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        秦山第二核電廠(chǎng)凝結(jié)水精處理控制系統(tǒng)改造

        2019-10-25 01:39:00胡昌森
        儀器儀表用戶(hù) 2019年11期
        關(guān)鍵詞:萬(wàn)用表凝結(jié)水端子

        胡昌森

        (中核核電運(yùn)行管理有限公司,浙江 海鹽 314300)

        凝結(jié)水精處理系統(tǒng)為永久性設(shè)置的系統(tǒng),用以除去凝結(jié)水中的離子態(tài)、懸浮狀雜質(zhì),確保達(dá)到蒸汽發(fā)生器規(guī)定的給水雜質(zhì)。其主要功能:在機(jī)組啟動(dòng)階段,凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的投入,可使凝結(jié)水較快地達(dá)到回收指標(biāo),從而減少凝結(jié)水的排放量,并縮短機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)間;在機(jī)組正常運(yùn)行期間,凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的投入,可去除凝汽器水側(cè)或汽側(cè)因微量泄漏而進(jìn)入凝結(jié)水的雜質(zhì),確保給水水質(zhì);在凝汽器突然發(fā)生較大泄漏事故時(shí),凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的投入,可為應(yīng)付緊急停機(jī)提供足夠的緩解時(shí)間。

        原ATE 控制系統(tǒng)使用AB 公司的PLC5 系列,現(xiàn)AB PLC5 系列備件已全部停產(chǎn),且廠(chǎng)家已無(wú)庫(kù)存?zhèn)浼?,現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備損壞后,將無(wú)備件進(jìn)行維修和更換使用,對(duì)系統(tǒng)安全運(yùn)行造成極大隱患。ATE 系統(tǒng)上位機(jī)使用FIX 軟件,F(xiàn)IX 軟件也已停產(chǎn),且硬件狗也無(wú)法采購(gòu)到備件,一旦損壞無(wú)法修復(fù),將造成上位機(jī)監(jiān)控軟件不可用。

        1 凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)

        1.1 KSN三廢控制系統(tǒng)采用分層結(jié)構(gòu),包含控制層和監(jiān)控層

        控制層:CPU 控制器采用昆騰+雙機(jī)熱備冗余配置,每臺(tái)控制器均配置有2 塊以太網(wǎng)通訊模塊與上位工控機(jī)建立冗余通訊連接,冗余CPU 卡件集成的以太網(wǎng)接口與6 個(gè)10 槽遠(yuǎn)程RIO 構(gòu)成冗余RIO 下位通訊環(huán)網(wǎng)??刂破魅我荒K故障或熱插拔更換不影響整個(gè)PLC 系統(tǒng)正常運(yùn)行,RIO下位通訊環(huán)網(wǎng)支持單點(diǎn)斷線(xiàn)不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行[1]。IO 配置見(jiàn)表1。

        表1 IO配置表Table 1 IO Configuration table

        圖1 ATE控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱DFig.1 ATE Control system network topology

        監(jiān)控層:上位監(jiān)控層通過(guò)設(shè)置在機(jī)柜內(nèi)2 臺(tái)施耐德工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)分別將冗余控制器、ATE 工程師站兼操作站、ATE 操作站、SIT 操作站集聯(lián)起來(lái),網(wǎng)絡(luò)通訊速率100Mbps,任一網(wǎng)線(xiàn)中斷不影響操作站正常運(yùn)行,系統(tǒng)滿(mǎn)載運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)負(fù)載僅為15%。ATE 工程師站兼操作站部署UNITY PRO V15 版 PLC 組態(tài)軟件和IFIX V5.9 上位監(jiān)控開(kāi)發(fā)版軟件,工控機(jī)選用研華高性能工控機(jī)配套DELL 24 寸顯示器。

        1.2 為保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全、穩(wěn)定,凝結(jié)水精處理系統(tǒng)配置滿(mǎn)足如下要求

        系統(tǒng)電源冗余、工作站冗余、控制器冗余、控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1 所示。

        2 ATE控制系統(tǒng)的建立

        2.1 ATE控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)的搭設(shè)

        在A(yíng)TE 控制室進(jìn)行ATE 控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)的搭設(shè):操作臺(tái)、工作站、配電柜、IO 機(jī)柜、各硬件設(shè)備之間的電纜連接。

        2.2 ATE控制系統(tǒng)軟件平臺(tái)的搭設(shè)

        上位機(jī)組態(tài)程序的編制:完成ATE 控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、操作畫(huà)面、趨勢(shì)、日志等一系列實(shí)現(xiàn)人機(jī)良好交互程序的組態(tài),下位機(jī)組態(tài)程序的編制:實(shí)現(xiàn)控制邏輯,信號(hào)傳輸功能的程序的組態(tài)。

        3 ATE控制系統(tǒng)的調(diào)試

        3.1 AC220V電氣回路測(cè)試

        用萬(wàn)用表測(cè)試AC220V 回路是否有短路情況,將所有開(kāi)關(guān)合上,再測(cè)試AC220V 回路是否有短路現(xiàn)象。

        3.2 DC24V電路回路測(cè)試

        用萬(wàn)用表測(cè)試DC24V 回路是否有短路現(xiàn)象,將所有直流供電的開(kāi)關(guān)合上,再測(cè)試DC24V 回路是否有斷路現(xiàn)象;測(cè)試DC24V 正極對(duì)地是否有短路現(xiàn)象;測(cè)試DC24V 回路對(duì)AC220V 回路之間是否有短路現(xiàn)象;測(cè)試對(duì)地絕緣電阻,斷開(kāi)220VAC 供電電源,如果負(fù)端已經(jīng)接地則此項(xiàng)不測(cè)試,50V 測(cè)試電壓下>5MΩ。

        3.3 空氣開(kāi)關(guān)測(cè)試

        在斷開(kāi)供電電源的前提下,依次閉合、分?jǐn)嗫諝忾_(kāi)關(guān),檢查是否靈活可靠。同時(shí)用萬(wàn)用表測(cè)量空氣開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通情況,閉合通,分?jǐn)鄶啵ㄕ#?/p>

        3.4 I/O卡件的短路測(cè)試

        測(cè)試所有的DI 信號(hào)對(duì)AC220V 之間是否有短路現(xiàn)象;測(cè)試所有的DO 輸出對(duì)AC220V 之間是否有短路現(xiàn)象;測(cè)試所有的AI 信號(hào)對(duì)AC220V 之間是否有短路現(xiàn)象;測(cè)試所有的AO 輸出對(duì)AC220V 之間是否有短路現(xiàn)象。

        3.5 上電

        將所有的進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)處于關(guān)斷位置,接入2 路不同的AC220V 電源線(xiàn)。在供電電源處,系統(tǒng)接線(xiàn)確認(rèn)無(wú)誤后投入總電源開(kāi)關(guān)。在控制機(jī)柜處,用萬(wàn)用表測(cè)試電源進(jìn)線(xiàn)端子處的電壓值,其電壓值不應(yīng)超過(guò)額定電壓的±10%。如果誤差較大,則應(yīng)進(jìn)行檢查,查詢(xún)相關(guān)原因,確認(rèn)不會(huì)損壞系統(tǒng)后再送電。

        PLC I/O 機(jī)架得電后,依次觀(guān)察各個(gè)模塊狀態(tài)指示是否正確,或者用工作站對(duì)控制主機(jī)模塊的基本功能或性能進(jìn)行測(cè)試;CPU 主機(jī)架得電后,觀(guān)察CPU 模塊的顯示是否正常。機(jī)架最左邊電源模塊得電,觀(guān)察顯示是否正常。以太網(wǎng)模塊狀態(tài)應(yīng)為:Ready 綠燈和Com Act 綠燈亮。DI 模塊的顯示信號(hào)Active 綠色LED 燈亮,正常情況下1 ~32 燈均不應(yīng)亮[2]。

        3.6 PLC系統(tǒng)I/O通道測(cè)試

        主要針對(duì)IO 機(jī)柜主要部件進(jìn)行性能檢測(cè)。在斷開(kāi)外部信號(hào)電纜的前提下,用高精度信號(hào)發(fā)生器及高精度萬(wàn)用表對(duì)PLC 系統(tǒng)的輸入和輸出通道進(jìn)行完好性檢查。

        1)DI 信號(hào)測(cè)試(數(shù)字量輸入信號(hào))

        根據(jù)圖紙,用短接線(xiàn)短接控制柜內(nèi)DI 開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)端子,在工作站HMI 界面上檢查顯示狀態(tài),檢查相應(yīng)的閥門(mén)反饋、電機(jī)反饋、報(bào)警接點(diǎn)等各信號(hào)在操作畫(huà)面上是否正確顯示。

        2)DO 信號(hào)測(cè)試(數(shù)字量輸出信號(hào))

        對(duì)于有源開(kāi)關(guān)量輸出,在工作站上或其它編程器上發(fā)出不同的指令信號(hào),在輸出通道的接線(xiàn)端子上,用電壓表測(cè)試其輸出狀態(tài)的變化(有電壓/沒(méi)有電壓)。

        對(duì)于無(wú)源開(kāi)關(guān)量輸出,在工作站上或其它編程器上發(fā)出不同的指令信號(hào),在輸出通道的接線(xiàn)端子上,用通燈或萬(wàn)用表測(cè)試其狀態(tài)的變化。對(duì)于干接點(diǎn)輸出,用通燈即可;對(duì)于固態(tài)繼電器輸出,則用萬(wàn)用表的歐姆檔(放在10M 檔以上比較明顯)進(jìn)行測(cè)試。

        根據(jù)圖紙,找到DO 模塊所對(duì)應(yīng)的繼電器,如閥門(mén)試驗(yàn),手動(dòng)開(kāi)關(guān)閥門(mén),逐一在畫(huà)面上點(diǎn)操各閥門(mén),測(cè)試相應(yīng)的DO 點(diǎn)是否動(dòng)作,動(dòng)作時(shí)間是否正確,檢查輸出狀態(tài)是否與上位機(jī)上的操作一致;也可以通過(guò)強(qiáng)制DO 的地址,對(duì)應(yīng)的繼電器應(yīng)動(dòng)作,指示燈亮,檢測(cè)相應(yīng)繼電器的常開(kāi)信號(hào)對(duì)應(yīng)的端子應(yīng)接通;強(qiáng)制解除后,相應(yīng)繼電器釋放,端子斷開(kāi)。

        3)AI 信號(hào)測(cè)試(模擬量輸入信號(hào))

        用模擬量信號(hào)發(fā)生器發(fā)出所需要的模擬量信號(hào)(如4mA ~20mA,1V ~5V),將4mA ~20mA 信號(hào)(信號(hào)發(fā)生器)接至AI 信號(hào)端子,在工作站或其它編程器上檢查顯示值(一般為工程單位值),檢查對(duì)應(yīng)的畫(huà)面上的儀表顯示是否正確,量程是否正確,報(bào)警是否正確。記錄下每一個(gè)通道的輸入信號(hào)值和輸出顯示值。每一個(gè)通道檢查5 點(diǎn):0%,25%,50%,75%,100%。根據(jù)圖紙,找到AI 模塊對(duì)應(yīng)的端子,將4mA 信號(hào)接在端子上,對(duì)應(yīng)的模塊上有相應(yīng)的數(shù)值(0),將8mA,12mA,16mA 和20mA 也同上理測(cè)試。檢測(cè)所有的AI 模塊,如有數(shù)據(jù)不對(duì),將記錄下來(lái),更換相應(yīng)的模塊[3]。

        4)24 小時(shí)穩(wěn)定性測(cè)試

        上述測(cè)試完畢后,將系統(tǒng)上電進(jìn)行24 小時(shí)穩(wěn)定性測(cè)試,每8 小時(shí)檢查一次系統(tǒng)運(yùn)行情況,看其是否運(yùn)行正常。

        3.7 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工藝控制邏輯測(cè)試

        現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的測(cè)試可分為標(biāo)準(zhǔn)邏輯測(cè)試和外部邏輯測(cè)試。標(biāo)準(zhǔn)邏輯,是指這個(gè)設(shè)備本身的一些信號(hào)和指令的輸入和輸出。外部邏輯,是指這個(gè)設(shè)備本身的一些特定的邏輯關(guān)系。外部邏輯的輸出連接到標(biāo)準(zhǔn)邏輯的輸入?yún)⑴c到標(biāo)準(zhǔn)邏輯的運(yùn)算和判斷中。由于每個(gè)設(shè)備的外部邏輯都不盡相同而且牽涉到工藝流程,因而設(shè)備的外部邏輯的調(diào)試必須由熟悉工藝的人員共同參與。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)邏輯和外部邏輯的測(cè)試,該設(shè)備相關(guān)的所有信號(hào):設(shè)備狀態(tài)反饋,設(shè)備輸入輸出控制指令,內(nèi)部邏輯信號(hào),外部聯(lián)鎖輸入輸出邏輯信號(hào)均能完整地測(cè)試完畢,保證在系統(tǒng)正常投運(yùn)時(shí)設(shè)備的自動(dòng)控制。

        3.8 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)

        在系統(tǒng)各個(gè)工藝流程現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及邏輯調(diào)試完成后,即可進(jìn)行系統(tǒng)完整工藝流程的調(diào)試,此項(xiàng)調(diào)試確定系統(tǒng)各個(gè)工藝流程之間的接口及轉(zhuǎn)換正常,在該項(xiàng)調(diào)試過(guò)程中,要密切關(guān)注現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行的相關(guān)參數(shù),必要時(shí)做出相應(yīng)的人為干預(yù),確保調(diào)試人員和設(shè)備的安全。

        4 創(chuàng)新點(diǎn)

        1)通過(guò)本次改造提高了整個(gè)控制系統(tǒng)的性能,包括處理速度、冗余化程度、報(bào)表、趨勢(shì)、操作功能,增強(qiáng)了系統(tǒng)和工藝聯(lián)鎖報(bào)警等故障信息診斷功能。

        2)改造后PLC 控制系統(tǒng)具有先進(jìn)、高效、可靠的硬件架構(gòu),系統(tǒng)由老舊的總線(xiàn)通訊方式升級(jí)為通訊速率更高,系統(tǒng)擴(kuò)展兼容性更強(qiáng)的工業(yè)以太網(wǎng)通訊方式。

        3)中國(guó)核電正在推進(jìn)數(shù)字核電,2ATE 改造的監(jiān)控層具備OPC 通訊接口,為今后全廠(chǎng)數(shù)字化的建立創(chuàng)造了必備條件。同時(shí)系統(tǒng)的外圍設(shè)備包括操作站的通用性大幅增加,方便了系統(tǒng)的維護(hù),新系統(tǒng)的控制功能非常強(qiáng)大,在線(xiàn)組態(tài)維護(hù)、下裝修改程序非常方便,為控制功能的進(jìn)一步優(yōu)化創(chuàng)造了條件。

        4)對(duì)電磁閥箱的改造,提高了電磁閥維修保養(yǎng)的便利性以及安全性,在交流電磁干擾隔離方面優(yōu)化箱體配置,通過(guò)新增交流信號(hào)控制箱徹底隔離交流信號(hào)對(duì)直流信號(hào)可能產(chǎn)生的電磁干擾作用,確保了電磁閥的可靠動(dòng)作。

        5)在接地方面,改造前原系統(tǒng)的接地,信號(hào)地和保護(hù)地接到同一端子;改造后,信號(hào)地和保護(hù)地是分開(kāi)的,確保強(qiáng)電不會(huì)對(duì)弱電的模擬量信號(hào)進(jìn)行干擾,提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

        5 結(jié)束語(yǔ)

        PLC 技術(shù)的廣泛使用,極大地解放了生產(chǎn)力。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展,20 世紀(jì)基于總線(xiàn)技術(shù)的PLC 控制系統(tǒng)不再是一個(gè)封閉的系統(tǒng),它向所有具有控制權(quán)限的計(jì)算機(jī)用戶(hù)開(kāi)放,并形成以全廠(chǎng)信息化管理系統(tǒng)為中心的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。目前的升級(jí)改造僅僅是完成了PLC 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的第一步,除依托工業(yè)以太網(wǎng)完成相關(guān)控制命令外,基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的PLC 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)智能化管理,采用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)將存在相關(guān)關(guān)系的PLC 控制系統(tǒng)連接起來(lái),實(shí)現(xiàn)更加開(kāi)放的PLC 控制網(wǎng)絡(luò),同時(shí)降低企業(yè)生產(chǎn)成本。

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