安全鏈系統(tǒng)教學課件

1、金風1.5MW風力發(fā)電機組的安全系統(tǒng)介紹作者：孫偉主要內(nèi)容：一、機組安全系統(tǒng)的功能簡述二、機組安全系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)三、機組安全系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)四、機組安全系統(tǒng)中的安全模塊五、安全系統(tǒng)程序功能塊的描述一、機組安全系統(tǒng)的功能簡述 安全系統(tǒng)也叫做安全鏈，它是獨立于計算機系統(tǒng)的軟硬件保護措施。采用反邏輯設計，將可能對風力機組造成嚴重損害的故障節(jié)點串聯(lián)成一個回路：緊急停機按鈕（塔底主控制柜）、發(fā)電機過速模塊1和2、扭纜開關、來自變槳系統(tǒng)安全鏈的信號、緊急停機按鈕（機艙控制柜）、振動開關、PLC過速信號、到變槳系統(tǒng)的安全鏈信號、總線OK信號。一旦其中一個節(jié)點動作，將引起整條回路斷電，機組進入緊急停機過程，并使主控系

2、統(tǒng)和變流系統(tǒng)處于閉鎖狀態(tài)。如果故障節(jié)點得不到恢復，整個機組的正常的運行操作都不能實現(xiàn)。同時，安全鏈也是整個機組的最后一道保護，它處于機組的軟件保護之后。安全系統(tǒng)由符合國際標準的邏輯控制模塊和硬件開關節(jié)點組成，它的實施使機組更加安全可靠。 二、機組安全系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變槳系統(tǒng)與主控系統(tǒng)安全鏈的關系 從上圖我們可以看出，變槳系統(tǒng)通過每個變槳柜中的K4繼電器的觸點來影響主控系統(tǒng)的安全鏈，而主控系統(tǒng)的安全鏈是通過每個變槳柜中的K7繼電器的線圈來影響變槳系統(tǒng)。變槳的安全鏈與主控的安全鏈相互獨立而又相互影響。當主控系統(tǒng)的安全鏈上一個節(jié)點動作斷開時，安全鏈到變槳的繼電器-115K3線圈失電，其觸點斷開，每個變槳柜

3、中的K7繼電器的線圈失電觸點斷開，變槳系統(tǒng)進入到緊急停機的模式，迅速向90度順槳。當變槳系統(tǒng)出現(xiàn)故障（如變槳變頻器OK信號丟失、90度限位開關動作等）時，變槳系統(tǒng)切斷K4 繼電器上的電源，K4 繼電器的觸點斷開，使來安全鏈自變槳的繼電器-115K7 線圈失電，其觸點斷開，主控系統(tǒng)的整個安全鏈也斷開。同時，安全鏈到變槳的繼電器-115K3線圈失電，其觸點斷開，每個變槳柜中的K7繼電器的線圈失電觸點斷開，變槳系統(tǒng)中沒有出現(xiàn)故障的葉片的控制系統(tǒng)進入到緊急停機的模式，迅速向90度順槳。這樣的設計使安全鏈環(huán)環(huán)相扣，能最大限度的對機組起到保護作用。 在實際的接線上，我們安全鏈上的各個節(jié)點并不是真正的串聯(lián)在

4、一起的，而是通過安全鏈模塊中“與”的關系聯(lián)系在一起的（見下圖），每個輸入在邏輯上都是高電平1，幾個信號相與之后，其輸出也必然都是高電平1，但是只要有1個輸入信號變成低電平0，其輸出也必然是低電平0。邏輯上的輸出實際上是通過安全鏈的輸出模塊來控制的，分別控制-115K3和-106K4繼電器。輸入是由實際的開關觸點和程序中的布爾變量來共同實現(xiàn)的。實際的開關觸點的開關狀態(tài)由安全鏈模塊的輸入模塊進行采集。程序中的布爾變量是按程序來進行控制的。三、機組安全系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)四、機組安全系統(tǒng)中的安全模塊4.1、安全系統(tǒng)的核心KL6904 KL6904 能夠執(zhí)行認證的安全功能，這些安全功能應該根據(jù)需要進行組態(tài)，例

5、如緊停功能塊，安全門監(jiān)測等可以很方便地選擇和連接。所有功能塊可以自由連接，也可進行“與”、“或”等邏輯運算。所需的功能塊通過TwinCAT 系統(tǒng)管理器組態(tài)，并通過現(xiàn)場總線下載到 KL6904 中。 KL6904是整個安全系統(tǒng)的核心，其內(nèi)部裝載著整個機組安全邏輯程序，其通訊采用TwinSAFE網(wǎng)絡協(xié)議。在我們機組的應用中，其安全系統(tǒng)的通訊信號也是經(jīng)過現(xiàn)場總線profibus-DP傳輸?shù)摹?整個安全（ TwinSAFE）系統(tǒng)通過TwinCAT系統(tǒng)管理器進行組態(tài)。所有的總線參數(shù)都能夠在系統(tǒng)管理器中進行編輯和顯示（除非參數(shù)已由系統(tǒng)自動設置）。 安全應用通過認證的功能塊（例如急停，機器監(jiān)控，操作模式等）

6、實現(xiàn)。為此，選擇需要的功能塊，并將它們和所需的安全輸入和輸出進行連接。對于簡單的和典型的安全功能需求，很容易通過功能塊實現(xiàn)。對于復雜的安全功能需求，可以通過功能塊的AND、OR等邏輯運算來實現(xiàn)。 組態(tài)好的安全應用通過現(xiàn)場總線或者以太網(wǎng)下載到KL6904中。其中包含用戶信息，因此沒有授權(quán)的話，是不能訪問和修改TwinSAFE組態(tài)的。KL6904能夠自動檢測版本信息。通過TwinCAT系統(tǒng)管理器，TwinCAT PLC能夠獲得與安全相關的信號。PLC讀取這些與安全有關的數(shù)據(jù)對安全性是沒有影響的。 TwinSAFE（也可稱為：軟件安全系統(tǒng)） 理念可在廣泛的領域?qū)崿F(xiàn)安全性任務。它可實現(xiàn)標準信號和相關安

7、全信號的混合結(jié)構(gòu)。單獨的網(wǎng)絡配置也是可以實現(xiàn)的。并且，TwinSAFE 系統(tǒng)既可以作為一個單獨運行的系統(tǒng)，也可以作為一個分布式預處理系統(tǒng)與更高層面的安全控制器進行安全通訊。KL6904 TwinSAFE 邏輯端子通過TwinCAT 系統(tǒng)管理器實現(xiàn)網(wǎng)絡連接。這樣，通過總線系統(tǒng)或現(xiàn)有的以太網(wǎng)連接，機器的安全性網(wǎng)絡可以輕松而經(jīng)濟地實現(xiàn)。由 Beckhoff 研發(fā)的 TwinSAFE 協(xié)議可使相關安全數(shù)據(jù)通過任何介質(zhì)（純黑色通道）進行傳輸，因為傳輸介質(zhì)對系統(tǒng)的安全性不發(fā)生作用。TwinSAFE 可與PROFIBUS，CANopen，Interbus 或以太網(wǎng)系統(tǒng)（如 EtherCAT）等現(xiàn)場總線系統(tǒng)混

8、合使用。所有這些系統(tǒng)也可無限制地自由混合。TwinSAFE 的殘余錯誤率符合 IEC 61505 SIL 3 標準，所以適用于工業(yè)自動化的典型應用。協(xié)議可自動變化以適應傳輸數(shù)據(jù)的長度。如，TwinSAFE 協(xié)議可使 100Mbit/s 的以太網(wǎng)或者 10kbit/s的串口適用于傳輸安全性數(shù)據(jù)。通訊系統(tǒng)無需承載不必要的負擔。所有安全性或非安全性的數(shù)據(jù)均可提供給非安全性的控制器（TwinCAT），用于作進一步的處理或分析。出色的診斷功能使得調(diào)試工作非常輕松高效，進而提高了系統(tǒng)的可用性。 4.2、安全系統(tǒng)的輸入模塊KL1904和輸出模塊KL2904KL1904是安全鏈數(shù)字輸入模塊，它可以給外部傳感器

9、提供24VDC電源。Kl1904有4 路失效保護輸入。KL1904符合IEC 61508 SIL 3 和 EN 954 Cat. 4 或 DIN V 19251 AK 6標準。KL2904是4通道安全鏈數(shù)字輸出模塊，它可以關斷24VDC，最大電流2A的執(zhí)行機構(gòu)。KL2904遵循IEC 61508 SIL 3, EN 954 Cat. 4 和 DIN V 19251 AK 6標準。如果安全鏈檢測到故障，它將自動關斷。4.3、安全系統(tǒng)的輸出模塊KL2904五、安全系統(tǒng)程序功能塊的描述5.1、AND功能塊“與”的關系，類似于乘法的概念，輸入都是1時，輸出是1；只要有1個輸入為0，輸出就為0。5.2、OR功能塊“或”的關系，類似于加法的概念，輸入都是0時，輸出是0；只要有1個輸入為1，輸出就為1。5.3、ESTOP功能塊用于緊急情況下的功能控制。5.4、DECOUPLE功能塊類似于通道的概念，輸入是什么，輸出就是什么。如果輸入是1，那么輸出是1；如果輸入是0，那么輸出是0。5.5、ESTOP功能塊的典型應用謝謝！人有了知識，就會具備各種分析能