205 t環(huán)吊最小控制系統(tǒng)平臺

黃宇航，楊 浩，張偉昕

（福建福清核電有限公司，福建福清 350318）

0 引言

205 t環(huán)行吊車作為大修期間反應(yīng)堆本體檢修工作的關(guān)鍵起重設(shè)備，其設(shè)備的可靠性直接影響著核電廠大修進(jìn)度。福清核電現(xiàn)有的維修人員班組未在安裝調(diào)試期間參與環(huán)吊的相關(guān)工作，環(huán)吊大量檢修資料未完整移交至維修人員。環(huán)吊設(shè)備長期處于高中子輻射狀態(tài)下，設(shè)備受輻照影響，故障率高。為提高環(huán)吊維修人員的維修技能水平以及環(huán)吊設(shè)備的可靠性，根據(jù)現(xiàn)場情況并結(jié)合多年的維修經(jīng)驗，搭建205 t環(huán)形吊車儀控最小系統(tǒng)平臺。該最小系統(tǒng)平臺采用與福清核電1#，2#，3#和4#機(jī)組環(huán)吊控制系統(tǒng)相同型號硬件設(shè)備，以及相同版本軟件環(huán)境。

1 硬件平臺

1.1 PLC卡件

（1）CPU模塊。最小系統(tǒng)核心部件為CPU模塊，CPU型號為PM861AK01，是ABB S800系列控制單元在起重行業(yè)應(yīng)用較廣泛的型號之一。主頻48 MHz，具備16 MB存儲空間，接口豐富，支持 CF卡（Compact Flash Card），通過RCU（Redundant Control Unit，冗余控制單元）電纜實(shí)現(xiàn)CPU模塊的冗余功能。功率運(yùn)行期間環(huán)吊斷電，為保證CPU內(nèi)的數(shù)據(jù)不丟失，選用CF卡作為應(yīng)用程序的載體。CPU的CN1口連接交換機(jī)，作為與工控機(jī)、觸摸屏進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的端口。

（2）通信模塊。CPU 與 I/O（Input/Output，輸入/輸出）模塊之間通過CI854通信模塊和CI840通信模塊進(jìn)行PROFIBUS（Process Field Bus，過程現(xiàn)場總線）協(xié)議通信。CI854 PROFIBUS通信主站依靠 CEX-BUS（Communication Expansion Bus，通信拓展總線）為CPU提供PROFIBUS通信拓展功能，支持最多4段PROFIBUS，每段最多32個CI840從站。CI854模塊通過CEX（Cable Extension，總線擴(kuò)展）電纜實(shí)現(xiàn)冗余功能。CI840模塊作為 PROFIBUS通信從站，可掛接最多24個I/O模塊。CI840通過TU847配備的2組PROFIBUS接口實(shí)現(xiàn)冗余功能。

該平臺要求互為冗余的2塊CI854模塊、CI840模塊，固件版本一致，避免固件版本相差太大，導(dǎo)致無法建立冗余或AB網(wǎng)通信不同步、影響CPU接收數(shù)據(jù)。PROFIBUS的DP（Distributed Peripherals，分布式外部設(shè)備）接頭型號為6ES7972-0BA12-0XA0，帶終端電阻。平臺配備2組PROFIBUS設(shè)備，CI854模塊和CI840模塊端的DP接頭終端電阻選為ON狀態(tài)，代表此節(jié)點(diǎn)為PROFIBUS總線的終端。平臺也可根據(jù)實(shí)際測試邏輯或教學(xué)需求進(jìn)行CI840從站擴(kuò)展。

圖1 環(huán)吊最小控制系統(tǒng)平臺

圖2 PROFIBUS總線DP頭接線示意

（3）I/O 模塊。I/O模塊可通過現(xiàn)場總線接口模件CI840連接到PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)上。根據(jù)環(huán)吊控制系統(tǒng)I/O模塊有DI810開關(guān)量輸入、DO820開關(guān)量輸出、AI810模擬量輸入、AO820模擬量輸出、DP820脈沖信號輸入5種型號。考慮最小平臺經(jīng)濟(jì)性的前提條件下模擬環(huán)吊控制系統(tǒng)關(guān)鍵邏輯。

環(huán)吊大部分的故障集中在上電環(huán)節(jié)，主接觸器未得電、安全繼電器未復(fù)位、急停按鈕未復(fù)位等故障均為環(huán)吊上電失敗的故障原因。分析環(huán)吊電氣原理以及環(huán)吊PLC程序，主接觸器、安全繼電器、急停按鈕等設(shè)備輔助觸點(diǎn)均掛接在ERF12機(jī)柜內(nèi)的A3-02 CI840從站的前4塊I/O卡件。選用4個DI810模塊進(jìn)行掛接來模擬該部分電路的邏輯，并將CI840模塊的地址撥碼選到與CBM（Control Builder M，控制編譯器）硬件組態(tài)中定義的2#通信子站。對DI（Digital Input，數(shù)字量輸入）卡件底板上的L+/L-端子施加24 V直流供電后，可支持16通道干接點(diǎn)信號輸入。通過對DI卡件的輸入端進(jìn)行信號強(qiáng)制，模擬對應(yīng)的現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)。用相對較少的資金投入，實(shí)現(xiàn)大部分的故障模擬功能。

1.2 觸摸屏

環(huán)吊司機(jī)室觸摸屏型號為ABB PP845A，是環(huán)吊系統(tǒng)提供人機(jī)操作界面的重要設(shè)備，在環(huán)吊PLC程序中已為其預(yù)留了硬件組態(tài)。該觸摸屏即可串接在CI854模塊與CI840模塊的PROFIBUS總線，也能通過RJ45數(shù)據(jù)線連接到CPU的CN1接口對應(yīng)的網(wǎng)段內(nèi)進(jìn)行TCP/IP通信。將觸摸屏IP地址設(shè)置在CPU模塊IP地址的同一網(wǎng)段內(nèi)并安裝觸摸屏畫面組態(tài)后，通過連接交換機(jī)從CPU模塊獲得實(shí)時數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對環(huán)吊的電源、大車、小車、主提升、副提升、5 t鉤等機(jī)構(gòu)的參數(shù)、報警的監(jiān)視功能。配合該平臺的4塊I/O卡件信號強(qiáng)制功能，可以在觸摸屏上觀察部分信號的翻轉(zhuǎn)過程，加深維修人員對環(huán)吊控制系統(tǒng)的認(rèn)識。

1.3 工控機(jī)

工控機(jī)采用X86構(gòu)架的臺式電腦，帶串口和 RJ45網(wǎng)絡(luò)接口，預(yù)裝WinXP系統(tǒng)。該最小平臺增加了TK212串口數(shù)據(jù)線，可以連接CPU模塊的COM4接口，通過超級終端訪問CPU讀取IP地址以及固件版本號等信息，有效判斷CPU模塊的設(shè)備狀態(tài)，便于維修人員分析故障，也可利用此接口并配合IP config軟件對CPU模塊進(jìn)行IP地址設(shè)置及固件版本刷新操作。

工控機(jī)安裝ABB AC800M平臺編譯軟件CBM 5.0.1，觸摸屏畫面編譯軟件Panel 800 5.1.0。工控機(jī)軟件版本與核島內(nèi)環(huán)吊系統(tǒng)工控機(jī)采用同版本軟件，實(shí)現(xiàn)環(huán)吊系統(tǒng)PLC的工程文件和觸摸屏的組態(tài)文件在相同的軟件環(huán)境中運(yùn)行，避免因軟件環(huán)境不匹配而帶來設(shè)備兼容問題?？赏ㄟ^連接交換機(jī)，利用CBM和Panel 800軟件實(shí)現(xiàn)對CPU模塊和觸摸屏的數(shù)據(jù)編譯。通過CBM的硬件組態(tài)窗口中的I/O status列來強(qiáng)制信號，實(shí)現(xiàn)環(huán)吊PLC程序的邏輯驗證功能，觸摸屏畫面組態(tài)驗證的功能。

2 結(jié)束語

國內(nèi)的同型號M310系列核電機(jī)組未配備同類型的205 t環(huán)吊最小控制系統(tǒng)平臺屬于首創(chuàng)。CPU模塊在大修結(jié)束后被拆除至核島外，該平臺在核島功率運(yùn)行期間也可以對現(xiàn)場已拆除設(shè)備進(jìn)行定期上電檢查并形成記錄，提高核島大修關(guān)鍵路徑起重設(shè)備的可靠性，縮短大修工期。該平臺可擴(kuò)展性強(qiáng)，可根據(jù)現(xiàn)場需求更改CI840從站地址撥碼擴(kuò)展不同型號的I/O模塊組合，節(jié)省昂貴的通信模塊，經(jīng)濟(jì)效益好。

該平臺經(jīng)歷大量的軟硬件測試驗證，適用于環(huán)吊控制系統(tǒng)各類卡件的測試。實(shí)現(xiàn)設(shè)備多重冗余，遵循單一故障準(zhǔn)則。CPU，CI854和CI840中任何一個設(shè)備故障時可無擾切換至備用模塊。該平臺的離線測試功能，不影響現(xiàn)場設(shè)備，風(fēng)險處于可控狀態(tài)?？梢栽诜谴笮奁陂g對環(huán)吊儀控部件進(jìn)行測試，降低備件故障率，減少人員和設(shè)備受核輻射傷害。