CN107399303A - 换电站及其保护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力系统安全保护领域，具体涉及一种换电站及其保护系统。目的是为了对故障进行分类保护，延长抱闸装置的使用寿命，并加强换电站的安全性。本发明提出的换电站保护系统，由独立设置的安全系统和主控监控系统共同构成，两个系统相互校验，形成冗余故障保护。又将安全系统划分人工安全链和机器安全链，并进行故障等级分类，避免了一遇到异常情况就进行抱闸停机操作，从而延长了抱闸使用寿命；并且在仅有机器安全链被激活的情况下，在维护后可以快速进行启机，减少停机时间、提升用户体验。另外，基于安全PLC进行系统设计、通讯端采用安全总线协议、输出端使用强制导向输出，从而有效保护整个换电站的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统安全保护领域，具体涉及一种换电站及其保护系统。
背景技术
近年来，大气环境污染日益严重，石油资源不断耗尽，燃油汽车正面临严峻的挑战，社会也将目光投向了电动汽车，而电动汽车的里程忧虑一直是业内急需解决的问题，所以能否为电动汽车提供超越燃油汽车的加电体验是影响电动汽车未来发展普及的一个重要因素。
在诸多的加电方式中，换电方式是一种极速、方便、安全的办法。换电过程中有大量的旋转部件和强电部分运转，但是现有技术中，为了保证人员和设备的安全，往往一遇到异常情况就全部断电、紧急抱闸，这样会大大减少抱闸装置的使用寿命，而且在故障消除后，恢复运行也需要较长的时间。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出了一种换电站及其保护系统，提高了保护系统的安全性能，延长了抱闸装置的使用寿命。
本发明提出一种换电站保护系统，包括：独立设置的安全系统与主控监控系统；
所述安全系统，配置为：对换电设施的现场安全检测、故障控制；
所述主控监控系统，配置为：对换电设施的远程检测和控制；
所述安全系统与所述主控监控系统之间彼此通信，分别对双方检测结果进行校验，进而控制换电设施的动作。
优选地，所述安全系统还对所述主控监控系统的看门狗定时器状态进行检测，用于判断所述主控监控系统是否发生时序紊乱。
优选地，所述安全系统包括：人工安全链、机器安全链；
所述人工安全链，配置为：接收外部人工操作指令，按照预设的第一应急保护策略控制相应设备的断电或停机；
所述机器安全链，配置为：根据对应换电设施的运行状态参数，依据设定的判断原则进行异常状态判断，按照预设的第二应急保护策略控制相应设备的断电或停机。
优选地，所述人工安全链，包括：第一控制单元、第一输入单元、第一输出单元；
所述第一控制单元，接收来自所述第一输入单元的信号，并根据该信号状态的变化，按照预设的第一应急保护策略控制所述第一输出单元动作；
所述第一输入单元，用于接收外部人工操作指令；
所述第一输出单元，根据所述第一控制单元的控制指令控制对应的换电设施。
优选地，所述第一输入单元包括：急停第一检测单元、安全门检测单元；
所述急停第一检测单元，用于检测急停按钮是否被触发；
所述安全门检测单元，用于检测安全门是否被打开。
优选地，所述第一输出单元包括：主回路供电控制单元、旋转部件抱闸控制单元、人工-机器联动控制单元；
所述主回路供电控制单元，用于接通或断开主回路的电源；
所述旋转部件抱闸控制单元，用于控制旋转部件的抱闸动作；
所述人工-机器联动控制单元，用于将所述第一控制单元的控制指令送达所述机器安全链。
优选地，所述机器安全链，包括：第二控制单元、第二输入单元、第二输出单元、安全系统通信单元；
所述第二控制单元，配置为：接收来自所述第二输入单元的信号，通过所述安全系统通信单元接收来自所述主控监控系统的故障检测信息，并依据设定的判断原则进行异常状态判断，按照预设的第二应急保护策略来控制所述第二输出单元动作；
所述第二输入单元，包括人工-机器联动控制单元、看门狗检测单元、机器安全检测单元；
所述人工-机器联动控制单元，用于接收所述第一控制单元的控制指令，并向所述第二控制单元发送信号；
所述看门狗检测单元，用于检测主控监控系统的看门狗是否超时，并根据检测结果向所述第二控制单元发送信号；
所述机器安全检测单元，通过检测部件或检测设备对换电设施进行检测，并将根据检测结果向所述第二控制单元发送信号；
所述第二输出单元，包括旋转部件控制单元、局部供电控制单元、提醒单元，根据所述第二控制单元的控制指令执行相应的动作；
所述旋转部件控制单元，用于控制旋转部件的转速、启动、停止；
所述局部供电控制单元，用于接通或断开一个或多个局部电路的电源；
所述提醒单元，用于发出换电设施维护提醒；
所述安全系统通信单元，用于完成所述第二控制单元与所述主控监控系统之间的通信：根据所述第二输入单元的信号向所述主控监控系统发送对应的故障检测信息，并接收来自所述主控监控系统的故障检测信息。
优选地，所述机器安全检测单元，包括：伺服自检单元、旋转部件检测单元、变频自检单元、气动系统自检单元。
优选地，对换电系统进行分级保护，且基于安全PLC进行系统设计。
优选地，进行故障保护时，所述人工安全链的优先级高于所述机器安全链的优先级。
优选地，只要人工安全链检测到故障，就按照预设的第一应急保护策略控制主回路断电、旋转部件停止并且进行抱闸、通过人工-机器联动控制单元通知机器安全链；且只有在人工安全链复位后，人工-机器联动控制单元的输出信号恢复正常，才能进行机器安全链的复位。
优选地，所述安全系统与所述主控监控系统均对彼此通信是否故障进行检测。
优选地，所述安全系统为一个或一个以上，且独立设置。
优选地，所述安全系统，按照换电设施的位置和功能分为换电停车平台安全系统、换电RGV(Rail Guided Vehicle，有轨制导车辆，又叫有轨穿梭小车)安全系统、换电电池仓安全系统。
优选地，所述主控监控系统，包括主控单元、监控系统通信单元、看门狗定时器、换电设施检测单元、监控系统输出单元；
所述主控单元，配置为：按预设的第一时间周期对所述看门狗定时器进行喂狗操作；接收所述换电设施检测单元发来的检测结果；通过所述监控系统通信单元接收来自所述安全系统的故障检测信息；将所述换电设施检测单元的检测结果与来自所述安全系统的故障检测信息进行校验，进而控制所述监控系统输出单元的动作；
所述监控系统通信单元，配置为：与所述安全系统通信单元进行通信，完成所述主控单元与所述第二控制单元之间的信息交互；
所述看门狗定时器，配置为：当所述喂狗操作超过了预设的第一时间周期时，将所述主控单元复位；
所述换电设施检测单元，配置为：对各换电设施运行状态进行检测，并将检测结果输入所述主控单元；
所述监控系统输出单元，配置为：根据所述主控单元的指令控制对应的换电设施。
优选地，所述急停按钮触发三通道常闭触点；
其中，前两个通道接入所述急停第一检测单元的输入回路中，第三个通道接入所述主控监控系统进行监测。
优选地，接入所述急停第一检测单元的常闭触点与所述安全门检测单元的常闭触点，采用串联方法连接，接入所述第一控制单元的输入回路中；由所述第一控制单元在输入回路中发送间隔为预设第一周期的脉冲，并在回路的另一端按预设第一周期进行检测。
优选地，所述主控监控系统中，还包括急停第二检测单元，针对所述急停按钮所触发的三通道常闭触点中的第三个通道进行检测，并将检测结果发送到所述主控单元。
优选地，所述第一输出单元由三通道常闭触点SW1、继电器K1、K2、K3、K4构成；SW1接到第一控制单元的输出端；K1、K2的线圈并联后与SW1的第一个通道串联，并与电源连接，K3、K4的线圈并联后与SW1的第二个通道控制串联，并与电源连接；K1、K2对应的触点串联后接入供电主回路，K3、K4对应的触点串联后接入旋转部件抱闸控制电路；当急停按钮被触发或安全门被打开时，第一控制单元控制SW1断开，进而断开主回路供电、启动旋转部件抱闸控制。
优选地，所述第一控制单元由第一PLC构成。
优选地，所述第二输入单元由所述第一输出单元中三通道常闭触点SW1的第三个通道、看门狗检测继电器、伺服自检继电器、气动系统自检继电器、变频器自检继电器、旋转轴上下极限位置自检继电器串联起来构成，接入所述第二控制单元的输入回路中；由所述第二控制单元在输入回路中发送间隔为预设第二周期的脉冲，并在回路的另一端按预设第二周期进行检测。
优选地，所述第二输出单元，由三通道常开触点SW2、继电器K10、K11共同构成；SW2接到所述第二控制单元的输出端，K10、K11的线圈并联后与SW2的第三个通道串联，并与电源连接；K10、K11的触点串联后接入旋转部件停机控制电路中；当所述第二控制单元的输入回路中的任意一个继电器被断开时，所述第二控制单元控制SW2断开，继电器K10、K11的线圈断电，对应触点断开，对旋转部件进行停机控制。
优选地，所述第二控制单元由第二PLC构成。
优选地，所述监控系统通信单元与所述安全系统通信单元之间，采用安全总线协议进行通信。
优选地，所述第一输出单元、所述第二输出单元、所述监控系统输出单元，均使用强制导向输出，机械强制导向断开，在触点出现粘连的情况下进行闭环反馈检测。
本发明同时提出一种换电站，包括上面所述的换电站保护系统。
有益效果：
本发明提出的换电站保护系统，由独立设置的安全系统和主控监控系统共同构成，两个系统相互校验，形成冗余故障保护。基于安全PLC进行系统设计，因安全PLC本身具有安全认证等级，故有双重安全保护作用；通讯端采用安全总线协议，具有较高的私密性和安全性；输出端使用强制导向输出，机械强制导向断开，在触点出现粘连的情况下进行有效的闭环反馈检测。以上措施，有效地加强了换电保护系统的可靠性。
本发明将安全系统划分人工安全链和机器安全链，进行故障分级保护，避免了一遇到异常情况就进行抱闸停机操作，从而延长了抱闸装置使用寿命；并且在仅有机器安全链被激活的情况下，在故障消除后可以快速进行启机，减少停机时间、提升用户体验。
方案1、一种换电站保护系统，其特征在于，包括独立设置的安全系统与主控监控系统；
所述安全系统，配置为：对换电设施的现场安全检测、故障控制；
所述主控监控系统，配置为：对换电设施的远程检测和控制；
所述安全系统与所述主控监控系统之间彼此通信，分别对双方检测结果进行校验，进而控制换电设施的动作。
方案2、根据方案1所述的系统，其特征在于，所述安全系统还对所述主控监控系统的看门狗定时器状态进行检测，用于判断所述主控监控系统是否发生时序紊乱。
方案3、根据方案2所述的系统，其特征在于，所述安全系统包括：人工安全链、机器安全链；
所述人工安全链，配置为：接收外部人工操作指令，按照预设的第一应急保护策略控制相应设备的断电或停机；
所述机器安全链，配置为：根据对应换电设施的运行状态参数，依据设定的判断原则进行异常状态判断，按照预设的第二应急保护策略控制相应设备的断电或停机。
方案4、根据方案3所述的系统，其特征在于，所述人工安全链，包括：第一控制单元、第一输入单元、第一输出单元；
所述第一控制单元，接收来自所述第一输入单元的信号，并根据该信号状态的变化，按照预设的第一应急保护策略控制所述第一输出单元动作；
所述第一输入单元，用于接收外部人工操作指令；
所述第一输出单元，根据所述第一控制单元的控制指令控制对应的换电设施。
方案5、根据方案4所述的系统，其特征在于，所述第一输入单元包括：急停第一检测单元、安全门检测单元；
所述急停第一检测单元，用于检测急停按钮是否被触发；
所述安全门检测单元，用于检测安全门是否被打开。
方案6、根据方案5所述的系统，其特征在于，所述第一输出单元包括：主回路供电控制单元、旋转部件抱闸控制单元、人工-机器联动控制单元；
所述主回路供电控制单元，用于接通或断开主回路的电源；
所述旋转部件抱闸控制单元，用于控制旋转部件的抱闸动作；
所述人工-机器联动控制单元，用于将所述第一控制单元的控制指令送达所述机器安全链。
方案7、根据方案6所述的系统，其特征在于，所述机器安全链，包括：第二控制单元、第二输入单元、第二输出单元、安全系统通信单元；
所述第二控制单元，配置为：接收来自所述第二输入单元的信号，通过所述安全系统通信单元接收来自所述主控监控系统的故障检测信息，并依据设定的判断原则进行异常状态判断，按照预设的第二应急保护策略来控制所述第二输出单元动作；
所述第二输入单元，包括人工-机器联动控制单元、看门狗检测单元、机器安全检测单元；
所述人工-机器联动控制单元，用于接收所述第一控制单元的控制指令，并向所述第二控制单元发送信号；
所述看门狗检测单元，用于检测主控监控系统的看门狗是否超时，并根据检测结果向所述第二控制单元发送信号；
所述机器安全检测单元，通过检测部件或检测设备对换电设施进行检测，并将根据检测结果向所述第二控制单元发送信号；
所述第二输出单元，包括旋转部件控制单元、局部供电控制单元、提醒单元，根据所述第二控制单元的控制指令执行相应的动作；
所述旋转部件控制单元，用于控制旋转部件的转速、启动、停止；
所述局部供电控制单元，用于接通或断开一个或多个局部电路的电源；
所述提醒单元，用于发出换电设施维护提醒；
所述安全系统通信单元，用于完成所述第二控制单元与所述主控监控系统之间的通信：根据所述第二输入单元的信号向所述主控监控系统发送对应的故障检测信息，并接收来自所述主控监控系统的故障检测信息。
方案8、根据方案7所述的系统，其特征在于，所述机器安全检测单元，包括：伺服自检单元、旋转部件检测单元、变频自检单元、气动系统自检单元。
方案9、根据方案8所述的系统，其特征在于，对换电系统进行分级保护，且基于安全PLC进行系统设计。
方案10、根据方案9所述的系统，其特征在于，进行故障保护时，所述人工安全链的优先级高于所述机器安全链的优先级。
方案11、根据方案10所述的系统，其特征在于，只要人工安全链检测到故障，就按照预设的第一应急保护策略控制主回路断电、旋转部件停止并且进行抱闸、通过人工-机器联动控制单元通知机器安全链；且只有在人工安全链复位后，人工-机器联动控制单元的输出信号恢复正常，才能进行机器安全链的复位。
方案12、根据方案1-11中任一项所述的系统，其特征在于，所述安全系统与所述主控监控系统均对彼此通信是否故障进行检测。
方案13、根据方案1-11中任一项所述的系统，其特征在于，所述安全系统为一个或一个以上，且独立设置。
方案14、根据方案13所述的系统，其特征在于，所述安全系统，按照换电设施的位置和功能分为换电停车平台安全系统、换电RGV安全系统、换电电池仓安全系统。
方案15、根据方案11所述的系统，其特征在于，所述主控监控系统，包括主控单元、监控系统通信单元、看门狗定时器、换电设施检测单元、监控系统输出单元；
所述主控单元，配置为：按预设的第一时间周期对所述看门狗定时器进行喂狗操作；接收所述换电设施检测单元发来的检测结果；通过所述监控系统通信单元接收来自所述安全系统的故障检测信息；依据设定的判断原则进行异常状态判断，按照预设的第二应急保护策略控制所述监控系统输出单元的动作；
所述监控系统通信单元，配置为：与所述安全系统通信单元进行通信，完成所述主控单元与所述第二控制单元之间的信息交互；
所述看门狗定时器，配置为：当所述喂狗操作超过了预设的第一时间周期时，将所述主控单元复位；
所述换电设施检测单元，配置为：对各换电设施运行状态进行检测，并将检测结果输入所述主控单元；
所述监控系统输出单元，配置为：根据所述主控单元的指令控制对应的换电设施。
方案16、根据方案15所述的系统，其特征在于，所述急停按钮触发三通道常闭触点；
其中，前两个通道接入所述急停第一检测单元，第三个通道接入所述主控监控系统进行监测。
方案17、根据方案16所述的系统，其特征在于，接入所述急停第一检测单元的常闭触点与所述安全门检测单元的常闭触点，采用串联方法连接，接入所述第一控制单元的输入回路中；由所述第一控制单元在输入回路中发送间隔为预设第一周期的脉冲，并在回路的另一端按预设第一周期进行检测。
方案18、根据方案17所述的系统，其特征在于，所述主控监控系统中，还包括急停第二检测单元，针对所述急停按钮所触发的三通道常闭触点中的第三个通道进行检测，并将检测结果发送到所述主控单元。
方案19、根据方案18所述的系统，其特征在于，所述第一输出单元由三通道常闭触点SW1、继电器K1、K2、K3、K4构成；SW1接到第一控制单元的输出端；K1、K2的线圈并联后与SW1的第一个通道串联，并与电源连接；K3、K4的线圈并联后与SW1的第二个通道控制串联，并与电源连接；K1、K2对应的触点串联后接入供电主回路，K3、K4对应的触点串联后接入旋转部件抱闸控制电路；当急停按钮被触发或安全门被打开时，第一控制单元控制SW1断开，进而断开主回路供电、启动旋转部件抱闸控制。
方案20、根据方案19所述的系统，其特征在于，所述第一控制单元由第一PLC构成。
方案21、根据方案20所述的系统，其特征在于，所述第二输入单元由所述第一输出单元中三通道常闭触点SW1的第三个通道、看门狗检测继电器、伺服自检继电器、气动系统自检继电器、变频器自检继电器、旋转轴上下极限位置自检继电器串联起来构成，接入所述第二控制单元的输入回路中；由所述第二控制单元在输入回路中发送间隔为预设第二周期的脉冲，并在回路的另一端按预设第二周期进行检测。
方案22、根据方案21所述的系统，其特征在于，所述第二输出单元，由三通道常开触点SW2、继电器K10、K11共同构成；SW2接到所述第二控制单元的输出端；K10、K11的线圈并联后与SW2的第三个通道串联，并与电源连接；K10、K11的触点串联后接入旋转部件停机控制电路中；当所述第二控制单元的输入回路中的任意一个继电器被断开时，所述第二控制单元控制SW2断开，继电器K10、K11的线圈断电，对应触点断开，对旋转部件进行停机控制。
方案23、根据方案22所述的系统，其特征在于，所述第二控制单元由第二PLC构成。
方案24、根据方案23所述的系统，其特征在于，所述监控系统通信单元与所述安全系统通信单元之间，采用安全总线协议进行通信。
方案25、根据方案24所述的系统，其特征在于，所述第一输出单元、所述第二输出单元、所述监控系统输出单元，均使用强制导向输出，机械强制导向断开，在触点出现粘连的情况下进行闭环反馈检测。
方案26、一种换电站，其特征在于，包括方案1-25中任一项所述的换电站保护系统。
附图说明
图1是本实施例中，换电站保护系统的大致构成示意图；
图2是本实施例中，安全系统和主控监控系统的构成以及彼此间通信关系示意图；
图3是本实施例中，人工安全链和机器安全链的构成以及彼此连接关系示意图；
图4是本实施例中，故障发生时分类保护的示意图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
本发明对换电站中的各种故障进行分类方法，针对不同情况采取不同的安全保护措施：
例如：当人员面临紧急情况时，触发任意一个急停按钮，或有活动物体进入特定区域触发安全门时，旋转部件将以最快的速度进行一级刹车，同时抱闸装置也将动作，进行二级制动；当机器设备出现了异常状况，进行快速的S型曲线柔性刹车，以较快的加速度进行紧急制动，保护设备不会被损坏，并且保持一定扭矩。
本发明将换电站保护系统分为独立设置的安全系统和主控监控系统，如图1所示的实施例，安全系统和主控监控系统都通过相应的检测部件来实时检测换电站内各种设施是否正常运行；彼此通信，互相监督对方是否正常运行、对双方检测结果进行校验，并按照设定的判断原则来控制执行部件的动作，形成冗余的故障保护；
本发明基于安全PLC设计安全系统，安全PLC本身就具有安全认证等级，从而加强了对换电设施以及人员的安全保护。针对换电系统分为2个级别进行保护：(1)根据人工操作指令，采取预设的第一应急保护策略：进行主回路断电，旋转部件断电且进行快速制动刹车抱闸，并且需要由人工在解决故障后就地手动复位；(2)根据对应换电设施的运行状态参数，在故障发生时采取预设的第二应急保护策略：将局部电路断电、进行较为快速的柔性制动停机，有些环境类的故障可以由主控监控系统进行远程复位操作。
安全系统与主控监控系统之间，采用安全总线协议进行通信，具有较高的私密性。执行部件均使用强制导向输出，机械强制导向断开，在触点出现粘连的情况下进行闭环反馈检测。
本发明的一种换电站保护系统的实施例，如图2所示，包括：安全系统和主控监控系统；其中，安全系统包括：人工安全链和机器安全链。人工安全链配置为：接收外部人工操作指令，按照预设的第一应急保护策略，包括：切断主回路供电、旋转部件停止并且进行抱闸、联动机器安全链等；机器安全链配置为：检测对应换电设施的运行状态参数，发现有故障时，按照预设的第二应急保护策略，包括：旋转部件短时间减速停止、局部电路断电、换电动作停止、通知维护人员检修等。可以按照换电设施的位置和功能分为一个或一个以上的安全系统，如换电停车平台安全系统、换电RGV安全系统、换电电池仓安全系统等。
本实施例中，人工安全链包括：第一输入单元、第一控制单元、第一输出单元；
具体来讲，所述第一输入单元，包括急停第一检测单元、安全门检测单元等，通过人工操作向所述第一控制单元发送信号。
所述急停第一检测单元，用于检测急停按钮是否被触发。
所述安全门检测单元，用于检测安全门是否被打开。
所述第一控制单元，接收来自所述第一输入单元的信号，并根据该信号状态的变化，按照预设的第一应急保护策略控制所述第一输出单元动作。
所述第一输出单元，根据所述第一控制单元的控制指令控制对应的换电设施；第一输出单元包括：主回路供电控制单元、旋转部件抱闸控制单元、人工-机器联动控制单元等。
所述主回路供电控制单元，用于接通或断开主回路的电源。
所述旋转部件抱闸控制单元，用于控制旋转部件的抱闸动作。
所述人工-机器联动控制单元，既是人工安全链中的输出单元，也是机器安全链中的输入单元(接下来将会讲到)，用于将所述第一控制单元的控制指令送达所述机器安全链。这样的好处是，当人工安全链中，如急停按钮被触发时，机器安全链也能够及时得到信息，从而做出与之相适应的动作。当故障消除后，例如急停被拔出，人工安全链复位采用就地复位机制，且只有在人工安全链复位后，人工-机器联动控制单元的输出信号恢复正常，才能进行机器安全链的复位，进而换电站才能开始工作。
本实施例中，机器安全链包括：第二输入单元、第二控制单元、第二输出单元、安全系统通信单元。
具体来讲，所述第二输入单元，包括人工-机器联动控制单元、看门狗检测单元、机器安全检测单元等。
所述人工-机器联动控制单元，用于接收所述第一控制单元的控制指令，并向所述第二控制单元发送信号。
所述看门狗检测单元，用于检测主控监控系统的看门狗是否超时，并根据检测结果向所述第二控制单元发送信号。
所述机器安全检测单元(包括：伺服自检单元、旋转部件检测单元、变频自检单元、气动系统自检单元等)，通过检测部件或检测设备对换电设施进行检测，并将根据检测结果向所述第二控制单元发送信号。
所述第二控制单元，配置为：接收来自所述第二输入单元的信号，通过所述安全系统通信单元接收来自所述主控监控系统的故障检测信息，并依据设定的判断原则进行异常判断，按照预设的第二应急保护策略控制所述第二输出单元动作。
所述第二输出单元，包括旋转部件控制单元、局部供电控制单元、提醒单元等，根据所述第二控制单元的控制指令执行相应的动作。
所述旋转部件控制单元，用于控制旋转部件的转速、启动、停止。
所述局部供电控制单元，用于接通或断开一个或多个局部电路的电源。
所述提醒单元，用于发出换电设施维护提醒。可以是发出报警提示音，也可以是点亮相应的报警指示灯，或者给出语音、文字提示，等等。
所述安全系统通信单元，用于完成所述第二控制单元与所述主控监控系统之间的通信：根据所述第二输入单元的信号向所述主控监控系统发送对应的故障检测信息，并接收来自所述主控监控系统的故障检测信息。
本实施例中，设定的判断原则为：若所述第二输入单元中任意一个单元发来故障信息(如人工-机器联动控制单元对应的继电器断开)，即认为安全系统检测到了故障；若主控监控系统中的换电设施检测单元检测到了故障，则认为主控监控系统检测到了故障；两个系统分别对来自对方的信息进行校验。具体方法如下：当安全系统和主控监控系统只有一个系统认为设备有故障时，就以认为有故障的系统为准，例如，主控监控系统检测到旋转部件的温度超过了设定的第一阈值，这时即便安全系统认为设备是正常的，主控监控系统也要按预先设定的逻辑，适当降低旋转部件的转速，以便让温度回到正常值；当安全系统和主控监控系统均认为同一设备有故障，但是结果不一致时，以判断故障较为严重的检测结果为准；例如，主控监控系统检测到旋转部件的温度超过了设定的第一温度阈值，但安全系统检测到旋转部件的温度已经超过了设定的第二温度阈值(第二温度阈值大于第一温度阈值)，这时，就要以安全系统的检测结果为准，由安全系统执行快速的柔性刹车，降低旋转部件的速度，直到停止。如果安全系统和主控监控系统分别检测到不同的设备发生了故障，则由这两个系统分别执行相应的控制动作。
本实施例中，人工安全链的优先级高于机器安全链的优先级。不管机器安全链检测出什么样的结果，只要人工安全链中的故障输入被触发，就会即刻停止供电或启动抱闸装置。
本实施例中，由图2可以看出，所述主控监控系统，包括主控单元、监控系统通信单元、看门狗定时器、换电设施检测单元、监控系统输出单元等。
所述主控单元，配置为：按预设的第一时间周期对所述看门狗定时器进行喂狗操作；接收所述换电设施检测单元发来的检测结果；通过所述监控系统通信单元接收来自所述安全系统的故障检测信息；依据设定的判断原则进行异常判断，按照预设的第二应急保护策略控制所述监控系统输出单元的动作。
所述监控系统通信单元，配置为：与所述安全系统通信单元进行通信，完成所述主控单元与所述第二控制单元之间的信息交互。
所述看门狗定时器，配置为：当所述喂狗操作超过了预设的第一时间周期时，将所述主控单元复位。
所述换电设施检测单元，配置为：对各换电设施运行状态进行检测，并将检测结果输入所述主控单元。
所述监控系统输出单元，配置为：根据所述主控单元的指令控制对应的换电设施。
本实施例中，机器安全链和人工安全链之间通过人工-机器联动控制单元，当人工触发故障保护时，机器安全链也进入故障保护状态；人工按下急停按钮，不但触发安全系统的故障保护(通过急停第一检测单元)，同时也会触发主控监控系统的故障保护(通过急停第二检测单元)；在某些特殊情况下，如主控监控系统发生时序紊乱，看门狗定时器就会失效，安全系统通过看门狗检测单元能够及时检测出来并提醒工作人员维护；这样在安全系统与主控监控系统就形成了冗余的故障保护。另外，通过安全系统通信单元与监控系统通信单元进行通信，可以将各自检测到的结果与对方的检测结果进行校验，当彼此之间通信故障时，也能够检测出来。
本领域技术人员应该明白，本实施例只是用来说明本发明的技术特征，本发明并不局限于本实施例所提出的输入单元、控制单元、输出单元以及具体的连接方式。
下面举一个例子来说明安全系统中，人工安全链和机器安全链的工作原理，如图3所示，图中各开关和继电器触点状态均为未上电时的自然状态。当上电后正常运行时，三通道常开触点SW1、SW2，以及继电器K1、K2、K3、K4、K10、K11均处于闭合状态。
本实施例中，由4个急停按钮分别对应触发4组三通道的常闭触点，其中，前两个通道被接入人工安全链中(第三个通道被接入了主控监控系统中)，与安全门常闭触点串联，接入第一PLC的输入回路中，构成了第一输入单元；在这里，由第一PLC(可编程逻辑控制器)构成第一控制单元，第一PLC向输入回路中发送等间隔(即预设第一周期)的脉冲，并且对其进行定期(即按预设第一周期)检测，当检测不到该脉冲时，即认为急停按钮被触发或安全门被打开。三通道常开触点SW1、继电器K1、K2、K3、K4，共同构成第一输出单元；K1、K2对应的触点接入供电主回路，K3、K4对应的触点接入旋转部件抱闸控制电路；SW1受第一PLC控制，K1、K2的线圈供电受SW1的第一个通道控制，K3、K4的线圈供电受SW1的第二个通道控制。当急停被触发或安全门被打开时，第一PLC控制SW1断开，继电器K1、K2、K3、K4的线圈均断电，对应的触点断开，进而切断主回路供电、启动旋转部件抱闸，实现应急停机。
本实施例中，由第二PLC构成第二控制单元，由SW1的第三个通道、看门狗检测继电器(由看门狗检测单元触发)、伺服自检继电器(由伺服自检单元触发)、气动系统自检继电器(由气动系统自检单元触发)、变频器自检继电器(由变频器自检单元触发)、旋转轴上下极限位置自检继电器(上、下极限位置各对应一个继电器，由旋转部件检测单元触发)串联起来，接入第二PLC的输入回路，构成了第二输入单元。由第二PLC向上述输入回路中发送等间隔(即预设第二周期)的脉冲，并且对其进行定期(即按预设第二周期)检测，当检测不到该脉冲时，即认为上述输入回路中的某一个继电器断开。三通道常开触点SW2、继电器K10、K11，共同构成第二输出单元；K10、K11的线圈供电均受SW2的第三个通道控制(SW2的前两个通道未使用)。当输入回路中的任意一个继电器被断开时，SW2断开，继电器K10、K11的线圈断电，对应触点断开，对旋转部件进行停机控制。
本领域技术人员应当知道，本实施例中的PLC、开关、继电器，以及这些器件之间的连接关系，旨在为了让阅读者更好地理解本发明的技术手段，本发明并不局限于这些具体的器件以及连接关系。
下面列举一个针对安全系统的故障进行分级保护的实施例，根据ISO13849标准进行安全性能等级设定，如表1所示：
表1分级保护
根据ISO13849标准，性能等级PL(Performance Level)，从低到高分为a、b、c、d、e共5个等级。从表1中可以看出，本实施例中针对安全门被打开、急停被触发等可能影响到人身安全的故障，设定为d级，由人工安全链来完成安全保护；针对供电电源故障、伺服轴承旋转扭矩过载、伺服轴承旋转过速、变频自检故障、气动系统自检故障、主控监控系统看门狗超时、通讯故障等影响到设备和仪表安全的故障，设定为c级，由机器安全链来完成安全保护。在故障分级保护的基础上，基于安全PLC进行系统设计，因为安全PLC本身具有安全认证等级，因此具有双重安全保护的作用。
当故障发生时，人工安全链和机器安全链的保护逻辑，如图4所示：
如果发生影响换电设施或仪表安全的故障，例如：旋转部件过载、过速，或反馈检测部件传感器失效、或气动系统自检压力过低，或分路供电单元过流、相间短路，或主控监控系统看门狗超时、通讯故障，等等，则由机器安全链执行预设的第二应急保护策略，包括：旋转部件短时间减速停止，和/或局部电路断电，和/或换电动作停止、和/或通知维护人员检修等。
如果发生影响到人身安全的故障，例如：急停被触发，或安全门被打开，则由人工安全执行预设的第一应急保护策略，包括：切断主回路供电，和/或旋转部件停止并且进行抱闸，和/或联动机器安全链等。
本发明的一种换电站的实施例，包括上面所述的换电站保护系统。
本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元、模块，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种换电站保护系统，其特征在于，包括独立设置的安全系统与主控监控系统；
所述安全系统，配置为：对换电设施的现场安全检测、故障控制；
所述主控监控系统，配置为：对换电设施的远程检测和控制；
所述安全系统与所述主控监控系统之间彼此通信，分别对双方检测结果进行校验，进而控制换电设施的动作。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述安全系统还对所述主控监控系统的看门狗定时器状态进行检测，用于判断所述主控监控系统是否发生时序紊乱。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述安全系统包括：人工安全链、机器安全链；
所述人工安全链，配置为：接收外部人工操作指令，按照预设的第一应急保护策略控制相应设备的断电或停机；
所述机器安全链，配置为：根据对应换电设施的运行状态参数，依据设定的判断原则进行异常状态判断，按照预设的第二应急保护策略控制相应设备的断电或停机。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述人工安全链，包括：第一控制单元、第一输入单元、第一输出单元；
所述第一控制单元，接收来自所述第一输入单元的信号，并根据该信号状态的变化，按照预设的第一应急保护策略控制所述第一输出单元动作；
所述第一输入单元，用于接收外部人工操作指令；
所述第一输出单元，根据所述第一控制单元的控制指令控制对应的换电设施。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一输入单元包括：急停第一检测单元、安全门检测单元；
所述急停第一检测单元，用于检测急停按钮是否被触发；
所述安全门检测单元，用于检测安全门是否被打开。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一输出单元包括：主回路供电控制单元、旋转部件抱闸控制单元、人工-机器联动控制单元；
所述主回路供电控制单元，用于接通或断开主回路的电源；
所述旋转部件抱闸控制单元，用于控制旋转部件的抱闸动作；
所述人工-机器联动控制单元，用于将所述第一控制单元的控制指令送达所述机器安全链。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述机器安全链，包括：第二控制单元、第二输入单元、第二输出单元、安全系统通信单元；
所述第二控制单元，配置为：接收来自所述第二输入单元的信号，通过所述安全系统通信单元接收来自所述主控监控系统的故障检测信息，并依据设定的判断原则进行异常状态判断，按照预设的第二应急保护策略来控制所述第二输出单元动作；
所述第二输入单元，包括人工-机器联动控制单元、看门狗检测单元、机器安全检测单元；
所述人工-机器联动控制单元，用于接收所述第一控制单元的控制指令，并向所述第二控制单元发送信号；
所述看门狗检测单元，用于检测主控监控系统的看门狗是否超时，并根据检测结果向所述第二控制单元发送信号；
所述机器安全检测单元，通过检测部件或检测设备对换电设施进行检测，并将根据检测结果向所述第二控制单元发送信号；
所述第二输出单元，包括旋转部件控制单元、局部供电控制单元、提醒单元，根据所述第二控制单元的控制指令执行相应的动作；
所述旋转部件控制单元，用于控制旋转部件的转速、启动、停止；
所述局部供电控制单元，用于接通或断开一个或多个局部电路的电源；
所述提醒单元，用于发出换电设施维护提醒；
所述安全系统通信单元，用于完成所述第二控制单元与所述主控监控系统之间的通信：根据所述第二输入单元的信号向所述主控监控系统发送对应的故障检测信息，并接收来自所述主控监控系统的故障检测信息。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述机器安全检测单元，包括：伺服自检单元、旋转部件检测单元、变频自检单元、气动系统自检单元。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，对换电系统进行分级保护，且基于安全PLC进行系统设计。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，进行故障保护时，所述人工安全链的优先级高于所述机器安全链的优先级。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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