掛接在a總線上，第二、第四輸出模塊122、124掛接在P總線上，第三輸出模塊123掛接在Y總線上，因此，只要有兩條總線正常，智能輸出子系統12就能正常輸出，且第一輸出模塊121和第二輸出模塊122的相連端以及第三輸出模塊123和第四輸出模塊124的相連端同時連接至一輸出繼電器125，即形成一“H”型結構；每個智能輸出子系統12具有32點輸出點號，且第一、第二輸出模塊121、122均為源型模塊,第三、第四輸出模塊123、124均為漏型模塊；三重化冗余控制裝置I中的a、P、Y總線用于完成輸入模塊、輸出模塊和CPU模塊之間的信息、數據交換，尤其，總線既要完成三套主機架之間的同步，又要完成I/O數據交換，而Y總線只需完成I/O數據的交換。電源系統采用雙電源供電，即它包括兩個用于向三重化冗余控制裝置I供電的220V的交流電源2，因此，只要保證有一路交流電源2正常，就能保證整個系統的正常工作，且其中一個備用的交流電源2為UPS (Uninterruptible Power Supply,不間斷電源)。試驗面板5通過一以太網交換機(圖中未不)與第一至第三CPU模塊1010、1020、1030連接，從而實現對主控制器系統10的讀寫操作，并顯示整個系統的必要參數及進行在線試驗的操作。與三重化冗余控制裝置I連接的外圍汽輪機設備6包括各種電磁閥、壓力開關等，測控信號包括冷凝器真空信號、軸承油壓信號、EH油壓信號、轉速信號、TSI (汽輪機監測儀表)信號和用戶遙控停機/復置信號等。
本發明的工作原理是，危急遮斷系統采集監測汽輪機的重要參數(即各測控信號)，一旦參數超越正常范圍，則通過外圍的停機電磁閥，泄去保安油，關閉所有主汽門和調節器閥門，從而完成 汽輪機跳閘。同時，本發明還具備在線試驗功能，由于現場的重要汽輪機設備6采用雙通道布置，因此允許在機組運行過程中進行試驗，試驗的目的是為了檢驗危急遮斷系統從輸入信號、邏輯功能到輸出信號、現場電磁閥整個回路工作是否正常；在試驗過程中，系統還具有保護作用，如果有參數超限，仍然能夠使停機電磁閥動作，從而保證汽輪機組的正常停機；另外，當三重化冗余控制裝置I的任一主機架發生故障時，該主機架中的CPU模塊會發出本機故障報警信號，并自動切斷其停機邏輯輸出，而不影響剩下的兩個主機架的正常工作，從而更好地保護汽輪機設備6的安全。本發明中的三重化冗余控制裝置I采用GE智能平臺提供的三重冗余PLC系統(GMR系統)實現；試驗面板5為一塊12英寸的液晶顯示觸摸屏。以上結合附圖實施例對本發明進行了詳細說明，本領域中普通技術人員可根據上述說明對本發明做出種種變化例。因而，實施例中的某些細節不應構成對本發明的限定，本發明將以所附權利要求書界定的范圍作為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種汽輪機三重化冗余危急遮斷保護系統，其特征在干，所述保護系統包括一三重化冗余控制裝置、分別與該三重化冗余控制裝置連接的ー電源系統、一輸入接ロ、一輸出接口和一試驗面板，其中，所述輸入接ロ接收外圍汽輪機設備輸出的測控信號，所述輸出接ロ向所述汽輪機設備輸出停機接點信號。
2.根據所述權利要求I所述的汽輪機三重化冗余危急遮斷保護系統，其特征在于，所述三重化冗余控制裝置包括一主控制器系統以及與該主控制器系統連接的兩個智能輸入子系統和兩個智能輸出子系統，其中， 所述主控制器系統包括第一至第三主機架，所述第一主機架包括第一 CPU模塊以及分別與該第一 CPU模塊連接的第一 α總線控制模塊、第一 β總線控制模塊和第一 Y總線控制模塊，所述第二主機架包括第二 CPU模塊以及分別與該第二 CPU模塊連接的第二 α總線控制模塊、第二 β總線控制模塊和第二 Y總線控制模塊，所述第三主機架包括第三CPU模塊以及分別與該第三CPU模塊連接的第三α總線控制模塊、第三β總線控制模塊和第三Y總線控制模塊，且所述第一 α總線控制模塊、第二 α總線控制模塊和第三α總線控制模塊通過ー α總線相連在一起，所述第一 β總線控制模塊、第二 β總線控制模塊和第三β總線控制模塊通過ー β總線相連在一起，所述第一 Y總線控制模塊、第二 Y總線控制模塊和第三Y總線控制模塊通過ー Y總線相連在一起； 所述兩個智能輸入子系統均與所述輸入接ロ連接，且每個智能輸入子系統包括第一至第三輸入模塊，且所述第一至第三輸入模塊分別掛接在所述α總線、β總線和Y總線上； 所述兩個智能輸出子系統均與所述輸出接ロ連接，且每個智能輸出子系統包括并聯的第一、第二輸出模塊以及并聯的第三、第四輸出模塊，所述第一輸出模塊掛接在所述α總線上，所述第二、第四輸出模塊掛接在所述β總線上，所述第三輸出模塊掛接在Y總線上，且所述第一輸出模塊和第二輸出模塊的相連端以及第三輸出模塊和第四輸出模塊的相連端同時連接至ー輸出繼電器。
3.根據權利要求2所述的汽輪機三重化冗余危急遮斷保護系統，其特征在于，所述第一至第三主機架分別包括一網卡，且所述三個網卡分別與所述第一 CPU模塊、第二 CPU模塊和第三CPU模塊連接，以使所述試驗面板通過ー以太網交換機與所述第一至第三CPU模塊連接。
4.根據權利要求2或3所述的汽輪機三重化冗余危急遮斷保護系統，其特征在于，所述第一至第三主機架分別包括ー電源模塊，且所述三個電源模塊分別與所述第一 CPU模塊、第二 CPU模塊和第三CPU模塊連接。
5.根據權利要求2或3所述的汽輪機三重化冗余危急遮斷保護系統，其特征在干，所述第一至第三輸入模塊均為I/O源型模塊，所述第一、第二輸出模塊均為源型模塊，所述第三、第四輸出模塊均為漏型模塊。
6.根據權利要求I或2所述的汽輪機三重化冗余危急遮斷保護系統，其特征在于，所述電源系統包括兩個用于向所述三重化冗余控制裝置供電的交流電源。
全文摘要
本發明涉及一種汽輪機三重化冗余危急遮斷保護系統，所述保護系統包括一三重化冗余控制裝置、分別與該三重化冗余控制裝置連接的一電源系統、一輸入接口、一輸出接口和一試驗面板，其中，所述輸入接口接收外圍汽輪機設備輸出的測控信號，所述輸出接口向所述汽輪機設備輸出停機接點信號。本發明利用由三套主機架、三條總線、兩個智能輸入子系統和兩個智能輸出子系統組成的三重化冗余控制裝置對在汽輪機運行過程中監測到的運行參數，進行邏輯判斷，尤其當任意一套主機架發生故障時，自動切斷其停機邏輯輸出，并保證剩下的兩套主機架仍能正常工作，從而有效提高了汽輪機危急遮斷系統的可靠性，并更好地保護汽輪機設備的安全。
文檔編號G05B19/418GK102694365SQ20111007192
公開日2012年9月26日 申請日期2011年3月24日 優先權日2011年3月24日
發明者唐軍, 張海燕, 趙建華 申請人:上海電氣電站設備有限公司