安全链系统剖析.ppt

* 金风1.5MW风力发电机组的安全系统介绍 作者：孙伟 主要内容： 一、机组安全系统的功能简述 二、机组安全系统的结构 三、机组安全系统逻辑结构 四、机组安全系统中的安全模块 五、安全系统程序功能块的描述 一、机组安全系统的功能简述 安全系统也叫做安全链，它是独立于计算机系统的软硬件保护措施。采用反逻辑设计，将可能对风力机组造成严重损害的故障节点串联成一个回路：紧急停机按钮（塔底主控制柜）、发电机过速模块1和2、扭缆开关、来自变桨系统安全链的信号、紧急停机按钮（机舱控制柜）、振动开关、PLC过速信号、到变桨系统的安全链信号、总线OK信号。一旦其中一个节点动作，将引起整条回路断电，机组进入紧急停机过程，并使主控系统和变流系统处于闭锁状态。如果故障节点得不到恢复，整个机组的正常的运行操作都不能实现。同时，安全链也是整个机组的最后一道保护，它处于机组的软件保护之后。安全系统由符合国际标准的逻辑控制模块和硬件开关节点组成，它的实施使机组更加安全可靠。 二、机组安全系统的结构 变桨系统与主控系统安全链的关系 从上图我们可以看出，变桨系统通过每个变桨柜中的K4继电器的触点来影响主控系统的安全链，而主控系统的安全链是通过每个变桨柜中的K7继电器的线圈来影响变桨系统。变桨的安全链与主控的安全链相互独立而又相互影响。当主控系统的安全链上一个节点动作断开时，安全链到变桨的继电器-115K3线圈失电，其触点断开，每个变桨柜中的K7继电器的线圈失电触点断开，变桨系统进入到紧急停机的模式，迅速向90度顺桨。当变桨系统出现故障（如变桨变频器OK信号丢失、90度限位开关动作等）时，变桨系统切断K4 继电器上的电源，K4 继电器的触点断开，使来安全链自变桨的继电器-115K7 线圈失电，其触点断开，主控系统的整个安全链也断开。同时，安全链到变桨的继电器-115K3线圈失电，其触点断开，每个变桨柜中的K7继电器的线圈失电触点断开，变桨系统中没有出现故障的叶片的控制系统进入到紧急停机的模式，迅速向90度顺桨。这样的设计使安全链环环相扣，能最大限度的对机组起到保护作用。 在实际的接线上，我们安全链上的各个节点并不是真正的串联在一起的，而是通过安全链模块中“与”的关系联系在一起的（见下图），每个输入在逻辑上都是高电平1，几个信号相与之后，其输出也必然都是高电平1，但是只要有1个输入信号变成低电平0，其输出也必然是低电平0。逻辑上的输出实际上是通过安全链的输出模块来控制的，分别控制-115K3和-106K4继电器。输入是由实际的开关触点和程序中的布尔变量来共同实现的。实际的开关触点的开关状态由安全链模块的输入模块进行采集。程序中的布尔变量是按程序来进行控制的。 三、机组安全系统逻辑结构 四、机组安全系统中的安全模块 4.1、安全系统的核心KL6904 KL6904 能够执行认证的安全功能，这些安全功能应该根据需要进行组态，例如紧停功能块，安全门监测等可以很方便地选择和连接。所有功能块可以自由连接，也可进行“与”、“或”等逻辑运算。所需的功能块通过TwinCAT 系统管理器组态，并通过现场总线下载到 KL6904 中。 KL6904是整个安全系统的核心，其内部装载着整个机组安全逻辑程序，其通讯采用TwinSAFE网络协议。在我们机组的应用中，其安全系统的通讯信号也是经过现场总线profibus-DP传输的。 整个安全（ TwinSAFE）系统通过TwinCAT系统管理器进行组态。所有的总线参数都能够在系统管理器中进行编辑和显示（除非参数已由系统自动设置）。 安全应用通过认证的功能块（例如急停，机器监控，操作模式等）实现。为此，选择需要的功能块，并将它们和所需的安全输入和输出进行连接。对于简单的和典型的安全功能需求，很容易通过功能块实现。对于复杂的安全功能需求，可以通过功能块的AND、OR等逻辑运算来实现。 组态好的安全应用通过现场总线或者以太网下载到KL6904中。其中包含用户信息，因此没有授权的话，是不能访问和修改TwinSAFE组态的。KL6904能够自动检测版本信息。通过TwinCAT系统管理器，TwinCAT PLC能够获得与安全相关的信号。PLC读取这些与安全有关的数据对安全性是没有影响的。 TwinSAFE（也可称为：软件安全系统） 理念可在广泛的领域实现安全性任务。它可实现标准信号和相关安全信号的混合结构。单独的网络配置也是可以实现的。并且，TwinSAFE 系统既可以作为一个单独运行的系统，也可以作为一个分布式预处理系统与更高层面的安全控制器进行安全通讯。KL6904 TwinSAFE 逻辑端子通过TwinCAT 系统管理