趙洪軍 王仁智

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海陽核電站除鹽水控制系統(tǒng)設(shè)計

趙洪軍 王仁智

江蘇中電聯(lián)瑞瑪節(jié)能技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210000

闡述了海陽核電站除鹽水系統(tǒng)自動控制的結(jié)構(gòu)特點，針對除鹽水控制系統(tǒng)要求，采用Quantum系列CPU設(shè)計了除鹽水控制系統(tǒng)，系統(tǒng)采用CPU及通信網(wǎng)絡(luò)冗余結(jié)構(gòu)，滿足了系統(tǒng)高穩(wěn)定性、高安全性、冗余切換無擾動的要求。系統(tǒng)使用方便，維護簡單。

PLC；INTOUCH；鹽水控制系統(tǒng)

引言

除鹽水（desalted water），是指利用各種水處理工藝，除去懸浮物、膠體和無機的陽離子、陰離子等水中雜質(zhì)后，所得到的成品水。除鹽水并不是去除水中全部的鹽。由于成本及技術(shù)上的考慮，不同的需求，除鹽水允許含有的微量雜質(zhì)不同。除鹽水中雜質(zhì)越少，水的純度越高。海陽核電一期2×1?250?MW工程除鹽水處理系統(tǒng)已投入運行4年多。本套系統(tǒng)采用的控制系統(tǒng)是Schneider公司旗下Modicon品牌Quantum系列的PLC。上位機采用Schneider公司的Intouch10.6上位機軟件。通過執(zhí)行上下位機程序?qū)崿F(xiàn)對除鹽水系統(tǒng)中細砂過濾器、活性碳過濾器、RO反滲透系統(tǒng)、陰床陽床系統(tǒng)、混床系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)及除鹽水分配系統(tǒng)的操作和監(jiān)控。

1 系統(tǒng)概述

1.1 工藝流程介紹

除鹽水水源一般是由水庫、河水、江水或者海水經(jīng)過沉淀池沉淀、混凝和預(yù)處理后的水。由于海水淡化和預(yù)處理系統(tǒng)只是除去了水中的懸浮顆粒物、膠體和大部分有機物，但水中有很大一部分溶解鹽未處理充分。要想滿足核電站用水水質(zhì)要求，必須進行除鹽處理。除鹽水處理系統(tǒng)常采用RO反滲透和陰陽樹脂離子交換器除鹽等工藝。海陽核電站除鹽水處理系統(tǒng)的整個工藝主要由細砂過濾器、活性碳過濾器、RO反滲透系統(tǒng)、陰床陽床系統(tǒng)、混床系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)組成。工藝流程圖如圖1所示：

圖1 工藝流程圖

1.2 控制系統(tǒng)簡介

本系統(tǒng)設(shè)有除鹽水控制室?？刂剖遗渲萌_LCD操作站。三臺操作站之間相互獨立，對除鹽水處理系統(tǒng)的所有設(shè)備進行監(jiān)控。本系統(tǒng)是施耐德昆騰系列的67160CPU作為控制器，能夠?qū)Ω鞴に囅到y(tǒng)的所有被控對象進行控制及監(jiān)控，包括對電機、閥門的啟停及開關(guān)控制、電機運行狀態(tài)的監(jiān)控、閥門開關(guān)狀態(tài)的監(jiān)控以及對各模擬量信號溫度、壓力、流量、電導(dǎo)、pH、鈉、硅等主要工藝參數(shù)的監(jiān)控，并完成設(shè)備的聯(lián)鎖保護?？刂品绞讲捎镁偷夭僮飨洳僮鳌⑦h程單機設(shè)備啟停以及遠程自動運行等多任務(wù)方式。操作人員可以根據(jù)現(xiàn)場情況自由選擇一種控制方式，操作方式靈活可靠。遠程自動運行模式下，通過工藝步序進行設(shè)備的自動啟?；蜷_關(guān)，并且根據(jù)相關(guān)工藝參數(shù)自動進行設(shè)備的聯(lián)鎖控制（聯(lián)鎖控制、顯示、報警等）。遠操單機設(shè)備啟停模式，通過操作員的遠程控制，進行設(shè)備的單機控制。就地操作模式，就是在就地設(shè)備附近安裝就地控制柜和操作箱，可以對單臺設(shè)備進行就地啟停等操作。三種控制模式，可以實現(xiàn)無擾切換。就地操作模式具有最高運行權(quán)限，即不管何種情況下，就地控制箱可以對設(shè)備進行停止操作（用以使設(shè)備安全停車）[1]。

2 系統(tǒng)硬件組成

本套控制系統(tǒng)采用冗余的PLC、冗余的IO從站通信網(wǎng)絡(luò)、冗余的以太網(wǎng)、冗余的電源系統(tǒng)等冗余配置。按照這種配置方案，如果其中一個CPU在運行過程中發(fā)生故障，冗余備用的CPU會自動切換成主CPU進行運行；冗余的IO從站通信網(wǎng)絡(luò)，當其中任意一條網(wǎng)絡(luò)故障時，另外一條網(wǎng)絡(luò)仍然可以進行整機的正常通信。如果在運行過程中，一路電源突然停電，另外一路電源會自動無擾投入使用，從而實現(xiàn)設(shè)備不跳停。如果一臺交換機出現(xiàn)故障或者網(wǎng)線中斷，另外一路以太網(wǎng)會自動承擔數(shù)據(jù)傳輸及交換，不會導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集及傳輸中斷；

具體硬件配置如圖2所示：

（1）PLC冗余系統(tǒng)

Quantum Hot Standby是一種工業(yè)控制平臺，旨在提供適用于各種條件的自動冗余。該系統(tǒng)的主要組件是兩個PLC，即一個“主”PLC 和一個“備用”PLC。通過編程為檢測和響應(yīng)已定義的系統(tǒng)狀況，Quantum Hot Standby 系統(tǒng)可自動允許備用控制器接管過程的控制權(quán)，從而成為新的主控制器。這種轉(zhuǎn)換（稱為“切換”）的完成時間很短（警戒時鐘加上一個程序循環(huán)的長度）[2]。本系統(tǒng)采用本地冗余控制器配分布式I/O機架的控制模式，CPU采用施耐德Quantum系列控制模塊，模塊供電由背板提供，輸入/輸出通道具有光電隔離和數(shù)字濾波功能，信號模塊支持熱插拔功能，方便后期設(shè)備的維護，目前電力行業(yè)、市政污水行業(yè)、化工行業(yè)運用比較廣泛。施耐德Quantum系列CPU67160可以進行多任務(wù)處理、其具有先進的通信功能及最新的I/O技術(shù)。Quantum Hot Standby 控制器通過使用冗余硬件并在檢測到某些已定義的系統(tǒng)事件時自動切換到備用（備份）硬件，來實現(xiàn)高系統(tǒng)可用性。各個主從站之間通過各自機架上的遠程I/O通信模塊組成冗余的Modbus Plus網(wǎng)絡(luò)，再通過NOE模塊連接到交換機與其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行連接。

圖2

（2）上位機監(jiān)控系統(tǒng)

控制室配置3臺工業(yè)控制計算機，采用冗余結(jié)構(gòu)，每臺計算機配置雙網(wǎng)卡，分別與兩個處于不同網(wǎng)段的交換機連接，在一臺交換機或者主機架上的NOE模塊出現(xiàn)故障的情況下可以由另一路保障數(shù)據(jù)傳輸。上位機采用Wonderware公司的Intouch10.6軟件。調(diào)試結(jié)束后屏蔽了Windows所有熱鍵，并設(shè)置登錄密碼，操作員或工程師必須知道操作口令才可登錄，不同的等級設(shè)置不同的權(quán)限，從而使不同人員控制設(shè)備模式有等級之分，使系統(tǒng)運行更為可靠穩(wěn)定。

3 工程軟件設(shè)計

海陽核電站除鹽水控制系統(tǒng)，大量采用了冗余配置及容錯模式，提高了系統(tǒng)硬件的可靠性，在上位機及PLC程序設(shè)計上采用了相應(yīng)的容錯、濾波及聯(lián)鎖技術(shù)，對不同的故障進行分等級處理。一級故障采用聯(lián)鎖保護并且上位機進行報警提示，二級故障進行報警提示。上述報警均可人工確認后確認相關(guān)報警。上位機界面設(shè)置模擬量參數(shù)的趨勢圖查詢功能以及報警的歷史記錄查詢功能，用戶可以方便地通過歷史趨勢和報警記錄查詢故障發(fā)生的時間及可能原因、實現(xiàn)故障的追溯和分析，通過整點報表功能用戶可以方便地對運行參數(shù)進行記錄。

（1）下位機程序軟件及設(shè)置

下位機PLC編程軟件采用施耐德公司的UNITY PRO 4.0進行相關(guān)開發(fā)設(shè)計，編程語言采用梯形圖LD及FB功能塊等。根據(jù)控制需要，電機設(shè)備的控制塊及模擬量的信號處理塊一般采用FB控制功能塊。此種方式可以對同類設(shè)備進行相似編程處理，從而提高設(shè)計效率，便于現(xiàn)場維護工程師的維護及管理。

（2）上位機監(jiān)控軟件及設(shè)置

上位機控制軟件采用法國Schneider公司的Intouch10.6軟件。此軟件軟件用于可視化和控制工業(yè)生產(chǎn)過程。它為工程師提供了一種易用的開發(fā)環(huán)境和廣泛的功能，使工程師能夠快速地建立、測試和部署強大的連接和傳遞實時信息的自動化應(yīng)用。InTouch軟件是一個開放的、可擴展的人機界面，為定制應(yīng)用程序設(shè)計提供了靈活性，同時為工業(yè)中的各種自動化設(shè)備提供了連接能力[3]。

該人機界面實現(xiàn)的功能如下：

數(shù)據(jù)采集：Intouch軟件通過內(nèi)部特有的I/O Server服務(wù)器與PLC硬件進行通信，并支持冗余通信功能。

通信：它具有強大的網(wǎng)絡(luò)功能，通過傳統(tǒng)的DDE和擴展的NetDDE的方式，可與本機和其它計算機中的應(yīng)用程序?qū)崟r交換數(shù)據(jù)。另外，它支持標準的ActiveX技術(shù)，使用戶可以輕松地為自己的應(yīng)用程序開發(fā)各種網(wǎng)絡(luò)多媒體功能。

數(shù)據(jù)庫功能：InTouch除了自身帶有數(shù)據(jù)庫以外，還支持SQL語言，可以方便地與其他數(shù)據(jù)庫連接。同時，它支持通過ODBC訪問各種類型的數(shù)據(jù)庫，便于系統(tǒng)的綜合管理。

圖形用戶界面（GUI）：InTouch軟件提供了包括標準的圖形組件、位圖圖象、ActiveX控件、以及符號工廠（Symbol Factory）。Symbol Factory是一個高級圖形庫，它包含數(shù)以千計的預(yù)先配置的工業(yè)圖形，所有這些工具都非常易于使用且都是可視化的。本系統(tǒng)組態(tài)的界面采用兩級界面：第一級為系統(tǒng)主頁面、流程圖界面、參數(shù)設(shè)置界面、系統(tǒng)維護界面等；第二級界面為電機、閥門的控制面板界面，從而使用戶監(jiān)控更為直觀，操控更為簡便。

安全管理：可通過登錄權(quán)限管理機制，限制不同操作人員或者管理人員的訪問權(quán)限來實現(xiàn)系統(tǒng)的安全性。本系統(tǒng)共設(shè)置了3個級別的訪問權(quán)限，分為操作員級別、管理員級別、工程師級別。工程師級別權(quán)限最高，可修改系統(tǒng)參數(shù)、畫面組態(tài)、退出Intouch、實時監(jiān)控。管理員級可修改參數(shù)、實時監(jiān)控。操作員級權(quán)限最低，只能進行系統(tǒng)的監(jiān)控及系統(tǒng)設(shè)備的啟停。通過此種方式我們可以限定不同人員的工作權(quán)限，不同工作人員所能執(zhí)行的任務(wù)不同，從而防止非法操作、誤操作的發(fā)生。

4 網(wǎng)絡(luò)通信

本套控制系統(tǒng)的上位機監(jiān)控軟件Intouch數(shù)據(jù)庫通過Modbus TCP/IP協(xié)議與Quantum PLC的NOE模塊進行通信，并通過傳統(tǒng)的DDE和擴展的NetDDE的方式，可與本機和其它計算機中的應(yīng)用程序?qū)崟r交換數(shù)據(jù)，即實現(xiàn)Quantum PLC與Intouch之間的數(shù)據(jù)交換。

5 結(jié)束語

由施耐德Quantum 系列PLC構(gòu)成的冗余控制系統(tǒng)，可提高遠程工作站的系統(tǒng)可用性，實現(xiàn)在遠程子站繼續(xù)受控時在主機架中執(zhí)行維護操作。該套系統(tǒng)投運已有數(shù)年時間，運行情況良好，控制系統(tǒng)日常維護量少，操作簡單，系統(tǒng)安全穩(wěn)定，能很好地滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。

[1]Schneider公司Intouch用戶手冊[Z].

[2]于慶廣.可編程序控制器原理及系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[3]王衛(wèi)兵.PLC系統(tǒng)通信、擴展網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

Desalted Water Control System Design for Haiyang NuclearPower Station

Zhao Hongjun Wang Renzhi

Jiangsu Cec-ricm Energy Conservation Technology Co., Ltd., Jiangsu Nanjing 210000

The paper describes the structural characteristics of Haiyang nuclear power plant in automatic control system for water, in addition to the requirements of water control system. Using Quantum series CPU designs the desalted water. The system adopts CPU control system and communication network redundancy structure to meet the needs of high stability and high safety requirements, redundant switching without disturbance of the system.The system is easy to use and easy to maintain.

PLC; INTOUCH; desalted water control system

TP273

A

1009-6434（2017）10-0084-03