工业电器与自动化工业电器与自动化 第十单元第十单元 信号报警及联锁信号报警及联锁 保护控制系统保护控制系统 关键词：关键词： 信号报警及连锁保护系统、ESD系统 学习目标：学习目标：知识目标：知识目标：了解信号报警及连锁保护系统组成及特点； 掌握信号报警及连锁保护系统操作规程；能力目标：能力目标：能熟练进行常规信号报警及连锁保护系统的正确处理操作； 会ESD系统正确操作第十单元第十单元 信号报警与联信号报警与联 锁保护系统锁保护系统 信号报警及联锁系统是现代化生产过程中非常重要的组成部分，是保证安全生产的重要措施之一其作用是对生产过程状况进行自动监视，当某些工艺变量达到或超过某一规定数值时，或者生产运行状态发生异常变化时，采用灯光和声音的方式提醒操作人员注意，此时生产过程已处于临界状态或危险状态，必须采取相应措施以恢复生产正常如果生产过程出现剧烈变化，操作人员来不及采取措施，工艺变量继续上升（或下降），联锁系统必须按照预先设定的逻辑关系自动的采取紧急措施，启动（或关闭）某些设备甚至自动停车，从而避免发生更大的事故，保证人身和设备的安全。
第十单元第十单元 信号报警与联信号报警与联 锁保护系统锁保护系统 一、信号报警和联锁保护系统组成一、信号报警和联锁保护系统组成信号报警和联锁保护系统由三个部分组成一）检测元件 主要包括工艺变量、设备状态检测接点、控制盘开关、按钮、选择开关以及操作指令等它们主要起到变量检测和发布指令的作用这些元件的通断状态也就是系统的输入信号二）执行元件 也叫输出元件，主要包括报警显示元件 (灯，笛等)和操纵设备的执行元件 (电磁阀、电动机、启动器等)这些元件由系统的输出信号驱动三）逻辑元件 又叫中间元件，它们根据输入信号进行逻辑运算，并向执行元件发出控制信号逻辑元件以前多采用有触点的继电器、接触器线路和无触点的晶体管、集成电路等，近些年来则广泛采用PLC、DCS和ESD系统(ESD是英文Emergency Shutdown Device紧急停车系统的缩写)这种专用的安全保护系统是90年代发展起来的，以它的高可靠性和灵活性而受到一致好评ESD紧急停车系统按照安全独立原则要求，独立于DCS集散控制系统，其安全级别高于DCS)10-1 继电保护基础知识继电保护基础知识 二、信号报警和联锁保护系统的技术要求二、信号报警和联锁保护系统的技术要求 合理的设计信号报警及联锁保护系统是保证生产安全进行的必要条件。
如果信号报警及联锁系统设计不合理，则可能会出现当工艺变量距离危险界限较远时发生多点报警或出现联锁操作，给生产操作带来不必要的麻烦所以对生产过程中信号报警和联锁保护系统就必须提出一定的技术要求一）设置变量适宜的报警点、联锁点设置报警点、联锁点既要满足工艺要求，又必须少而精过多地设置报警和联锁点，粗看起来似乎更安全，但往往造成报警过于频繁，甚至动不动就停车，反而影响生产二）报警联锁内容必须符合工艺要求信号报警系统应尽可能为寻找事故提供方便，使其有助于判断故障的性质、程度和范围，例如，是一般性故障还是瞬时故障?是第一故障还是第二故障?联锁保护系统既要保证安全，又要尽可能缩小联锁停车对生产的影响当变量超限时，联锁只是有选择地切除那些继续运行会引发事故的设备，而与事故无关的设备仍可保持继续运转10-1 继电保护基础知识继电保护基础知识 （三）整套装置应高度可靠信号联锁保护系统必须具有高度的可靠性，既不会拒动作 (该动作时不动作)，也不会误动作 (不该动作时动作)一般说来，装置中选用的元器件质量越高，线路越简明，中间环节越少，其可靠性越高四）有稳定可靠的电源系统报警联锁系统的电源应配用不间断电源，即UPS电源。
当外部电源发生故障时，通常要求该电源供电时间为3O分钟五）报警联锁系统应便于安装、维修和操作例如，在报警系统中安排“试验”回路，以便检查指示灯、电笛等易损坏的元件在联锁系统中，安排手操解锁环节，以便在开车、运行、检修时解除联锁六）报警联锁系统的使用环境应符合要求在易燃易爆的危险场所使用的电气元件应符合相应的防爆要求在高温、低温、潮湿、有腐蚀性气体的环境中，应采取相应防护措施如降温、保温、通风、干燥等10-1 继电保护基础知识继电保护基础知识 （三）整套装置应高度可靠信号联锁保护系统必须具有高度的可靠性，既不会拒动作 (该动作时不动作)，也不会误动作 (不该动作时动作)一般说来，装置中选用的元器件质量越高，线路越简明，中间环节越少，其可靠性越高四）有稳定可靠的电源系统报警联锁系统的电源应配用不间断电源，即UPS电源当外部电源发生故障时，通常要求该电源供电时间为3O分钟五）报警联锁系统应便于安装、维修和操作例如，在报警系统中安排“试验”回路，以便检查指示灯、电笛等易损坏的元件在联锁系统中，安排手操解锁环节，以便在开车、运行、检修时解除联锁六）报警联锁系统的使用环境应符合要求在易燃易爆的危险场所使用的电气元件应符合相应的防爆要求。
在高温、低温、潮湿、有腐蚀性气体的环境中，应采取相应防护措施如降温、保温、通风、干燥等10-1 继电保护基础知识继电保护基础知识 一、自动信号的类型一、自动信号的类型（一）位置信号：一般用以表示被监督对象的工作状态，如阀门的开关；接触器的通断二）指令信号：把预先确定的指令从一个车间、控制室传递到其它的车间或控制室三）保护作用信号：用以表示某自动保护或联锁的工作状况的信息当工艺变量不等于规定数值时进行报警这类信号分成两种，一种是报警信号，即被监督的变量超出其正常值，但未超出允许值；另一种为事故信号，即被监督的变量已超出其允许值前一种信号要求操作者注意，常以灯光、音响表现出来；后一种信号要求立即采取措施，常伴随着联锁系统的动作10-2 自动信号报警及电路自动信号报警及电路 二、信号报警系统的组成二、信号报警系统的组成 信号报警系统一般由检测元件、信号报警器以及信号灯、音响器、按钮等组成一）检测元件检测元件对生产过程中的某个量进行自动监视，当该变量达到某一特定数值时，向信号报警系统提供一个开关信号，该信号通常是一个接点信号，即该变量达到某一特定值时，该元件的常开接点闭合，常闭触点断开。
所以说检测元件为信号报警系统的输入元件检测元件大致可分为以下四类1．检测开关这类检测装置通常由测量敏感元件、连杆机构、刻度标尺、可调设定装置和接点组成 10-2 自动信号报警及电路自动信号报警及电路 2．模拟信号报警开关这类检测装置接收标准模拟信号，即4～20mADC、0～10mADC、l～5VDC和0.02～0.lMPa输出报警开关信号该装置上通常都有刻度标尺和调节设定装置，刻度标尺的作用是给出一个生产过程变量的指示，可调设定装置一般可在全信号范围内调整，通过对可调设定装置的调整，可设定生产过程变量的报警动作点接点开关系统则在变量超限时则发生状态变化3．附属的辅助报警开关这类报警开关是某些指示、记录仪的附属开关在这类带有报警开关的指示、记录仪上有一个可调整的报警值设定装置，通过该装置可以设定或改变报警动作点 4．无触点报警开关这类开关的工作原理是利用一个动金属片与开关端面之间距离的变化来决定是否触发开关动作，实际上是一种接近开关 10-2 自动信号报警及电路自动信号报警及电路 （二）信号报警器信号报警器可分为两类，有触点信号报警器和无触点信号报警器前者是通过继电器接点进行逻辑运算，带动相应的信号灯和音响器 (电铃、电笛、蜂鸣器等)发生声、光报警信号;后者是通过半导体逻辑电路进行逻辑运算，带动相应的信号灯发出光报警信号，这类信号报警器通常需要外接音响器才能发出声报警信号。
此外信号报警系统--般都配备有消声和试验按钮消声按钮又称确认按钮，当过程变量出现超限时，信号报警系统便发出声、光信号报警，操作人员得知后按下消声按钮进行确认，音响信号停止，灯光信号变为平光显示，操作人员可根据灯光信号所显示的位号 (每个信号灯都有监视变量位号)，采取相应的措施来消除故障，待过程变量回到正常状态之后，相应信号灯熄灭 10-2 自动信号报警及电路自动信号报警及电路 三、信号报警系统的功能三、信号报警系统的功能（一）一般信号报警系统的功能当变量超限时，故障检测元件发出信号，信号报警系统动作，发出声音和闪光信号当操作人员得知报警后，按下确认按钮，音响声停止，信号灯由闪光变为平光，当采取一定措施后，变量重新回到正常范围时，灯光熄灭，信号报警系统自动恢复正常状态，等待故障检测元件再次送来超限信号灯光的闪光是采用晶体管闪烁继电器来实现的如报警系统动作后的灯光为平光，系统即为不闪光报警系统当变量超限时，故障检测元件发出信号，信号报警系统发出声光报警；操作人员按下确认按钮后，声音停止，灯为平光，当采取措施后，变量回归正常值时，灯光熄灭，信号报警系统自动恢复正常状态上面两种情况系统均带有试验按钮，正常情况下，按下试验按钮，所有信号灯都亮且音响器发生报警声。
显然，二者相比，闪光报警更能引起操作人员的注意，所以闪光报警得到了广泛的应用10-2 自动信号报警及电路自动信号报警及电路 四、信号报警系统实例四、信号报警系统实例1.继电触点报警系统 图10-1所示，为采用继电器触点进行逻辑运算构成的一般事故信号报警电路图中，X1为电接点液位计的常开触点，当高位槽液位超过上限时接通此时，中间继电器1ZJ线圈通电，其常开触点1ZJ-1和1ZJ-2闭合，相应电路接通，灯1BD亮，电喇叭LB发出声音，实现声光报警当按下消声按钮1XA时，中间继电器线圈101ZJ通电，其常开触点101ZJ-1闭合自锁，常闭触点101ZJ-2断开，LB电路失电，电喇叭消声而1BD灯继续发光当故障排除后，变量恢复正常，X1断开，1ZJ线圈断电，触点1ZJ-1和1ZJ-2复位，1BD熄灭，电路重新处于等待状态图中，X2为电接点压力表的常闭触点，当水压低于设定值时断开此时，中间继电器2ZJ线圈断电，其常开触点2ZJ-1复位断开，2BD电路接通，灯亮；同时常闭触点2ZJ-2复位闭合，而101ZJ线圈无电，101ZJ-2闭合，电喇叭电路接通，LB发出声音，实现声光报警因为是水压低于设定值时的报警，所以为液位下限报警。
当按下消声按钮1XA时，电喇叭消声，2BD灯继续发光当故障排除后，变量恢复正常，X2闭合，2ZJ线圈通电，触点2ZJ-1闭合，2BD熄灭，电路重新处于等待状态按下试验按钮2XA时，1BD和2BD电路均通电，两灯都发光，说明电路正常10-2 自动信号报警及电路自动信号报警及电路 图图10-1 继电器构成的一般事继电器构成的一般事故报警电路故报警电路 2.PLC一般报警系统 图10-2为采用日本立石公司（OMRON公司）C系列PLC一般事故报警系统信号波形图和梯形图二个报警信号，分别为X1和X2，确认按钮信号是X3，为了便于对信号报警系统进行检查，必须对信号灯和声响进行检查，因此设置试验按钮，信号设为X4采用计时器完成振荡电路，设为TIM1和TIM2二个信号灯的输出阻抗分别为Y1和Y2，声响的输出为Y5此外对确认信号的保持需要二个内部继电器，设为Y3和Y4图中第1梯级和第2梯级用于产生振荡信号，计时器时间K可以设置为0.5s，计时器指令可以根据不同的产品用相应的指令在简单的应用场合，也可以用时基脉冲作为振荡器的信号来简化线路，但在信号灯开始的时间上可能会有不同步的情况。
第3梯级和第4梯级是信号灯电路第5梯级和第6梯级用于确认信号，并提供各确认信号系统的自保第7梯级用于声响报警10-2 自动信号报警及电路自动信号报警及电路 图图10-2 PLC构成的一般事故报警梯形图构成的一般事故报警梯形图 （二）能区别第一原因的闪光报警系统（二）能区别第一原因的闪光报警系统 当发生事故时，往往需要找出原发性的故障，即第一原因事故而用人工查找十分困难，因此可采用能区别第一原因事故的信号报警系统这种系统的工作情况如下：当几个变量相继超限时，几个信号灯几乎同时亮或闪光，闪光所表示的就是第一事故原因变量，平光则表示是后继原因事故按下确认按钮后，声音即消除，但信号灯仍有闪光和平光之分图10-3为采用日本立石公司（OMRON公司）C系列PLC构成的能区别第一原因的闪光报警系统信号波形图和梯形图10-2 自动信号报警及电路自动信号报警及电路 图图10-3 用用 PLC构成的区别一般事故报警梯形图构成的区别一般事故报警梯形图 （三）能区别瞬时原因的信号报警系统（三）能区别瞬时原因的信号报警系统 生产过程中发生的瞬时突发性超限往往潜伏着事故隐患，为了避免可能出现的不良后果，需要了解瞬时超限的原因，这就要借助于能区别瞬时原因的信号报警系统，此时可采用继电器接点进行逻辑运算，构成区别瞬时事故的信号报警系统。
10-2 自动信号报警及电路自动信号报警及电路 一、联锁保护的内容一、联锁保护的内容 联锁保护实质上是一种自动操纵保护系统联锁的内容一般包括四个方面一）工艺联锁：由于工艺系统某变量超限（处于事故状态），而引起联锁动作，称为工艺联锁例如合成氨装置中，锅炉给水流量越过下限时，自动开启备用透平给水，实现工艺联锁二）机组联锁：运转设备本身或机组之间的联锁，称为机组联锁例如合成氨装置中合成气压缩机停车系统，有冰机停、压缩机轴位移等22个因素与压缩机联锁，只要其中任何一个因素不正常，都会停压缩机三）程序联锁：确保按规定程序或时间次序对工艺设备进行自动操纵例如合成氨装置中，辅助锅炉引火烧嘴检查与回火脱火停燃料气的联锁 （四）各种泵类的开停，即单机开、停车这类联锁较为简单10-3 自动联锁保护及电路自动联锁保护及电路 二、联锁保护电路（二、联锁保护电路（塔压联锁保护电路） 图10-4为乙烯装置中精馏塔的带控制点工艺流程图根据工艺要求，塔中进料为脱甲烷后的石油裂解气 ，在塔底用蒸汽加热釜液，使轻组分物质（C2馏分）汽化上升至塔顶采出，而重组分物质（C3以上馏分）则由于沸点高不易汽化从塔底排出。
为了精馏塔能正常工作，要求塔压（及塔温）保持一定数值否则，塔压超限将引起液泛事故为此采用了图10-5所示的塔压联锁保护电路其中，X是电接点压力表的常闭触点，YFJ是时间继电器，YFJ-1为延时断开的常开触点正常情况下，电触点X闭合，时间继电器YFJ线圈通电，其触点YFJ-1闭合，电路处于准备状态当按下起动按钮QA时，中间继电器ZJ线圈通电，其常开触点ZJ-1闭合自锁，常开触点ZJ-2闭合，接通电磁三通阀DCF（A-C通，B断），精馏塔在温度自动控制下正常运行当塔压超限时，电触点X断开，YFJ线圈断电，触点YFJ-1延时断开，ZJ线圈失电，其触点复位，此时电磁三通阀DCF失电（B-C通，A断），气动薄膜调节阀膜头上的气压经B迅速放空，气开式调节阀立即关闭，蒸汽停止加热这里采用延时断开触点YFJ-1的目的是为了防止由于偶然原因引起瞬时超限而产生误动作联锁开关LK则是用来摘挂联锁10-3 自动联锁保护及电路自动联锁保护及电路 图图10-4 乙烯装置中精馏塔工艺图乙烯装置中精馏塔工艺图 图图10-5 塔压联锁保护电路图塔压联锁保护电路图 二、联锁保护电路二、联锁保护电路（一）塔压联锁保护电路。
图10-4为乙烯装置中精馏塔的带控制点工艺流程图根据工艺要求，塔中进料为脱甲烷后的石油裂解气 ，在塔底用蒸汽加热釜液，使轻组分物质（C2馏分）汽化上升至塔顶采出，而重组分物质（C3以上馏分）则由于沸点高不易汽化从塔底排出为了精馏塔能正常工作，要求塔压（及塔温）保持一定数值否则，塔压超限将引起液泛事故为此采用了图10-5所示的塔压联锁保护电路其中，X是电接点压力表的常闭触点，YFJ是时间继电器，YFJ-1为延时断开的常开触点正常情况下，电触点X闭合，时间继电器YFJ线圈通电，其触点YFJ-1闭合，电路处于准备状态当按下起动按钮QA时，中间继电器ZJ线圈通电，其常开触点ZJ-1闭合自锁，常开触点ZJ-2闭合，接通电磁三通阀DCF（A-C通，B断），精馏塔在温度自动控制下正常运行当塔压超限时，电触点X断开，YFJ线圈断电，触点YFJ-1延时断开，ZJ线圈失电，其触点复位，此时电磁三通阀DCF失电（B-C通，A断），气动薄膜调节阀膜头上的气压经B迅速放空，气开式调节阀立即关闭，蒸汽停止加热这里采用延时断开触点YFJ-1的目的是为了防止由于偶然原因引起瞬时超限而产生误动作联锁开关LK则是用来摘挂联锁。
10-3 自动联锁保护及电路自动联锁保护及电路 一、项目名称一、项目名称 ESD紧急停车系统操作紧急停车系统操作二、项目情境二、项目情境 由XXXX单位电气维修部门经理（教师或学生）向完成各具体子项目（任务）的执行经理或工作人员布置任务，派发任务单10-4 训练项目训练项目 表表10-1 任务单任务单 项目目子子项目目任任务内容与要求内容与要求备注注紧急停急停车系系统F35操作操作黑黑马紧急停急停车系系统F35F35硬件硬件组态学生按照人数分学生按照人数分组训练认识黑黑马紧急停急停车系系统F35F35的硬件的硬件组成，了解机成，了解机柜、机架、柜、机架、电源的源的结构等构等认识黑黑马紧急停急停车系系统与与DCSDCS之之间的通信网的通信网络工程工程说明明书控制流程控制流程图分析分析学生分学生分组训练图纸黑黑马紧急停急停车系系统软件件组态学生按照人数分学生按照人数分组训练软件件组态是在相关基是在相关基础资料包括料包括I/OI/O清清单，，联锁逻辑图和相关和相关说明，明，PIDPID图等基等基础上使用上使用编程程软件包件包ELOP IIELOP II进行全部行全部组态文件，包括：数据文件，包括：数据录入、入、显示及操作画面、系示及操作画面、系统结构文件、构文件、报警分警分组、、检测点文件、内部接点文件、内部接线图等各等各项工作。
工作组态文档文档目目标要求要求学生均能准确学生均能准确选用硬件，会系用硬件，会系统操作、操作、组态实训环境境校外校外实训基地、校内基地、校内实训室室其它其它 三、项目实施三、项目实施训练步骤：训练步骤：（一）学生分组训练黑马紧急停车系统（（一）学生分组训练黑马紧急停车系统（ESD）硬件的）硬件的组成结构和安装；组成结构和安装；（二）学生分组训练黑马紧急停车系统（（二）学生分组训练黑马紧急停车系统（ESD）软件组）软件组态；态；（三）进行简单（三）进行简单ESD系统的控制分析，并掌握黑马紧急系统的控制分析，并掌握黑马紧急停车系统仿真练习操作停车系统仿真练习操作四、项目考核：操作报告四、项目考核：操作报告10-4 训练项目训练项目 。