淺論紅沿河核電站除鹽水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張冬冬 董昌齡

【摘要】本文介紹了紅沿河核電站除鹽水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，除鹽水分配系統(tǒng)產(chǎn)水及供水要求、控制基準(zhǔn)，以及輔助系統(tǒng)控制基準(zhǔn)，針對除鹽水控制系統(tǒng)要求，采用ControlLogix系統(tǒng)設(shè)計(jì)了除鹽水控制系統(tǒng)，系統(tǒng)采用全硬件冗余結(jié)構(gòu)，滿足系統(tǒng)的高可靠性、高可用性、冗余切換無擾動(dòng)的要求。系統(tǒng)使用方便，維護(hù)簡單。

【關(guān)鍵詞】核電站；除鹽水系統(tǒng)；ControlLogix

一、除鹽水控制系統(tǒng)介紹

（一）除鹽水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

紅沿河核電站除鹽水系統(tǒng)的功能是處理海水淡化系統(tǒng)來水，以滿足電站核島、常規(guī)島、BOP對除鹽水水質(zhì)及水量的要求。

（二）除鹽水分配系統(tǒng)產(chǎn)水及供水要求

（1）產(chǎn)水要求。除鹽水生產(chǎn)系統(tǒng)總有效出力：410m3/h，由3臺(tái)陽離子交換器、3臺(tái)陰離子交換器和3臺(tái)混合離子交換器組成。陽離子交換器和陰離子交換器采用單元制連接。

（2）供水要求。除鹽水最大流量要求達(dá)到410m3/h，對于常規(guī)島除鹽水分配系統(tǒng)出口供水要求達(dá)到3.5bar壓力，對于核島除鹽水分配系統(tǒng)出口供水要求達(dá)到3.1bar壓力（相對0m廠平標(biāo)高）。

（三）除鹽水控制系統(tǒng)要求

除鹽水系統(tǒng)是為常規(guī)島除鹽水分配系統(tǒng)及核島除鹽水系統(tǒng)提供除鹽水，而除鹽水的供水在很大程度上依賴于控制系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。在正常情況下，系統(tǒng)全部自動(dòng)運(yùn)行，同時(shí)，操作人員也有可能在控制盤上手動(dòng)控制設(shè)備。

控制系統(tǒng)系列產(chǎn)品應(yīng)具有高可靠性，平均無故障時(shí)間（MTBF）應(yīng)該達(dá)到百萬小時(shí)數(shù)量級(jí)，能夠在高電氣噪聲，無線電波干擾和振動(dòng)環(huán)境下連續(xù)運(yùn)行，并且能夠在環(huán)境溫度為0～60℃、相對濕度為5%～95%的范圍內(nèi)連續(xù)運(yùn)行，無凝結(jié)現(xiàn)象。

二、除鹽水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)紅沿河核電廠除鹽水控制系統(tǒng)要求，本系統(tǒng)采用冗余的ControlLogix系統(tǒng)，IO網(wǎng)絡(luò)采用冗余的ControlNet網(wǎng)絡(luò)，具有5個(gè)遠(yuǎn)程IO機(jī)架。

（二）ControlLogix冗余機(jī)制

ControlLogix冗余控制系統(tǒng)為全硬件冗余架構(gòu)。無需額外的編程，硬件級(jí)別自動(dòng)實(shí)現(xiàn)冗余同步，可實(shí)現(xiàn)快速無擾動(dòng)切換。ControlLogix冗余控制系統(tǒng)，分別由兩個(gè)獨(dú)立的機(jī)架構(gòu)成，這兩個(gè)機(jī)架配置完全相同，由框架，CPU模件，以太網(wǎng)通訊模件，ControlNet通訊模塊和獨(dú)立的冗余同步模件組成。兩個(gè)機(jī)架之間通過光纖連接，進(jìn)行實(shí)時(shí)的主從系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)同步及冗余狀態(tài)監(jiān)視。任何情況下主處理器機(jī)架上發(fā)生故障，都會(huì)快速、無擾動(dòng)地切換到從處理器機(jī)架上面，繼續(xù)執(zhí)行用戶編寫的邏輯控制程序。

（三）監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

冗余控制器框架上分別配置有兩塊以太網(wǎng)模塊，分別連接到兩個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)交換機(jī)上；同樣，監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器上也配置有兩塊網(wǎng)卡，分別連接到兩個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)交換機(jī)上，通過這樣的配置，可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)以太網(wǎng)絡(luò)冗余，避免系統(tǒng)出現(xiàn)單點(diǎn)故障，提高系統(tǒng)可用性。

三、除鹽水控制系統(tǒng)實(shí)施

ControlLogix系統(tǒng)的組態(tài)和編程采用RSLogix5000軟件，支持多種編程語言：梯形圖（LD）、功能塊圖（FBD）、順序功能圖（SFC）、結(jié)構(gòu)化文本（ST），采用模塊化多任務(wù)/雙數(shù)據(jù)范圍應(yīng)用結(jié)構(gòu)，提供先進(jìn)的I/O配置工具，全面的指令集縮短了開發(fā)時(shí)間，用戶自定義指令（AOI）通過創(chuàng)建一系列通用的定制指令來節(jié)省開發(fā)時(shí)間，支持適應(yīng)特定應(yīng)用的自定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)組，并且提供多種提高工作效率的工具。

（一）控制系統(tǒng)編程

Logix控制器數(shù)據(jù)采用基于標(biāo)記的尋址方式，控制器采用描述名作為變量標(biāo)簽名稱，可以根據(jù)數(shù)據(jù)的用途來命名，標(biāo)簽直接存儲(chǔ)在控制器上，允許通過標(biāo)簽名稱在網(wǎng)絡(luò)上訪問，程序的可讀性更強(qiáng)，自身就是說明文檔。減少查找故障所需的時(shí)間；縮短工期，大幅減少所需的文檔，標(biāo)記名可以在人機(jī)界面項(xiàng)目中直接引用，無需重新定義；減少維護(hù)時(shí)間，方便故障處理。

Logix控制器能夠使用別名連接物理I/O地址，避免了物理I/O地址和控制程序的硬連接，方便代碼重用，實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)計(jì)與程序開發(fā)同步進(jìn)行，幫助縮短項(xiàng)目開發(fā)時(shí)間，有利于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，降低成本。

（二）控制系統(tǒng)診斷

在控制系統(tǒng)中，非?？释軌蛟谶\(yùn)行過程中查看控制系統(tǒng)和控制網(wǎng)絡(luò)的診斷狀態(tài)，同時(shí)，特別渴望能夠無需進(jìn)行控制器編程或者使用其它軟件工具來實(shí)現(xiàn)此功能，僅需要在人機(jī)界面（HMI）中添加一些畫面，來訪問控制系統(tǒng)中的診斷數(shù)據(jù)，顯示控制網(wǎng)絡(luò)的“健康”狀態(tài)信息。

四、結(jié)語

采用ControlLogix系統(tǒng)設(shè)計(jì)的除鹽水控制系統(tǒng)，采用全硬件冗余結(jié)構(gòu)，滿足系統(tǒng)高可靠性、高可用性、冗余切換無擾動(dòng)的要求。系統(tǒng)使用方便，維護(hù)簡單，不僅滿足目前的需求，也為以后的擴(kuò)展留有充分的余地，切實(shí)保障系統(tǒng)長期、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：張冬冬，遼寧紅沿河核電有限公司，儀控主任工程師，高級(jí)工程師，研究方向：核電站控制系統(tǒng)維護(hù)。