1、工業(yè)電器與自動化 第十單元 信號報警及聯(lián)鎖 保護控制系統(tǒng)關(guān)鍵詞： 信號報警及連鎖保護系統(tǒng)、ESD系統(tǒng)。 學(xué)習(xí)目標：知識目標：了解信號報警及連鎖保護系統(tǒng)組成及特點； 掌握信號報警及連鎖保護系統(tǒng)操作規(guī)程；能力目標：能熟練進行常規(guī)信號報警及連鎖保護系統(tǒng)的正確處理操作； 會ESD系統(tǒng)正確操作。第十單元 信號報警與聯(lián) 鎖保護系統(tǒng) 信號報警及聯(lián)鎖系統(tǒng)是現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中非常重要的組成部分，是保證安全生產(chǎn)的重要措施之一。其作用是對生產(chǎn)過程狀況進行自動監(jiān)視，當某些工藝變量達到或超過某一規(guī)定數(shù)值時，或者生產(chǎn)運行狀態(tài)發(fā)生異常變化時，采用燈光和聲音的方式提醒操作人員注意，此時生產(chǎn)過程已處于臨界狀態(tài)或危險狀態(tài)，必須采取

2、相應(yīng)措施以恢復(fù)生產(chǎn)正常。如果生產(chǎn)過程出現(xiàn)劇烈變化，操作人員來不及采取措施，工藝變量繼續(xù)上升（或下降），聯(lián)鎖系統(tǒng)必須按照預(yù)先設(shè)定的邏輯關(guān)系自動的采取緊急措施，啟動（或關(guān)閉）某些設(shè)備甚至自動停車，從而避免發(fā)生更大的事故，保證人身和設(shè)備的安全。第十單元 信號報警與聯(lián) 鎖保護系統(tǒng) 一、信號報警和聯(lián)鎖保護系統(tǒng)組成信號報警和聯(lián)鎖保護系統(tǒng)由三個部分組成。（一）檢測元件 主要包括工藝變量、設(shè)備狀態(tài)檢測接點、控制盤開關(guān)、按鈕、選擇開關(guān)以及操作指令等。它們主要起到變量檢測和發(fā)布指令的作用。這些元件的通斷狀態(tài)也就是系統(tǒng)的輸入信號。（二）執(zhí)行元件 也叫輸出元件，主要包括報警顯示元件 (燈，笛等)和操縱設(shè)備的執(zhí)行元件

3、(電磁閥、電動機、啟動器等)。這些元件由系統(tǒng)的輸出信號驅(qū)動。（三）邏輯元件 又叫中間元件，它們根據(jù)輸入信號進行邏輯運算，并向執(zhí)行元件發(fā)出控制信號。邏輯元件以前多采用有觸點的繼電器、接觸器線路和無觸點的晶體管、集成電路等，近些年來則廣泛采用PLC、DCS和ESD系統(tǒng)(ESD是英文Emergency Shutdown Device緊急停車系統(tǒng)的縮寫)。這種專用的安全保護系統(tǒng)是90年代發(fā)展起來的，以它的高可靠性和靈活性而受到一致好評。ESD緊急停車系統(tǒng)按照安全獨立原則要求，獨立于DCS集散控制系統(tǒng)，其安全級別高于DCS)。10-1 繼電保護基礎(chǔ)知識二、信號報警和聯(lián)鎖保護系統(tǒng)的技術(shù)要求 合理的設(shè)計信號

4、報警及聯(lián)鎖保護系統(tǒng)是保證生產(chǎn)安全進行的必要條件。如果信號報警及聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計不合理，則可能會出現(xiàn)當工藝變量距離危險界限較遠時發(fā)生多點報警或出現(xiàn)聯(lián)鎖操作，給生產(chǎn)操作帶來不必要的麻煩。所以對生產(chǎn)過程中信號報警和聯(lián)鎖保護系統(tǒng)就必須提出一定的技術(shù)要求。（一）設(shè)置變量適宜的報警點、聯(lián)鎖點。設(shè)置報警點、聯(lián)鎖點既要滿足工藝要求，又必須少而精。過多地設(shè)置報警和聯(lián)鎖點，粗看起來似乎更安全，但往往造成報警過于頻繁，甚至動不動就停車，反而影響生產(chǎn)。（二）報警聯(lián)鎖內(nèi)容必須符合工藝要求。信號報警系統(tǒng)應(yīng)盡可能為尋找事故提供方便，使其有助于判斷故障的性質(zhì)、程度和范圍，例如，是一般性故障還是瞬時故障?是第一故障還是第二故障?聯(lián)

5、鎖保護系統(tǒng)既要保證安全，又要盡可能縮小聯(lián)鎖停車對生產(chǎn)的影響。當變量超限時，聯(lián)鎖只是有選擇地切除那些繼續(xù)運行會引發(fā)事故的設(shè)備，而與事故無關(guān)的設(shè)備仍可保持繼續(xù)運轉(zhuǎn)。10-1 繼電保護基礎(chǔ)知識（三）整套裝置應(yīng)高度可靠。信號聯(lián)鎖保護系統(tǒng)必須具有高度的可靠性，既不會拒動作 (該動作時不動作)，也不會誤動作 (不該動作時動作)。一般說來，裝置中選用的元器件質(zhì)量越高，線路越簡明，中間環(huán)節(jié)越少，其可靠性越高。（四）有穩(wěn)定可靠的電源系統(tǒng)。報警聯(lián)鎖系統(tǒng)的電源應(yīng)配用不間斷電源，即UPS電源。當外部電源發(fā)生故障時，通常要求該電源供電時間為3O分鐘。（五）報警聯(lián)鎖系統(tǒng)應(yīng)便于安裝、維修和操作。例如，在報警系統(tǒng)中安排“試驗

6、”回路，以便檢查指示燈、電笛等易損壞的元件。在聯(lián)鎖系統(tǒng)中，安排手操解鎖環(huán)節(jié)，以便在開車、運行、檢修時解除聯(lián)鎖。（六）報警聯(lián)鎖系統(tǒng)的使用環(huán)境應(yīng)符合要求。在易燃易爆的危險場所使用的電氣元件應(yīng)符合相應(yīng)的防爆要求。在高溫、低溫、潮濕、有腐蝕性氣體的環(huán)境中，應(yīng)采取相應(yīng)防護措施。如降溫、保溫、通風(fēng)、干燥等。10-1 繼電保護基礎(chǔ)知識（三）整套裝置應(yīng)高度可靠。信號聯(lián)鎖保護系統(tǒng)必須具有高度的可靠性，既不會拒動作 (該動作時不動作)，也不會誤動作 (不該動作時動作)。一般說來，裝置中選用的元器件質(zhì)量越高，線路越簡明，中間環(huán)節(jié)越少，其可靠性越高。（四）有穩(wěn)定可靠的電源系統(tǒng)。報警聯(lián)鎖系統(tǒng)的電源應(yīng)配用不間斷電源，即U

7、PS電源。當外部電源發(fā)生故障時，通常要求該電源供電時間為3O分鐘。（五）報警聯(lián)鎖系統(tǒng)應(yīng)便于安裝、維修和操作。例如，在報警系統(tǒng)中安排“試驗”回路，以便檢查指示燈、電笛等易損壞的元件。在聯(lián)鎖系統(tǒng)中，安排手操解鎖環(huán)節(jié)，以便在開車、運行、檢修時解除聯(lián)鎖。（六）報警聯(lián)鎖系統(tǒng)的使用環(huán)境應(yīng)符合要求。在易燃易爆的危險場所使用的電氣元件應(yīng)符合相應(yīng)的防爆要求。在高溫、低溫、潮濕、有腐蝕性氣體的環(huán)境中，應(yīng)采取相應(yīng)防護措施。如降溫、保溫、通風(fēng)、干燥等。10-1 繼電保護基礎(chǔ)知識一、自動信號的類型（一）位置信號：一般用以表示被監(jiān)督對象的工作狀態(tài)，如閥門的開關(guān)；接觸器的通斷。（二）指令信號：把預(yù)先確定的指令從一個車間、控

8、制室傳遞到其它的車間或控制室。（三）保護作用信號：用以表示某自動保護或聯(lián)鎖的工作狀況的信息。當工藝變量不等于規(guī)定數(shù)值時進行報警。這類信號分成兩種，一種是報警信號，即被監(jiān)督的變量超出其正常值，但未超出允許值；另一種為事故信號，即被監(jiān)督的變量已超出其允許值。前一種信號要求操作者注意，常以燈光、音響表現(xiàn)出來；后一種信號要求立即采取措施，常伴隨著聯(lián)鎖系統(tǒng)的動作。10-2 自動信號報警及電路 二、信號報警系統(tǒng)的組成 信號報警系統(tǒng)一般由檢測元件、信號報警器以及信號燈、音響器、按鈕等組成。（一）檢測元件檢測元件對生產(chǎn)過程中的某個量進行自動監(jiān)視，當該變量達到某一特定數(shù)值時，向信號報警系統(tǒng)提供一個開關(guān)信號，該信

9、號通常是一個接點信號，即該變量達到某一特定值時，該元件的常開接點閉合，常閉觸點斷開。所以說檢測元件為信號報警系統(tǒng)的輸入元件。檢測元件大致可分為以下四類。1檢測開關(guān)。這類檢測裝置通常由測量敏感元件、連桿機構(gòu)、刻度標尺、可調(diào)設(shè)定裝置和接點組成。 10-2 自動信號報警及電路 2模擬信號報警開關(guān)。這類檢測裝置接收標準模擬信號，即420mADC、010mADC、l5VDC和0.020.lMPa輸出報警開關(guān)信號。該裝置上通常都有刻度標尺和調(diào)節(jié)設(shè)定裝置，刻度標尺的作用是給出一個生產(chǎn)過程變量的指示，可調(diào)設(shè)定裝置一般可在全信號范圍內(nèi)調(diào)整，通過對可調(diào)設(shè)定裝置的調(diào)整，可設(shè)定生產(chǎn)過程變量的報警動作點。接點開關(guān)系統(tǒng)則

10、在變量超限時則發(fā)生狀態(tài)變化。3附屬的輔助報警開關(guān)。這類報警開關(guān)是某些指示、記錄儀的附屬開關(guān)。在這類帶有報警開關(guān)的指示、記錄儀上有一個可調(diào)整的報警值設(shè)定裝置，通過該裝置可以設(shè)定或改變報警動作點。 4無觸點報警開關(guān)。這類開關(guān)的工作原理是利用一個動金屬片與開關(guān)端面之間距離的變化來決定是否觸發(fā)開關(guān)動作，實際上是一種接近開關(guān)。 10-2 自動信號報警及電路 （二）信號報警器信號報警器可分為兩類，有觸點信號報警器和無觸點信號報警器。前者是通過繼電器接點進行邏輯運算，帶動相應(yīng)的信號燈和音響器 (電鈴、電笛、蜂鳴器等)發(fā)生聲、光報警信號;后者是通過半導(dǎo)體邏輯電路進行邏輯運算，帶動相應(yīng)的信號燈發(fā)出光報警信號，這

11、類信號報警器通常需要外接音響器才能發(fā)出聲報警信號。此外信號報警系統(tǒng)-般都配備有消聲和試驗按鈕。消聲按鈕又稱確認按鈕，當過程變量出現(xiàn)超限時，信號報警系統(tǒng)便發(fā)出聲、光信號報警，操作人員得知后按下消聲按鈕進行確認，音響信號停止，燈光信號變?yōu)槠焦怙@示，操作人員可根據(jù)燈光信號所顯示的位號 (每個信號燈都有監(jiān)視變量位號)，采取相應(yīng)的措施來消除故障，待過程變量回到正常狀態(tài)之后，相應(yīng)信號燈熄滅。 10-2 自動信號報警及電路 三、信號報警系統(tǒng)的功能（一）一般信號報警系統(tǒng)的功能當變量超限時，故障檢測元件發(fā)出信號，信號報警系統(tǒng)動作，發(fā)出聲音和閃光信號。當操作人員得知報警后，按下確認按鈕，音響聲停止，信號燈由閃光變

12、為平光，當采取一定措施后，變量重新回到正常范圍時，燈光熄滅，信號報警系統(tǒng)自動恢復(fù)正常狀態(tài)，等待故障檢測元件再次送來超限信號。燈光的閃光是采用晶體管閃爍繼電器來實現(xiàn)的。如報警系統(tǒng)動作后的燈光為平光，系統(tǒng)即為不閃光報警系統(tǒng)。當變量超限時，故障檢測元件發(fā)出信號，信號報警系統(tǒng)發(fā)出聲光報警；操作人員按下確認按鈕后，聲音停止，燈為平光，當采取措施后，變量回歸正常值時，燈光熄滅，信號報警系統(tǒng)自動恢復(fù)正常狀態(tài)。上面兩種情況系統(tǒng)均帶有試驗按鈕，正常情況下，按下試驗按鈕，所有信號燈都亮且音響器發(fā)生報警聲。顯然，二者相比，閃光報警更能引起操作人員的注意，所以閃光報警得到了廣泛的應(yīng)用。10-2 自動信號報警及電路 四

13、、信號報警系統(tǒng)實例1.繼電觸點報警系統(tǒng) 圖10-1所示，為采用繼電器觸點進行邏輯運算構(gòu)成的一般事故信號報警電路。圖中，X1為電接點液位計的常開觸點，當高位槽液位超過上限時接通。此時，中間繼電器1ZJ線圈通電，其常開觸點1ZJ-1和1ZJ-2閉合，相應(yīng)電路接通，燈1BD亮，電喇叭LB發(fā)出聲音，實現(xiàn)聲光報警。當按下消聲按鈕1XA時，中間繼電器線圈101ZJ通電，其常開觸點101ZJ-1閉合自鎖，常閉觸點101ZJ-2斷開，LB電路失電，電喇叭消聲。而1BD燈繼續(xù)發(fā)光。當故障排除后，變量恢復(fù)正常，X1斷開，1ZJ線圈斷電，觸點1ZJ-1和1ZJ-2復(fù)位，1BD熄滅，電路重新處于等待狀態(tài)。圖中，X2為

14、電接點壓力表的常閉觸點，當水壓低于設(shè)定值時斷開。此時，中間繼電器2ZJ線圈斷電，其常開觸點2ZJ-1復(fù)位斷開，2BD電路接通，燈亮；同時常閉觸點2ZJ-2復(fù)位閉合，而101ZJ線圈無電，101ZJ-2閉合，電喇叭電路接通，LB發(fā)出聲音，實現(xiàn)聲光報警。因為是水壓低于設(shè)定值時的報警，所以為液位下限報警。當按下消聲按鈕1XA時，電喇叭消聲，2BD燈繼續(xù)發(fā)光。當故障排除后，變量恢復(fù)正常，X2閉合，2ZJ線圈通電，觸點2ZJ-1閉合，2BD熄滅，電路重新處于等待狀態(tài)。按下試驗按鈕2XA時，1BD和2BD電路均通電，兩燈都發(fā)光，說明電路正常。10-2 自動信號報警及電路 圖10-1 繼電器構(gòu)成的一般事故報

15、警電路2.PLC一般報警系統(tǒng) 圖10-2為采用日本立石公司（OMRON公司）C系列PLC一般事故報警系統(tǒng)信號波形圖和梯形圖。二個報警信號，分別為X1和X2，確認按鈕信號是X3，為了便于對信號報警系統(tǒng)進行檢查，必須對信號燈和聲響進行檢查，因此設(shè)置試驗按鈕，信號設(shè)為X4。采用計時器完成振蕩電路，設(shè)為TIM1和TIM2。二個信號燈的輸出阻抗分別為Y1和Y2，聲響的輸出為Y5。此外對確認信號的保持需要二個內(nèi)部繼電器，設(shè)為Y3和Y4。圖中第1梯級和第2梯級用于產(chǎn)生振蕩信號，計時器時間K可以設(shè)置為0.5s，計時器指令可以根據(jù)不同的產(chǎn)品用相應(yīng)的指令。在簡單的應(yīng)用場合，也可以用時基脈沖作為振蕩器的信號來簡化線

16、路，但在信號燈開始的時間上可能會有不同步的情況。第3梯級和第4梯級是信號燈電路。第5梯級和第6梯級用于確認信號，并提供各確認信號系統(tǒng)的自保。第7梯級用于聲響報警。10-2 自動信號報警及電路 圖10-2 PLC構(gòu)成的一般事故報警梯形圖 （二）能區(qū)別第一原因的閃光報警系統(tǒng) 當發(fā)生事故時，往往需要找出原發(fā)性的故障，即第一原因事故。而用人工查找十分困難，因此可采用能區(qū)別第一原因事故的信號報警系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的工作情況如下：當幾個變量相繼超限時，幾個信號燈幾乎同時亮或閃光，閃光所表示的就是第一事故原因變量，平光則表示是后繼原因事故。按下確認按鈕后，聲音即消除，但信號燈仍有閃光和平光之分。圖10-3為采用

17、日本立石公司（OMRON公司）C系列PLC構(gòu)成的能區(qū)別第一原因的閃光報警系統(tǒng)信號波形圖和梯形圖。10-2 自動信號報警及電路 圖10-3 用 PLC構(gòu)成的區(qū)別一般事故報警梯形圖 （三）能區(qū)別瞬時原因的信號報警系統(tǒng) 生產(chǎn)過程中發(fā)生的瞬時突發(fā)性超限往往潛伏著事故隱患，為了避免可能出現(xiàn)的不良后果，需要了解瞬時超限的原因，這就要借助于能區(qū)別瞬時原因的信號報警系統(tǒng)，此時可采用繼電器接點進行邏輯運算，構(gòu)成區(qū)別瞬時事故的信號報警系統(tǒng)。10-2 自動信號報警及電路 一、聯(lián)鎖保護的內(nèi)容 聯(lián)鎖保護實質(zhì)上是一種自動操縱保護系統(tǒng)。聯(lián)鎖的內(nèi)容一般包括四個方面。（一）工藝聯(lián)鎖：由于工藝系統(tǒng)某變量超限（處于事故狀態(tài)），而引

18、起聯(lián)鎖動作，稱為工藝聯(lián)鎖。例如合成氨裝置中，鍋爐給水流量越過下限時，自動開啟備用透平給水，實現(xiàn)工藝聯(lián)鎖。（二）機組聯(lián)鎖：運轉(zhuǎn)設(shè)備本身或機組之間的聯(lián)鎖，稱為機組聯(lián)鎖。例如合成氨裝置中合成氣壓縮機停車系統(tǒng)，有冰機停、壓縮機軸位移等22個因素與壓縮機聯(lián)鎖，只要其中任何一個因素不正常，都會停壓縮機。（三）程序聯(lián)鎖：確保按規(guī)定程序或時間次序?qū)に囋O(shè)備進行自動操縱。例如合成氨裝置中，輔助鍋爐引火燒嘴檢查與回火脫火停燃料氣的聯(lián)鎖。 （四）各種泵類的開停，即單機開、停車。這類聯(lián)鎖較為簡單。10-3 自動聯(lián)鎖保護及電路 二、聯(lián)鎖保護電路（塔壓聯(lián)鎖保護電路） 圖10-4為乙烯裝置中精餾塔的帶控制點工藝流程圖。根據(jù)

19、工藝要求，塔中進料為脫甲烷后的石油裂解氣 ，在塔底用蒸汽加熱釜液，使輕組分物質(zhì)（C2餾分）汽化上升至塔頂采出，而重組分物質(zhì)（C3以上餾分）則由于沸點高不易汽化從塔底排出。為了精餾塔能正常工作，要求塔壓（及塔溫）保持一定數(shù)值。否則，塔壓超限將引起液泛事故。為此采用了圖10-5所示的塔壓聯(lián)鎖保護電路。其中，X是電接點壓力表的常閉觸點，YFJ是時間繼電器，YFJ-1為延時斷開的常開觸點。正常情況下，電觸點X閉合，時間繼電器YFJ線圈通電，其觸點YFJ-1閉合，電路處于準備狀態(tài)。當按下起動按鈕QA時，中間繼電器ZJ線圈通電，其常開觸點ZJ-1閉合自鎖，常開觸點ZJ-2閉合，接通電磁三通閥DCF（A-C

20、通，B斷），精餾塔在溫度自動控制下正常運行。當塔壓超限時，電觸點X斷開，YFJ線圈斷電，觸點YFJ-1延時斷開，ZJ線圈失電，其觸點復(fù)位，此時電磁三通閥DCF失電（B-C通，A斷），氣動薄膜調(diào)節(jié)閥膜頭上的氣壓經(jīng)B迅速放空，氣開式調(diào)節(jié)閥立即關(guān)閉，蒸汽停止加熱。這里采用延時斷開觸點YFJ-1的目的是為了防止由于偶然原因引起瞬時超限而產(chǎn)生誤動作。聯(lián)鎖開關(guān)LK則是用來摘掛聯(lián)鎖。10-3 自動聯(lián)鎖保護及電路 圖10-4 乙烯裝置中精餾塔工藝圖 圖10-5 塔壓聯(lián)鎖保護電路圖 二、聯(lián)鎖保護電路（一）塔壓聯(lián)鎖保護電路。圖10-4為乙烯裝置中精餾塔的帶控制點工藝流程圖。根據(jù)工藝要求，塔中進料為脫甲烷后的石油裂

21、解氣 ，在塔底用蒸汽加熱釜液，使輕組分物質(zhì)（C2餾分）汽化上升至塔頂采出，而重組分物質(zhì)（C3以上餾分）則由于沸點高不易汽化從塔底排出。為了精餾塔能正常工作，要求塔壓（及塔溫）保持一定數(shù)值。否則，塔壓超限將引起液泛事故。為此采用了圖10-5所示的塔壓聯(lián)鎖保護電路。其中，X是電接點壓力表的常閉觸點，YFJ是時間繼電器，YFJ-1為延時斷開的常開觸點。正常情況下，電觸點X閉合，時間繼電器YFJ線圈通電，其觸點YFJ-1閉合，電路處于準備狀態(tài)。當按下起動按鈕QA時，中間繼電器ZJ線圈通電，其常開觸點ZJ-1閉合自鎖，常開觸點ZJ-2閉合，接通電磁三通閥DCF（A-C通，B斷），精餾塔在溫度自動控制下正常運行。當塔壓超限