CN103744316A - 一种基于温度测量的控制系统保护装置及保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于温度测量的控制系统保护装置及保护方法。所述保护装置包括用于测量控制装置温度的温度传感器，并将测量温度输出；有效值处理单元用于计算所述测量温度的有效值，并将温度有效值输出；连锁判断单元用于将所述温度有效值与预设有效值比较，在温度有效值不小于预设有效值时，输出异常报警信号给报警装置和/或切断连锁保护信号给控制系统。所述保护方法包括温度测量、有效值处理、连锁判断步骤。本发明通过预设有效值，温度测点出现断线、短路、接触不良时，在规定的时间内对采集数据进行处理并比较，对系统认定为假信号的数据及时隔离并处理，避免因假信号输入导致控制系统联锁保护误动作，提高系统的可靠性。

Description

一种基于温度测量的控制系统保护装置及保护方法

技术领域

本发明属于工业自动化技术领域，具体涉及一种能有效提高可靠性的基于温度测量的控制系统保护装置及保护方法。

背景技术

大型设备的温度测量可靠性对于整个机组的安全运行尤其重要，而温度测量值是否真实可靠关乎整个机组控制系统是否能有效避开不必要的误动作，从而使控制系统联锁保护能够有效保证大型设备的安全可靠运行。传统控制系统连锁保护考虑是机组的绝对安全，而实际应用中却更多的需要机组的绝对可靠。以炼铁高炉风机为例，正常情况下基本不会出现温度高的情况，即使真有温度升高超过联锁动作也会停机，然而因为温度测点的断路、短路、接触、外源干扰等不良却成为了控制系统的杀手，直接威胁着设备安全运行，往往造成不必要的误停机，损失巨大。

PLC是目前广泛采用的工业控制系统，其中的CPU是整个控制系统软硬件的核心，一般的控制器在完成基本数据信号处理时，具有灵活的报警处理和质量码功能，虽然每个厂家生产的控制系统都有各自的质量码，但考虑的只是基本的保护措施，总体上只是满足基本的控制要求，无法满足现场大型设备的安全要求。在基于温度测量的工业控制系统保护装置中，无论温度传感器受到接触不良、断线、短路或者干扰都会导致电阻等测量信号的快速升高，PLC控制系统都会无法避免的收到一个假信号导致联锁停机误动作信号的输出，间接造成设备误动作事故的发生。虽然，现有技术中的控制系统都会采用一定的保护温度干扰的措施，但层次不一，使用效果不明显，局限性太大；而且，现有技术中温度测点的信号对控制系统正常联锁影响较大，很难避免假信号对控制系统的干扰。因此，这就要求结合现场情况，对控制系统优化改造以达到满足工业安全、可靠生产的需求。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种能有效提高可靠性的基于温度测量的控制系统保护装置，第二目的在于提供实现第一目的的保护方法。

本发明的第一目的是这样实现的：包括温度传感器、有效值处理单元、连锁判断单元，其中：

温度传感器用于测量所述控制系统所控制装置的温度，并将测量的温度输出给有效值处理单元；

有效值处理单元用于计算所述温度传感器所测量温度的有效值，并将所述温度有效值输出给连锁判断单元；

连锁判断单元用于将所述温度有效值与预设有效值比较，在温度有效值不小于预设有效值时，输出异常报警信号给报警装置和/或输出切断连锁保护信号给控制系统。

本发明的第二目的是这样实现的：包括温度测量、有效值处理、连锁判断步骤，具体包括：

a、温度测量：测量所述控制系统所控制装置的温度，得到测量温度；

b、有效值处理：计算所述测量温度的有效值，得到温度有效值；

c、连锁判断：将所述温度有效值与预设有效值比较，在温度有效值不小于预设有效值时，输出异常报警信号给报警装置和/或输出切断连锁保护信号给控制系统。

经过长期的观察总结和结合实际试验数据，在基于温度测量的控制系统保护装置中，通过预设有效值，在规定的滤波时间内，对温度传感器采集的数据进行有效值处理后与预设有效值比较，根据比较规则及时分辨出温度数据的真伪，对连锁判断认定为因传感器断线、短路、接触不良或信号干扰造成的假信号数据进行第一时间隔离并报警，及时避免因假信号输入连锁保护装置而导致控制系统联锁误动作，在事故发生之前让设备维护人员及时介入进行故障处理；对判定为正常信号的数据进一步判断数据是否超过预设报警温度或连锁温度，并输出相应的报警信号或连锁保护信号给控制系统，从而保证温度测点的数据有效可靠的服务于控制系统，避免误连锁保护造成的停机，减少由此造成的停机损失，有效提高控制系统所控制装置的可靠性。本发明通过设置单元，用户可以根据现场设备情况自由设置参数，能有效排除断线、短路、接触不良、测点老化产生的假信号对控制系统稳定运行的干扰，而且还能根据不同控制系统的要求及实际情况设置温度有效值及滤波时间，具有很好的通用性。

附图说明

图1为本发明控制系统保护装置原理示意图；

图中：1-温度传感器、2-有效值处理单元、3-连锁判断单元、4-设置单元、5-前置处理单元、6-异常报警装置、7-控制系统；

图2为本发明控制系统保护方法典型流程示意图；

图中：S100-设置、S200-温度测量、S300-前置数据处理、S400-有效值处理、S500-连锁判断。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

如附图1所示，本发明所述控制系统保护装置包括温度传感器1、有效值处理单元2、连锁判断单元3，其中：

温度传感器1用于测量所述控制系统7所控制装置的温度，并将测量的温度输出给有效值处理单元2；

有效值处理单元2用于计算所述温度传感器1所测量温度的有效值，并将所述温度有效值输出给连锁判断单元3；

连锁判断单元3用于将所述温度有效值与预设有效值比较，在温度有效值不小于预设有效值时，输出异常报警信号给异常报警装置6和/或输出切断连锁保护信号给控制系统7。

所述有效值处理单元2是将预设滤波时间内输入的最大测量温度与最小测量温度之差作为测量温度的有效值。

本发明还包括设置单元4，所述设置单元4与有效值处理单元2和/或连锁判断单元3信号连接，用于设置所述有效值处理单元2的预设滤波时间和/或连锁判断单元3的预设有效值、预设报警值和预设连锁值。

所述连锁判断单元3在温度有效值小于预设有效值时，输出信号给有效值处理单元2，有效值处理单元2将未经处理的测量温度直接输出给连锁判断单元3，所述连锁判断单元3将输入的测量温度与预设报警值和预设连锁值比较，在测量温度大于预设报警值或预设连锁值时，输出相应的报警信号或连锁保护信号给控制系统7。

所述有效值处理单元2将计算后的温度有效值和未经处理的测量温度值一同输出给连锁判断单元3。

所述连锁判断单元3在温度有效值小于预设有效值时，直接将未经处理的测量温度值与预设报警值和预设连锁值比较，在测量温度值大于预设报警值或预设连锁值时，输出相应的报警信号或连锁保护信号给控制系统7。

所述有效值处理单元2前设置有前置处理单元5，所述前置处理单元5将温度传感器1测量的温度信号进行滤波和/或模数转换，然后再将处理后温度信号输出给有效值处理单元2。

如附图2所示，本发明所述控制系统保护方法包括温度测量、有效值处理、连锁判断步骤，具体包括：

a、温度测量：测量所述控制系统7所控制装置的温度，得到测量温度；

b、有效值处理：计算所述测量温度的有效值，得到温度有效值；

c、连锁判断：将所述温度有效值与预设有效值比较，在温度有效值不小于预设有效值时，输出异常报警信号给异常报警装置6和/或输出切断连锁保护信号给控制系统7。

所述有效值处理步骤中是将预设滤波时间内输入的最大测量温度与最小测量温度之差作为测量温度的有效值。

所述控制系统7保护方法还包括设置步骤，所述设置步骤用于设置所述有效值处理步骤中的预设滤波时间和/或连锁判断步骤中的预设有效值、预设报警值和预设连锁值。

所述连锁判断步骤中在温度有效值小于预设有效值时，所述连锁判断步骤直接将不经处理的测量温度与预设报警值和预设连锁值比较，在测量温度大于预设报警值或预设连锁值时，输出相应的报警信号或连锁保护信号给控制系统7。

本发明工作原理及工作过程：

本发明在基于温度测量的控制系统保护装置中，通过预设温度有效值、滤波时间和预警温度、连锁温度，在规定的滤波时间内对温度传感器采集的数据进行有效值计算，再把有效值与预设有效值比较，从而分辨出测量温度数据的真伪，对判断认定为因传感器断线、短路、接触不良或信号干扰造成的假信号数据进行第一时间隔离并报警，及时避免因假信号输入控制系统而导致联锁保护误动作，而且在事故发生之前报警提醒让设备维护人员及时介入进行故障处理；对判定为正常信号的温度测量数据进一步判断数据是否超过预警温度或连锁温度，并根据判断输出相应的报警信号或连锁保护信号给控制系统，从而保证温度测点的数据有效可靠的服务于控制系统，避免误连锁保护造成的停机，减少由此造成的停机损失，有效提高控制系统所控制装置的可靠性。

如图1和2所示，在控制系统保护装置运行前，通过设置单元4向有效值处理单元2输入预设滤波时间和连锁判断单元3输入预设有效值、预设报警值和预设连锁值。工作时，温度传感器1测量所控制装置的测点如支承轴承温度后，将测量温度输出给前置处理单元5进行数据前置处理后，再将前置处理后的温度数据输出给有效值处理单元2，根据预设滤波时间计算测量温度的有效值，并将计算后的温度有效值输出给连锁判断单元3，连锁判断单元3将温度有效值与预设有效值比较，在温度有效值不小于预设有效值时，输出异常报警信号给报警装置和/或输出切断连锁保护信号给控制系统7，通过异常报警装置6报警和/或控制系统7不向连锁保护装置输出信号。连锁判断单元3在温度有效值小于预设有效值时，将有效值处理单元2输入的未经处理测量温度值与预设报警值和连锁值比较，在测量温度大于预设报警值或连锁值时，输出相应的报警信号或连锁保护信号给控制系统7，控制系统7根据输入的信号输出超温报警或输出连锁保护信号给连锁保护装置，对控制装置停机等连锁保护并报警。

实施例1

如图2所示，以温度测点A用于测量高炉风机的轴承温度为例，由于常规情况下轴承温度波动范围为60～80℃，因此采用采用量程为0～200℃的PT100热电阻作为测温探头，步骤如下：

S100：控制系统运行前后运行中，分别设置并保存有效值处理步骤S300中的预设滤波时间1～5s和连锁判断步骤S400中的预设有效值20～60℃、预设报警值75℃及预设连锁值85℃；

S200：系统运行时，PT100热电阻探头测量高炉风机测点A的轴承温度；

S300：将测量温度信号进行滤波和/或模数装置，输出处理温度信号；

S400：获取探头所测量温度值并计算其温度有效值；

S500：获取温度有效值和未经处理的温度值，并将温度有效值与预设有效值比较，在温度有效值大于或等于预设有效值时，输出异常报警信号给报警装置和/或输出切断连锁保护信号给控制系统；在温度有效值小于预设有效值时，直接将不经处理的测量温度与预设报警值75℃和连锁值85℃比较，在测量温度大于预设报警值且小于预设连锁值时，输出报警信号给控制系统报警；而在测量温度大于预设连锁值时，输出连锁保护信号给控制系统启动连锁保护停机。

Claims (10)

1.一种基于温度测量的控制系统保护装置，其特征在于包括温度传感器（1）、有效值处理单元（2）、连锁判断单元（3），其中：

温度传感器（1）用于测量所述控制系统（7）所控制装置的温度，并将测量的温度输出给有效值处理单元（2）；

有效值处理单元（2）用于计算所述温度传感器（1）所测量温度的有效值，并将所述温度有效值输出给连锁判断单元（3）；

连锁判断单元（3）用于将所述温度有效值与预设有效值比较，在温度有效值不小于预设有效值时，输出异常报警信号给异常报警装置（6）和/或输出切断连锁保护信号给控制系统（7）。

2.根据权利要求1所述的控制系统保护装置，其特征在于所述有效值处理单元（2）是将预设滤波时间内输入的最大测量温度与最小测量温度之差作为测量温度的有效值。

3.根据权利要求1或2所述的控制系统保护装置，其特征在于还包括设置单元（4），所述设置单元（4）与有效值处理单元（2）和/或连锁判断单元（3）信号连接，用于设置所述有效值处理单元（2）的预设滤波时间和/或连锁判断单元（3）的预设有效值、预设报警值和预设连锁值。

4.根据权利要求1所述的控制系统保护装置，其特征在于所述连锁判断单元（3）在温度有效值小于预设有效值时，输出信号给有效值处理单元（2），有效值处理单元（2）将未经处理的测量温度直接输出给连锁判断单元（3），所述连锁判断单元（3）将输入的测量温度与预设报警值和预设连锁值比较，在测量温度大于预设报警值或预设连锁值时，输出相应的报警信号或连锁保护信号给控制系统（7）。

5.根据权利要求1或2 所述的控制系统保护装置，其特征在于所述有效值处理单元（2）将计算后的温度有效值和未经处理的测量温度值一同输出给连锁判断单元（3）。

6.根据权利要求5所述的控制系统保护装置，其特征在于所述连锁判断单元（3）在温度有效值小于预设有效值时，直接将未经处理的测量温度值与预设报警值和预设连锁值比较，在测量温度值大于预设报警值或预设连锁值时，输出相应的报警信号或连锁保护信号给控制系统（7）。

7.一种基于温度测量的控制系统保护方法，其特征在于包括温度测量、有效值处理、连锁判断步骤，具体包括：

a、温度测量：测量所述控制系统（7）所控制装置的温度，得到测量温度值；

b、有效值处理：计算所述测量温度的有效值，得到温度有效值；

c、连锁判断：将所述温度有效值与预设有效值比较，在温度有效值不小于预设有效值时，输出异常报警信号给异常报警装置（6）和/或输出切断连锁保护信号给控制系统（7）。

8.根据权利要求7所述的控制系统保护方法，其特征在于所述有效值处理步骤中是将预设滤波时间内输入的最大测量温度与最小测量温度之差作为测量温度的有效值。

9.根据权利要求7或8所述的控制系统保护方法，其特征在于还包括设置步骤，所述设置步骤用于设置所述有效值处理步骤中的预设滤波时间和/或连锁判断步骤中的预设有效值、预设报警值和预设连锁值。

10.根据权利要求7所述的控制系统保护方法，其特征在于所述连锁判断步骤中在温度有效值小于预设有效值时，所述连锁判断步骤直接将不经处理的测量温度与预设报警值和预设连锁值比较，在测量温度大于预设报警值或预设连锁值时，输出相应的报警信号或连锁保护信号给控制系统（7）。

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