秦山第二核電廠凝結(jié)水精處理控制系統(tǒng)改造

胡昌森

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

凝結(jié)水精處理系統(tǒng)為永久性設(shè)置的系統(tǒng)，用以除去凝結(jié)水中的離子態(tài)、懸浮狀雜質(zhì)，確保達到蒸汽發(fā)生器規(guī)定的給水雜質(zhì)。其主要功能：在機組啟動階段，凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的投入，可使凝結(jié)水較快地達到回收指標，從而減少凝結(jié)水的排放量，并縮短機組的啟動時間；在機組正常運行期間，凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的投入，可去除凝汽器水側(cè)或汽側(cè)因微量泄漏而進入凝結(jié)水的雜質(zhì)，確保給水水質(zhì)；在凝汽器突然發(fā)生較大泄漏事故時，凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的投入，可為應(yīng)付緊急停機提供足夠的緩解時間。

原ATE 控制系統(tǒng)使用AB 公司的PLC5 系列，現(xiàn)AB PLC5 系列備件已全部停產(chǎn)，且廠家已無庫存?zhèn)浼F(xiàn)場設(shè)備損壞后，將無備件進行維修和更換使用，對系統(tǒng)安全運行造成極大隱患。ATE 系統(tǒng)上位機使用FIX 軟件，F(xiàn)IX 軟件也已停產(chǎn)，且硬件狗也無法采購到備件，一旦損壞無法修復(fù)，將造成上位機監(jiān)控軟件不可用。

1 凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的機構(gòu)

1.1 KSN三廢控制系統(tǒng)采用分層結(jié)構(gòu)，包含控制層和監(jiān)控層

控制層：CPU 控制器采用昆騰+雙機熱備冗余配置，每臺控制器均配置有2 塊以太網(wǎng)通訊模塊與上位工控機建立冗余通訊連接，冗余CPU 卡件集成的以太網(wǎng)接口與6 個10 槽遠程RIO 構(gòu)成冗余RIO 下位通訊環(huán)網(wǎng)?？刂破魅我荒K故障或熱插拔更換不影響整個PLC 系統(tǒng)正常運行，RIO下位通訊環(huán)網(wǎng)支持單點斷線不影響系統(tǒng)正常運行[1]。IO 配置見表1。

表1 IO配置表Table 1 IO Configuration table

圖1 ATE控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖Fig.1 ATE Control system network topology

監(jiān)控層：上位監(jiān)控層通過設(shè)置在機柜內(nèi)2 臺施耐德工業(yè)以太網(wǎng)交換機分別將冗余控制器、ATE 工程師站兼操作站、ATE 操作站、SIT 操作站集聯(lián)起來，網(wǎng)絡(luò)通訊速率100Mbps，任一網(wǎng)線中斷不影響操作站正常運行，系統(tǒng)滿載運行網(wǎng)絡(luò)負載僅為15%。ATE 工程師站兼操作站部署UNITY PRO V15 版 PLC 組態(tài)軟件和IFIX V5.9 上位監(jiān)控開發(fā)版軟件，工控機選用研華高性能工控機配套DELL 24 寸顯示器。

1.2 為保證系統(tǒng)運行的安全、穩(wěn)定，凝結(jié)水精處理系統(tǒng)配置滿足如下要求

系統(tǒng)電源冗余、工作站冗余、控制器冗余、控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖如圖1 所示。

2 ATE控制系統(tǒng)的建立

2.1 ATE控制系統(tǒng)硬件平臺的搭設(shè)

在ATE 控制室進行ATE 控制系統(tǒng)硬件平臺的搭設(shè)：操作臺、工作站、配電柜、IO 機柜、各硬件設(shè)備之間的電纜連接。

2.2 ATE控制系統(tǒng)軟件平臺的搭設(shè)

上位機組態(tài)程序的編制：完成ATE 控制系統(tǒng)監(jiān)測、操作畫面、趨勢、日志等一系列實現(xiàn)人機良好交互程序的組態(tài)，下位機組態(tài)程序的編制：實現(xiàn)控制邏輯，信號傳輸功能的程序的組態(tài)。

3 ATE控制系統(tǒng)的調(diào)試

3.1 AC220V電氣回路測試

用萬用表測試AC220V 回路是否有短路情況，將所有開關(guān)合上，再測試AC220V 回路是否有短路現(xiàn)象。

3.2 DC24V電路回路測試

用萬用表測試DC24V 回路是否有短路現(xiàn)象，將所有直流供電的開關(guān)合上，再測試DC24V 回路是否有斷路現(xiàn)象；測試DC24V 正極對地是否有短路現(xiàn)象；測試DC24V 回路對AC220V 回路之間是否有短路現(xiàn)象；測試對地絕緣電阻，斷開220VAC 供電電源，如果負端已經(jīng)接地則此項不測試，50V 測試電壓下＞5MΩ。

3.3 空氣開關(guān)測試

在斷開供電電源的前提下，依次閉合、分斷空氣開關(guān)，檢查是否靈活可靠。同時用萬用表測量空氣開關(guān)的導(dǎo)通情況，閉合通，分斷斷（正常）。

3.4 I/O卡件的短路測試

測試所有的DI 信號對AC220V 之間是否有短路現(xiàn)象；測試所有的DO 輸出對AC220V 之間是否有短路現(xiàn)象；測試所有的AI 信號對AC220V 之間是否有短路現(xiàn)象；測試所有的AO 輸出對AC220V 之間是否有短路現(xiàn)象。

3.5 上電

將所有的進線開關(guān)處于關(guān)斷位置，接入2 路不同的AC220V 電源線。在供電電源處，系統(tǒng)接線確認無誤后投入總電源開關(guān)。在控制機柜處，用萬用表測試電源進線端子處的電壓值，其電壓值不應(yīng)超過額定電壓的±10%。如果誤差較大，則應(yīng)進行檢查，查詢相關(guān)原因，確認不會損壞系統(tǒng)后再送電。

PLC I/O 機架得電后，依次觀察各個模塊狀態(tài)指示是否正確，或者用工作站對控制主機模塊的基本功能或性能進行測試；CPU 主機架得電后，觀察CPU 模塊的顯示是否正常。機架最左邊電源模塊得電，觀察顯示是否正常。以太網(wǎng)模塊狀態(tài)應(yīng)為：Ready 綠燈和Com Act 綠燈亮。DI 模塊的顯示信號Active 綠色LED 燈亮，正常情況下1 ～32 燈均不應(yīng)亮[2]。

3.6 PLC系統(tǒng)I/O通道測試

主要針對IO 機柜主要部件進行性能檢測。在斷開外部信號電纜的前提下，用高精度信號發(fā)生器及高精度萬用表對PLC 系統(tǒng)的輸入和輸出通道進行完好性檢查。

1）DI 信號測試（數(shù)字量輸入信號）

根據(jù)圖紙，用短接線短接控制柜內(nèi)DI 開關(guān)量輸入信號端子，在工作站HMI 界面上檢查顯示狀態(tài)，檢查相應(yīng)的閥門反饋、電機反饋、報警接點等各信號在操作畫面上是否正確顯示。

2）DO 信號測試（數(shù)字量輸出信號）

對于有源開關(guān)量輸出，在工作站上或其它編程器上發(fā)出不同的指令信號，在輸出通道的接線端子上，用電壓表測試其輸出狀態(tài)的變化（有電壓/沒有電壓）。

對于無源開關(guān)量輸出，在工作站上或其它編程器上發(fā)出不同的指令信號，在輸出通道的接線端子上，用通燈或萬用表測試其狀態(tài)的變化。對于干接點輸出，用通燈即可；對于固態(tài)繼電器輸出，則用萬用表的歐姆檔（放在10M 檔以上比較明顯）進行測試。

根據(jù)圖紙，找到DO 模塊所對應(yīng)的繼電器，如閥門試驗，手動開關(guān)閥門，逐一在畫面上點操各閥門，測試相應(yīng)的DO 點是否動作，動作時間是否正確，檢查輸出狀態(tài)是否與上位機上的操作一致；也可以通過強制DO 的地址，對應(yīng)的繼電器應(yīng)動作，指示燈亮，檢測相應(yīng)繼電器的常開信號對應(yīng)的端子應(yīng)接通；強制解除后，相應(yīng)繼電器釋放，端子斷開。

3）AI 信號測試（模擬量輸入信號）

用模擬量信號發(fā)生器發(fā)出所需要的模擬量信號（如4mA ～20mA，1V ～5V），將4mA ～20mA 信號（信號發(fā)生器）接至AI 信號端子，在工作站或其它編程器上檢查顯示值（一般為工程單位值），檢查對應(yīng)的畫面上的儀表顯示是否正確，量程是否正確，報警是否正確。記錄下每一個通道的輸入信號值和輸出顯示值。每一個通道檢查5 點：0%，25%，50%，75%，100%。根據(jù)圖紙，找到AI 模塊對應(yīng)的端子，將4mA 信號接在端子上，對應(yīng)的模塊上有相應(yīng)的數(shù)值（0），將8mA，12mA，16mA 和20mA 也同上理測試。檢測所有的AI 模塊，如有數(shù)據(jù)不對，將記錄下來，更換相應(yīng)的模塊[3]。

4）24 小時穩(wěn)定性測試

上述測試完畢后，將系統(tǒng)上電進行24 小時穩(wěn)定性測試，每8 小時檢查一次系統(tǒng)運行情況，看其是否運行正常。

3.7 現(xiàn)場設(shè)備的工藝控制邏輯測試

現(xiàn)場設(shè)備的測試可分為標準邏輯測試和外部邏輯測試。標準邏輯，是指這個設(shè)備本身的一些信號和指令的輸入和輸出。外部邏輯，是指這個設(shè)備本身的一些特定的邏輯關(guān)系。外部邏輯的輸出連接到標準邏輯的輸入?yún)⑴c到標準邏輯的運算和判斷中。由于每個設(shè)備的外部邏輯都不盡相同而且牽涉到工藝流程，因而設(shè)備的外部邏輯的調(diào)試必須由熟悉工藝的人員共同參與。通過標準邏輯和外部邏輯的測試，該設(shè)備相關(guān)的所有信號：設(shè)備狀態(tài)反饋，設(shè)備輸入輸出控制指令，內(nèi)部邏輯信號，外部聯(lián)鎖輸入輸出邏輯信號均能完整地測試完畢，保證在系統(tǒng)正常投運時設(shè)備的自動控制。

3.8 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)

在系統(tǒng)各個工藝流程現(xiàn)場設(shè)備及邏輯調(diào)試完成后，即可進行系統(tǒng)完整工藝流程的調(diào)試，此項調(diào)試確定系統(tǒng)各個工藝流程之間的接口及轉(zhuǎn)換正常，在該項調(diào)試過程中，要密切關(guān)注現(xiàn)場設(shè)備運行的相關(guān)參數(shù)，必要時做出相應(yīng)的人為干預(yù)，確保調(diào)試人員和設(shè)備的安全。

4 創(chuàng)新點

1）通過本次改造提高了整個控制系統(tǒng)的性能，包括處理速度、冗余化程度、報表、趨勢、操作功能，增強了系統(tǒng)和工藝聯(lián)鎖報警等故障信息診斷功能。

2）改造后PLC 控制系統(tǒng)具有先進、高效、可靠的硬件架構(gòu)，系統(tǒng)由老舊的總線通訊方式升級為通訊速率更高，系統(tǒng)擴展兼容性更強的工業(yè)以太網(wǎng)通訊方式。

3）中國核電正在推進數(shù)字核電，2ATE 改造的監(jiān)控層具備OPC 通訊接口，為今后全廠數(shù)字化的建立創(chuàng)造了必備條件。同時系統(tǒng)的外圍設(shè)備包括操作站的通用性大幅增加，方便了系統(tǒng)的維護，新系統(tǒng)的控制功能非常強大，在線組態(tài)維護、下裝修改程序非常方便，為控制功能的進一步優(yōu)化創(chuàng)造了條件。

4）對電磁閥箱的改造，提高了電磁閥維修保養(yǎng)的便利性以及安全性，在交流電磁干擾隔離方面優(yōu)化箱體配置，通過新增交流信號控制箱徹底隔離交流信號對直流信號可能產(chǎn)生的電磁干擾作用，確保了電磁閥的可靠動作。

5）在接地方面，改造前原系統(tǒng)的接地，信號地和保護地接到同一端子；改造后，信號地和保護地是分開的，確保強電不會對弱電的模擬量信號進行干擾，提高了系統(tǒng)運行的可靠性。

5 結(jié)束語

PLC 技術(shù)的廣泛使用，極大地解放了生產(chǎn)力。隨著計算機技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，20 世紀基于總線技術(shù)的PLC 控制系統(tǒng)不再是一個封閉的系統(tǒng)，它向所有具有控制權(quán)限的計算機用戶開放，并形成以全廠信息化管理系統(tǒng)為中心的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。目前的升級改造僅僅是完成了PLC 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的第一步，除依托工業(yè)以太網(wǎng)完成相關(guān)控制命令外，基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的PLC 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)實現(xiàn)智能化管理，采用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)將存在相關(guān)關(guān)系的PLC 控制系統(tǒng)連接起來，實現(xiàn)更加開放的PLC 控制網(wǎng)絡(luò)，同時降低企業(yè)生產(chǎn)成本。