一种基于PLC的核电汽轮发电机仿真机箱的制作方法

一种基于plc的核电汽轮发电机仿真机箱
技术领域
1.本实用新型属于仿真机箱技术领域，具体涉及一种基于plc的核电汽轮发电机仿真机箱。


背景技术：

2.plc控制系统(programmable logic controller)，即可编程逻辑控制器，是专为工业生产设计的一种数字运算操作的电子装置，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程，是工业控制的核心部分。
3.自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器(plc)取代传统继电器控制装置以来，plc得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，plc 的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，plc在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的plc不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。
4.目前在核电厂使用的汽轮机控制系统仿真机是随p320控制机柜供货，存在以下几个缺点：1)内部系统软件的开放性低，核心控制逻辑和算法在运维手册中无描述，若需进行仿真试验时，都需要申请公司厂家派人到现场给予技术支持；2)设计的仿真机的机柜笨重，机柜重量约100kg，尺寸约0.8m*0.8m*2m，不同机组进行仿真试验时，需要对该控制柜进行机组间运输，十分不便；3)机柜内硬件结构设计复杂，使用时端子接线工作量很大，一次仿真试验全部拆接线所需要的时间约2周，导致仿真工作工期大幅延长。
5.综上所述，设计一套开放性高、重量轻、体积小、便捷性好的仿真机箱意义重大。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种基于plc的核电汽轮发电机仿真机箱，能够模拟仿真汽轮发电机的工况，在汽轮机控制系统正式投运前对该系统进行系统功能的逻辑验证。
7.本实用新型的技术方案如下：
8.一种基于plc的核电汽轮发电机仿真机箱，分别与移动工程师站和汽轮机控制系统电性连接；
9.移动工程师站用于编程和调试工具；
10.仿真机箱包括机箱正门、机箱背门和箱体；
11.在所述的机箱正门内的箱体中设有负载电源、浪涌保护器、空开、系统电源、cpu控制器、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、接线槽；
12.所述的负载电源用于为信号回路提供直流驱动电源，浪涌保护器用于优化输入电源，保护系统设备；
13.所述的系统电源为cpu控制器和io卡件提供直流电源，cpu控制器作为控制逻辑处
理单元，数字量输入模块包括前连接器模块和数字量采集模块，数字量输出模块包括前连接器模块和数字量发送模块，模拟量输入模块可采集电压、电流、热电阻和热电信号，模拟量输出模块用于模拟量发送；
14.在所述的负载电源和浪涌保护器的四周，以及机箱正门内的四周，分别布置有接线槽，用于固定柜内电源和信号线路走向；
15.在所述的机箱背门内的箱体中设有接线端子排、继电器、接线槽；
16.所述的接线端子排用于插接与汽轮机控制系统的连接线；
17.所述的继电器用于为数字量输出信号回路与控制回路提供电气隔离条件；
18.在所述的接线端子排和继电器之间，以及机箱背门内的四周，分别布置有接线槽，用于固定柜内电源和信号线路走向。
19.在所述的机箱正门和机箱背门内侧分别设有导电门封垫条，以提高抗射频干扰的能力；
20.在所述的箱体底部设有万向轮，便于转移。
21.所述的负载电源设于机箱正门内的左上角，浪涌保护器并排设于负载电源的右侧。
22.所述的空开、系统电源、cpu控制器、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块依次并排布置，位于负载电源和浪涌保护器的下方。
23.所述的接线端子排有两排，相互平行设于机箱背门内的上部。
24.所述的继电器位于机箱背门内的下部。
25.所述的仿真机箱接收汽轮机控制系统发送的多路高压调阀指令、多路中压调阀指令等模拟量电流信号，通过访问仿真机箱移动工程师站实时组态显示阀门开度0
‑
100％。
26.所述仿真机箱的数字量输入模块接口接收汽轮机控制系统发送的初始化开关、汽轮机挂闸状态、保护控制器状态、试验电磁阀指令信号等开关量信号，并通过移动工程师站实时组态显示各汽轮机的运行状态。
27.所述仿真机箱的模拟量输出模块接口将移动工程师站对组态调阀、截止阀的反馈信号，高缸排气压力、低缸排气压力、润滑油压力等模拟量信号发送至汽轮机控制系统。
28.所述仿真机箱的数字量输出模块接口将系统仿真的电网开关信号、发电机开关信号、甩负载一系列状态信号发送至汽轮机控制系统。
29.本实用新型的有益效果在于：
30.本实用新型仿真机箱配置了cpu/模拟量数字量卡件，必要的冗余通道，整体上考虑了汽轮机模式试验的所有工况，包括模拟汽轮机转速控制、并网操作、功率控制、甩负荷控制，以及一些紧急故障模拟，如汽轮机发电机组跳闸和脱网。具备如下效果：
31.(1)本实用新型基于plc的仿真机箱可以模拟汽轮发电机组的全部工况，在汽轮机控制系统正式投运前进行系统调试，有效保护汽轮发电机组的安全。
32.(2)本实用新型仿真机箱通过设计移动工程师站进行组态和画面监视功能，在调试汽轮机控制系统时，直观显示汽轮发电机组的运行状况，协助分析汽轮机控制系统的软件缺陷。
33.(3)本实用新型仿真机箱，cpu采用西门子1500系列cpu 1511
‑
1pn，io 数字量卡件采用32通道数字量采集模块，模拟量输入是8通道模拟量多功能采集模块，可采集电压、电
流、热电阻和热电信号，模拟量输出是8通道模拟量发送模块，在工业plc的普及使用率极高，同时上位机组态画面使用西门子配套的wincc组态软件，系统的开放性和稳定性极高，具有强大的脚本编译范围。
34.(4)本实用新型仿真机箱的规格尺寸不超过600mm
×
400mm
×
1000mm，总重量在80kg左右，机箱底部安装四个万向轮，转移过程非常方便。
35.(5)本实用新型仿真机箱的接线端子采用航空插头的形式，拆接线极其方便，同时仿真机箱的io点位设计与核电现场的控制机柜共地，部分的开关量和模拟量信号可以通过单线芯进行传递，同样也大大减少了接线的工作量。
附图说明
36.图1为系统结构示意图；
37.图2为机箱正面内部布置示意图；
38.图3为机箱背面内部布置示意图；
39.图4为实施例机箱正面内部布置示意图；
40.图5为实施例机箱背面内部布置示意图。
41.图中：1
‑
仿真机箱；2
‑
汽轮机控制系统；3
‑
负载电源；4
‑
浪涌保护器；5
‑
系统电源；6
‑
cpu控制器；7
‑
数字量输入模块；8
‑
数字量输出模块；9
‑
模拟量输入模块；10
‑
模拟量输出模块；11
‑
接线端子排；12
‑
继电器；13
‑
接线槽。
具体实施方式
42.下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
43.如图1所示的一种基于plc的核电汽轮发电机仿真机箱，分别与移动工程师站和汽轮机控制系统2电性连接。
44.plc选用西门子1500系列cpu 1511
‑
1pn。
45.移动工程师站用于编程和调试工具。
46.仿真机箱1包括机箱正门、机箱背门和箱体。在所述的机箱正门和机箱背门内侧分别设有导电门封垫条，以提高抗射频干扰rfi的能力。在所述的箱体底部设有万向轮，便于转移。
47.如图2所示，在所述的机箱正门内的箱体中设有负载电源3、浪涌保护器4、空开、系统电源5、cpu控制器6、数字量输入模块7、数字量输出模块8、模拟量输入模块9、模拟量输出模块10、接线槽13。
48.所述的负载电源3设于机箱正门内的左上角，浪涌保护器4并排设于负载电源3的右侧。所述的负载电源3用于为信号回路提供直流驱动电源，浪涌保护器4用于优化输入电源，保护系统设备。
49.所述的空开、系统电源5、cpu控制器6、数字量输入模块7、数字量输出模块8、模拟量输入模块9、模拟量输出模块10依次并排布置，位于负载电源3 和浪涌保护器4的下方。
50.所述的系统电源5为cpu控制器6和io卡件提供直流电源，cpu控制器 6作为控制逻辑处理单元，数字量输入模块7包括前连接器模块和数字量采集模块，数字量输出模块8包括前连接器模块和数字量发送模块，模拟量输入模块9 可采集电压、电流、热电阻和热电信
号，模拟量输出模块10用于模拟量发送。
51.在所述的负载电源3和浪涌保护器4的四周，以及机箱正门内的四周，分别布置有接线槽13，用于固定柜内电源和信号线路走向。
52.如图3所示，在所述的机箱背门内的箱体中设有接线端子排11、继电器12、接线槽13。
53.所述的接线端子排11有两排，相互平行设于机箱背门内的上部，用于插接与汽轮机控制系统的连接线。
54.所述的继电器12位于机箱背门内的下部，共一排，用于为数字量输出信号回路与控制回路提供电气隔离条件。
55.在所述的接线端子排11和继电器12之间，以及机箱背门内的四周，分别布置有接线槽13，用于固定柜内电源和信号线路走向。
56.所述的仿真机箱1接收汽轮机控制系统2发送的多路高压调阀指令、多路中压调阀指令等模拟量电流信号，通过访问仿真机箱1移动工程师站实时组态显示阀门开度0
‑
100％；
57.所述仿真机箱1的数字量输入模块7接口接收汽轮机控制系统2发送的初始化开关、汽轮机挂闸状态、保护控制器状态、试验电磁阀指令信号等开关量信号，并通过移动工程师站实时组态显示各汽轮机的运行状态；
58.所述仿真机箱1的模拟量输出模块10接口将移动工程师站对组态调阀、截止阀的反馈信号，高缸排气压力、低缸排气压力、润滑油压力等模拟量信号发送至汽轮机控制系统2；
59.所述仿真机箱1的数字量输出模块8接口将系统仿真的电网开关信号、发电机开关信号、甩负载一系列状态信号发送至汽轮机控制系统2。
60.所述仿真机箱1内各信号线路的接线端子采用航空插头。
61.实施例
62.采用西门子plc搭设的汽轮机仿真机箱，包括负载电源、系统电源、cpu 控制器、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、继电器、浪涌保护器，如图4、5所示。
63.所述的负载电源为西门子电源模块pm 190w，为信号回路提供直流驱动电源；
64.所述的系统电源为西门子电源模块ps 25w，为cpu控制器和io卡件提供直流电源；
65.所述的cpu控制器为西门子控制器模块cpu1511
‑
1 pn，控制逻辑处理单元；
66.所述的数字量输入模块为西门子io卡件di 32
×
24vdc ba，包括前连接器模块，32通道数字量采集模块；
67.所述的数字量输出模块为西门子io卡件dq 32
×
24vdc/0.5a ba，包括前连接器模块，32通道数字量发送模块；
68.所述的模拟量输入模块为西门子io卡件ai 8
×
u/i/rtd/tc st，8通道模拟量多功能采集模块，可采集电压、电流、热电阻和热电信号；
69.所述的模拟量输出模块为西门子io卡件aq 8
×
u/i hs，8通道模拟量发送模块；
70.所述的继电器为数字量输出信号回路与控制回路提供电气隔离条件；
71.所述的浪涌保护器可优化输入电源，保护系统设备。
72.所述的汽轮机仿真机箱分别与移动工程师站和汽轮机控制系统电性连接。