一种具有冗余功能的电动调节阀驱动装置的制作方法

本实用新型属于核电站电动调节阀自动化控制测量技术领域，具体涉及一种具有冗余功能的电动调节阀驱动装置。

背景技术：

目前国内核电站绝大多数电动调节阀驱动装置均为晶闸管控制装置，此类控制装置工作主电路主要是由四个双向晶闸管搭建的换相电路组成，通过控制晶闸管的通断可以实现电动调节阀的正反转。该类控制装置工作主电路没有冗余设计，导致经常出现因为主电路内单个晶闸管击穿或者三相电压不平衡等引起整个控制装置不可用的问题，影响电动调节阀的控制，不利于核电站安全、稳定运行。

为此，需要设计研制一种具有冗余功能的电动调节阀驱动装置，可以大幅降低调节阀驱动装置的故障率，有效提高设备的可靠性，提升电站安全性能。

技术实现要素：

本实用新型的目的是设计一种具有冗余功能的电动调节阀驱动装置，以解决现有电动调节阀驱动装置内工作主电路无冗余功能，易导致核电站电动阀驱动控制主电路内单个晶闸管击穿或者三相电压不平衡引起整个控制装置故障率高甚至不可用的技术问题。

本实用新型的技术方案：

一种具有冗余功能的电动调节阀驱动装置，包括：子板卡a、子板卡b、继电器、输出切换模块、x接口和x接口；所述子板卡a与子板卡b互为冗余设置；所述子板卡a分别与继电器、x接口和x接口连接，所述继电器分别与x接口和x接口连接；所述继电器还与输出切换模块连接；所述子板卡b也分别与继电器、x接口和x接口连接；所述输出切换模块分别与子板卡a和子板卡b连接；

所述子板卡a内还包括：电源输入接口、控制和逻辑保护单元、晶闸管换相电路和电源输出接口；所述子板卡a通过电源输入接口与x接口连接，所述电源输入接口内还包括l、l、l三相交流电支路，用于为晶闸管换相电路提供l、l、l三相交流电；所述晶闸管换相电路分别电源输入接口和电源输出接口连接；所述晶闸管换相电路还设置控制和逻辑保护单元；

所述子板卡b内也包括：子板卡b电源输入接口、子板卡b控制和逻辑保护单元、子板卡b晶闸管换相电路和子板卡b电源输出接口；所述子板卡b电源输入接口与x1接口连接，所述子板卡b电源输入接口内包括l1、l2、l3三相交流电支路，用于为子板卡b晶闸管换相电路提供l1、l2、l3三相交流电；所述子板卡b晶闸管换相电路分别与子板卡b电源输入接口和子板卡b电源输出接口连接；所述子板卡b晶闸管换相电路内还设置有控制和逻辑保护单元；

所述子板卡b与子板卡a互为冗余设置，子板卡b与子板卡a内的结构和功能相同。

所述控制和逻辑保护单元与x接口连接，用于接收控制命令并传递给晶闸管换相电路控制晶闸管通断；所述控制命令包括：正转、反转和抱闸信号；

所述控制和逻辑保护单元还监测晶闸管换相电路运行稳定性，向输出切换模块反馈正、反转情况和故障信号，所述故障信号包括：供电故障信号、晶闸管故障信号以及状态偏差报警信号；所述电源输出接口与继电器连接，电源输出接口内还包括：u相、v相、w相输出端，用于为电动调节阀提供u、v、w三相交流电。

所述继电器内包含k和k两个开关，每个开关内还分别包括一组常开触点和常闭触点；

所述继电器内的k开关的常开触点连接子板卡a上的电源输出接口的u相输出端，k开关的常闭触点连接子板卡b电源输出接口的u相输出端，k常开触点连接子板卡a电源输出接口的w相输出端，k常闭触点连接子板卡b电源输出接口的w相输出；继电器接收输出切换模块的控制命令控制常开触点和常闭触点动作,从而实现两个子模件输出的切换功能；

继电器与x接口连接，将u、v、w三相交流电传送到电动调节阀；所述继电器内的k、k两个开关常闭触点与输出切换模块连接，反馈子板卡b与子板卡a主备用情况。

所述输出切换模块与x接口连接，用于反馈冗余模件报警信号；

所述输出切换模块与继电器连接，输出切换模块通过诊断子板卡a和子板卡b的故障情况发出命令控制继电器内部两组触点的通、断，实现对子板卡a和子板卡b输出切换功能；所述输出切换模块还用于接收子板卡a和子板卡b的故障报警信号并进行逻辑判断生成报警信号。

所述x接口还与上游机柜断路器连接，用于接收l、l和l三相交流电压并送到子板卡a和子板卡b内的电源输入接口；所述x接口与输出切换模块连接，

当子板卡a和子板卡b同时故障时，通过保护端子输出acv电压到断路器控制回路断开断路器；所述x接口与继电器连接用于接收继电器u、v、w三相交流电压并送到电动调节阀。

所述x接口还与上层dcs控制系统连接，用于接收正转、反转控制命令，并将命令输送给输出切换模块；

所述x接口还接收输出切换模块反馈的子板卡a或子板卡b其一故障信号或子板卡a和子板卡b同时故障时的信号并反馈给上层dcs控制系统。

所述晶闸管换相电路内包括：双向晶闸管a、双向晶闸管b、双向晶闸管c和双向晶闸管d；所述双向晶闸管a和双向晶闸管b为一组，与子板卡a或子板卡b内电源输入接口中的l交流电支路连接；所述双向晶闸管c和双向晶闸管d为一组，分别与子板卡a或子板卡b内电源输入接口中的l交流电支路连接；

当晶闸管换相电路接收到控制和逻辑保护单元正转命令时，晶闸管换相电路内的双向晶闸管b和双向晶闸管c被同时导通，此时三相电源和电源输出接口之间的对应关系为：l—u，l—v，l—w；

当晶闸管换相电路接收到控制和逻辑保护单元反转命令时，双向晶闸管a和双向晶闸管d被导通，此时三相电源和电源输出接口之间的对应关系为：l—w，l—v，l—u。

所述子板卡a内的电源输出接口与继电器连接，通过k常开触点和k常开触点控制u、w两相交流电通断,v相电压直接输出给继电器。

本实用新型的有益效果：

本实用新型设计的一种具有冗余功能的电动调节阀驱动装置，采用一个主板卡带两块相同功能的子板卡方式进行冗余配置，正常运行时两个子板卡一组处于工作状态，另一组处于热备用状态，单个子板卡即可实现电动调节阀控制功能，能有效解决原有调节阀驱动装置板卡中单个电子元器件故障便导致整个控制模件丧失功能问题，当处于工作状态的子板卡出现故障，可快速自动切换到备用子板卡输出，并发出提示报警；本实用新型设计的具有冗余功能的调节阀驱动装置可靠性大幅提高；通过合理布局控制装置的板卡结构，可实现控制装置故障板卡在线更换，以降低驱动装置更换成本。此外本实用新型还具有如下优点：

1)本实用新型设计了冗余板卡的切换逻辑,当单个子板卡故障后直接进行切换，当两个子板卡全部故障后设计了逻辑保护功能；

2)电动调节驱动装置结构设计合理，在前端安装输出切换模块，后端安装两块冗余板卡，实现单个板卡热插拔，便于板卡故障检修更换；

3)本实用新型的板卡内部工作电路结构采用双层布局，可控硅元器件紧贴外壳，提高了散热效果，保证了长时间工作温度不超标。

4)本实用新型还提出了采用降压取样电路实现对子板卡晶闸管击穿状态自检测的方法。

附图说明

图1为本实用新型设计的一种具有冗余功能的电动调节阀驱动装置的结构示意图；

图2为本实用新型所述的子板卡a内部结构示意图；

图3为本实用新型所述的继电器内部连接方式示意图。

图4为本实用新型所述的x1接口连接方式示意图；

图5为本实用新型所述的x2接口连接方式示意图；

图6为本实用新型设计的电动调节阀驱动装置输出切换模块输出故障报警功能的流程图；

图7为本实用新型设计的电动调节阀驱动装置输出切换模块输出控制命令功能的流程图；

其中：1-子板卡a；2-子板卡b；3-输出切换模块；4-继电器；5-x1接口；6-x2接口；7-电源输入接口；8-控制和保护单元；9-晶闸管换相电路；10-电源输出接口；11-子板卡b电源输出接口。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型进行进一步的介绍：

如图1至6所示，本实用新型采用一个主板卡带两个子板卡的结构，两个子板卡完全冗余设计，同一时间只有一个子板卡进行输出，未进行输出的子板卡可被单独在线更换。

故障检测及报警信号逻辑明确，当输出子板卡有故障时进行输出子板卡切换，当检测到未输出子板卡故障时只进行报警提示，仅当检测到两个子板卡都发生故障时才禁止模件运行。

两个子板卡的输出能够自保持，若故障子板卡恢复正常或被更换不需要再切换回去，将保持当前子板卡继续输出。两块独立子板卡具有手动切换按钮，可以人为进行主从切换，便于自主检修和功能测试。主从子板卡切换时提供干接点用于仪控系统报警。

由于晶闸管元器件体积较大，在不改变原有控制模件尺寸的前提下对晶闸管换相电路板卡冗余设计比较困难，并且冗余子板卡可能不利于元器件散热,因此本实用新型采取对两个子板卡使用双层布局的方式，并且晶闸管元器件采取紧贴外壳安装以便散热，同时将输出切换板卡和继电器叠放在两个子板卡上方，使模件空间得到最大化利用。

晶闸管故障是子板卡故障的最常见故障，设计了自检测方法，采用降压取样电路可实现对晶闸管击穿状态的检测，当晶闸管接通时其两端压降很小，当晶闸管关断时其两端电压很大，通过阻容降压电路对晶闸管两端进行采样并通过光耦隔离输出，可得到晶闸管的实际输出状态，再将实际输出状态与晶闸管的门级进行异或逻辑，便可得知晶闸管是否被击穿。

实施例：一种具有冗余功能的电动调节阀驱动装置，包括：子板卡a1、子板卡b2、继电器4、输出切换模块3、x1接口5和x2接口6；所述子板卡a1与子板卡b2互为冗余设置；所述子板卡a1分别与继电器4、x1接口5和x2接口6连接，所述继电器4分别与x1接口5和x2接口6连接；所述继电器4还与输出切换模块3连接；所述子板卡b2也分别与继电器4、x1接口5和x2接口6连接；所述输出切换模块3分别与子板卡a1和子板卡b2连接；

所述子板卡a1内还包括：电源输入接口7、控制和逻辑保护单元8、晶闸管换相电路9和电源输出接口10；所述子板卡a1通过电源输入接口7与x1接口5连接，所述电源输入接口7内还包括l1、l2、l3三相交流电支路，用于为晶闸管换相电路9提供l1、l2、l3三相交流电；所述晶闸管换相电路9分别与电源输入接口7和电源输出接口10连接；所述晶闸管换相电路9还设置控制和逻辑保护单元8；

所述子板卡b2内也包括：子板卡b电源输入接口、子板卡b控制和逻辑保护单元、子板卡b晶闸管换相电路和子板卡b电源输出接口11；所述子板卡b电源输入接口与x1接口5连接，所述子板卡b电源输入接口内包括l1、l2、l3三相交流电支路，用于为子板卡b晶闸管换相电路提供l1、l2、l3三相交流电；所述子板卡b晶闸管换相电路分别与子板卡b电源输入接口和子板卡b电源输出接口11连接；所述子板卡b晶闸管换相电路内还设置有控制和逻辑保护单元；

所述子板卡b2与子板卡a1互为冗余设置，子板卡b2与子板卡a1内的结构和功能相同。

所述控制和逻辑保护单元8与x2接口6连接，用于接收控制命令并传递给晶闸管换相电路9控制晶闸管通断；所述控制命令包括：正转、反转和抱闸信号；

所述控制和逻辑保护单元8还监测晶闸管换相电路9运行稳定性，向输出切换模块3反馈正、反转情况和故障信号，所述故障信号包括：供电故障信号、晶闸管故障信号以及状态偏差报警信号；所述电源输出接口10与继电器4连接，电源输出接口10内还包括：u相、v相、w相输出端，用于为电动调节阀提供u、v、w三相交流电。

所述继电器4内包含k1和k2两个开关，每个开关内还分别包括一组常开触点和常闭触点；

所述继电器4内的k1开关的常开触点连接子板卡a1上的电源输出接口的u相输出端，k1开关的常闭触点连接子板卡b2电源输出接口的u相输出端，k2常开触点连接子板卡a1电源输出接口的w相输出端，k2常闭触点连接子板卡b2电源输出接口的w相输出；继电器接收输出切换模块3的控制命令控制常开触点和常闭触点动作,从而实现两个子模件输出的切换功能；

继电器4与x1接口5连接，将u、v、w三相交流电传送到电动调节阀；所述继电器4内的k1、k2两个开关常闭触点与输出切换模块3连接，反馈子板卡b2与子板卡a1主备用情况。

所述输出切换模块3与x2接口6连接，用于反馈冗余模件报警信号；

所述输出切换模块3与继电器4连接，输出切换模块3通过诊断子板卡a1和子板卡b2的故障情况发出命令控制继电器4内部两组触点的通、断，实现对子板卡a1和子板卡b2输出切换功能；所述输出切换模块3还用于接收子板卡a1和子板卡b2的故障报警信号并进行逻辑判断生成报警信号。

所述x1接口5还与上游机柜断路器连接，用于接收l1、l2和l3三相交流电压并送到子板卡a1和子板卡b2内的电源输入接口；所述x1接口5与输出切换模块3连接，

当子板卡a1和子板卡b2同时故障时，通过保护端子输出ac380v电压到断路器控制回路断开断路器；所述x1接口5与继电器4连接用于接收继电器u、v、w三相交流电压并送到电动调节阀。

所述x2接口6还与上层dcs控制系统连接，用于接收正转、反转控制命令，并将命令输送给输出切换模块3；

所述x2接口6还接收输出切换模块3反馈的子板卡a1或子板卡b2其一故障信号或子板卡a1和子板卡b2同时故障时的信号并反馈给上层dcs控制系统。

所述晶闸管换相电路9内包括：双向晶闸管a、双向晶闸管b、双向晶闸管c和双向晶闸管d；所述双向晶闸管a和双向晶闸管b为一组，与子板卡a1或子板卡b2内电源输入接口中的l1交流电支路连接；所述双向晶闸管c和双向晶闸管d为一组，分别与子板卡a1或子板卡b2内电源输入接口中的l3交流电支路连接；

当晶闸管换相电路9接收到控制和逻辑保护单元8正转命令时，晶闸管换相电路9内的双向晶闸管b和双向晶闸管c被同时导通，此时三相电源和电源输出接口10之间的对应关系为：l1—u，l2—v，l3—w；

当晶闸管换相电路9接收到控制和逻辑保护单元8反转命令时，双向晶闸管a和双向晶闸管d被导通，此时三相电源和电源输出接口10之间的对应关系为：l1—w，l2—v，l3—u。

所述子板卡a1内的电源输出接口10与继电器4连接，通过k1常开触点和k2常开触点控制u、w两相交流电通断,v相电压直接输出给继电器4。

本实用新型所述的具有冗余功能的电动调节阀驱动装置的控制方法，包括如下步骤：

步骤一：当输出切换模块3检测到子板卡a1和子板卡b2有故障信号时，分析该子板卡当前是否为输出状态；所述子板卡a1和子板卡b2的故障信号包括：内部供电故障信号、晶闸管故障信号和状态偏差信号；

步骤二，若步骤一中故障信号子板卡为主输出模件则发出报警信号，同时控制继电器4改变触点通断将故障子板卡的三相电输出断开、热备用子板卡的三相电输出与电动调节阀接通；

步骤三：若步骤一中故障信号子板卡为非输出状态，则仅发出报警信号；

步骤四：当输出切换模块3检测到两块子板卡都有故障信号时，则传送到x1接口触发冗余模件上游机柜断路器防止电动调节阀损坏。

上面结合附图和实施例对本实用新型作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。本实用新型中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。