三門核電AP1000項目水網(wǎng)集中監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)驗反饋

摘要：文章介紹了三門核電AP1000項目水網(wǎng)集中監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成，總結(jié)了組網(wǎng)系統(tǒng)在設計、采購、調(diào)試過程中發(fā)生的問題以及需要注意的事項，提出了優(yōu)化建議，以期幫助后續(xù)類似項目提前做好規(guī)劃，避免問題的重復發(fā)生以及進行可能的改進。

關鍵詞：水網(wǎng)集中監(jiān)控系統(tǒng)；PLC；三門核電；AP1000項目；組網(wǎng)系統(tǒng) 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM623 文章編號：1009-2374（2015）17-0144-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.17.073

為了合理節(jié)省控制室建設投資以及運行人員的配置，三門核電AP1000項目在BOP范圍內(nèi)設置了水網(wǎng)集中監(jiān)控系統(tǒng)，聯(lián)接BOP子項中四個水處理系統(tǒng)的PLC控制網(wǎng)絡，并在除鹽水廠房內(nèi)設置集中控制室，通過操作員完成對組網(wǎng)系統(tǒng)的集中監(jiān)控。

1 水網(wǎng)介紹

1.1 組網(wǎng)范圍

三門核電AP1000水網(wǎng)集中監(jiān)控網(wǎng)絡范圍包含一期除鹽水處理（DTS）、一期非放生產(chǎn)廢水處理（WWS）、一期循環(huán)水制氯/加氯（WIS）和二期海水淡化（WDS）控制系統(tǒng)，并為后期擴建的海水淡化（三期）、除鹽水處理（二、三期）、非放生產(chǎn)廢水處理（二、三期）和循環(huán)水制氯/加氯（二、三期）程控系統(tǒng)預留足夠的接口。這四個水系統(tǒng)從工藝與控制方式來說，存在如下四個特點：

1.1.1 重要性。需要隨時掌握各系統(tǒng)的運行狀況，以保證整個電廠的正常運行。各系統(tǒng)一旦出現(xiàn)問題必須及時處理，否則將影響全廠的安全經(jīng)濟運行。

1.1.2 分散性。除鹽水處理、海淡、制氯和廢水系統(tǒng)分別布置在分期建設的廠房內(nèi)，布置較為分散。詳見圖1所示（其中陰影部分為各個控制間所在位置），而且各系統(tǒng)進度計劃跨度較大。

1.1.3 關聯(lián)性。系統(tǒng)之間具有較強的工藝關聯(lián)性，例如海水淡化與除鹽水處理是相鄰的生產(chǎn)過程，海淡生產(chǎn)的水作為除鹽水處理的原水。

1.1.4 開關量控制為主。開關量控制占據(jù)著這四個系統(tǒng)控制的核心，大量的電動閥門、氣動閥/電磁閥、電動機等要受連鎖條件的邏輯控制。

1.2 控制方案

水網(wǎng)集控系統(tǒng)采用PLC+上位機的主流常規(guī)控制方式。設置必要的高可靠性的硬接線完成機組DCS與水處理PLC之間的信號交換。

水網(wǎng)集中監(jiān)控平臺與除鹽水處理控制系統(tǒng)合用操作員站，相關機柜也安裝在除鹽水處理車間控制室內(nèi)。設置三臺水處理車間集中監(jiān)控操作員（其中1臺通過口令認證，兼作工程師站），采用兩臺互為冗余的工業(yè)級交換機作為連接PLC、上位機、服務器和集中監(jiān)控網(wǎng)絡各子系統(tǒng)的設備。

WIS、WDS、WWS各自有獨立的就地操作員站（兼作工程師站），主要是供調(diào)試和維護使用，日常正常運行權(quán)限交至水網(wǎng)集控室。詳見圖2所示：

水網(wǎng)集中監(jiān)控的核心網(wǎng)絡采用工業(yè)Ethernet網(wǎng)絡標準，雙網(wǎng)冗余設計，提高網(wǎng)絡可靠性，另外DTS、WDS、WWS采用雙機熱備CPU，進一步提高了應對故障的能力。

網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)采用星形拓撲。WIS、WDS、WWS通過各自的交換機（就地）連接到水網(wǎng)集控室的主交換機上，DTS直接連接到主交換機上。單系統(tǒng)的故障不會影響其他系統(tǒng)，后續(xù)二、三期系統(tǒng)接入網(wǎng)絡也十分方便。

2 經(jīng)驗反饋

水網(wǎng)四個水系統(tǒng)中，所處階段各不相同。目前除鹽水處理系統(tǒng)已經(jīng)移交生產(chǎn)、循環(huán)水制氯/加氯系統(tǒng)和非放射性廢水系統(tǒng)正在調(diào)試、海淡系統(tǒng)尚處于設計階段（二期

項目），下面分階段總結(jié)發(fā)生的問題并進行經(jīng)驗反饋。

2.1 設計階段

2.1.1 網(wǎng)絡類型選擇。監(jiān)控網(wǎng)絡可分為兩種類型：專用控制網(wǎng)絡和工業(yè)Ethernet網(wǎng)絡。兩類網(wǎng)絡，各有優(yōu)缺點，相比較于專用控制網(wǎng)絡協(xié)議不開放、通用性不好的缺點，工業(yè)Ethernet網(wǎng)絡以其公開網(wǎng)絡、開放協(xié)議、通用性好、支持產(chǎn)品多、通訊速率高等特點，逐步被廣泛使用。因而，建議集中監(jiān)控的核心網(wǎng)絡采用工業(yè)Ethernet網(wǎng)絡標準，使用光纖進行通訊，采用冗余網(wǎng)絡設計，增加可靠性。集中監(jiān)控網(wǎng)絡是完全獨立的控制網(wǎng)絡，為安全考慮，若需與其他上層網(wǎng)絡連接時，必須通過網(wǎng)關及防火墻進行隔離。

2.1.2 拓撲結(jié)構(gòu)選擇。網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)指的是網(wǎng)絡接點的地理分布和網(wǎng)絡互連關系上的幾何構(gòu)形。常見的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)主要有總線型拓撲、星型拓撲、環(huán)型拓撲以及混合型拓撲。

第一，總線形拓撲?？偩€形拓撲采用單根傳輸線作為介質(zhì)，所有的網(wǎng)絡接點都通過相應的軟硬件接口直接連接到總線上。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、電纜長度短、易于布線及維護、易于擴充。缺點是總線的故障對系統(tǒng)是毀滅性的，而且故障診斷和隔離困難。

第二，星形拓撲。星形拓撲中的所有接點都連接到網(wǎng)絡的主交換機（中心站點），在星形結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡中，單個接點的故障只影響一個接點，不會影響全網(wǎng)，因此容易檢測和隔離故障，系統(tǒng)擴展和重新配置網(wǎng)絡也十分方便。其主要缺點是：網(wǎng)絡對中心站點（網(wǎng)絡的主交換機）的可靠性和冗余度要求很高，一旦它發(fā)生故障，則全網(wǎng)不能工作。

第三，環(huán)形拓撲。在環(huán)形網(wǎng)絡中，所有接點被連接成封閉的環(huán)。在工程應用中，一般采用冗余以太網(wǎng)環(huán)，其主要優(yōu)點是可靠性高。主要缺點是系統(tǒng)擴展不方便，網(wǎng)絡接點多時，信息傳輸效率較低，造成網(wǎng)絡的響應時間變長，且成本也較高。

第四，混合形拓撲。先形成子網(wǎng)（子系統(tǒng)中的PLC與就地操作員站之間的網(wǎng)絡），子網(wǎng)分別擁有一對冗余的網(wǎng)絡交換機，然后冗余的分支交換機再與冗余的主交換機通過光纜以環(huán)形方式集連，所有接點被連接成封閉的環(huán)。即整個網(wǎng)絡看似冗余星形網(wǎng)絡，但每一對冗余分支交換機與冗余主交換機之間形成了環(huán)網(wǎng)。其主要優(yōu)點是可靠性高、子系統(tǒng)間實現(xiàn)了電隔離、引入了星形拓撲的優(yōu)點，同時也減少了環(huán)網(wǎng)的接點，發(fā)揚了環(huán)形拓撲的優(yōu)勢。其主要缺點是必須選擇具有抗網(wǎng)絡風暴能力的交換機。

綜上所述，如果網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)采用混合形拓撲結(jié)構(gòu)，則既可以克服一般星形拓撲結(jié)構(gòu)、環(huán)形拓撲的缺點，使網(wǎng)絡的可靠性、擴展性、穩(wěn)定性可以大幅度提高，同時網(wǎng)絡性價比較好，因此建議較大規(guī)模系統(tǒng)集中監(jiān)控的核心網(wǎng)絡拓撲采用混合形拓撲結(jié)構(gòu)。

2.2 采購階段

2.2.1 PLC品牌選擇?；谝陨显O計方面的經(jīng)驗反饋，建議采用支持工業(yè)Ethernet網(wǎng)絡和星形拓撲網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)并且應用業(yè)績突出的高端PLC產(chǎn)品，如施耐德的Quantum系列。

另外根據(jù)組網(wǎng)系統(tǒng)實際的I/O點數(shù)規(guī)模，盡可能選用相同型號的交換機和PLC設備，如CPU、I/O卡件、電源模塊、通訊模塊等，便于備品備件的統(tǒng)籌考慮和維護?；趯ο到y(tǒng)可靠性的考慮，建議采用熱備冗余設計，增加系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。

2.2.2 PLC組態(tài)軟件版本的統(tǒng)一。三門核電四個水系統(tǒng)程軟件和監(jiān)控軟件情況統(tǒng)計如表1所示：

編程軟件Unity版本不一致會導致的問題。從表1可以看出，水網(wǎng)集控室操作員站上安裝的是4.0版本，各子系統(tǒng)安裝的是6.0、7.0版本?？紤]到Unity軟件向下兼容的特點，Unity4.0軟件無法打開Unity6.0、7.0編寫的邏輯程序。也就無法實現(xiàn)在水網(wǎng)集控室遠程對各子系統(tǒng)的邏輯進行查看或者修改的功能，只能到各個子系統(tǒng)的就地上位機上進行查看或者修改。

第二，監(jiān)控軟件Citect版本不一致會導致的問題。由于Citect軟件向下兼容的特點，Citect7.1的軟件無法打開Citect7.2編寫的上位機畫面程序，從而影響MMI畫面的整合?？紤]到版本不一致存在的問題，決定將編程軟件Unity版本統(tǒng)一為7.0，監(jiān)控軟件Citect版本統(tǒng)一為7.2，從而需要對已經(jīng)移交生產(chǎn)的DTS系統(tǒng)進行軟件升級工作，共兩項內(nèi)容：（1）DTS上位機上安裝的Unity4.0升級為Unity7.0；（2）DTS上位機上安裝的Citect7.1升級為Citect7.2。

軟件升級過程中需要小心謹慎，考慮周全。根據(jù)目前現(xiàn)場除鹽水處理系統(tǒng)（DTS）運行情況和工程實際進展情況，在現(xiàn)階段除鹽水需求還不是很緊張的情況下，可以采用離線的方式進行軟件版本的升級。這樣軟件升級的風險要小很多，截至目前，升級方案已批準，軟件正在采購，后續(xù)選擇合適的時間窗口，進行軟件升級工作。

基于以上分析，建議后續(xù)類似項目在前期就對組態(tài)軟件版本進行統(tǒng)一，在可能的情況下，版本統(tǒng)一為最新的版本，并提醒供貨商提前采購組態(tài)軟件，以免設備停產(chǎn)。

2.2.3 組態(tài)規(guī)范的統(tǒng)一。為保證水網(wǎng)系統(tǒng)操作及畫面的統(tǒng)一性，需要編制一份水網(wǎng)組態(tài)規(guī)范，以便各系統(tǒng)集成商按照統(tǒng)一要求進行編程與組態(tài)。

下面結(jié)合AP1000主控室畫面組態(tài)規(guī)范要求、三門核電水網(wǎng)組態(tài)規(guī)范以及實際編程組態(tài)過程中遇到的問題，總結(jié)一下較好的經(jīng)驗反饋：

第一，變量命名。建議采用I/O點名前加TAG前綴的方式，并區(qū)分一、二、三期，如海淡系統(tǒng)屬于二期系統(tǒng)，泵1運行反饋信號為：HD2_MP01_ON，變量的中文注釋直接采用I/O清單中的點名描述。

另外針對程序中用到的中間變量，建議在變量名前加前綴M_，以便變量搜索和查看。

第二，變量地址的分配。應注意8通道模擬量卡件尋址要求為9個字，16通道模擬量卡件尋址要求為17個字，在變量地址分配時應避開這些非通道所占的地址，避免出錯。

第三，梯形圖。（1）PLC梯形圖應使用簡潔且充分的中文注釋，中文注釋中需包含設備編碼，便于日后維護；（2）PLC梯形圖中最好不使用純地址的中間變量，如%m11等，應先在變量編輯器中定義中間變量名，再在梯形圖中調(diào)用；（3）PLC梯形圖中設備的啟動邏輯中應串入常閉運行狀態(tài)反饋信號，避免設備運行時，中間繼電器長期帶電，影響設備使用壽命；（4）PLC梯形圖在進行模擬量儀表工程量程轉(zhuǎn)換時，應注意變量的數(shù)據(jù)類型，以免運算時丟掉小數(shù)點，同時需與儀表清單中的量程保持一致。

第四，統(tǒng)一設備狀態(tài)顏色。設備運行時：紅色；設備停止時：綠色；設備故障時：黃色；設備處于中間狀態(tài)或者開關過程中時：紅綠閃爍。

第五，MMI畫面中所有設備均應有編碼和中文名稱，并與設備數(shù)據(jù)庫保持一致。

第六，所有帶遠傳信號的儀表（包含模擬量儀表和開關類儀表）均應在MMI畫面上體現(xiàn)。

第七，設備操作畫面，應包含設備編碼和中文名稱，并且在設備啟動和停止時彈出確認窗口，避免誤操作。

2.3 調(diào)試階段

2.3.1 PLC機柜臨時電源準備。工藝系統(tǒng)調(diào)試一般分為掛牌和流程圖檢查、機械檢查、電氣檢查、儀控檢查、邏輯檢查、系統(tǒng)沖洗、電機空載、系統(tǒng)試運、性能試驗幾個階段，而儀控檢查、邏輯檢查需要PLC機柜、操作員站帶電，需等待電氣檢查完成，為加快調(diào)試進度，需要給PLC機柜、操作員站接臨時電源，以便與機械檢查和電氣檢查同步進行，在系統(tǒng)移交前就需要與建安承包商溝通臨時電源事宜，并提前準備相關流程和文件，以便系統(tǒng)移交后能馬上開始調(diào)試。

2.3.2 PLC機柜上電風險。

第一，熱電阻溫度儀表接線問題。WIS系統(tǒng)中采用是GF的溫度傳感器，自帶較長的電纜，在電纜槽中與送到PLC的信號電纜相連，建安商直接將兩端電纜（兩芯）剝?nèi)ヌ坠芎蟾髯院附釉谝黄穑⒂媒^緣膠帶各自綁扎，由于焊絲比較鋒利，刺破了絕緣膠帶，導致兩芯導線直接接觸，造成短路，即送了0Ω到上位機，溫度一直顯示為0℃，而當時室溫有20多℃。針對這種情況，建議最好使用小型端子進行兩端電纜的連接或者在進行剝線時，兩根導線所剝絕緣層長度不一致，利用電纜本身的絕緣外皮來減少短路的風險。另外在做通道檢查時發(fā)現(xiàn)2塊施耐德模擬量卡件140ACI04000的部分通道有問題，經(jīng)檢查確認，這部分通道與回路電流的對應關系較正常卡件縮小了10倍，即正常卡件0-16000對應4～20mA，故障卡件0-16000對應0.4～2mA。雖然不能判斷該問題是否與上述溫度傳感器短路存在聯(lián)系，但為安全考慮，建議在模擬量（包括輸入和輸出）卡件回路中設計保險，以避免較大的短路電流燒壞卡件。

第二，操作員站接地。DTS系統(tǒng)在移交生產(chǎn)后，運行人員發(fā)現(xiàn)操作臺部分區(qū)域存在輕微觸電手麻現(xiàn)象，經(jīng)測量，存在感應電壓70左右，經(jīng)分析確認，發(fā)現(xiàn)操作員站未設計接地，而給操作員站供電的電源電纜的PE芯在操作員站側(cè)未接至接地排，電源分配柜側(cè)已接地，導致本應通過電源分配柜接地的操作員站實際沒有接地，在將電源電纜操作員站接地后，問題得到了解決。

由此建議最好給操作員臺設計單獨的直接接地點，在采用通過電源柜間接接地時要保證電源電纜的PE芯與操作員臺內(nèi)的接地排相連。

3 結(jié)語

目前三門核電AP1000項目的水網(wǎng)集中監(jiān)控系統(tǒng)尚處于各單系統(tǒng)運行、調(diào)試和設計階段，還未進入真正的水網(wǎng)四個系統(tǒng)組網(wǎng)聯(lián)調(diào)，后續(xù)還會碰到很多的問題，在解決問題的過程中積累經(jīng)驗，并進行積極的反饋，以幫助后續(xù)類似項目提前做好整體的規(guī)劃，從源頭抓起，防范于未然。希望本文所列舉的經(jīng)驗反饋，有助于其他項目的更好執(zhí)行。

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作者簡介：林斌斌（1987-），男，浙江臺州人，中核集團三門核電有限公司助理工程師，研究方向：儀控系統(tǒng)調(diào)試。

（責任編輯：蔣建華）