摘 要 為了及時(shí)、便捷、無污染地獲取核電站一回路水質(zhì)樣品，提高水質(zhì)監(jiān)測(cè)效率，設(shè)計(jì)了基于PLC的核電站一回路水化學(xué)監(jiān)測(cè)自動(dòng)取樣系統(tǒng)。首先對(duì)自動(dòng)取樣系統(tǒng)工藝組成進(jìn)行分析，提出功能需求，設(shè)計(jì)由現(xiàn)場(chǎng)層、過程層和管理層構(gòu)成的總體方案，然后介紹各層級(jí)硬件組成以及層級(jí)間的連接關(guān)系，最后，設(shè)計(jì)過程層PLC的軟件程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)取樣系統(tǒng)熱工參數(shù)的實(shí)時(shí)測(cè)量、自動(dòng)控制和超限保護(hù)，設(shè)計(jì)管理層工業(yè)控制計(jì)算機(jī)人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)參數(shù)可視化、存儲(chǔ)和報(bào)警提示。采用經(jīng)典的PID算法實(shí)現(xiàn)熱工參數(shù)自動(dòng)控制，通過理論建模與經(jīng)驗(yàn)試湊相結(jié)合的方式提升PID參數(shù)調(diào)試效率，并進(jìn)行手自動(dòng)無擾切換處理提升自動(dòng)控制算法的穩(wěn)定性。經(jīng)驗(yàn)證，該系統(tǒng)可以穩(wěn)定、自動(dòng)獲取樣品，對(duì)提高核電站一回路水化學(xué)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化水平有重要意義。

關(guān)鍵詞 PLC 核電站一回路 水化學(xué)監(jiān)測(cè) 自動(dòng)取樣系統(tǒng) PID 人機(jī)界面

中圖分類號(hào) TP271" "文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B" "文章編號(hào) 1000-3932（2024）06-1129-06

目前世界上已建立的近五百座核電站絕大多數(shù)為壓水堆核電站，這類核電站采用水作為反應(yīng)堆慢化劑和冷卻劑構(gòu)成核電站放射性密閉循環(huán)一回路［1，2］。壓水堆核電站一回路水化學(xué)反應(yīng)非常復(fù)雜，一回路的水具有腐蝕性和放射性，若品質(zhì)不合格可能會(huì)引起或加劇反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料和燃料包殼材料的腐蝕，影響燃料的使用壽命和燃料棒傳熱效率，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致燃料元件包殼破損和設(shè)備損壞，從而造成放射性危害［3］。因此核電站一回路水化學(xué)品質(zhì)監(jiān)測(cè)問題至關(guān)重要。

核電站一回路水化學(xué)監(jiān)測(cè)通常采用人工取樣實(shí)驗(yàn)室化學(xué)儀器離線分析的方式，這種方式存在取樣周期長(zhǎng)、工作量大等問題，無法實(shí)時(shí)獲取指標(biāo)信息和指標(biāo)變化趨勢(shì)，也可能在取樣過程中污染樣本或使取樣人員受到輻射傷害［4］。隨著公眾對(duì)于核安全的日益關(guān)注，對(duì)核電站水化學(xué)品質(zhì)監(jiān)測(cè)提出了更高的要求，尤其對(duì)指標(biāo)的預(yù)警提示和變化趨勢(shì)進(jìn)行分析時(shí)需要水化學(xué)監(jiān)測(cè)信息具有較好的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和連續(xù)性。隨著自動(dòng)化技術(shù)和化學(xué)在線分析儀表的發(fā)展，可以實(shí)時(shí)在線分析水化學(xué)指標(biāo)的一回路水化學(xué)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

自動(dòng)取樣系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)一回路水化學(xué)自動(dòng)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)和重要組成部分。自動(dòng)取樣系統(tǒng)可以穩(wěn)定、連續(xù)地自動(dòng)獲取滿足儀表檢測(cè)要求的一回路水化學(xué)樣品，并將樣品送入在線分析系統(tǒng)進(jìn)行在線分析，從而縮短取樣周期、降低工作量，避免樣品污染，有效提高水質(zhì)監(jiān)測(cè)效率。可編程邏輯控制器（PLC）作為一種基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的數(shù)字運(yùn)算控制裝置，其維護(hù)簡(jiǎn)單、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用［5，6］。為了及時(shí)、便捷、無污染地自動(dòng)獲取一回路水質(zhì)樣品，提高水質(zhì)監(jiān)測(cè)效率，筆者設(shè)計(jì)了基于PLC的一回路水化學(xué)監(jiān)測(cè)自動(dòng)取樣系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 自動(dòng)取樣系統(tǒng)工藝組成

核電站一回路水化學(xué)監(jiān)測(cè)自動(dòng)取樣系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱自動(dòng)取樣系統(tǒng)）獲取的樣品會(huì)進(jìn)入下游的化學(xué)自動(dòng)分析儀表系統(tǒng)進(jìn)行水化學(xué)指標(biāo)測(cè)量。核電站一回路水工質(zhì)處于高溫高壓的狀態(tài)，為了使待測(cè)樣品滿足化學(xué)分析儀器儀表的使用要求，自動(dòng)取樣系統(tǒng)需要對(duì)一回路水質(zhì)進(jìn)行減壓和降溫處理。自動(dòng)取樣系統(tǒng)由多條取樣支路組成，取樣支路工藝如圖1所示。

核電站一回路水工質(zhì)經(jīng)過電動(dòng)截止閥流入自動(dòng)取樣系統(tǒng)后，由管道過濾器去除雜質(zhì)。過濾后的樣品會(huì)流經(jīng)減壓閥和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)入冷卻器降溫。減壓閥降低樣品壓力，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥維持樣品壓力穩(wěn)定。自動(dòng)取樣系統(tǒng)工藝回路設(shè)置有溫度、壓力、流量及液位等熱工參數(shù)測(cè)量點(diǎn)，當(dāng)熱工參數(shù)超出安全閾值時(shí)，自動(dòng)取樣系統(tǒng)會(huì)關(guān)閉入口處的電動(dòng)截止閥，避免不符合要求的樣品進(jìn)入下游的化學(xué)分析儀表系統(tǒng)。

1.2 自動(dòng)取樣系統(tǒng)功能分析

為使取樣人員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄自動(dòng)取樣系統(tǒng)狀態(tài)，自動(dòng)取樣系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)工藝管道內(nèi)樣品溫度、壓力、流量及液位等熱工參數(shù)的采集、顯示與存儲(chǔ)功能，并提供電動(dòng)截止閥和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程自動(dòng)控制功能，使得自動(dòng)取樣系統(tǒng)出口處樣品壓力滿足要求。此外，自動(dòng)取樣系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備超限保護(hù)功能，當(dāng)溫度、壓力、流量及液位等熱工參數(shù)超出閾值時(shí)自動(dòng)關(guān)閉取樣系統(tǒng)入口處的截止閥并報(bào)警，且報(bào)警狀態(tài)下截止閥無法打開。

1.3 總體方案設(shè)計(jì)

基于上述功能分析，自動(dòng)取樣系統(tǒng)測(cè)量控制功能結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)如圖2所示，分為現(xiàn)場(chǎng)層、過程層和管理層3個(gè)層級(jí)?，F(xiàn)場(chǎng)層由一體式變送器和可執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)溫度、壓力、流量及液位等熱工參數(shù)的采集和可執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制指令的動(dòng)作。過程層由PLC組成，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)采集參數(shù)的轉(zhuǎn)換和可執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制指令的運(yùn)算及發(fā)布。管理層由配有顯示器的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)即工控機(jī)組成，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)取樣系統(tǒng)的人機(jī)交互——可視化取樣回路熱工參數(shù)和可執(zhí)行機(jī)構(gòu)狀態(tài)、提示報(bào)警信息以及提供取樣人員控制指令輸入接口。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要介紹自動(dòng)取樣系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)層、過程層和管理層硬件設(shè)備組成以及各層級(jí)之間的連接關(guān)系。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)層

自動(dòng)取樣系統(tǒng)需要監(jiān)測(cè)取樣回路的溫度、壓力、流量及液位等熱工參數(shù)，因此現(xiàn)場(chǎng)層主要由鉑電阻、壓力變送器、流量變送器和音叉液位開關(guān)組成?，F(xiàn)場(chǎng)層的可執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包含電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和電動(dòng)截止閥。壓力變送器和流量變送器分別采集現(xiàn)場(chǎng)的壓力和流量參數(shù)并將參數(shù)值轉(zhuǎn)換成4～20 mA電流信號(hào)送至過程層PLC的模擬量輸入（AI）模塊。鉑電阻輸出與樣品溫度相關(guān)的電阻信號(hào)至AI模塊。電動(dòng)截止閥為數(shù)字量控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，當(dāng)PLC的數(shù)字量輸出（DO）模塊輸出“0”或者“1”至截止閥時(shí)，其對(duì)應(yīng)的狀態(tài)分別為“開”或者“關(guān)”。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥為模擬量控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，當(dāng)PLC的模擬量輸出（AO）模塊輸出4～20 mA信號(hào)至調(diào)節(jié)閥時(shí)，其對(duì)應(yīng)開度為0%～100%。

2.2 過程層

憑借使用方便、結(jié)構(gòu)緊湊、高性能、集成工藝功能等諸多優(yōu)勢(shì)，SIMATIC S7-1500 PLC成為高復(fù)雜性和高系統(tǒng)性自動(dòng)化應(yīng)用場(chǎng)景的最佳選擇［7］。自動(dòng)取樣系統(tǒng)過程層選用SIMATIC S7-1500 PLC，其由系統(tǒng)電源（PS）、核心處理器（CPU）、模擬量和數(shù)字量輸入/輸出模塊組成。各模塊選型如下：考慮電氣側(cè)能提供的額定輸入電壓和PLC模塊功耗，PS模塊型號(hào)為PS 60 W 120/230 V AC/DC；CPU模塊為具有1個(gè)PROFINET接口并具有通用PID集成工藝功能的CPU 1511-1 PN；AI模塊為具有8個(gè)輸入通道和16 bit分辨率的AI 8×U/I/RTD/TC ST；AO模塊為具有8個(gè)輸出通道和16 bit分辨率的AQ 8×U/I HS；DI模塊為具有32個(gè)輸入通道的DI 32×24 V DC HF；DO模塊為具有16個(gè)輸出通道的DQ 16×24 V DC/0.5 A HF。

過程層通過S7-1500 PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)取樣系統(tǒng)熱工參數(shù)的轉(zhuǎn)換和可執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制指令的運(yùn)算和發(fā)布。在測(cè)量方面，DI/AI模塊將來自現(xiàn)場(chǎng)層的電信號(hào)或者電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并送入CPU模塊進(jìn)行邏輯運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)熱工參數(shù)的測(cè)量；在控制方面，DO/AO模塊將CPU控制運(yùn)算指令轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，發(fā)布至現(xiàn)場(chǎng)層的可執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)熱工參數(shù)的控制。

2.3 管理層

管理層選用研華的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，基于TIA WinCC Professional軟件組態(tài)人機(jī)界面。TIA WinCC Professional軟件組態(tài)的人機(jī)界面可以通過TIA WinCC Runtime Professional可視化軟件運(yùn)行在工控機(jī)上。TIA WinCC Professional作為一種非常強(qiáng)大的監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集軟件，具有參數(shù)實(shí)時(shí)顯示、報(bào)警顯示、報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)顯示等功能控件，能夠很好地滿足自動(dòng)取樣系統(tǒng)管理層的人機(jī)交互需求。

管理層的工控機(jī)通過與過程層的S7-1500 PLC建立工業(yè)以太網(wǎng)通信來獲取過程層數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理和顯示，取樣人員可通過工控機(jī)上TIA WinCC Runtime Professional提供的操作員運(yùn)行界面對(duì)自動(dòng)取樣系統(tǒng)的熱工參數(shù)以及調(diào)節(jié)閥、截止閥的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和管理。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要從過程層PLC程序設(shè)計(jì)和管理層人機(jī)界面設(shè)計(jì)兩方面展開介紹。

3.1 PLC程序設(shè)計(jì)

采用與SIMATIC S7-1500 PLC相配套的軟件TIA Step7 Professional（簡(jiǎn)稱Step 7）開發(fā)PLC程序。PLC程序設(shè)計(jì)包含硬件組態(tài)和程序開發(fā)。此外，為了提升程序性能和程序現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試效率，在程序設(shè)計(jì)階段優(yōu)化了程序性能。

3.1.1 硬件組態(tài)

硬件組態(tài)是指在Step7的設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)視圖中對(duì)各種設(shè)備和模塊進(jìn)行安排、設(shè)置和聯(lián)網(wǎng)。在Step7設(shè)備視圖界面添加PLC模塊，各模塊插入導(dǎo)軌的槽位與實(shí)際的PLC模塊順序一致。根據(jù)自動(dòng)取樣系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)層與過程層的連接信息配置模塊的I/O地址、模塊通道測(cè)量類型和范圍等參數(shù)。

過程層與管理層通過工業(yè)以太網(wǎng)通信。在硬件組態(tài)時(shí)需要設(shè)置PLC與工控機(jī)的IP參數(shù)，使二者在同一個(gè)局域網(wǎng)中。PLC的以太網(wǎng)IP地址設(shè)置為192.168.0.1，工控機(jī)的IP地址設(shè)置為192.168.0.2。此外，在Step7組態(tài)界面設(shè)置工控機(jī)IP地址后，還需要在工控機(jī)上配置網(wǎng)口以及與硬件組態(tài)一致的IP地址。

3.1.2 程序開發(fā)

使用Step7梯形圖語言進(jìn)行PLC編程，實(shí)現(xiàn)熱工參數(shù)轉(zhuǎn)換、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程自動(dòng)控制功能以及熱工參數(shù)超限報(bào)警和聯(lián)鎖保護(hù)功能。PLC程序由主程序OB1，子程序功能塊FC1、FB1～FB4，中斷組織塊OB30～OB34組成，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

PLC通過從上到下、從左到右循環(huán)掃描并執(zhí)行主程序OB1中的指令實(shí)現(xiàn)過程層的功能。主程序OB1首先調(diào)用FB1設(shè)置通信、I/O端口、模擬量采集頻率等參數(shù)初始化PLC；再通過功能塊FC1構(gòu)建模擬量轉(zhuǎn)換函數(shù)，將PLC模擬量模塊輸入至CPU模塊的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為工程值；然后功能塊FB2通過調(diào)用FC1并配置與現(xiàn)場(chǎng)層采集設(shè)備相匹配的量程等參數(shù)實(shí)現(xiàn)溫度、壓力、流量及液位等參數(shù)的轉(zhuǎn)換和工程值顯示；FB3對(duì)參數(shù)工程值進(jìn)行閾值判斷，若存在異?；蛘叱迍t發(fā)出報(bào)警信號(hào)；報(bào)警狀態(tài)下主程序OB1通過調(diào)用FB4自動(dòng)關(guān)閉自動(dòng)取樣系統(tǒng)入口處的電動(dòng)截止閥，保護(hù)下游的化學(xué)分析儀表系統(tǒng)，真實(shí)的報(bào)警源未解除時(shí)，取樣人員無法打開截止閥；PLC按照預(yù)期設(shè)定的時(shí)間間隔定期執(zhí)行循環(huán)中斷組織塊OB30～OB34中的程序，在中斷OB30～OB34中調(diào)用工藝對(duì)象“PID_Compact”實(shí)現(xiàn)自動(dòng)取樣系統(tǒng)中各取樣支路出口處壓力的PID自動(dòng)控制。

3.1.3 性能優(yōu)化

PID參數(shù)設(shè)置是否合理是影響取樣支路出口壓力穩(wěn)定性的重要因素。工程中常用的PID參數(shù)整定方法是經(jīng)驗(yàn)試湊法，根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，先確定一組PID初始參數(shù)，然后人為加入階躍擾動(dòng)，觀察被調(diào)量的階躍響應(yīng)曲線，并依照調(diào)節(jié)器各參數(shù)對(duì)調(diào)節(jié)過程的影響，修改整定參數(shù)值，直到獲得滿意的階躍響應(yīng)曲線為止［8～10］。PID參數(shù)整定效率與初始PID參數(shù)密切相關(guān)。

為了提升自動(dòng)取樣系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)PID參數(shù)調(diào)節(jié)的效率，采用理論建模與經(jīng)驗(yàn)試湊相結(jié)合的整定方法。程序開發(fā)階段通過理論模型尋找合適的理論值作為初始PID參數(shù)，在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試階段基于理論整定值和實(shí)際的工業(yè)過程優(yōu)化整定參數(shù)。具體地，在程序開發(fā)階段通過調(diào)用西門子一階仿真模型“Lsim_PDT1”構(gòu)建工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)取樣支路出口壓力調(diào)節(jié)模型，模擬工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)取樣系統(tǒng)工藝回路出口處壓力參數(shù)?；赑ID控制器“PID_Compact”和一階仿真模型“Lsim_PDT1”搭建閉環(huán)控制回路，探索合適的PID理論參數(shù)，分別為比例參數(shù)P=52、積分參數(shù)I=20、微分參數(shù)D=12。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試PID參數(shù)時(shí)以仿真參數(shù)為初始值，快速地調(diào)試出較為合適的PID參數(shù)：P=52、I=21、D=10。通過構(gòu)建仿真模型有效提升了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)PID參數(shù)調(diào)試效率。

此外，自動(dòng)取樣系統(tǒng)支持手動(dòng)遠(yuǎn)程調(diào)整樣品壓力，為避免在手動(dòng)與自動(dòng)兩種控制模式之間進(jìn)行切換時(shí)，樣品出口處壓力出現(xiàn)劇烈波動(dòng)，在中斷組織塊OB30～OB34中進(jìn)行了手/自動(dòng)無擾切換處理，使得手/自動(dòng)切換前后壓力調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)保證自持，即在采樣人員切換壓力控制模式時(shí)，保證電動(dòng)壓力調(diào)節(jié)閥在新控制模式下的初始開度為上一種控制模式下的最終開度。

3.2 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

自動(dòng)取樣系統(tǒng)使用TIA WinCC Professional軟件組態(tài)人機(jī)界面并通過運(yùn)行在工控機(jī)上的TIA WinCC Runtime Professional可視化軟件顯示人機(jī)交互界面。自動(dòng)取樣系統(tǒng)人機(jī)交互界面主要包括“監(jiān)測(cè)主界面”“PID控制”“報(bào)警信息”“歷史數(shù)據(jù)”4個(gè)界面，通過界面下方的按鈕可以進(jìn)行各顯示界面之間的切換。

監(jiān)測(cè)主界面如圖4所示，通過監(jiān)測(cè)主界面可以有效監(jiān)測(cè)自動(dòng)取樣系統(tǒng)工藝回路運(yùn)行狀況。背景項(xiàng)目中核電站一回路共有5條編號(hào)從KUB51排至KUB55的取樣支路，因此人機(jī)交互界面顯示5條取樣支路的相關(guān)信息。以圖4中第2條取樣支路KUB52為例，監(jiān)控主界面從上至下依次顯示KUB52取樣支路電動(dòng)截止閥開關(guān)狀態(tài)、液位高低、冷卻水回路流量、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度、取樣支路壓力、取樣支路溫度、取樣支路流量。

為了維持取樣支路壓力穩(wěn)定，PID控制界面提供了如圖5所示的壓力控制接口?？梢酝ㄟ^“手動(dòng)模式”或者“自動(dòng)模式”調(diào)節(jié)取樣回路的壓力。手動(dòng)模式下，通過手動(dòng)設(shè)置壓力調(diào)節(jié)閥開度調(diào)節(jié)回路壓力；自動(dòng)模式下，PID控制算法基于設(shè)定的PID參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力。PID控制界面可以實(shí)時(shí)顯示各取樣支路調(diào)節(jié)閥開度和壓力-時(shí)間曲線。

支路參數(shù)異常時(shí)，任意界面底部的警示圖標(biāo)立即變黃并閃爍，取樣人員切換至報(bào)警信息界面可查看詳細(xì)報(bào)警信息，包含報(bào)警日期、時(shí)間、報(bào)警位號(hào)、報(bào)警文本以及報(bào)警持續(xù)時(shí)間等內(nèi)容。支路參數(shù)異常時(shí)對(duì)應(yīng)支路入口處的電動(dòng)截止閥立刻自動(dòng)關(guān)閉以保障工藝回路的安全，在取樣人員排除報(bào)警信號(hào)期間無法打開截止閥。報(bào)警信息界面的報(bào)警信息為實(shí)時(shí)顯示模式，支路的故障實(shí)際清除后，報(bào)警信息自動(dòng)消失，此時(shí)取樣人員可以打

開電動(dòng)截止閥，繼續(xù)采集樣品。報(bào)警信息界面支持任意時(shí)間段報(bào)警信息查詢與存儲(chǔ)。此外，取樣人員可以通過歷史數(shù)據(jù)界面查看或存儲(chǔ)任意時(shí)間段取樣支路熱工參數(shù)運(yùn)行數(shù)據(jù)。

4 結(jié)束語

設(shè)計(jì)了一種基于PLC的核電站一回路水化學(xué)監(jiān)測(cè)自動(dòng)取樣系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)硬件組成和軟件設(shè)計(jì)，并在軟件設(shè)計(jì)階段進(jìn)行了性能優(yōu)化。對(duì)自動(dòng)取樣系統(tǒng)進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果表明：人機(jī)交互界面能夠穩(wěn)定、準(zhǔn)確地顯示和存儲(chǔ)溫度、壓力、流量、液位及閥門開度等參數(shù)；熱工參數(shù)超限時(shí)，能夠立即關(guān)閉取樣支路入口處的截止閥；取樣支路出口處壓力能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)際壓力控制在目標(biāo)值的±0.05 MPa范圍內(nèi)；切換壓力手動(dòng)控制模式和自動(dòng)控制模式時(shí)，壓力值未出現(xiàn)劇烈波動(dòng)?；赑LC的核電站一回路水化學(xué)監(jiān)測(cè)自動(dòng)取樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)在功能上得到了驗(yàn)證，為后續(xù)工程應(yīng)用提供了保障。

參 考 文 獻(xiàn)

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（收稿日期：2024-05-05，修回日期：2024-08-14）

Design of PLC-based Auto-sampling System for Chemical Monitoring of Primary Circuit Water in Nuclear Power Plants

LUO Yu-jun， ZHANG Cao-long， ZHANG Jing-yi， WANG Jian-yu，LIU Bo-yu， CHENG Jie

（Nuclear Power Institute of China）

Abstract" For purpose of timely， conveniently and pollution-freely obtaining water quality samples from the primary circuit of nuclear power plants and improving the efficiency of water quality monitoring， a PLC-based auto-sampling system for the chemical monitoring of primary circuit water there was designed. Firstly， having composition of the auto-sampling system analyzed to propose functional requirements; secondly， having an overall scheme composed by the on-site layer， process layer and the management layer designed and the hardware composition of each layer and the connection between layers described， and the details of both hardware composition and dependencies of each layer introduced; finally， having PLC software program in the process layer designed to realize real-time measurement， auto-control and out-of-limit protection of thermal parameters of the auto-sampling system， including having the man-machine interface（HMI） of the industrial control computer in the management layer designed to realize parameter visualization， storage and alarm. In addition， having the classical PID algorithm adopted to realize the auto-control of thermal parameters and the efficiency of PID parameter debugging improved through combining theoretical modeling and empirical trial， and the stability of the auto-control algorithm improved by manual automatic non-disturbance switching. It has been proved that the system can obtain samples stably and automatically， which is of great significance to improve automation of water chemical monitoring in the primary loop of nuclear power plant.

Key words" "PLC， primary circuit of nuclear power plant， water chemical monitoring， auto-sampling system， PID， HMI