CN206075115U - 一种汽轮机危急遮断系统的主机plc - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及汽轮机危急遮断系统技术领域，公开了一种汽轮机危急遮断系统的主机PLC，解决了CPU模块、IO从站、测点通道、电源模块、通讯模块合理优化配置的问题，保证机组ETS系统在任一模块或测点故障的情况下安全稳定运行。所述主机PLC包括：支持以太网通讯方式的人机界面触摸屏，与所述人机界面触摸屏连接的交换机，以及通过环路连接的第一CPU主站、第二CPU主站、第一IO从站和第二IO从站，且所述交换机分别与所述第一CPU主站和第二CPU主站连接，其中，所述第一CPU主站和第二CPU主站中的CPU模块均为具备热备自切功能，且支持QEIO架构的CPU模块，所述第一IO从站和第二IO从站支持QEIO架构。本实用新型适用于汽轮机危急遮断系统的主机PLC的升级优化。
Description
技术领域
本实用新型涉及汽轮机危急遮断系统技术领域，尤其涉及一种汽轮机危急遮断系统的主机PLC。
背景技术
汽轮机危急遮断系统(ETS，Emergency Trip System)主要任务是监测对机组安全有重大影响的某些参数，例如振动、温度、轴向位移等等，当这些参数超过安全限定值时，所述系统就通过电磁阀失电，泄去汽轮机危急遮断油，关闭汽轮机全部蒸汽进汽阀门，紧急停机，保证机组安全。
ETS的主机PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)均采用施耐德公司Modicon Quantum系列。如图1所示，现有的主机PLC包括两个CPU主站和一个IO从站，主站与从站之间为单网通讯。若CPU模块、IO从站电源模块、RIO网络中的通讯模块或测点出现故障，将会直接影响机组的运行。
实用新型内容
本实用新型的实施例提供一种汽轮机危急遮断系统的主机PLC，解决了CPU模块、IO从站、测点通道、电源模块、通讯模块合理优化配置的问题，保证机组ETS系统在任一模块或测点故障的情况下安全稳定运行。
为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：
本实用新型提供一种汽轮机危急遮断系统的主机PLC，包括：
支持以太网通讯方式的人机界面触摸屏，与所述人机界面触摸屏连接的交换机，以及通过环路连接的第一CPU主站、第二CPU主站、第一IO从站和第二IO从站，且所述交换机分别与所述第一CPU主站和第二CPU主站连接，其中，所述第一CPU主站和第二CPU主站中的CPU模块均为具备热备自切功能，且支持量子以太网输入输出QEIO架构的CPU模块，所述第一IO从站和第二IO从站支持QEIO架构。
可选的，所述第一CPU主站包括第一主站电源模块，第一CPU模块，第一以太网输入输出EIO主模块和第一以太网模块，所述第二CPU主站包括第二主站电源模块，第二CPU模块，第二EIO主模块和第二以太网模块，其中，所述第一以太网模块和第二以太网模块分别与所述交换机连接，所述第一EIO主模块和第二EIO主模块连接，所述第一CPU模块和第二CPU模块通过热备光纤连接。
可选的，所述第一IO从站包括第一从站电源模块，第一EIO适配模块，以及至少两个输入模块和至少两个输出模块，所述第二IO从站包括第二从站电源模块，第二EIO适配模块，以及至少两个输入模块和至少两个输出模块，其中，所述第一EIO适配模块和第二EIO适配模块连接，所述第一EIO适配模块与所述第一EIO主模块连接，所述第二EIO适配模块与所述第二EIO主模块连接。
可选的，所述第一EIO主模块、第二EIO主模块、第一EIO适配模块与第二EIO适配模块通过双绞线环路连接。
可选的，在所述第一IO从站的输入模块和/或所述第二IO从站的输入模块上，对预设信号增加预设个数通道。
可选的，所述第一主站电源模块和第一从站电源模块的电源取自一路独立电源，所述第二主站电源模块和第二从站电源模块的电源取自另一路独立电源。
可选的，所述第一主站电源模块和第一从站电源模块的电源，取自所述汽轮机危急遮断系统的机柜电源的Ⅰ路电源，所述第二主站电源模块和第二从站电源模块的电源，取自所述汽轮机危急遮断系统的机柜电源的Ⅱ路电源。
可选的，所述第一CPU主站、第二CPU主站、第一IO从站和第二IO从站分别包括独立的空气开关。
可选的，所述第一CPU模块和第二CPU模块通过同一继电器连接至分布式控制系统。
通过本实用新型将IO从站分为两个IO从站，解决了CPU模块、IO从站、测点通道、电源模块、通讯模块合理优化配置的问题，保证机组ETS系统在任一模块或测点故障的情况下安全稳定运行。
本实用新型的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1是现有技术中汽轮机危急遮断系统的主机PLC的结构图；
图2是本实用新型提供的一种汽轮机危急遮断系统的主机PLC的结构图；
图3是本实用新型提供的另一种汽轮机危急遮断系统的主机PLC的结构图；
图4是现有技术中主机PLC的IO通道分配表；
图5是本实用新型提供的主机PLC的IO通道分配表；
图6是本实用新型提供的第一主站电源模块和第一从站电源模块的电源，以及第二主站电源模块和第二从站电源模块的电源的接线示意图；
图7是本实用新型提供的又一种汽轮机危急遮断系统的主机PLC的结构图。
附图标记说明
21 人机界面触摸屏 22 交换机
23 第一CPU主站 24 第二CPU主站
25 第一IO从站 26 第二IO从站
31 第一主站电源模块 32 第一CPU模块
33 第一EIO主模块 34 第一以太网模块
41 第二主站电源模块 42 第二CPU模块
43 第二EIO主模块 44 第二以太网模块
51 第一从站电源模块 52 第一EIO适配模块
53 输入模块 54 输出模块
61 第二从站电源模块 62 第二EIO适配模块
63 输入模块 64 输出模块
71 继电器 72 分布式控制系统
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
本实用新型实施例提供一种汽轮机危急遮断系统的主机PLC，如图2所示，所述主机PLC包括：支持以太网通讯方式的人机界面触摸屏21，与所述人机界面触摸屏连接的交换机22，以及通过环路连接的第一CPU主站23、第二CPU主站24、第一IO从站25和第二IO从站26，且所述交换机22分别与所述第一CPU主站23和第二CPU主站24连接，其中，所述第一CPU主站23和第二CPU主站24中的CPU模块均为具备热备自切功能，且支持QEIO(QuantumEthernet I/O,量子以太网输入输出)架构的CPU模块，所述第一IO从站25和第二IO从站26支持QEIO架构。
其中，将所述主机PLC的两个CPU模块的型号均为140CPU67160，该型号的CPU模块因自带热备自切功能，则将现有主机PLC中的两个热备模块取消，节约设备空间。另外该型号的CPU模块还支持QEIO架构。
由于所述主机PLC与DCS(分布式控制系统Distributed Control System)之间，以及所述主机PLC与人机界面触摸屏之间，都是通过MODBUS通讯端口进行通讯，但是该型号的CPU模块只有一个MODBUS通讯端口，所以将人机界面触摸屏设置为支持以太网通讯方式的触摸屏，并增加一个交换机，从而实现第一CPU主站、第二CPU主站和人机界面触摸屏之间的互联。
本实用新型通过QEIO架构实现了网络冗余，解决了电源模块、通讯模块冗余设置的问题，保证了机组的正常运行。
如图3所示，所述第一CPU主站23包括第一主站电源模块31，第一CPU模块32，第一EIO(Ethernet I/O,以太网输入输出)主模块33和第一以太网模块34，所述第二CPU主站24包括第二主站电源模块41，第二CPU模块42，第二EIO主模块43和第二以太网模块44，其中，所述第一以太网模块34和第二以太网模块44分别与所述交换机22连接，所述第一EIO主模块33和第二EIO主模块43连接，所述第一CPU模块32和第二CPU模块42通过热备光纤连接。
所述第一IO从站25包括第一从站电源模块51，第一EIO适配模块52，以及至少两个输入模块53和至少两个输出模块54，所述第二IO从站26包括第二从站电源模块61，第二EIO适配模块62，以及至少两个输入模块63和至少两个输出模块64，其中，所述第一EIO适配模块52和第二EIO适配模块62连接，所述第一EIO适配模块52与所述第一EIO主模块33连接，所述第二EIO适配模块62与所述第二EIO主模块43连接。
另外，所述第一EIO主模块和第二EIO主模块的型号为140CRP31200，所述第一EIO适配模块与第二EIO适配模块的型号为140CRA31200，通过菊花链回路拓扑管理远程I/O网络，QEIO架构不仅实现了网络冗余，所述第一EIO主模块、第二EIO主模块、第一EIO适配模块与第二EIO适配模块通过双绞线环路连接，使得通讯抗干扰能力提升。
由于将现有主机PLC中的IO从站分为两个IO从站，将所有IO信号合理分配到各IO从站，保证单个IO从站上电源模块或EIO适配模块故障时，不影响整个机组的运行。受所述主机PLC柜内空间限制，需将现有的IO从站10槽模块底板更换为2个6槽模块底板。
现有的主机PLC的IO从站通道分配表如图4所示，IO从站各通道信号按照对称分配的原则，将各信号分至两个IO从站，如图5所示，将输入模块M1、M3，以及输出模块M5、M7配置在所述第一IO从站，将输入模块M2、M4，以及输出模块M6、M8配置在所述第二IO从站。
另外，出于安全性的考虑，在所述第一IO从站的输入模块和/或所述第二IO从站的输入模块上，对预设信号增加预设个数通道。例如，高压差胀大(DEH)和低压差胀大(DEL)两个信号分别增加一路通道，采用二选一逻辑；MFT(Main Fuel Trip，锅炉主燃跳闸)增加两路通道，采用三取二逻辑。对IO通道中的设定信号合理选用常开或常闭节点，例如超速(110％)信号和电超速(114％)信号，由现有采用的常闭节点信号改为常开节点信号。
相应的，利用支持型号为140CPU67160的CPU模块的软件编写所述主机PLC的所有逻辑组态，例如Unity Pro软件。对于IO从站个数的增加，所有IO通道的地址需要重新设定。因为超速(110％)信号和电超速(114％)信号由常闭节点改为常开节点，逻辑中相应的节点需要修改。高压差胀大(DEH)和低压差胀大(DEL)由现有单点变更为双点，保护逻辑修改为两点相“与”，涉及TSI(Turbine Supervisory Instrumentation，汽轮机安全监视系统)系统需要同时作逻辑组态和接线方式的修改。另外，现有设计中轴向位移大具有通道试验功能，但实现试验功能所需的就地控制回路在机组基建时已被取消，因此本实用新型中的主机PLC中对逻辑内相应部分进行简化修改，同时将保护逻辑修改为“轴向位移大”信号双点相“与”，涉及TSI系统需要同时作逻辑组态和接线方式的修改。
由于现有主机PLC各站电源模块电源由继电器进行双路电源的切换，继电器故障时易引起主机PLC失电。因此，所述第一主站电源模块和第一从站电源模块的电源取自一路独立电源，所述第二主站电源模块和第二从站电源模块的电源取自另一路独立电源。可选的，如图6所示，所述第一主站电源模块和第一从站电源模块的电源，取自所述汽轮机危急遮断系统的机柜电源的Ⅰ路电源(TB1-1、2)，所述第二主站电源模块和第二从站电源模块的电源，取自所述汽轮机危急遮断系统的机柜电源的Ⅱ路电源(TB1-4、5)。
另外，本实用新型的每个IO从站至少包括两个输入模块和两个输出模块，也可以包含更多，在这里并不限定每个IO从站包含的输入模块和输出模块的个数。
可选的，所述第一CPU主站、第二CPU主站、第一IO从站和第二IO从站分别包括独立的空气开关，从而保证任一站在故障或极端情况下不会越级跳掉上一级的电源开关。所述主机PLC机柜内的风扇和检修插座的电源另取，不与两个CPU主站和两个IO从站共用电源，从而防止风扇和外接设备故障导致主机电源的异常。
与现有主机PLC一致，如图7所示，本实用新型提供的主机PLC中所述第一CPU模块和第二CPU模块通过同一继电器71连接至DCS 72。
通过本实用新型，将现有ETS系统内的主机PLC的两个CPU模块型号升级为140CPU67160，其自带热备自切功能，安全等级得到提高，配件配给得到保障。将网络架构改为QEIO架构，使用以太网方式进行通讯，即将两个CPU主站的EIO主模块设置为型号为140CRP31200的EIO模块，两个IO从站的EIO适配模块设置为型号为140CRA31200的EIO模块，通过菊花链回路拓扑管理远程I/O网络。QEIO架构不仅使得网络实现冗余，而且使用了双绞线作为通讯介质，使得通讯抗干扰能力得到了提升。另外，将IO从站分为两个IO从站，将所有IO信号合理分配到各IO从站，保证单个IO从站上电源模块或EIO适配模块故障时，不影响整个机组的运行，实现了电源、通讯模块冗余配置，安全等级大幅度提高，合理优化逻辑，提高保护正确动作率。
以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。
Claims (9)
1.一种汽轮机危急遮断系统的主机PLC，其特征在于，所述主机PLC包括：支持以太网通讯方式的人机界面触摸屏，与所述人机界面触摸屏连接的交换机，以及通过环路连接的第一CPU主站、第二CPU主站、第一IO从站和第二IO从站，且所述交换机分别与所述第一CPU主站和第二CPU主站连接，其中，所述第一CPU主站和第二CPU主站中的CPU模块均为具备热备自切功能，且支持量子以太网输入输出QEIO架构的CPU模块，所述第一IO从站和第二IO从站支持QEIO架构。
2.根据权利要求1所述的汽轮机危急遮断系统的主机PLC，其特征在于，所述第一CPU主站包括第一主站电源模块，第一CPU模块，第一以太网输入输出EIO主模块和第一以太网模块，所述第二CPU主站包括第二主站电源模块，第二CPU模块，第二EIO主模块和第二以太网模块，其中，所述第一以太网模块和第二以太网模块分别与所述交换机连接，所述第一EIO主模块和第二EIO主模块连接，所述第一CPU模块和第二CPU模块通过热备光纤连接。
3.根据权利要求2所述的汽轮机危急遮断系统的主机PLC，其特征在于，所述第一IO从站包括第一从站电源模块，第一EIO适配模块，以及至少两个输入模块和至少两个输出模块，所述第二IO从站包括第二从站电源模块，第二EIO适配模块，以及至少两个输入模块和至少两个输出模块，其中，所述第一EIO适配模块和第二EIO适配模块连接，所述第一EIO适配模块与所述第一EIO主模块连接，所述第二EIO适配模块与所述第二EIO主模块连接。
4.根据权利要求3所述的汽轮机危急遮断系统的主机PLC，其特征在于，所述第一EIO主模块、第二EIO主模块、第一EIO适配模块与第二EIO适配模块通过双绞线环路连接。
5.根据权利要求3所述的汽轮机危急遮断系统的主机PLC，其特征在于，在所述第一IO从站的输入模块和/或所述第二IO从站的输入模块上，对预设信号增加预设个数通道。
6.根据权利要求3所述的汽轮机危急遮断系统的主机PLC，其特征在于，所述第一主站电源模块和第一从站电源模块的电源取自一路独立电源，所述第二主站电源模块和第二从站电源模块的电源取自另一路独立电源。
7.根据权利要求6所述的汽轮机危急遮断系统的主机PLC，其特征在于，所述第一主站电源模块和第一从站电源模块的电源，取自所述汽轮机危急遮断系统的机柜电源的Ⅰ路电源，所述第二主站电源模块和第二从站电源模块的电源，取自所述汽轮机危急遮断系统的机柜电源的Ⅱ路电源。
8.根据权利要求1所述的汽轮机危急遮断系统的主机PLC，其特征在于，所述第一CPU主站、第二CPU主站、第一IO从站和第二IO从站分别包括独立的空气开关。
9.根据权利要求2所述的汽轮机危急遮断系统的主机PLC，其特征在于，所述第一CPU模块和第二CPU模块通过同一继电器连接至分布式控制系统DCS。
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