专利名称：一种被控系统的安全保护装置和系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机电管理领域，尤其涉及一种被控系统的安全保护装置和系统。
背景技术：
ETS(紧急停机系统)是在被控系统发生危急情况下提供安全停机的系统。该系 统通过监督对被控系统安全有重大影响的安全参数，在这些安全参数超过安全限定值时， 控制安全阀门到安全状态，从而达到紧急停机的目的。ETS要求保护动作准确、迅速、可靠。 现有技术中ETS系统的保护实现方式是由DPU(分散处理控制单元)和输入输出卡件完成 的。对重要的保护则同时用继电器搭接的方式实现。其中DPU和进行全部安全参数的比较 并独立输出比较结果。继电器搭接方式实现的只是重要安全参数的比较并独立输出比较结 果，在两者中至少一个检测到安全参数超过安全限定值时，进行保护停机操作。在实现上述过程中，发明人发现现有技术存在如下问题由于DPU是电机组中处于各种运行请求的中心，处理压力较大，安全参数的扫描 周期长、DPU发生主备切换的时间超过ETS的动作时间；同时与继电器之间在搭接过程中， 由于结构复杂、接头多，造成配置成本高，电装工作量大的问题，运营维护成本高。
实用新型内容本实用新型提供一种被控系统的安全保护装置和系统，解决现有技术中安全停机 稳定差、安装维护难度大、成本高的问题。为解决现有技术存在的问题，本实用新型提供如下技术方案—种被控系统的安全保护装置，包括输入端子、可编程逻辑器件、继电器，其中所述输入端子，与被控系统相连，获取所述被控系统的安全检测信号；所述可编程逻辑器件，对所述安全检测信号进行逻辑运算，得到逻辑运算结果信 号；所述继电器，与所述可编程逻辑器件相连，根据所述逻辑结果信号生成控制所述 被控系统的安全阀门关闭的保护信号。进一步的，所述输入端子包括DI端子或AI端子。进一步的，所述装置还包括模拟_数字转换器，与所述输入端子和所述可编程逻 辑器件相连，用于将所述输入端子输入的模拟信号形式的所述安全检测信号转换为数字信 号形式，并向所述可编程逻辑器件输出数字信号形式的所述安全检测信号。进一步的，所述可编程逻辑器件包括现场可编程门阵列(FPGA)。进一步的，所述装置还包括预置输入端子及寄存器，其中所述预置输入端子，接收用户设置的所述可编程逻辑器件进行所述逻辑运算的组 态逻辑；所述寄存器，与所述预置输入端子及所述可编程逻辑器件相连，存储所述组态逻辑。[0017]进一步的，所述可编程逻辑器件的数量包括3个。进一步的，所述继电器分为一个或一个以上的继电器组，每个所述继电器组分别
对应一个安全阀门；每个所述继电器组包括3个双触点直流继电器，分别与所述3个可编程逻辑器件 一一对应，其中每个双触点直流继电器的两个触点分别连接组内另外两个继电器的一个触
点ο一种被控系统的安全保护系统，包括两个或两个以上的上述安全保护装置，各所 述安全保护装置以串联的形式连接，其中每个安全保护装置的导通状态为常闭，任意一个 安全保护装置生成所述保护信号时，转换其自身的导通状态；所述系统根据各所述安全保 护装置的导通状态生成用于关闭该被控系统的安全阀门的控制信号。一种被控系统的安全保护系统，包括两个或两个以上的上述的安全保护装置，各 所述安全保护装置以并联的形式连接，其中每个安全保护装置的导通状态为常开，任意一 个安全保护装置生成所述保护信号时，转换其自身的导通状态；所述系统根据各所述安全 保护装置的导通状态生成用于关闭该被控系统的安全阀门的控制信号。本实用新型实施例提供的技术方案，通过可编程逻辑器件实现安全保护，与被控 系统中的处理器独立，与现有技术相比，不受被控系统中各项运行状态的影响，能够平稳进 行停机保护的检测，稳定性更高、响应时间显著缩短。
图1为本实用新型提供的安全保护装置实施实例的结构示意图；图2为本实用新型提供的安全保护系统应用实例的结构示意图；图3为图2所示应用实例中双触点直流继电器组的连接关系示意图；图4为本实用新型提供的安全保护系统另一应用实例的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施 例对本实用新型作进一步的详细描述。图1为本实用新型提供的一种被控系统的安全保护装置，包括输入端子、可编程 逻辑器件、继电器，其中所述输入端子11，与被控系统相连，获取所述被控系统的安全检测信号；所述可编程逻辑器件12，对所述安全检测信号进行逻辑运算，得到逻辑运算结果 信号；所述继电器13，与所述可编程逻辑器件12相连，根据所述逻辑结果信号生成控制 所述被控系统的安全阀门关闭的保护信号。其中在实际应用中，该输入端子11可设置在一卡座上，通过在该卡座上配置对应 的槽口，该槽口上安插可编程逻辑器件12，该继电器13可部署在继电器板上。下面对该安全保护装置进行介绍其中输入端子可以为DI端子或AI端子，即该输入端子可获取到DI或AI形式的 安全检测信号。[0035]所述输入端子的个数为24个，每个输入端子获取一个安全参数，因此安全参数的 总数决定了卡座的总数。在实际应用中，技术人员可以选择该输入端子获取被控系统的全 部安全参数，也可以选择只获取安全重要性级别高的安全参数。其中该被控系统可以是汽轮机系统、石化管道系统等需要安全停机的场合。以汽 轮机系统为例，该安全检测信号具体包括轴振动、真空低、油压低等。对于其他应用场合的 安全检测信号，本领域技术人员可以根据工作经验确定适用于该应用场合所需的系统性能 参数，从而确定需要获取的安全检测信号，此处不再赘述。如果所述输入端子11为DI端子，则该输入端子11卡座获取的安全检测信号为数 字信号形式，该输入端子11直接将得到的安全检测信号发送给可编程逻辑器件12。如果所述输入端子11为DI端子，则该输入端子11卡座获取的安全检测信号为模 拟信号形式，此时所述装置还包括模拟-数字转换器，与所述输入端子11和所述可编程逻 辑器件12相连，用于将所述输入端子11得到模拟信号形式的所述安全检测信号转换为数 字信号形式，并向所述可编程逻辑器件12输出数字信号形式的安全检测信号。其中可编程逻辑器件12可以为CPLD (复杂可编程逻辑器件备)、ASIC(专用集成 芯片)或现场可编程门阵列(FPGA)。考虑到开发成本，优选的，该可编程逻辑器件12为现 场可编程门阵列(FPGA)。其中所述装置还包括预置输入端子及寄存器，其中所述预置输入端子，接收用户设置的所述可编程逻辑器件进行所述逻辑运算的组 态逻辑；所述寄存器，与所述预置输入端子及所述可编程逻辑器件相连，存储所述组态逻辑。所述组态逻辑是指安全参数的比较结果之间的逻辑关系，包括安全参数分为几组 逻辑、每组逻辑是什么形式、每组包括哪些几个安全参数、每点是常开还是常闭、每组的投 切信号等等。例如，获取的安全参数为9个，前4个组成2oo4逻辑，接着的3个组成2oo3 逻辑，再接着的2个组成1οο2逻辑，上述多个逻辑最终取“或”运算，其中2oo4逻辑、2oo3 逻辑和1οο2逻辑的运算主要有和、或、异或、非运算中至少一个组成。所述卡件中的寄存器包括组配置寄存器，对每组的内容进行约定；开/闭保护配置寄存器，对输入信号的常开/常闭进行定义；组投切寄存器对每组的投入、退出进行定义；实时数据寄存器DI0，非实时数据寄存器若干来完成数据交互。引入FIFO来记录 SOE事件及其时间，保证顺序正确。总之，对输入信号进行滤波；实现组态逻辑；提供跳间首出信息；提供故障诊断信 息；输出保护动作信号；完成SOE信号处理等功能都在卡件的FPGA中实现，进而满足日后 用户的后续需要，扩展性较强。其中所述可编程逻辑器件的数量包括3个，每个可编程逻辑器件对安全检测信号 的处理逻辑相同。其中所述继电器可以设置在继电器板上，该继电器分为一个或一个以上的继电器 组，每个所述继电器组分别对应一个安全阀门；[0052]每个所述继电器组包括3个双触点直流继电器，分别与所述3个可编程逻辑器件 一一对应，其中每个双触点直流继电器的两个触点分别连接组内另外两个继电器的一个触
点ο所述继电器板的每组直流继电器包括3个双触点直流继电器，与3个卡件一一对 应，其中每个双触点继电器的两个触点分别于本组内另外两个继电器的一个触点，用于从3 个处理结果中选择内容相同且个数为至少2个的处理结果为最终处理结果，确定是否关闭 该被控系统的全部安全阀门。例如，三个卡件的处理结果分别为开启、关闭、关闭，处理内容 为关闭的处理结果的个数为2个，则确定最终的处理结果为关闭。实施例二本实用新型提供的一种被控系统的安全保护系统实施例，结合图1所示的装置， 所示系统实施例包括两个或两个以上的上述安全保护装置，各所述安全保护装置以串联的 形式连接，其中每个安全保护装置的导通状态为常闭，任意一个安全保护装置生成所述保 护信号时，转换其自身的导通状态；所述系统根据各所述安全保护装置的导通状态生成用 于关闭该被控系统的安全阀门的控制信号。其中由于实施例一中安全保护装置与被控系统的操作系统相独立，该安全保护系 统运行较稳定，能够平稳进行安全保护。实施例三本实用新型提供的另一种安全停机系统实施例，结合图1所示的装置，所示系统 实施例包括两个或两个以上的上述的安全保护装置，各所述安全保护装置以并联的形式连 接，其中每个安全保护装置的导通状态为常开，任意一个安全保护装置生成所述保护信号 时，转换其自身的导通状态；所述系统根据各所述安全保护装置的导通状态生成用于关闭 该被控系统的安全阀门的控制信号。其中由于实施例一中安全保护装置与被控系统的操作系统相独立，该安全保护系 统运行较稳定，能够平稳进行安全保护。需要说明的是，实施例二和三适用于卡座的输入端子可获取的安全检测信号不足 的情况，如卡座上的输入端子总数为24个，则被控系统的安全检测信号总数大于24个，则 可以通过将两个或两个以上的安全保护装置连接在一起扩展可检测的安全检测信号。在采 用多个安全保护装置实现安全停机时，任意一个安全保护装置检测到需要停机，该安全保 护系统都应该关闭被控系统的阀门。以下以具体应用实例来说明图2为本实用新型提供的安全保护系统应用实例的结构示意图。结合图1所示的 系统实施例，图2所示应用实例中，卡座由24个输入端子和3个卡件插座组成，每个卡件插 座设置有一个卡件，24个输入端子得到的安全参数会传送给每个卡件。3个卡件均配置有一处理器，本应用实例以FPGA来实现。本实用新型提供的继电器板包括3个DB25插座、4组双触点直流继电器、3个双触 点交流继电器和3个报警继电器。每个卡件通过DB25的插座继电器板相连，其中4组双触点直流继电器组成继电器 2oo3回路跳到电磁阀ASTl AST4，通过控制电磁阀的开闭，达到控制进气阀门的目的。图3为图2所示应用实例中双触点直流继电器组的连接关系示意图。其中每组双触点直流继电器组有3个双触点直流继电器组成，如Rl、Tl和Sl为一组双触点直流继电 器组。每个双触点继电器的两个触点分别于本组内另外两个继电器的一个触点，参照附图， Rl-I表示双触点继电器Rl的第1对触点，依次类推，Rl-I和T1-2相连，R1-2和S1-2相连， 依次类推。例如配置卡件的处理结果为安全参数不再范围内，触发与该卡件对应的双触点 直流继电器导通，反之，触发该直流继电器不导通。在该组处于导通状态下时，触发电磁阀 的开启，达到关闭进汽阀门的目的。如果卡件R和S的检测结果相同，为检测到安全参数不 再范围内，而卡件T与R和S相反，则该组直流继电器电流经Rl-I进入Sl-I或R1-2流经 S1-2，能够实现导通，触发电磁阀开启，实现三选二的目的。在继电器板中3块卡件保护的结果在继电器板上实现了三取二，即从3个处理结 果中选择相同内容的处理结果的个数为至少2个的处理结果为最终保护结果，该结构决定 了本实用新型中继电器优先采用双触点继电器，不采用单触点继电器，使原来的继电器数 量大大减少，降低了继电器成本。参照图2，继电器板还包括3个双触点交流继电器(图2所示R5、S5和T5)组成继 电器2oo3回路跳到DCS系统中的其他子系统，例如MFT子系统。3个报警继电器(图2所 示R6、S6和T6)用于检测对应的卡件是否发生故障，在检测到卡件发生故障时发出告警。与现有技术中DPU发生故障进行主备板切换相比，本实用新型实施例提供的检测 系统中包括多个卡件，当其中一个TPM卡件发生故障时，剩余的TPM卡件仍然能够正常工 作，整个检测系统仍然能够对安全参数进行安全限定值的比较，支持热插拔更换而无需进 行切换，仍然能够继续完成实时检测。由上可以看出，卡件插座通过输入端子将当前的安全参数同时送入3块卡件中，3 块卡件内完成比较后输出到继电器板，最终通过继电器的2oo3回路输出到现场。图4为本实用新型提供的安全保护系统另一应用实例的结构示意图。(图4中卡 件和卡座未显示)，当安全参数的个数大于24个时，需要多个ETS扩展使用。每个ETS完成 一部分保护逻辑并驱动所有AST阀，做种的输出由继电器输出级联组成，图4给出3个ETS 单元级联的示意图，其他类推即可。本实用新型提供的系统实施例，通过可编程逻辑器件实现安全保护，与被控系统 中的处理器独立，不受被控系统中各项运行状态的影响，能够平稳进行停机保护的检测，与 现有技术中原DPU模式采用软实现且需要继电器搭接对重要的保护回路进行保护相比，稳 定性更高。以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式
，但本实用新型的保护范围并不局限 于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化 或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要 求所述的保护范围为准。
权利要求一种被控系统的安全保护装置，其特征在于，包括输入端子、可编程逻辑器件、继电器，其中所述输入端子，与被控系统相连，获取所述被控系统的安全检测信号；所述可编程逻辑器件，对所述安全检测信号进行逻辑运算，得到逻辑运算结果信号；所述继电器，与所述可编程逻辑器件相连，根据所述逻辑结果信号生成控制所述被控系统的安全阀门关闭的保护信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述输入端子包括DI端子或AI端子。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述装置还包括模拟_数字转换器，与所 述输入端子和所述可编程逻辑器件相连，用于将所述输入端子输入的模拟信号形式的所述 安全检测信号转换为数字信号形式，并向所述可编程逻辑器件输出数字信号形式的所述安 全检测信号。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述可编程逻辑器件包括现场可编程门 阵列(FPGA)。
5.根据权利要求1或4所述的系统，其特征在于，所述装置还包括预置输入端子及寄存 器，其中所述预置输入端子，接收用户设置的所述可编程逻辑器件进行所述逻辑运算的组态逻辑；所述寄存器，与所述预置输入端子及所述可编程逻辑器件相连，存储所述组态逻辑。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述可编程逻辑器件的数量包括3个。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述继电器分为一个或一个以上的继电 器组，每个所述继电器组分别对应一个安全阀门；每个所述继电器组包括3个双触点直流继电器，分别与所述3个可编程逻辑器件一一 对应，其中每个双触点直流继电器的两个触点分别连接组内另外两个继电器的一个触点。
8.一种被控系统的安全保护系统，其特征在于，包括两个或两个以上如权利要求1至 7中任一权利要求所述的安全保护装置，各所述安全保护装置以串联的形式连接，其中每个 安全保护装置的导通状态为常闭，任意一个安全保护装置生成所述保护信号时，转换其自 身的导通状态；所述系统根据各所述安全保护装置的导通状态生成用于关闭该被控系统的 安全阀门的控制信号。
9.一种被控系统的安全保护系统，其特征在于，包括两个或两个以上如权利要求1至 7中任一权利要求所述的安全保护装置，各所述安全保护装置以并联的形式连接，其中每个 安全保护装置的导通状态为常开，任意一个安全保护装置生成所述保护信号时，转换其自 身的导通状态；所述系统根据各所述安全保护装置的导通状态生成用于关闭该被控系统的 安全阀门的控制信号。
专利摘要本实用新型提供一种被控系统的安全保护装置和系统，涉及机电管理领域；解决现有技术中保护回路运行稳定差的问题。所述装置，包括输入端子、可编程逻辑器件、继电器，其中所述输入端子，与被控系统相连，获取所述被控系统的安全检测信号；所述可编程逻辑器件，对所述安全检测信号进行逻辑运算，得到逻辑运算结果信号；所述继电器，与所述可编程逻辑器件相连，根据所述逻辑结果信号生成控制所述被控系统的安全阀门关闭的保护信号。本实用新型提供的技术方案可应用于汽轮机安全停机或其它需安全停机的场合。
文档编号H02H3/00GK201717594SQ20102026363
公开日2011年1月19日 申请日期2010年7月13日 优先权日2010年7月13日
发明者丁娟, 吕大军, 周海东, 夏明 , 孙广东, 张智, 张立然, 李军奇, 李文, 李 杰, 梁金宝, 田雨聪, 赵长军, 麻贵峰 申请人:北京国电智深控制技术有限公司