PLC在旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)控制中的應(yīng)用及改進(jìn)

王鵬程

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江嘉興 314300）

0 引言

國(guó)內(nèi)某核電站海水取水系統(tǒng)從杭州灣取水，除了為常規(guī)島熱力系統(tǒng)設(shè)備提供冷卻水外，同時(shí)為一回路海水冷卻水系統(tǒng)提供冷卻水源，其中在海水泵房?jī)?nèi)布置了3 臺(tái)全框架側(cè)面進(jìn)水旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)。3 臺(tái)旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)由陜西煤炭建設(shè)公司管件設(shè)備廠設(shè)計(jì)和制造，滿足核安全3 級(jí)、質(zhì)保等級(jí)QA2、抗震Ⅰ類的要求。旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)性能安全可靠，使用效果良好。分析旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中存在的問(wèn)題，提出優(yōu)化改進(jìn)措施，進(jìn)一步提高設(shè)備的可靠性。

1 旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)功能

旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)組成：上部機(jī)架，電機(jī)，鏈輪傳動(dòng)系統(tǒng)，沖洗水管系統(tǒng)，導(dǎo)軌（框架），鏈條與網(wǎng)板，鏈松報(bào)警裝置，液位傳感器，就地控制箱。

（1）上部機(jī)架。是旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)鏈輪傳動(dòng)系統(tǒng)、沖洗水管系統(tǒng)、電機(jī)安裝支架和上部框架的連接機(jī)構(gòu)。

（2）鏈輪傳動(dòng)系統(tǒng)。是實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)網(wǎng)板運(yùn)行的動(dòng)力裝置，傳動(dòng)大鏈輪將來(lái)自電機(jī)減速機(jī)的力矩通過(guò)主軸傳遞給2 個(gè)6牙鏈輪，帶動(dòng)鏈條與網(wǎng)板旋轉(zhuǎn)。

（3）沖洗水管系統(tǒng)。來(lái)自沖洗水泵的高壓水通過(guò)鋼管和噴嘴，沖洗上升側(cè)鏈板上的垃圾，清潔網(wǎng)板，防止網(wǎng)板孔口堵塞。沖洗水通過(guò)高壓水槽電動(dòng)蝶閥和沖洗管道電動(dòng)蝶閥進(jìn)行控制。

（4）鏈條伸長(zhǎng)報(bào)警裝置。鏈條伸長(zhǎng)后，在導(dǎo)軌內(nèi)發(fā)生打折現(xiàn)象，壓迫轉(zhuǎn)塊、拉動(dòng)拉桿，觸動(dòng)行程開(kāi)關(guān)閉合，信號(hào)送到電氣回路，電機(jī)停止運(yùn)行并發(fā)出聲光警報(bào)。

2 旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)工作原理

傳動(dòng)裝置帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸及6 牙輪旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)濾網(wǎng)封閉鏈條與網(wǎng)板沿著框架與導(dǎo)軌做上、下直線移動(dòng)。大于篩網(wǎng)孔徑的污物被攔截并粘附在篩網(wǎng)上，較大顆粒散落在網(wǎng)框下橫梁，并由防滑板阻擋，與污物一起隨網(wǎng)板提升到高壓水沖洗噴射位置被激流沖洗墜入排污溝。封閉鏈循環(huán)一周或一周半可保證整個(gè)篩網(wǎng)被沖洗清掃干凈。

3 旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)電氣控制系統(tǒng)硬件及電路

3.1 旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)主電路

海水泵房?jī)?nèi)布置1 臺(tái)電源柜和3 臺(tái)控制柜，電源柜向3 臺(tái)控制柜提供主回路和控制回路電源，主回路采用交流380 V，控制回路采用交流220 V。3 臺(tái)控制柜分別對(duì)應(yīng)1#旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)、2#旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)和3#旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)。

3.2 旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)控制電路

3.2.1 旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)控制方式

（1）手動(dòng)控制模式。通過(guò)按控制柜面板的按鈕，由接觸器控制旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)和導(dǎo)槽沖洗電動(dòng)蝶閥以及沖洗管路電動(dòng)蝶閥的啟停。當(dāng)PLC 或傳感器發(fā)生故障時(shí)，可以臨時(shí)使用手動(dòng)控制模式，以保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

（2）自動(dòng)控制模式。采用西門子PLC S7-200，3 臺(tái)旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)采用分散控制系統(tǒng)，即每臺(tái)旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)設(shè)置1 臺(tái)液位傳感系統(tǒng)和1臺(tái)PLC 控制柜。各臺(tái)PLC 之間通過(guò)水位差信號(hào)的傳遞進(jìn)行內(nèi)部聯(lián)鎖、響應(yīng)和發(fā)令。PLC 主要由中央處理器（CPU），存儲(chǔ)器，輸入單元，輸出單元，電源等5 部分組成。數(shù)字量I/0 混合模塊型號(hào)為EM223 24 V（DC）4 輸入4 繼電器輸出。模擬量混合擴(kuò)展模塊型號(hào)為EM235，該模塊具有4 路模擬量輸入和1 路模擬量輸出。

PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式，一個(gè)循環(huán)掃描周期可以分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新3 個(gè)階段。輸入采樣階段，PLC將依次讀入所有輸入信號(hào)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)并存入輸入映像區(qū)中相應(yīng)單元，采樣完成后進(jìn)入程序執(zhí)行階段，PLC 按照從左往后，從上往下的順序?qū)τ脩舫绦蜻M(jìn)行掃描，程序執(zhí)行的結(jié)果寫入輸出映出映像區(qū)中保存。輸出刷新階段PLC 將輸出映像區(qū)狀態(tài)寫到實(shí)際輸出設(shè)備。需要注意的是，PLC 的所有輸入信號(hào)在程序執(zhí)行前統(tǒng)一讀入，在程序處理過(guò)程中不會(huì)改變，程序處理的結(jié)果也是在掃描周期的最后階段統(tǒng)一輸出。

PLC 的數(shù)字量輸入信號(hào)包括手自動(dòng)選擇信號(hào)、旋網(wǎng)過(guò)載和鏈松信號(hào)，閥門開(kāi)關(guān)限位、過(guò)載過(guò)力矩信號(hào)以及另外2 臺(tái)旋網(wǎng)的水位差信號(hào)、地震信號(hào)。這些信號(hào)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的中間繼電器，由中間繼電器的輔助點(diǎn)將數(shù)字量信號(hào)傳入PLC。

PLC 數(shù)字量輸出信號(hào)包括旋網(wǎng)低速和高速運(yùn)行，閥門開(kāi)關(guān)，水位差啟動(dòng)信號(hào)和水位差高速運(yùn)行信號(hào)，旋網(wǎng)運(yùn)行信號(hào)和旋網(wǎng)故障信號(hào)。當(dāng)PLC 輸出數(shù)字量信號(hào)時(shí)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的中間繼電器線圈得電，中間繼電器控制相應(yīng)的接觸器實(shí)現(xiàn)控制功能。

PLC 模擬量輸入輸出模塊，在濾網(wǎng)前后分別安裝高液位傳感器和低液位傳感器，傳感器將液位信號(hào)轉(zhuǎn)換為PLC 可以識(shí)別的電壓信號(hào)，然后將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)整數(shù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算得出水位差，再通過(guò)D/A 轉(zhuǎn)換將水位差轉(zhuǎn)換為0～20 mA 信號(hào)輸出到集控室DCS 顯示。

3.2.2 旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)控制要求

如圖1 所示，當(dāng)旋網(wǎng)切到自動(dòng)方式運(yùn)行時(shí)，首先檢測(cè)旋網(wǎng)前后的水位差：

（1）當(dāng)旋網(wǎng)前后水位差達(dá)到1000 mm（可調(diào)，以下稱為高高水位）時(shí)，PLC 發(fā)出緊急報(bào)警信號(hào)，同時(shí)旋網(wǎng)停止運(yùn)行。

（2）當(dāng)旋網(wǎng)前后水位差達(dá)到600 mm（可調(diào)，以下稱為高水位）時(shí)，PLC 發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)旋網(wǎng)高速運(yùn)行。當(dāng)一臺(tái)旋網(wǎng)達(dá)到高水位時(shí)，如果另外兩臺(tái)旋網(wǎng)有一臺(tái)處于低速運(yùn)行模式，則低速運(yùn)行中的旋網(wǎng)停止。當(dāng)本臺(tái)旋網(wǎng)高速運(yùn)行時(shí)，如果另外兩臺(tái)旋網(wǎng)達(dá)到高水位時(shí)，另外兩臺(tái)必須等高速運(yùn)行中的旋網(wǎng)停止后才可以運(yùn)行。即：最先達(dá)到高水位的旋網(wǎng)具有最高優(yōu)先權(quán)。

（3）當(dāng)水位差達(dá)到300 mm（可調(diào)，以下稱為啟動(dòng)水位差）時(shí)，檢測(cè)另外兩臺(tái)旋網(wǎng)的水位差信號(hào)是否到位，只有在另外兩臺(tái)都沒(méi)發(fā)出水位差到位信號(hào)時(shí)，本旋網(wǎng)進(jìn)入低速運(yùn)行模式，高壓水槽電動(dòng)碟閥打開(kāi)，沖洗約5 min（可調(diào)），沖洗管道電動(dòng)碟閥打開(kāi)。延時(shí)5 s（可調(diào)），高壓水槽電動(dòng)碟閥關(guān)閉，再延時(shí)15 s（可調(diào)）旋網(wǎng)開(kāi)始運(yùn)行。隨著污物的清除，水位差降低，當(dāng)旋網(wǎng)前后水位差下降到200 mm（可調(diào)），PLC 發(fā)出停止旋網(wǎng)運(yùn)行指令，延時(shí)5 s（可調(diào)）旋網(wǎng)自動(dòng)停止運(yùn)行，再延時(shí)15 s（可調(diào)），沖洗管道電動(dòng)碟閥關(guān)閉。

（4）當(dāng)旋網(wǎng)前后水位差在6 h（可調(diào)）內(nèi)達(dá)不到200 mm（可調(diào)，以下稱為低水位差）時(shí)，PLC 自動(dòng)發(fā)出旋網(wǎng)低速運(yùn)行指令，每次運(yùn)行1 h。

4 旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)PLC 控制程序分析

以1#旋網(wǎng)為例，分析PLC 程序?qū)崿F(xiàn)旋網(wǎng)控制要求的過(guò)程。PLC 程序由主程序，參數(shù)子程序，報(bào)警子程序，液位轉(zhuǎn)換子程序，旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)控制子程序組成，因程序很長(zhǎng)（300 行左右）及篇幅限制，只分析其中典型的程序設(shè)計(jì)。

4.1 主程序

主程序的作用是在程序初次運(yùn)行時(shí)，初始化程序中的參數(shù)，以及調(diào)用子程序。

4.2 參數(shù)子程序

參數(shù)子程序的作用是將用戶設(shè)置的參數(shù)寫入PLC 程序，用戶可以自定義旋網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)，提高了程序的靈活性。

為了存儲(chǔ)各種信息，S7-200 內(nèi)部劃分了不同的存儲(chǔ)器單元，每個(gè)單元都有唯一的地址，PLC 通過(guò)地址訪問(wèn)標(biāo)識(shí)存取數(shù)據(jù)。以VW60 為例，V 表示CPU 內(nèi)的變量存儲(chǔ)區(qū)，常用來(lái)存儲(chǔ)控制邏輯操作的中間結(jié)果。W 表示數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度為字（16 位二進(jìn)制），B 表示字節(jié)（8 位），D 表示雙字（32 位），60 表示字節(jié)地址。VW60 表示以字方式訪問(wèn)變量存儲(chǔ)區(qū)的第61 個(gè)字。

旋網(wǎng)控制子程序中的定時(shí)器和計(jì)數(shù)器通過(guò)調(diào)用這些參數(shù)實(shí)現(xiàn)旋網(wǎng)運(yùn)行控制中的時(shí)間要求。參數(shù)地址及在旋網(wǎng)控制子程序中對(duì)應(yīng)的定時(shí)器，計(jì)數(shù)器地址和功能見(jiàn)表1。

圖1 旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)控制流程

表1 旋網(wǎng)控制子程序參數(shù)地址及對(duì)應(yīng)定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的地址和功能

4.3 報(bào)警子程序

當(dāng)旋網(wǎng)過(guò)載、旋網(wǎng)鏈松、導(dǎo)槽沖洗電動(dòng)碟閥過(guò)載或過(guò)力矩、沖洗管道電動(dòng)碟閥過(guò)載或過(guò)力矩，水位差高高，地震信號(hào)，高、低液位傳感器故障，旋網(wǎng)高速運(yùn)行時(shí)，PLC 發(fā)出緊急報(bào)警信號(hào)并發(fā)出聲光報(bào)警，按消音按鈕可消除聲響。導(dǎo)槽沖洗電動(dòng)碟閥過(guò)載或過(guò)力矩時(shí)，I0.3 常開(kāi)點(diǎn)閉合，V15.1 線圈得電后Q1.1 輸出故障報(bào)警。

5 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及改進(jìn)

綜合統(tǒng)計(jì)2009 年至今的旋網(wǎng)運(yùn)行缺陷，年平均缺陷數(shù)20個(gè)左右，機(jī)械部分缺陷占46%，電氣回路占54%，缺陷主要集中在液位傳感器和閥門電動(dòng)裝置。其中，有些多次出現(xiàn)的缺陷是可以通過(guò)改進(jìn)PLC 程序消除。

運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)反饋，旋網(wǎng)多次發(fā)高速運(yùn)行報(bào)警，在旋網(wǎng)水位差降到低水位時(shí)，報(bào)警依然無(wú)法復(fù)位。須在旋網(wǎng)斷電后重新上電，報(bào)警方可消除。對(duì)此，可對(duì)PLC 程序做優(yōu)化改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)旋網(wǎng)高速運(yùn)行一段時(shí)間，水位差降低至低水位差后，旋網(wǎng)高速運(yùn)行停止，并復(fù)位高速運(yùn)行報(bào)警輸出。

6 結(jié)語(yǔ)

分析核電廠3 臺(tái)旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的控制要求，介紹控制系統(tǒng)硬件，主回路控制回路的電路接線及不同工況下旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)運(yùn)行方式的典型PLC 程序。結(jié)合運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)缺陷進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，提高旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)運(yùn)維水平。