CN101723251B

CN101723251B - 核电站起重机电气控制系统

Info

Publication number: CN101723251B
Application number: CN2009102639625A
Authority: CN
Inventors: 刘焕江; 吉孟兰; 吴建华
Original assignee: Taiyuan Heavy Industry Co Ltd
Current assignee: Taiyuan Heavy Industry Co Ltd
Priority date: 2009-12-29
Filing date: 2009-12-29
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2029-12-29
Also published as: CN101723251A

Abstract

本发明涉及一种核电站起重机电气控制系统，它属于一种能满足单一故障要求、非冗余、双PLC的核电站用环行起重机用的电气控制装置。本发明主要是解决现有技术存在的不能满足单一故障要求、易引发核安全事故的技术难点。本发明采用的技术方案是：核电站起重机电气控制系统，包括一套运行控制装置、一套监测装置、两台工业计算机、主起升电动机速度检测装置和主起升安全制动器，所述运行可编程逻辑控制器为主站1，所述监测可编程逻辑控制器为主站2，主站1通过DP/DP耦合器与主站2实现软连接并交换数据，通过监测装置采集的重点部位的重复测量数据与运行控制装置采集的运行数据比较，以确保起重机停车动作的及时、可靠。

Description

核电站起重机电气控制系统

技术领域

本发明涉及一种核电站起重机电气控制系统，它属于一种能满足单一故障要求、非冗余、双PLC的核电站用环行起重机用的电气控制装置。

背景技术

为了保证核电站用环行起重机的安全运行，不但要求机械部分满足单一故障运行条件，同时也要使电气传动控制系统能够满足单一故障功能要求。

以前环行起重机的电气传动控制系统有三种：不采用可编程逻辑控制器(PLC)、只采用一套PLC或使用二套冗余的PLC。

对于不采用PLC的系统，如果有元器件出现故障，虽然能使起重机停车，但由于全靠硬线连接、联锁、组合，使报警信号(多采用指示灯)数量有限、故障原因不清晰，维护检修人员查找故障困难。

对于只有一套PLC的系统，虽然PLC本身有自检功能，但随机软件和应用软件的编写过程中难免存在缺陷。正如WINDOWS软件有漏洞和计算机会死机一样，PLC软、硬件的缺陷等问题也会导致有的故障被漏检，或PLC自身误动作。

而对于采用二套冗余PLC的系统，其目的是在一套PLC出现故障时自动切换到另一套PLC上继续运行程序。但如果是PLC自身的缺陷或漏洞问题，它就同单一PLC系统一样，不会发现故障并自动切换，而会继续进行工作。如此一来，对核电站来说，就存在出现不满足单一故障要求、引起核安全事故的重大隐患。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术存在的不能满足单一故障要求、易引发核安全事故的技术难点，提供一种能满足单一故障要求、保证起重机能处于安全、正常运行状态的核电站起重机电气控制系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：核电站起重机电气控制系统，包括一套运行控制装置、一套监测装置、两台工业计算机(3-1)和(3-2)、主起升电动机速度检测装置和主起升安全制动器，其中：所述运行控制装置由装在起重机上的运行可编程逻辑控制器(1)、两个大车编码器(4-1)和(4-2)、安装小车起升编码器(5)、两个运行小车编码器(6-1)和(6-2)、副起升编码器(7)、运行主起升编码器(8)、四个大车变频器(9-1)、(9-2)、(9-3)和(9-4)、安装小车起升变频器(10)、运行主起升变频器(11)、副起升变频器(1 2)、运行小车变频器(14)、安装小车起升远程控制站(1 5)、进线电源远程控制站(16)、运行主起升远程控制站(1 7)、副起升远程控制站(18)、中继器1(19)、负载显示器(20)、控制台(21)、遥控接收器(23)、遥控发射器(39)、以太网(13)和PROFIBUS DP现场总线(22)组成，遥控接收器(23)、四个大车变频器(9-1)、(9-2)、(9-3)和(9-4)、安装小车起升变频器(10)、运行主起升变频器(11)、副起升变频器(12)、运行小车变频器(14)、安装小车起升远程控制站(15)、进线电源远程控制站(16)、运行主起升远程控制站(17)和副起升远程控制站(18)通过PROFIBUSDP现场总线(22-1)与运行可编程逻辑控制器(1)的DP口连接；两个大车编码器(4-1)和(4-2)、负载显示器(20)和控制台(21)经PROFIBUS DP现场总线(22-3)通过中继器1(19)与运行可编程逻辑控制器(1)的DP口连接；安装小车起升编码器(5)、两个运行小车编码器(6-1)和(6-2)、副起升编码器(7)和运行主起升编码器(8)经PROFIBUS DP现场总线(22-2)通过中继器1(19)与运行可编程逻辑控制器(1)的DP口连接，两台工业计算机(3-1)和(3-2)通过以太网卡(1 3)与运行可编程逻辑控制器(1)的以太网口连接；所述监测装置由监测可编程逻辑控制器(2)、四个运行主提升编码器(24-1)、(24-2)、(24-3)和(24-4)、两个副提升编码器(25-1)和(25-2)、DP/DP耦合器(26)、中继器2(27)和PROFIBUS DP现场总线(28)组成，四个运行主提升编码器(24-1)、(24-2)、(24-3)和(24-4)、两个副提升编码器(25-1)和(25-2)通过PROFIBUS DP现场总线(28-1)与中继器2(27)DP口连接；中继器2(27)和DP/DP耦合器(26)通过PROFIBUS DP现场总线(28-2)与监测可编程逻辑控制器(2)DP口连接；所述主起升电动机速度检测装置由两个脉冲编码器(29-1)和(29-2)、两个现场速度检测显示仪(30-1)和(30-2)、两个接触器(32-1)和(32-2)、两个制动器(33)组成，脉冲编码器(29-1)和(29-2)信号端与现场速度检测显示仪(30-1)和(30-2)的输入端连接，现场速度检测显示仪(30-1)的信号输出端与运行控制装置变频器(11)信号输入端连接，变频器(11)输出端通过接触器(32-1)与电动机(31)连接，现场速度检测显示仪(30-1)的继电器常闭触点与运行可编程逻辑控制器(1)信号输入端连接，接触器(32-2)一端与动力电源连接，接触器(32-2)另一端与运行制动器(33)连接，现场速度检测显示仪(30-2)的继电器常闭触点与监测可编程逻辑控制器(2)信号输入端连接；所述主起升安全制动器由两个接触器(34-1)和(34-2)、两个断路器(37-1)和(37-2)、两个液压装置(36-1)和(36-2)、制动器(35)、四个断齿检测开关(38-1)、(38-2)、(38-3)和(38-4)和高度检测开关(40)组成，断路器(37-1)一端与动力电源连接，断路器(37-1)另一端与接触器(34-1)一端连接，接触器(34-1)另一端与液压装置(36-1)进线端连接，液压装置(36-1)与制动器(35)连接以控制制动器(35)动作；断路器(37-2)一端与动力电源连接，断路器(37-2)另一端与接触器(34-2)一端连接，接触器(34-2)另一端与液压装置(36-2)进线端连接，液压装置(36-2)与制动器(35)连接以控制制动器(35)动作；四个断齿检测开关(38-1)、(38-2)、(38-3)和(38-4)装在卷筒的下面，四个断齿检测开关(38-1)、(38-2)、(38-3)和(38-4)的信号端与监测可编程逻辑控制器(2)的输入端连接，装在小车上的高度检测开关(40)的信号端与运行可编程逻辑控制器(1)信号输入端连接。

所述运行可编程逻辑控制器(1)为主站1，所述监测可编程逻辑控制器(2)为主站2，主站1通过DP/DP耦合器(26)与主站2实现软连接并交换数据，通过监测装置采集的重点部位的重复测量数据与运行控制装置采集的运行数据比较，若运行控制装置与监测装置测量回来的数据误差超过设定允许值，应立即控制安全制动器(35)工作，并断开电动机(31)的主电源，以确保起重机停车动作的及时、可靠。

所述运行可编程逻辑控制器(1)和监测可编程逻辑控制器(2)的硬件、软件单独组态、配置、编程，非冗余运行。

所述两台工业计算机(3-1)、(3-2)分别设置在司机室和电气主梁内，通过以太网卡(13)与运行控制装置的主站1交换数据，将起重机的操作、运行、故障、报警、历史记录等信息传送到工业计算机(3-1)、(3-2)中，通过组态软件将这些数据以数字、文字、图片、表格等方式显示给司机和检修维护人员观察。

由于本发明采用了上述技术方案，使用了两套独立运行的PLC和工业计算机，解决了不能满足单一故障要求、易引发核安全事故的技术难点，达到了核电站安全规范中规定的单一故障运行的原则，并为司机和维护检修人员提供了最大程度的帮助。因此，与背景技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

(1)两套PLC分别独立组态、编程，硬件、软件都不相同，不存在PLC自身软、硬件或应用软件同时出现同一缺陷的可能。

(2)两套PLC分别独立组态、编程，程序运行相对独立、互不影响，循环周期短、运行速度快，如有故障发生，可以更加及时地发现故障。

(3)两套PLC虽独立运行，但通过通讯方式实现软连接，互相监测，只要任意一台有问题，即可以及时发现，进行报警、停车等。

(4)两套监测数据是通过两套独立的检测元器件获得的，互不影响，互相对比，一旦超出设定范围，能够及时发现问题。

(5)工业计算机具有强大的数据处理能力和高等级的防干扰能力，显示画面多，报警与故障信息多且详细、全面，历史信息记录时间长，运行稳定，方便操作，故障查找容易。

附图说明

图1是本发明的运行控制装置通讯网络示意图；

图2是本发明的监测装置通讯网络示意图；

图3是本发明的工业计算机示意图；

图4是本发明的主起升机构电动机速度的监测结构示意图；

图5是本发明的主起升机构安全制动器监测及运行部分的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1、图2、图3、图4和图5所示，本实施例中的核电站起重机电气控制系统，包括一套运行控制装置、一套监测装置、两台工业计算机(3-1)和(3-2)、主起升电动机速度检测装置和主起升安全制动器，其中：所述运行控制装置由装在起重机上的运行可编程逻辑控制器(1)、两个大车编码器(4-1)和(4-2)、安装小车起升编码器(5)、两个运行小车编码器(6-1)和(6-2)、副起升编码器(7)、运行主起升编码器(8)、四个大车变频器(9-1)、(9-2)、(9-3)和(9-4)、安装小车起升变频器(10)、运行主起升变频器(11)、副起升变频器(12)、运行小车变频器(14)、安装小车起升远程控制站(15)、进线电源远程控制站(16)、运行主起升远程控制站(17)、副起升远程控制站(18)、中继器1(19)、负载显示器(20)、控制台(21)、遥控接收器(23)、遥控发射器(39)、以太网(13)和PROFIBUS DP现场总线(22)组成，遥控接收器(23)、四个大车变频器(9-1)、(9-2)、(9-3)和(9-4)、安装小车起升变频器(10)、运行主起升变频器(11)、副起升变频器(12)、运行小车变频器(14)、安装小车起升远程控制站(15)、进线电源远程控制站(16)、运行主起升远程控制站(17)和副起升远程控制站(18)通过PROFIBUSDP现场总线(22-1)与运行可编程逻辑控制器(1)的DP口连接；两个大车编码器(4-1)和(4-2)、负载显示器(20)和控制台(21)经PROFIBUS DP现场总线(22-3)通过中继器1(19)与运行可编程逻辑控制器(1)的DP口连接；安装小车起升编码器(5)、两个运行小车编码器(6-1)和(6-2)、副起升编码器(7)和运行主起升编码器(8)经PROFIBUS DP现场总线(22-2)通过中继器1(19)与运行可编程逻辑控制器(1)的DP口连接，两台工业计算机(3-1)和(3-2)通过以太网卡(13)与运行可编程逻辑控制器(1)的以太网口连接；运行可编程逻辑控制器(1)接收控制台(21)或遥控接收器(23)发来的主令档位控制信号，再结合各远程站和编码器检测后发送过来的数据与信息，进行综合联锁、判断后，向主起升机构发出运行、报警、停车、断电等各种控制信号。在检测到有重大安全问题时，立即发出停车、断电和安全制动器上闸等信号，通过主起升变频器(11)、接触器(32-1)、主起升工作制动器及紧急制动器(33)等，使主起升传动系统停车、接触器断电、主起升安全制动器(35)抱闸，确保起重机的主起升机构及时、安全、可靠地停车。所述监测装置由监测可编程逻辑控制器(2)、四个运行主提升编码器(24-1)、(24-2)、(24-3)和(24-4)、两个副提升编码器(25-1)和(25-2)、DP/DP耦合器(26)、中继器2(27)和PROFIBUS DP现场总线(28)组成，四个运行主提升编码器(24-1)、(24-2)、(24-3)和(24-4)、两个副提升编码器(25-1)和(25-2)通过PROFIBUS DP现场总线(28-1)与中继器2(27)DP口连接；中继器2(27)和DP/DP耦合器(26)通过PROFIBUS DP现场总线(28-2)与监测可编程逻辑控制器(2)DP口连接；专门用于对关键数据(电动机速度和起升高度)的重复测量与数据比较。一旦发现运行可编程逻辑控制器(1)与监测可编程逻辑控制器(2)测量回来的数据误差超过设定允许值，将立即控制工作制动器及紧急制动器(33)和/或安全制动器(35)抱闸，并断开电动机(31)的主电源，以确保停车动作的及时、安全、可靠。所述主起升电动机速度检测装置由两个脉冲编码器(29-1)和(29-2)、两个现场速度检测显示仪(30-1)和(30-2)、两个接触器(32-1)和(32-2)、两个制动器(33)组成，脉冲编码器(29-1)和(29-2)信号端与现场速度检测显示仪(30-1)和(30-2)的输入端连接，现场速度检测显示仪(30-1)的信号输出端与运行控制装置变频器(11)信号输入端连接，变频器(11)输出端通过接触器(32-1)与电动机(31)连接，现场速度检测显示仪(30-1)的继电器常闭触点与运行可编程逻辑控制器(1)信号输入端连接，接触器(32-2)一端与动力电源连接，接触器(32-2)另一端与运行制动器(33)连接，现场速度检测显示仪(30-2)的继电器常闭触点与监测可编程逻辑控制器(2)信号输入端连接；当电动机(31)转速超过允许的设定值时，现场速度检测显示仪发出超速信号到运行可编程逻辑控制器(1)或监测可编程逻辑控制器(2)中，只要任何一个可编程逻辑控制器(PLC)接收到此信号，就可通过可编程逻辑控制器(PLC)指示变频器(11)紧急停车、工作制动器及紧急制动器(33)抱闸，延时一定时间后，两个卷筒上的安全制动器(35)通过液压装置(36)的控制也及时抱闸，确保所吊设备安全、可靠。所述主起升安全制动器由两个接触器(34-1)和(34-2)、两个断路器(37-1)和(37-2)、两个液压装置(36-1)和(36-2)、制动器(35)、四个断齿检测开关(38-1)、(38-2)、(38-3)和(38-4)和高度检测开关(40)组成，断路器(37-1)一端与动力电源连接，断路器(37-1)另一端与接触器(34-1)一端连接，接触器(34-1)另一端与液压装置(36-1)进线端连接，液压装置(36-1)与制动器(35)连接以控制制动器(35)工作；断路器(37-2)一端与动力电源连接，断路器(37-2)另一端与接触器(34-2)一端连接，接触器(34-2)另一端与液压装置(36-2)进线端连接，液压装置(36-2)与制动器(35)连接以控制制动器(35)工作；四个断齿检测开关(38-1)、(38-2)、(38-3)和(38-4)装在卷筒的下面，四个断齿检测开关(38-1)、(38-2)、(38-3)和(38-4)的信号端与监测可编程逻辑控制器(2)的输入端连接，装在小车上的高度检测开关(40)的信号端与运行可编程逻辑控制器(1)信号输入端连接。

所述运行可编程逻辑控制器(1)为主站1，所述监测可编程逻辑控制器(2)为主站2，主站1通过DP/DP耦合器(26)与主站2实现软连接并交换数据，通过监测装置采集的重点部位的重复测量数据与运行控制装置采集的运行数据比较，若运行控制装置与监测装置测量回来的数据误差超过设定允许值，应立即控制安全制动器(35)工作，并断开电动机(31)的主电源，以确保起重机停车动作的及时、可靠。上述运行可编程逻辑控制器(1)和监测可编程逻辑控制器(2)的CPU选用西门子公司S7系列的6ES7 315-2DP；上述运行可编程逻辑控制器(1)和监测可编程逻辑控制器(2)的CPU还可以选用其它功能相同的模块代替。

Claims

1.一种核电站起重机电气控制系统，包括一套运行控制装置、一套监测装置、两台工业计算机(3-1、3-2)、主起升电动机速度检测装置和主起升安全制动器，其特征是：所述运行控制装置由装在起重机上的运行可编程逻辑控制器(1)、两个大车编码器(4-1、4-2)、安装小车起升编码器(5)、两个运行小车编码器(6-1、6-2)、副起升编码器(7)、运行主起升编码器(8)、四个大车变频器(9-1、9-2、9-3、9-4)、安装小车起升变频器(10)、运行主起升变频器(11)、副起升变频器(12)、运行小车变频器(14)、安装小车起升远程控制站(15)、进线电源远程控制站(16)、运行主起升远程控制站(17)、副起升远程控制站(18)、中继器1(19)、负载显示器(20)、控制台(21)、遥控接收器(23)、遥控发射器(39)、以太网卡(13)和PROFIBUS DP现场总线组成，遥控接收器(23)、四个大车变频器(9-1、9-2、9-3、9-4)、安装小车起升变频器(10)、运行主起升变频器(11)、副起升变频器(12)、运行小车变频器(14)、安装小车起升远程控制站(15)、进线电源远程控制站(16)、运行主起升远程控制站(17)和副起升远程控制站(18)通过PROFIBUS DP现场总线与运行可编程逻辑控制器(1)的DP口连接；两个大车编码器(4-1、4-2)、负载显示器(20)和控制台(21)经PROFIBUS DP现场总线通过中继器1(19)与运行可编程逻辑控制器(1)的DP口连接；安装小车起升编码器(5)、两个运行小车编码器(6-1、6-2)、副起升编码器(7)和运行主起升编码器(8)经PROFIBUS DP现场总线通过中继器1(19)与运行可编程逻辑控制器(1)的DP口连接，两台工业计算机(3-1、3-2)通过以太网卡(13)与运行可编程逻辑控制器(1)的以太网口连接；所述监测装置由监测可编程逻辑控制器(2)、四个运行主提升编码器(24-1、24-2、24-3、24-4)、两个副提升编码器(25-1、25-2)、DP/DP耦合器(26)、中继器2(27)和PROFIBUS DP现场总线组成，四个运行主提升编码器(24-1、24-2、24-3、24-4)、两个副提升编码器(25-1、25-2)通过PROFIBUS DP现场总线与中继器2(27)DP口连接；中继器2(27)和DP/DP耦合器(26)通过PROFIBUSDP现场总线与监测可编程逻辑控制器(2)DP口连接；所述主起升电动机速度检测装置由第一脉冲编码器(29-1)和第二脉冲编码器(29-2)、第一现场速度检测显示仪(30-1)和第二现场速度检测显示仪(30-2)、第一接触器(32-1)和第二接触器(32-2)、两个制动器(33)组成，第一脉冲编码器(29-1)信号端与第一现场速度检测显示仪(30-1)的输入端连接；第二脉冲编码器(29-2)信号端与第二现场速度检测显示仪(30-2)的输入端连接；第一现场速度检测显示仪(30-1)的信号输出端与运行主起升变频器(11)信号输入端连接，运行主起升变频器(11)输出端通过第一接触器(32-1)与电动机(31)连接，第一现场速度检测显示仪(30-1)的继电器常闭触点与运行可编程逻辑控制器(1)信号输入端连接，第二接触器(32-2)一端与动力电源连接，第二接触器(32-2)另一端与运行制动器(33)连接，第二现场速度检测显示仪(30-2)的继电器常闭触点与监测可编程逻辑控制器(2)信号输入端连接；所述主起升安全制动器由第一接触器(34-1)和第二接触器(34-2)、第一断路器(37-1)和第二断路器(37-2)、第一液压装置(36-1)和第二液压装置(36-2)、制动器(35)、四个断齿检测开关(38-1、38-2、38-3、38-4)和高度检测开关(40)组成，第一断路器(37-1)一端与动力电源连接，第一断路器(37-1)另一端与第一接触器(34-1)一端连接，第一接触器(34-1)另一端与第一液压装置(36-1)进线端连接，第一液压装置(36-1)与制动器(35)连接以控制制动器(35)动作；第二断路器(37-2)一端与动力电源连接，第二断路器(37-2)另一端与第二接触器(34-2)一端连接，第二接触器(34-2)另一端与第二液压装置(36-2)进线端连接，第二液压装置(36-2)与制动器(35)连接以控制制动器(35)动作；四个断齿检测开关(38-1、38-2、38-3、38-4)装在卷筒的下面，四个断齿检测开关(38-1、38-2、38-3、38-4)的信号端与监测可编程逻辑控制器(2)的输入端连接，装在小车上的高度检测开关(40)的信号端与运行可编程逻辑控制器(1)信号输入端连接。

2.根据权利要求1所述的核电站起重机电气控制系统，其特征是：所述运行可编程逻辑控制器(1)为主站1，所述监测可编程逻辑控制器(2)为主站2，主站1通过DP/DP耦合器(26)与主站2实现软连接并交换数据，通过监测装置采集的重点部位的重复测量数据与运行控制装置采集的运行数据比较，若运行控制装置与监测装置测量回来的数据误差超过设定允许值，应立即控制安全制动器(35)工作，并断开电动机(31)的主电源，以确保起重机停车动作的及时、可靠。

3.根据权利要求1所述的核电站起重机电气控制系统，其特征是：所述运行可编程逻辑控制器(1)和监测可编程逻辑控制器(2)的硬件、软件单独组态、配置、编程，非冗余运行。

4.根据权利要求1所述的核电站起重机电气控制系统，其特征是：所述两台工业计算机(3-1、3-2)分别设置在司机室和电气主梁内，通过以太网卡(13)与运行控制装置的主站1交换数据，将起重机的操作、运行、故障、报警、历史记录信息传送到两台工业计算机(3-1、3-2)中，通过组态软件将这些数据以数字、文字、图片、表格方式显示给司机和检修维护人员观察。