Omron PLC和InTouch在凝結(jié)水精處理系統(tǒng)中的應(yīng)用

（中國船級社質(zhì)量認(rèn)證公司 南京分公司，南京 210011）

0 引言

精處理系統(tǒng)是指將凝結(jié)水中的金屬腐蝕產(chǎn)物、微量溶解鹽類、懸浮物等物質(zhì)去除的系統(tǒng)，在機(jī)組啟動過程中，能大大縮短水汽質(zhì)量達(dá)到合格的時(shí)間。

巴基斯坦恰希瑪核電站 C2凝結(jié)水精處理工藝及控制系統(tǒng)已投入運(yùn)行，本套系統(tǒng)所用控制系統(tǒng)是Omron 公司的CS系列硬件，監(jiān)控軟件是Wonderware公司的InTouch 10.0軟件，通過執(zhí)行上下位機(jī)程序操作和監(jiān)控凝結(jié)水精處理中的陽床、高速混床、再生系統(tǒng)和酸堿廢水系統(tǒng)設(shè)備。

1 系統(tǒng)概述

1.1 工藝流程簡介

本系統(tǒng)的整個(gè)工藝由四臺前置陽床和四臺高速混床組成。在機(jī)組運(yùn)行開始階段，進(jìn)口凝結(jié)水的含鐵量低于1 000 μg/L時(shí)，方可進(jìn)入凝結(jié)水精處理系統(tǒng)。前置陽床和高速混床三用一備。當(dāng)其中任何一臺前置陽床（高速混床）出水水質(zhì)不合格（陽床：陰電導(dǎo)；混床：電導(dǎo)率，或鈉、或二氧化硅）、產(chǎn)水量或壓差過大時(shí)，將啟動備用的前置陽床（高速混床），啟動完成后對失效前置陽床（高速混床）進(jìn)行再循環(huán)，待出水合格后再投入運(yùn)行并入系統(tǒng)。此時(shí)失效的前置陽床（高速混床）執(zhí)行退出程序，人為執(zhí)行前置陽床（高速混床）失效樹脂再生程序，將失效樹脂輸送至再生系統(tǒng)樹脂再生塔，再將再生系統(tǒng)先前再生好的備用樹脂回送至前置陽床（高速混床）備用。凝結(jié)水精處理系統(tǒng)設(shè)有系統(tǒng)總旁路門，當(dāng)進(jìn)口凝結(jié)水系統(tǒng)壓差大于0.70 MPa或溫度超過55℃時(shí)將自動打開，關(guān)閉凝結(jié)水系統(tǒng)進(jìn)出水母管總閥門（旁路門為氣動偏心調(diào)節(jié)閥），將凝結(jié)水精處理系統(tǒng)進(jìn)行有效隔離。為便于系統(tǒng)檢修，系統(tǒng)總旁路門設(shè)有手動檢修閥門。凝結(jié)水精處理裝置在滿負(fù)荷及 AVT工況下（pH=9.4），前置陽床在正常運(yùn)行條件下的運(yùn)行周期一般不低于 9天，高速混床運(yùn)行周期一般不低于30天。

前置陽床設(shè)置 2臺再生塔，以滿足對前置陽床的陽樹脂進(jìn)行清洗和再生的要求；高速混床設(shè)置 1臺再生塔、陰塔、陽塔和儲存塔，再生裝置能對高速混床陰陽樹脂進(jìn)行反洗、分離、再生、漂洗和混合。

1.2 控制系統(tǒng)簡介

本系統(tǒng)為冗余系統(tǒng)，由 Omron 公司的CS1D-CPU65H控制器及遠(yuǎn)程輸入輸出模塊等組成，能夠?qū)Ω髂Y(jié)水精處理系統(tǒng)的所有被控對象進(jìn)行監(jiān)視及控制，包括風(fēng)機(jī)啟/停控制及狀態(tài)、閥門開/關(guān)控制及狀態(tài)、控制柜就地/遠(yuǎn)程切換狀態(tài)、遠(yuǎn)傳測量儀表（溫度、差壓、液位等）、水質(zhì)等運(yùn)行參數(shù)等，同時(shí)完成設(shè)備的聯(lián)鎖保護(hù)功能。

本系統(tǒng)設(shè)有現(xiàn)場工程師站，現(xiàn)場工程師站配置 2臺操作站，2臺操作站互為備用，實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的控制及監(jiān)視。

本系統(tǒng)的控制方式采用遠(yuǎn)程自動控制（程控）、遠(yuǎn)程手動控制（點(diǎn)控）和就地手動控制等多種方式，操作人員可以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況選擇任意一種控制方式，保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。遠(yuǎn)程自動控制方式，即通過執(zhí)行相應(yīng)的自動程序，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制、顯示和報(bào)警等，此種方式最便捷；遠(yuǎn)程手動控制，即通過遠(yuǎn)程人工點(diǎn)控，進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的單臺設(shè)備控制；就地手動控制方式，即系統(tǒng)所有設(shè)備不參與遠(yuǎn)程聯(lián)鎖控制，采用就地操作箱實(shí)現(xiàn)對單臺設(shè)備的操作，此種操作方式較為繁瑣。三種控制方式在一定條件下均能實(shí)現(xiàn)無擾切換，不會引起工藝數(shù)據(jù)波動及控制系統(tǒng)的紊亂。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用全套冗余的安全配置。用于承擔(dān)數(shù)據(jù)傳輸及交換的交換機(jī)、用于與工控機(jī)通訊的通訊模快、用于處理數(shù)據(jù)的CPU模塊和用于供電的電源模塊均可做到雙機(jī)熱備[1]。另外，如果某個(gè)輸入輸出模塊發(fā)生故障，在不斷電的情況下即可對此模塊進(jìn)行熱插拔，方便了系統(tǒng)的維護(hù)。

本系統(tǒng)配置了1套冗余的CPU主機(jī)架及6套遠(yuǎn)程擴(kuò)展機(jī)架，具體見圖1。

圖1 PLC硬件配置圖

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)

現(xiàn)場工程師站配置2臺操作站（研華IPC610），在調(diào)試結(jié)束后屏蔽Windows所有熱鍵，并設(shè)置權(quán)限，防止用戶的非法操作。對每臺計(jì)算機(jī)的相關(guān)軟件及數(shù)據(jù)進(jìn)行雙硬盤備份優(yōu)化處理，從而大大提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和安全性。

2.2 PLC控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用本地冗余CPU和遠(yuǎn)程擴(kuò)展機(jī)架的控制模式，PLC采用Omron公司的CS系列模塊，模塊可靠性高、抗干擾性強(qiáng)、編程簡單、使用方便、接線簡單、功能強(qiáng)、體積小、重量輕、操作及維護(hù)非常方便，目前其在火電、鋼鐵和核電行業(yè)運(yùn)用比較普遍。

其中，Power模塊采用集中底板供電方式；CPU模塊組件配套通訊模塊及冗余模塊，發(fā)生故障時(shí)，冗余模塊可由其中一臺控制器自動無擾切換到另一臺控制器上，對系統(tǒng)運(yùn)行無任何影響；開關(guān)量及模擬量輸入/輸出模塊具有光電隔離和數(shù)字濾波的功能。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)在軟件設(shè)計(jì)上采用軟件容錯(cuò)和聯(lián)鎖保護(hù)等技術(shù)，一般有以下幾種表現(xiàn)形式：畫面提示并自行解決（如主備泵/風(fēng)機(jī)相互自動切換等）；報(bào)警提示并進(jìn)行聯(lián)鎖保護(hù)（如前置陽床及高速混床出水水質(zhì)、運(yùn)行參數(shù)報(bào)警并聯(lián)鎖保護(hù)等）；對重要的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，從而實(shí)現(xiàn)對故障原因的分析，便于用戶總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，避免類似故障的重復(fù)出現(xiàn)；對操作設(shè)置進(jìn)行等級劃分，進(jìn)行權(quán)限分類，避免非正常用戶操作，從而帶來誤操作。

3.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡介

本控制系統(tǒng)主要依據(jù)工藝具體要求，即控制系統(tǒng)說明。相關(guān)程序主要有：1）前置陽床投運(yùn)、樹脂輸入、樹脂輸出及樹脂再生程序；2）高速混床投運(yùn)、樹脂輸入、樹脂輸出及樹脂再生程序；3）其它相關(guān)保護(hù)程序等。

3.2 PLC程序軟件及設(shè)置

PLC編程軟件采用CX-Programer7.0[2]，程序采用梯形圖語言編寫，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際需要及設(shè)備控制要求，首先對閥門、泵和風(fēng)機(jī)等設(shè)備變量標(biāo)簽進(jìn)行規(guī)范的命名，制作功能塊（例如氣動閥門、泵/風(fēng)機(jī)、遠(yuǎn)傳檢測儀表等），編寫主程序時(shí)可調(diào)用功能塊實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備的控制程序，從而大大提高設(shè)計(jì)效率，同時(shí)也給現(xiàn)場維護(hù)工程師的日常維護(hù)帶來便利。

3.3 監(jiān)控軟件及設(shè)置

監(jiān)控軟件采用美國 Wonderware公司的 InTouch 10.0軟件[2]，此軟件在易用性、面向?qū)ο蟮目删幊虉D形以及強(qiáng)大的通訊連接性等方面具有一定優(yōu)勢，充分考慮到了系統(tǒng)的開放性、維護(hù)性、通用性，以及今后持續(xù)發(fā)展性的要求。

本系統(tǒng)HMI實(shí)現(xiàn)的功能如下：

1）顯示畫面。InTouch軟件可以幫助用戶針對其工藝過程快速和輕松地開發(fā)定制的圖形畫面。用戶可以使用Wonderware公司W(wǎng)indowMaker中的大量圖形化工具來開發(fā)圖形，其中包括標(biāo)準(zhǔn)的圖形組件、ActiveX控件、位圖圖象、智能符號技術(shù)以及上千種預(yù)置有工業(yè)圖形的圖形庫。因此，用戶可以快速開發(fā)和部署本系統(tǒng)顯示畫面，包含系統(tǒng)中所有遠(yuǎn)傳測量儀表的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和所有遠(yuǎn)傳設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，通過后臺腳本的運(yùn)行制作出相應(yīng)的歷史趨勢圖及相關(guān)報(bào)表，并通過處理顯示是否報(bào)警。

2）數(shù)據(jù)采集。InTouch通過IO Server完成與PLC硬件通訊、實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備控制及狀態(tài)數(shù)據(jù)接收、檢測錯(cuò)誤幀、支持冗余通訊功能。

3）報(bào)警提醒。即對本系統(tǒng)在運(yùn)行過程中現(xiàn)場設(shè)備出現(xiàn)的故障及處于報(bào)警狀態(tài)的測量儀表的反映，同時(shí)經(jīng)過處理后根據(jù)需要對一些重要參數(shù)實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，提醒運(yùn)維人員注意并及時(shí)處理，減少不必要的損失。

4）報(bào)表制作。InTouch通過數(shù)據(jù)交換協(xié)議定期訪問數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲，同時(shí)通過編輯VBA腳本實(shí)現(xiàn)報(bào)表日后讀取，以便優(yōu)化系統(tǒng)控制、跟蹤事故發(fā)生原因。可根據(jù)需要選擇時(shí)間打印數(shù)據(jù)報(bào)表。

5）安全管理。InTouch可以通過應(yīng)用輸入的密碼進(jìn)行加密，以提供更高等級的安全級別，同時(shí)防止出現(xiàn)對應(yīng)用的無保證訪問?？梢越⒃L問級口令安全性模型，開發(fā)時(shí)可以把用戶組織列入不同級別的訪問層中。本控制系統(tǒng)配置了 3個(gè)級別的訪問層，分別為運(yùn)行層、維護(hù)層和管理層，3級訪問層登陸均需要輸入密碼，這樣不同訪問層可以根據(jù)自身的權(quán)限進(jìn)行相應(yīng)的操作，從而防止誤操作。

4 通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的監(jiān)控軟件InTouch通過IO Server Omron FinsGateway開放式客戶端接口程序連接 PLC的FinsGateway網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器驅(qū)動程序[3]，并通過對對象的操作來存取設(shè)備寄存器的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)PLC與 InTouch之間的數(shù)據(jù)交換，具體見圖2。

現(xiàn)場工程師站配置的2臺操作站與PLC之間的數(shù)據(jù)通訊采用以太網(wǎng)，通訊速率為100 Mps，每臺操作站設(shè)為InTouch控制下的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通過分配每臺操作站的IP地址，可以實(shí)現(xiàn)站與設(shè)備之間的通訊以及站與站之間數(shù)據(jù)互傳，形成一個(gè)更可靠的冗余網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場設(shè)備與冗余CPU之間通過擴(kuò)展I/O網(wǎng)絡(luò)可實(shí)時(shí)傳輸現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的控制及監(jiān)視。

圖2 數(shù)據(jù)交換關(guān)系圖

5 結(jié)論

采用Omron公司的CS系列PLC和Wonderware公司的InTouch構(gòu)成的凝結(jié)水精處理冗余控制系統(tǒng)，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)簡單、網(wǎng)絡(luò)通訊可靠、有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力和邏輯運(yùn)算能力、操作界面直觀方便、日常維護(hù)量少，能很好滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，值得在水處理行業(yè)推廣。

[1] OMRON.CS軟硬件用戶手冊[Z].2010.

[2] Wonderware.InTouch用戶手冊[Z].2006.

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