CN110080837A - 采用三取二逻辑表决的控制模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了采用三取二逻辑表决的控制模块，包括信号采集模块、表决模块和信号扩展输出模块，所述信号采集模块包括IN1、IN2和IN3,所述IN1、IN2和IN3为三路有源信号输入端口和三路无源信号输入端口，且同一编号的号两种信号均连接有NMOS管，所述NMOS管连接有双常开触点的固态继电器，所述表决模块包括两个三触点的机械继电器，所述三触点的机械继电器上均设置有NMOS管，三个所述固态继电器的六个触点两两相与构成三取二逻辑，所述信号扩展输出模块包括两常开触点的机械继电器。能够有效解决控制保护系统I/O信号继电器三取二表决方式的诸多缺点，可节省系统设备成本，安装、操作、维护简便，减少排线、查线的工作量。
Description
技术领域
本发明属汽轮机保护控制系统领域，尤其涉及采用三取二逻辑表决的控制模块。
背景技术
汽轮机控制保护系统是指为保证汽轮机实现正常运行工况的各保护控制系统。包括汽轮机跳闸保护系统（ETS）、汽轮机数字电液控制系统（DEH）中的控制保护部分，还有超速保护等系统。
控制保护系统中如汽轮机DEH控制系统回路若有涉及到三取二表决输出的重要I/O信号几乎都是采用的继电器表决方式，其原理就是利用3到4个继电器，每个继电器至少具有2组以上的触点，通过接线的方式构成3取2表决回路。这种方式能实现三取二表决输出，但是缺点也很明显，如外部接线多，故障点多；不同的DEH系统继电器选型各不相同，维护不便；继电器需求量大，成本高等。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提出了一种采用三取二逻辑表决的控制模块, 能够有效解决控制保护系统I/O信号继电器三取二表决方式的诸多缺点，可节省系统设备成本，安装、操作、维护简便，减少排线、查线的工作量，模块化设计处理更便于后期维护。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下。
采用三取二逻辑表决的控制模块，包括信号采集模块、表决模块和信号扩展输出模块，其特征在于：所述信号采集模块包括IN1、IN2和IN3,所述IN1、IN2和IN3为三路有源信号输入端口和三路无源信号输入端口，且同一编号的两种信号连接同一支NMOS管，所述NMOS管连接有双常开触点的固态继电器，所述表决模块包括两个三触点的机械继电器，所述三触点的机械继电器上均设置有NMOS管，三个所述固态继电器的六个触点两两相与构成三取二逻辑，所述固态继电器两两相与后与三触点的机械继电器上的NMOS管连接，所述信号扩展输出模块包括两常开触点的机械继电器，所述两常开触点的机械继电器上设置有NMOS管，所述IN1、IN2和IN3上均设置一个信号扩展输出模块。
所述固态继电器的六个触点两两相与构成三取二逻辑是：IN1驱动的固态继电器的1号触点与IN2驱动的固态继电器的1号触点构成与逻辑，IN1驱动的固态继电器的2号触点与IN3驱动的固态继电器的1号触点构成与逻辑，IN2驱动的固态继电器的2号触点与IN3驱动的固态继电器的2号触点构成与逻辑，三个与逻辑再进行或运算，即为三取二后的信号，再去驱动两个三触点的机械继电器线圈。
所述信号采集模块、表决模块和信号扩展输出模块外设置有屏蔽绝缘外壳，所述屏蔽绝缘外壳采用钢材质进行封闭小型化设计，屏蔽绝缘外壳底部采用DIN导轨适配器设计。
所述信号扩展输出模块上设置有LED二级发光管。
所述有源信号输入端口通过分压电阻分压到20VDC以内，所述无源信号输入端口由系统内提供24VDC。
采用本发明的优点在于。
1、通过对控制保护系统中需要三冗余I/O信号的三取二表决处理，能有效的解决常规继电器表决方式的弊端，降低系统设备成本，提高设计安装效率及便于后期维护，内部设计信号采集模块、三取二逻辑表决模块和信号扩展输出模块，装置可接入三路有源信号（有效信号最高60VDC）或三路无源信号，通过硬件三取二逻辑表决可同时输出二路常开和二路常闭无源信号；同时三路输入信号均设计有扩展输出无源信号，可用于火力发电控制保护系统中需要三冗余组合的开关量信号以及处理一些ETS+DEH一体化项目中需要扩展的三冗余信号，如并网、发电机油开关跳闸、FCB（FAST CUT BACK）等信号，外观小巧，接线安装方便，具有很高的可用性，且具有制造成本低廉的优势，除了可以在新设计的控制保护系统上使用以外，还可以对已建项目如DEH\MEH等系统的I/O信号三取二处理部分进行改造。
2、通过屏蔽绝缘外壳喷漆处理，达到防尘、防电磁干扰的效果。
3、通过LED二级发光管的熄灭，便于观察输出机械继电器是否开通驱动。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的具体说明，其中。
图1为本发明外壳的外形结构示意图。
图2为本发明外壳上I/O接口连接示意图。
图3为本发明信号采集模块电路设计图。
图4为本发明三取二逻辑表决示意图。
图5为本发明三取二逻辑表决模块电路设计图。
图6为图5中固态继电器两两相与后与三触点的机械继电器连接电路设计图。
图7为本图5中IN1、IN2和IN3信号输入端口的电路设计图。
图8为本发明信号扩展输出模块电路设计图。
具体实施方式
实施例1
如图1至8所示，采用三取二逻辑表决的控制模块，包括信号采集模块、表决模块和信号扩展输出模块，其特征在于：所述信号采集模块包括IN1、IN2和IN3,所述IN1、IN2和IN3为三路有源信号输入端口和三路无源信号输入端口，且同一编号的号两种信号连接同一支NMOS管，所述NMOS管连接有双常开触点的固态继电器，所述表决模块包括两个三触点的机械继电器，所述三触点的机械继电器上均设置有NMOS管，三个所述双常开触点的固态继电器的六个触点两两相与构成三取二逻辑，所述固态继电器两两相与后与三触点的机械继电器上的NMOS管连接，所述信号扩展输出模块包括两常开触点的机械继电器，所述两常开触点的机械继电器上设置有NMOS管，所述IN1、IN2和IN3上均设置一个信号扩展输出模块。
在信号采集模块中，设计有三路有源信号输入端口和三路无源信号输入端口，有源信号（有效信号不超过60VDC）通过分压电阻分压到20VDC以内，无源信号则由装置内供电24VDC，同一编号两种信号均连接到一个NMOS管2N7002K的G端，当有信号输入时NMOS管开通，驱动后级的继电器，无源和有源信号同一编号端口只能选其一接入信号，后级的继电器包括通过三个双常开触点固态继电器（AVAGO的ASSR-4128-302E）及两个三触点机械继电器（ELESTA的SIS212）实现三取二逻辑表决及信号输出，一路输入信号对应一个固态继电器，由三个固态继电器的六个触点两两相与构成三取二逻辑，三取二后的信号再去驱动两个机械继电器线圈，当三路输入信号其中任意两路信号有效时，两个机械继电器动作，机械继电器三个触点中的一个常开触点连接指示灯用于指示表决输出状态，另两个触点用于信号输出，同时，IN1、IN2和IN3三路输入信号每路均通过一个两常开触点的机械继电器（松下电工的DSP2a）扩展输出两路无源信号，当有信号输入时，信号连接的NMOS管开通驱动后级的继电器线圈，继电器常开触点闭合，两个触点中一个常开触点连接指示灯用于指示输入信号状态，另一个触点用于信号输出。通过对控制保护系统中需要三冗余I/O信号的三取二表决处理，能有效的解决常规继电器表决方式的弊端，降低系统设备成本，提高设计安装效率及便于后期维护，内部设计信号采集模块、三取二逻辑表决模块和信号扩展输出模块，装置可接入三路有源信号（有效信号最高60VDC）或三路无源信号，通过硬件三取二逻辑表决可同时输出二路常开和二路常闭无源信号；同时三路输入信号均设计有扩展输出无源信号，可用于火力发电控制保护系统中需要三冗余组合的开关量信号以及处理一些ETS+DEH一体化项目中需要扩展的三冗余信号，如并网、发电机油开关跳闸、FCB（FAST CUT BACK）等信号，外观小巧，接线安装方便，具有很高的可用性，且具有制造成本低廉的优势，除了可以在新设计的控制保护系统上使用以外，还可以对已建项目如DEH\MEH等系统的I/O信号三取二处理部分进行改造。
实施例2
如图1至8所示，采用三取二逻辑表决的控制模块，包括信号采集模块、表决模块和信号扩展输出模块，其特征在于：所述信号采集模块包括IN1、IN2和IN3,所述IN1、IN2和IN3为三路有源信号输入端口和三路无源信号输入端口，且同一编号的号两种信号均连接有NMOS管，所述NMOS管连接有双常开触点的固态继电器，所述表决模块包括两个三触点的机械继电器，所述三触点的机械继电器上均设置有NMOS管，三个所述双常开触点的固态继电器的六个触点两两相与构成三取二逻辑，所述固态继电器两两相与后与三触点的机械继电器上的NMOS管连接，所述信号扩展输出模块包括两常开触点的机械继电器，所述两常开触点的机械继电器上设置有NMOS管，所述IN1、IN2和IN3上均设置一个信号扩展输出模块。
所述固态继电器的六个触点两两相与构成三取二逻辑是：IN1驱动的固态继电器的1号触点与IN2驱动的固态继电器的1号触点构成与逻辑，IN1驱动的固态继电器的2号触点与IN3驱动的固态继电器的1号触点构成与逻辑，IN2驱动的固态继电器的2号触点与IN3驱动的固态继电器的2号触点构成与逻辑，三个与逻辑再进行或运算，即为三取二后的信号，再去驱动两个三触点的机械继电器线圈。
所述信号采集模块、表决模块和信号扩展输出模块外设置有屏蔽绝缘外壳，所述屏蔽绝缘外壳采用钢材质进行封闭小型化设计，屏蔽绝缘外壳底部采用DIN导轨适配器设计。
所述信号扩展输出模块上设置有LED二级发光管。
所述有源信号输入端口通过分压电阻分压到20VDC以内，所述无源信号输入端口又系统内提供24VDC。
在信号采集模块中，设计有三路有源信号输入端口和三路无源信号输入端口，有源信号（有效信号不超过60VDC）通过分压电阻分压到20VDC以内，无源信号则由装置内供电24VDC，同一编号两种信号均连接到一个NMOS管2N7002K的G端，当有信号输入时NMOS管开通，驱动后级的继电器，无源和有源信号同一编号端口只能选其一接入信号，后级的继电器包括通过三个双常开触点固态继电器（AVAGO的ASSR-4128-302E）及两个三触点机械继电器（ELESTA的SIS212）实现三取二逻辑表决及信号输出，一路输入信号对应一个固态继电器，由三个固态继电器的六个触点两两相与构成三取二逻辑，三取二后的信号再去驱动两个机械继电器线圈，当三路输入信号其中任意两路信号有效时，两个机械继电器动作，机械继电器三个触点中的一个常开触点连接指示灯用于指示表决输出状态，另两个触点用于信号输出，同时，IN1、IN2和IN3三路输入信号每路均通过一个两常开触点的机械继电器（松下电工的DSP2a）扩展输出两路无源信号，当有信号输入时，信号连接的NMOS管开通驱动后级的继电器线圈，继电器常开触点闭合，两个触点中一个常开触点连接指示灯用于指示输入信号状态，另一个触点用于信号输出。通过对控制保护系统中需要三冗余I/O信号的三取二表决处理，能有效的解决常规继电器表决方式的弊端，降低系统设备成本，提高设计安装效率及便于后期维护，内部设计信号采集模块、三取二逻辑表决模块和信号扩展输出模块，装置可接入三路有源信号（有效信号最高60VDC）或三路无源信号，通过硬件三取二逻辑表决可同时输出二路常开和二路常闭无源信号；同时三路输入信号均设计有扩展输出无源信号，可用于火力发电控制保护系统中需要三冗余组合的开关量信号以及处理一些ETS+DEH一体化项目中需要扩展的三冗余信号，如并网、发电机油开关跳闸、FCB（FAST CUT BACK）等信号，外观小巧，接线安装方便，具有很高的可用性，且具有制造成本低廉的优势，除了可以在新设计的控制保护系统上使用以外，还可以对已建项目如DEH\MEH等系统的I/O信号三取二处理部分进行改造。
通过屏蔽绝缘外壳喷漆处理，达到防尘、防电磁干扰的效果。
通过LED二级发光管的熄灭，便于观察输出机械继电器是否开通驱动。
实施例3
如图1至8所示，采用三取二逻辑表决的控制模块，包括信号采集模块、表决模块和信号扩展输出模块，其特征在于：所述信号采集模块包括IN1、IN2和IN3,所述IN1、IN2和IN3为三路有源信号输入端口和三路无源信号输入端口，且同一编号的号两种信号均连接有NMOS管，所述NMOS管连接有双常开触点的固态继电器，所述表决模块包括两个三触点的机械继电器，所述三触点的机械继电器上均设置有NMOS管，三个所述双常开触点的固态继电器的六个触点两两相与构成三取二逻辑，所述固态继电器两两相与后与三触点的机械继电器上的NMOS管连接，所述信号扩展输出模块包括两常开触点的机械继电器，所述两常开触点的机械继电器上设置有NMOS管，所述IN1、IN2和IN3上均设置一个信号扩展输出模块。
所述固态继电器的六个触点两两相与构成三取二逻辑是：IN1驱动的固态继电器的1号触点与IN2驱动的固态继电器的1号触点构成与逻辑，IN1驱动的固态继电器的2号触点与IN3驱动的固态继电器的1号触点构成与逻辑，IN2驱动的固态继电器的2号触点与IN3驱动的固态继电器的2号触点构成与逻辑，三个与逻辑再进行或运算，即为三取二后的信号，再去驱动两个三触点的机械继电器线圈，通过三触点的机械继电器经过“与门”进行或运算，三取二后的信号再去驱动两个三触点的机械继电器线圈。
所述信号采集模块、表决模块和信号扩展输出模块外设置有屏蔽绝缘外壳，所述屏蔽绝缘外壳采用钢材质进行封闭小型化设计，屏蔽绝缘外壳底部采用DIN导轨适配器设计。
所述信号扩展输出模块上设置有LED二级发光管。
所述有源信号输入端口通过分压电阻分压到20VDC以内，所述无源信号输入端口又系统内提供24VDC。
在信号采集模块中，设计有三路有源信号输入端口和三路无源信号输入端口，有源信号（有效信号不超过60VDC）通过分压电阻分压到20VDC以内，无源信号则由装置内供电24VDC，同一编号两种信号均连接到一个NMOS管2N7002K的G端，当有信号输入时NMOS管开通，驱动后级的继电器，无源和有源信号同一编号端口只能选其一接入信号，后级的继电器包括通过三个双常开触点固态继电器（AVAGO的ASSR-4128-302E）及两个三触点机械继电器（ELESTA的SIS212 24VDC）实现三取二逻辑表决及信号输出，一路输入信号对应一个固态继电器，由三个固态继电器的六个触点两两相与构成三取二逻辑，三取二后的信号再去驱动两个机械继电器线圈，当三路输入信号其中任意两路信号有效时，两个机械继电器动作，机械继电器三个触点中的一个常开触点连接指示灯用于指示表决输出状态，另两个触点用于信号输出，同时，IN1、IN2和IN3三路输入信号每路均通过一个两常开触点的机械继电器（松下电工的DSP2a）扩展输出两路无源信号，当有信号输入时，信号连接的NMOS管开通驱动后级的继电器线圈，继电器常开触点闭合，两个触点中一个常开触点连接指示灯用于指示输入信号状态，另一个触点用于信号输出。通过对控制保护系统中需要三冗余I/O信号的三取二表决处理，能有效的解决常规继电器表决方式的弊端，降低系统设备成本，提高设计安装效率及便于后期维护，内部设计信号采集模块、三取二逻辑表决模块和信号扩展输出模块，装置可接入三路有源信号（有效信号最高60VDC）或三路无源信号，通过硬件三取二逻辑表决可同时输出二路常开和二路常闭无源信号；同时三路输入信号均设计有扩展输出无源信号，可用于火力发电控制保护系统中需要三冗余组合的开关量信号以及处理一些ETS+DEH一体化项目中需要扩展的三冗余信号，如并网、发电机油开关跳闸、FCB（FAST CUT BACK）等信号，外观小巧，接线安装方便，具有很高的可用性，且具有制造成本低廉的优势，除了可以在新设计的控制保护系统上使用以外，还可以对已建项目如DEH\MEH等系统的I/O信号三取二处理部分进行改造。
通过屏蔽绝缘外壳喷漆处理，达到防尘、防电磁干扰的效果。
通过LED二级发光管的熄灭，便于观察输出机械继电器是否开通驱动。
所述LED二级发光管采用亿光电子工业股份有限公司生产的二极管LED灯，型号为204-10SURD/S530-A3。
汽轮机的超速保护停机信号需要冗余设计，一般采用三张超速保护卡，汽轮机超速时，三张超速保护卡各输出一路停机信号（常开触点闭合，干接点信号），三路停机信号接入三取二逻辑表决装置的IN1、IN2、IN3输入端， 对应接入信号的ASSR-4218-302E固态继电器动作，两副触点均导通，通过硬件三取二硬件逻辑表决驱动后级SIS212 24VDC继电器线圈，继电器常开触点闭合（输出三取二后的无源停机信号）；同时接入的信号会驱动DSP2a-DC24V继电器线圈，继电器常开触点闭合（输出输入扩展的无源停机信号）。
本发明产品可配套用于汽轮机数字电液控制器（DEH）继电回路。在中大型汽轮机控制系统DEH装置中有一些重要信号需要三取二后处理，例如：发电机并网、手动停机等信号。常规设计需要将三取二信号通过三个扩展继电器的触点组合完成实现三取二的表决方式，这需要通过外部接线完成，增加了许多故障点。而本产品发明后，可直接将需要三取二表决的信号接入模块，这省去了原先外部继电器的接线，同时也能满足三取二表决后输出的要求，其对与DEH装置的部分继电回路设计、装配上得到了简化，而在电厂也减轻了电厂维护人员检修工作，操作简单、直观。
本发明产品可配套用于微机电液控制器（MEH）继电回路。在大多数微机（给水泵汽轮机）控制系统中都是集成了MEH和METS（微机危急遮断装置）。其中许多信号需要三取二表决，例如：轴向位移停机、轴振超限停机等信号。在常规MEH+METS设计中需要增分散到三块DCS卡件中处理，其缺点在于这些信号受DCS处理周期影响，反应速度慢，往往达不到快速响应的要求，通常在METS的设计上会增加一些继电器回路辅助完成。而本产品发明后，可将部分重要信号且需要三冗余处理的保护信号接到本发明产品模块中，从而取消辅助的继电器回路，同样能达到安全、可靠停机保护效果。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。
Claims (5)
1.采用三取二逻辑表决的控制模块，包括信号采集模块、表决模块和信号扩展输出模块，其特征在于：所述信号采集模块包括IN1、IN2和IN3,所述IN1、IN2和IN3为三路有源信号输入端口和三路无源信号输入端口，且同一编号的号两种信号均连接有NMOS管，所述NMOS管连接有双常开触点的固态继电器，所述表决模块包括两个三触点的机械继电器，所述三触点的机械继电器上均设置有NMOS管，三个所述固态继电器的六个触点两两相与构成三取二逻辑，所述固态继电器两两相与后与三触点的机械继电器上的NMOS管连接，所述信号扩展输出模块包括两常开触点的机械继电器，所述两常开触点的机械继电器上设置有NMOS管，所述IN1、IN2和IN3上均设置一个信号扩展输出模块。
2.根据权利要求1所述的采用三取二逻辑表决的控制模块，其特征在于：所述固态继电器的六个触点两两相与构成三取二逻辑是：IN1驱动的固态继电器的1号触点与IN2驱动的固态继电器的1号触点构成与逻辑，IN1驱动的固态继电器的2号触点与IN3驱动的固态继电器的1号触点构成与逻辑，IN2驱动的固态继电器的2号触点与IN3驱动的固态继电器的2号触点构成与逻辑，三个与逻辑再进行或运算，即为三取二后的信号，再去驱动两个三触点的机械继电器线圈。
3.根据权利要求1所述的采用三取二逻辑表决的控制模块，其特征在于：所述信号采集模块、表决模块和信号扩展输出模块外设置有屏蔽绝缘外壳，所述屏蔽绝缘外壳采用钢材质进行封闭小型化设计，屏蔽绝缘外壳底部采用DIN导轨适配器设计。
4.根据权利要求1所述的采用三取二逻辑表决的控制模块，其特征在于：所述信号扩展输出模块上设置有LED二级发光管。
5.根据权利要求1所述的采用三取二逻辑表决的控制模块，其特征在于：所述有源信号输入端口通过分压电阻分压到20VDC以内，所述无源信号输入端由又系统内提供24VDC。
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