CN118223961A - 设备紧急停机控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种设备紧急停机控制系统，包括：用于采集工控设备的各运行事件数据，并根据标准时间对每个运行事件数据的采集时间戳进行校准，得到每个运行事件数据的校准时间戳的事件记录装置；用于在检测至少一个运行事件数据满足停机条件时，控制工控设备执行紧急停机保护操作的紧急停机装置；用于根据各运行事件数据和每个运行事件数据的校准时间戳分析工控设备的紧急停机原因，得到停机分析结果的设备分析装置。借此，本申请通过将紧急停机装置集成到设备控制系统中，以取代传统需采用第三方紧急停机装置执行设备停机保护的方式，不仅能够保证停机分析结果的精度,还能提高设备控制系统的灵活性，降低成本，提升经济性。

Description

设备紧急停机控制系统

技术领域

本申请涉及机械控制技术领域，尤其涉及一种设备紧急停机控制系统。

背景技术

汽轮机紧急跳闸系统(简称ETS系统)，是保证汽轮发电机组正常运行的重要安全保护装置。在汽轮机的运行过程中，当出现可能对机组造成损坏的危险情况时(例如，当汽轮机的叶片转速、润滑油温度、轴承振动等运行参数超过正常运行范围时)，ETS系统可控制汽轮机执行紧急停机操作，以保护机组安全。由于ETS系统是保证机组安全运行的一个重要的自动保护装置，因此，对于ETS系统的可靠性以及反应速度均提出了较高要求。

在现有技术中，当分布式控制系统(简称DCS系统)用于实现电厂控制时，通常只能选择第三方制造商的ETS系统来实现汽轮机的紧急跳闸控制。其中，DCS系统和ETS系统之间需要通过硬接线实现通讯连接，以监控汽轮机的实时运行状态，这对于汽轮机的集中监控和维护操作带来了困难。此外，上述设计还增加了控制系统的结构复杂性，并增加了系统中的故障点，导致系统构建以及维护成本的增加。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种设备紧急停机控制系统，不仅能够保证停机分析结果的精度要求，还能提高设备控制系统的灵活性，降低成本，提升经济性。

根据本申请实施例的第一方面，提供了一种设备紧急停机控制系统，应用于工控设备，所述系统包括：事件记录装置，其用于采集所述工控设备的多个运行事件数据和每个运行事件数据的采集时间戳，并根据标准时间校准每个运行事件数据的采集时间戳，得到每个运行事件数据的校准时间戳；紧急停机装置，其通信连接所述事件记录装置，用于在检测所述多个运行事件数据中的至少一个满足停机条件时，控制所述工控设备执行紧急停机保护操作；设备分析装置，其通信连接所述事件记录装置，用于在检测所述工控设备执行所述紧急停机保护操作时，根据所述多个运行事件数据和每个运行事件数据的校准时间戳，得到所述紧急停机保护操作的停机分析结果。

在一些实施例中，所述工控设备包括汽轮机。

在一些实施例中，所述系统还包括：对时服务器，用于提供所述标准时间；时间同步器，其通信连接所述对时服务器和所述事件记录装置，用于从所述对时服务器获取所述标准时间，并向所述事件记录装置发送所述标准时间。

在一些实施例中，所述事件记录装置所述时间同步器通过NTP协议通信连接。

在一些实施例中，所述事件记录装置包括：采集卡，其通信连接所述工控设备，用于采集所述工控设备的多个运行事件数据及每个运行事件数据的采集时间戳；控制器，其通信连接所述时间同步器，用于利用所述标准时间校准每个运行事件数据的采集时间戳，得到每个运行事件数据的校准时间戳。

在一些实施例中，所述控制器通过Profinet接口与所述采集卡通信连接。

在一些实施例中，所述紧急停机装置通过以下方式得到任意一个运行事件数据满足停机条件的检测结果：

对于各运行事件数据中的任意一个目标运行数据，识别所述目标运行数据的数据类别，并根据各数据类别与各数据运行范围之间的对应关系，从各数据运行范围中确定所述目标运行数据对应的目标数据运行范围；若所述目标运行数据未落入所述目标数据运行范围，得到所述目标运行数据满足所述停机条件的检测结果。

在一些实施例中，所述设备分析装置还用于：在检测所述工控设备执行所述紧急停机保护操作时，识别所述紧急停机保护操作的触发执行时间；根据所述触发执行时间、每个运行事件数据的校准时间戳，从各校准时间戳中确定不早于所述触发执行时间且最接近所述触发执行时间的一个目标时间戳；根据所述多个运行事件数据中对应于所述目标时间戳的一个运行事件数据，得到所述紧急停机保护操作的停机分析结果。

在一些实施例中，所述系统还包括客户端，其通信连接所述设备分析装置，用于显示所述紧急停机保护操作的停机分析结果。

在一些实施例中，所述客户端还通信连接所述事件记录装置，用于显示所述工控设备的各个运行事件数据及每个运行事件数据的校准时间戳。

本申请各实施例提供的设备紧急停机控制系统，通过将紧急停机装置集成到控制系统中，可以简化系统内部架构，优化数据传输路径，从而方便执行工控设备的集中监控及维护操作。同时，还能减少系统故障点，降低系统维护成本。

本申请各实施例提供的设备紧急停机控制系统，可应用于电厂汽轮机的控制，从而满足ETS系统(紧急停机系统)对于事件序列的1ms的精度要求，提升汽轮机紧急停机保护操作的可靠性，并可提高停机故障分析结果的精准度。

本申请各实施例提供的设备紧急停机控制系统，利用对时服务器和时间同步器提供的标准时间，对事件记录装置的数据采集时间戳进行校准，可以提高停机故障分析结果的准确性。

本申请各实施例提供的设备紧急停机控制系统，基于NTP协议实现事件记录装置和时间同步器之间的数据传输，可以确保两者之间的时间同步性。

本申请各实施例提供的设备紧急停机控制系统，使用采集卡直接连接工控设备的方式以获取事件运行数据，不仅可供控制系统完全掌握工控设备的数据逻辑控制权，以供工人人员根据实际需求灵活设置数据采集条件，并可优化系统中的数据传输路径，从而满足ETS系统对于事件序列的1ms的精度要求。

本申请各实施例提供的设备紧急停机控制系统，采用Profinet接口实现控制器和采集卡之间的数据传输，可提高不同模块之间的数据传输同步性，减少数据延迟现象。

本申请各实施例提供的设备紧急停机控制系统，可在检测任意一个运行事件数据超过安全运行范围时，触发执行设备紧急停机保护措施，确保设备运行安全。

本申请各实施例提供的设备紧急停机控制系统，可基于设备停机操作时间及各事件运行数据的校准时间戳，快速且精准地分析触发紧急停机操作的设备运行事件，以供维护人员及时排除设备运行故障，确保生产安全，降低生产损失。

本申请各实施例提供的设备紧急停机控制系统，可借由客户端统一显示工控设备的停机分析结果以及各运行事件数据，使得现场人员无需在不同的系统界面之间来回切换，方便实施工控设备的集中监控及维护处理。

附图说明

图1为传统采用第三方ETS系统的设备紧急停机控制系统的应用图。

图2为本申请示例性实施例的设备紧急停机控制系统的架构示意图。

图3为本申请示例性实施例的设备紧急停机控制系统的应用示意图。

图4为本申请另一示例性实施例的设备紧急停机控制系统的架构示意图。

附图标记列表：

100、传统设备控制系统 200、设备紧急停机控制系统 305、NTP模式

102、第三方ETS系统 210、事件记录装置 306、采集卡

104、硬接线 220、紧急停机装置 307、Profinet接口

106、数据采集卡 230、设备分析装置 308、控制器

108、控制器 240、时钟服务装置 310、系统总线

110、系统总线 250、客户端 312、组态服务器(客户端)

112、客户机 300、设备紧急停机控制系统 314、终端总线

114、MODBUS/TCP/OPC通 302、对时服务器 316、上位机(客户端)

信协议 304、时间同步器

20、工控设备

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本申请实施例中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员所得到的所有其他实施例，都应当属于本申请实施例保护的范围。

下面结合附图对本申请的一些实施例作详细说明。在各实施例之间不冲突的情况下，下述的各实施例及实施例中的特征可相互组合。下述各方法实施例中的步骤仅用于示例性描述，并非用于限制本发明。

如前在背景技术中所述，现有技术中当分布式控制系统(简称DCS系统)用于实现电厂控制时，通常只能选择第三方制造商的ETS系统来实现汽轮机的紧急跳闸控制。

参考图1，其示出了传统设备控制系统100(例如，DCS系统)的架构设计。其中，可通过第三方ETS系统102(例如，ETS系统)，采集汽轮机(未示出)的运行事件数据，并经由硬接线104将各运行事件数据传送给数据采集卡106，并由控制器108将数据采集卡106采集的运行事件数据，通过系统总线(system bus)110发送给客户机112，以供现场工作人员执行汽轮机的监控及维护操作。

上述传统设备控制系统100的设计架构，主要存在以下问题：

(1)由第三方ETS系统决定设备运行事件数据的数据采集类型、数据采集频率等相关参数，导致现场工作人员无法根据实际需求进行灵活调整，且由于DCS系统和ETS系统属于不同制造商，导致现场工作人员需观察DCS和ETS两个系统，以监控汽轮机的运行状态，对于设备的集中监控操作和维护带来了困难。

(2)当ETS系统跳闸时，为了尽快排除故障，有必要快速准确地分析跳闸原因。经测试，当数据采集卡达到1ms的精度时，才能保证分析结果的准确性。然而，在传统设备控制系统100中，汽轮机的运行事件数据是由第三方ETS系统102负责采集，再通过硬接线104将采集数据传送给DCS系统的采集卡106，导致了数据传输路径的延长。虽然，在图1所示示例中，第三方ETS系统102也可直接通过MODBUS/TCP/OPC通信协议114与系统总线110通信连接，以实现数据传送，但通信协议的转换处理也会导致数据传输的延迟，故DCS系统只能对ETS系统的传输数据进行监视，不能参与联锁控制，即动作联锁控制只能在ETS系统中实现。此外，若要实现1ms的精度，不仅需要数据采集卡本身具有1ms的精度，不同系统之间的数据传输也需实现相应的时间同步，上述基于不同制造商的系统集成设计，也会给时间同步的实现带来诸多麻烦。

(3)通过集成不同制造商的设备控制系统，还存在着系统结构复杂的问题，并会增加系统架构中的故障点，导致系统构建及维护成本的增加。

基于上述现有技术的各种问题，本申请各实施例提供一种改进的设备紧急停机控制系统，通过将ETS集成到DCS系统中，不仅能够保证停机分析结果的精度要求，还能提高设备控制系统的灵活性，降低成本，提升经济性。

以下将结合各附图详细描述本申请各实施例的具体实现。

设备紧急停机控制系统

图2示出了本申请示例性实施例的设备紧急停机控制系统200的结构示意图，其可应用于各种类型的工控设备20，用于执行工控设备20的紧急停机保护操作及停机原因分析操作。示例性地，工控设备20可包括汽轮机。

参考图2，设备紧急控制系统200主要包括：事件记录装置210、紧急停机装置220、设备分析装置230。

事件记录装置210用于采集工控设备20的多个运行事件数据和每个运行事件数据的采集时间戳，并根据标准时间校准每个运行事件数据的采集时间戳，得到每个运行事件数据的校准时间戳。

在一些实施例中，系统200还可包括时钟服务装置240(参考图4)，用于提供标准时间。

示例性地，时钟服务装置240可包括对时服务器302和时间同步器304(参考图3)。

对时服务器302(例如，GPS网络对时服务器)用于提供标准时间。

时间同步器304通信连接对时服务器302和事件记录装置210，用于从对时服务器302获取标准时间，并向事件记录装置210发送标准时间。

在一些实施例中，时间同步器304可通过NTP协议(Network Time Protocol，网络时间协议)与事件记录装置210通信连接，以确保不同装置之间的时间同步。示例性地，可采用SICLOCK TC400时钟模块作为时间同步器304。

关于对时服务器302和时间同步器304的运行原理，均属本领域的常用技术手段，故在本实施例中不再予以详述。

在一些实施例中，事件记录装置210可包括采集卡306和控制器308(参考图3)。

采集卡306通信连接工控设备20，用于采集工控设备20的多个运行事件数据以及每个运行事件数据的采集时间戳。在一些实施例中，可采用西门子ET 200SP HA数字输出模块作为采集卡306。

示例性地，在工控设备20为汽轮机的情况下，采集卡306所采集的运行事件数据可包括但不限于：叶片转速数据、润滑油温度数据、轴振动数据等。

控制器308可与时钟服务装置240的时间同步器304通信连接，用于获取时间同步器304的标准时间，据以校准采集卡306采集的每个运行事件数据的采集时间戳，得到每个运行事件数据的校准时间戳。示例性地，可采用西门子AS410模块用于作为控制器308，以提供1ms的高精度时间戳。

在一些实施例中，控制器308可通过Profinet接口307与采集卡306通信连接，以减少数据传输延迟。

紧急停机装置220通信连接事件记录装置210，用于在检测多个运行事件数据中的至少一个满足停机条件时，控制工控设备20执行紧急停机保护操作。

在一些实施例中，紧急停机装置220可通过以下方式得到任意一个运行事件数据满足停机条件的检测结果：

对于各运行事件数据中的任意一个目标运行数据，识别目标运行数据的数据类别，并根据各数据类别与各数据运行范围之间的对应关系，从各数据运行范围中确定目标运行数据对应的目标数据运行范围，其中，当目标运行数据未落入目标数据运行范围时，即可得到目标运行数据满足停机条件的检测结果。

示例性地，在工控设备20为汽轮机，且目标运行数据为叶轮实际转速的情况下，可根据叶轮实际转速的数据类别，获取标准叶轮转速范围(即目标数据运行范围)，并当目标运行数据中的叶轮实际转速未落入标准叶轮转速范围内时，即触发汽轮机的紧急停机保护指令，以控制汽轮机执行紧急停机保护操作。

设备分析装置230通信连接事件记录装置210，用于在检测工控设备20执行紧急停机保护操作时，根据事件记录装置210记录的多个运行事件数据和每个运行事件数据的校准时间戳，执行紧急停机原因的分析，得到停机保护操作的停机分析结果。

在一些实施例中，设备分析装置230可在检测工控设备20执行紧急停机保护操作时，识别紧急停机保护操作的触发执行时间，可根据紧急停机保护操作的触发执行时间、每个运行事件数据的校准时间戳，从各校准时间戳中确定不早于触发执行时间且最接近触发执行时间的一个目标时间戳，并根据目标时间戳对应的运行事件数据，得到紧急停机保护操作的停机分析结果。

具体地，当紧急停机装置220(例如，ETS系统)触发跳闸操作时，为了尽快排除故障，需要快速准确地了解跳闸原因。其中，ETS系统在逻辑上设计了一个先进先出事件，以记录跳闸回路中的首次跳闸条件。因此，可根据工控设备20执行紧急停机保护操作的触发时间，以及工控设备20的各运行事件数据对应的各校准时间戳，查询不早于触发时间且最接近于触发时间的一个运行事件数据，据以得到工控设备20执行紧急停机保护操作的停机分析结果。

在一些实施例中，客户端250还通信连接事件记录装置210，用于显示工控设备20的各个运行事件数据以及每个运行事件数据的校准时间戳。

在一些实施例中，设备紧急停机控制系统200还包括客户端250(参考图4)，其可通信连接设备分析装置230，用于显示工控设备200执行紧急停机保护操作的停机分析结果。

参考图3所示示例，客户端250可包括组态服务器312和上位机316。其中，事件记录装置210的控制器308可经由系统总线310将各个运行事件数据及每个运行事件数据的校准时间戳传送给组态服务器312，再由组态服务器312通过终端总线314将各个运行事件数据及每个运行事件数据的校准时间戳传送给上位机316，以通过上位机316显示工控设备20的各个运行事件数据及每个运行事件数据的校准时间戳，从而提供现场人员及时掌握工控设备20的实时运行状态，确保生产安全。

在另一些实施例中，客户端250也可仅包括上位机316，亦即，可由事件记录装置210的控制器308直接将各个运行事件数据及每个运行事件数据的校准时间戳传送给上位机316。

综上所述，本申请各实施例提供的设备紧急停机控制系统，通过将事件记录装置和紧急停机装置集成设置在设备控制系统中，以简化控制系统的内部架构并优化数据传输路径，从而方便执行设备的集中监控及维护操作，且还能减少系统故障点，以降低控制系统的维护成本。

再者，本实施例提供设备控制系统可应用于汽轮机的紧急停机保护操作，不仅能够满足ETS系统对于事件序列的1ms的精度要求，以提升汽轮机紧急停机保护操作的可靠性，提升停机故障分析结果的精准度，同时还能方便执行汽轮机的集中监控和维护管理。

具体地，在传统技术方案中，由于需采用第三方制造商的ETS系统来满足ETS1msSOE的精度要求，而DCS系统和ETS系统需要通过硬接线方式或其他类别通讯方式进行集成，导致现场工作人员需要监控不同系统以了解工控设备的运行状态，不利于执行设备的监控和维护操作。本实施例通过将ETS系统(紧急停机装置)集成到控制系统中，不仅可满足1ms的精度需求，也无需在不同系统之间设置大量的硬接线，并减少了通过OPC/MODBUS等协议进行繁琐通信，以简化控制系统的内部结构，减少控制系统中的故障点，从而节省系统构建及维护成本。

本实施例提供的设备紧急停机控制系统，通过NTP模式实现控制系统内不同单元模块之间的时钟同步，以确保整个系统网络的时间精准度，提升紧急停机保护操作的可靠性以及停机分析结果的准确性。

需要说明的是，上述各流程和各系统结构图中不是所有的步骤和模块都是必须的，可以根据实际的需要忽略某些步骤或模块。各步骤的执行顺序不是固定的，可以根据需要进行调整。上述各实施例中描述的系统结构可以是物理结构，也可以是逻辑结构，即，有些模块可能由同一物理实体实现，或者，有些模块可能分由多个物理实体实现，或者，可以由多个独立设备中的某些部件共同实现。

本专利申请中关于人的名词和代词不限于具体性别。

以上各实施例中，硬件模块可以通过机械方式或电气方式实现。例如，一个硬件模块可以包括永久性专用的电路或逻辑(如专门的处理器，FPGA或ASIC)来完成相应操作。硬件模块还可以包括可编程逻辑或电路(如通用处理器或其它可编程处理器)，可以由软件进行临时的设置以完成相应操作。具体的实现方式(机械方式、或专用的永久性电路、或者临时设置的电路)可以基于成本和时间上的考虑来确定。

上文通过附图和优选实施例对本发明进行了详细展示和说明，然而本发明不限于这些已揭示的实施例，基于上述多个实施例本领域技术人员可以知晓，可以组合上述不同实施例中的代码审核手段得到本发明更多的实施例，这些实施例也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种设备紧急停机控制系统(200)，应用于工控设备(20)，所述系统包括：

事件记录装置(210)，其用于采集所述工控设备(20)的多个运行事件数据和每个运行事件数据的采集时间戳，并根据标准时间校准每个运行事件数据的采集时间戳，得到每个运行事件数据的校准时间戳；

紧急停机装置(220)，其通信连接所述事件记录装置(210)，用于在检测所述多个运行事件数据中的至少一个满足停机条件时，控制所述工控设备(20)执行紧急停机保护操作；

设备分析装置(230)，其通信连接所述事件记录装置(210)，用于在检测所述工控设备(20)执行所述紧急停机保护操作时，根据所述多个运行事件数据和每个运行事件数据的校准时间戳，得到所述紧急停机保护操作的停机分析结果。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述工控设备(20)包括汽轮机。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统还包括：

对时服务器(302)，用于提供所述标准时间；

时间同步器(304)，其通信连接所述对时服务器(302)和所述事件记录装置(210)，用于从所述对时服务器(302)获取所述标准时间，并向所述事件记录装置(210)发送所述标准时间。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述事件记录装置(210)与所述时间同步器(304)通过NTP协议(305)通信连接。

5.根据权利要求3所述的系统，其中，所述事件记录装置(210)包括：

采集卡(306)，其通信连接所述工控设备(20)，用于采集所述工控设备(20)的多个运行事件数据及每个运行事件数据的采集时间戳；

控制器(308)，其通信连接所述时间同步器(304)，用于利用所述标准时间校准每个运行事件数据的采集时间戳，得到每个运行事件数据的校准时间戳。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述控制器(308)通过Profinet接口(307)与所述采集卡(306)通信连接。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述紧急停机装置(220)通过以下方式得到任意一个运行事件数据满足停机条件的检测结果：

对于各运行事件数据中的任意一个目标运行数据，

识别所述目标运行数据的数据类别，并根据各数据类别与各数据运行范围之间的对应关系，从各数据运行范围中确定所述目标运行数据对应的目标数据运行范围；

若所述目标运行数据未落入所述目标数据运行范围，得到所述目标运行数据满足所述停机条件的检测结果。

8.根据权利要求1或7所述的系统，其中，所述设备分析装置(230)还用于：

在检测所述工控设备(20)执行所述紧急停机保护操作时，识别所述紧急停机保护操作的触发执行时间；

根据所述触发执行时间、每个运行事件数据的校准时间戳，从各校准时间戳中确定不早于所述触发执行时间且最接近所述触发执行时间的一个目标时间戳；

根据所述多个运行事件数据中对应于所述目标时间戳的一个运行事件数据，得到所述紧急停机保护操作的停机分析结果。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统还包括：

客户端(250)，其通信连接所述设备分析装置(230)，用于显示所述紧急停机保护操作的停机分析结果。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述客户端(250)还通信连接所述事件记录装置(210)，用于显示所述工控设备(20)的各个运行事件数据及每个运行事件数据的校准时间戳。