基于西門(mén)子400H控制器的海南昌江核電淡水廠數(shù)字化控制

侯長(zhǎng)治　高媛　俞光衛(wèi)

【摘 要】海南昌江核電淡水廠是核電廠的自備水廠，采用兩套西門(mén)子400H冗余控制系統(tǒng)及遠(yuǎn)程擴(kuò)展機(jī)架實(shí)現(xiàn)。本文對(duì)工藝要求、控制方案、接地、供電、網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行了描述。并就實(shí)現(xiàn)過(guò)程中可能存在的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)。采用就地手動(dòng)控制，遠(yuǎn)程手動(dòng)控制，PLC自動(dòng)等控制方式，級(jí)別由高到低。

【關(guān)鍵詞】PLC；西門(mén)子S7-400；冗余；核電站淡水廠

0 前言

海南昌江核電廠共規(guī)劃四臺(tái)，一期1、2號(hào)機(jī)組已經(jīng)進(jìn)入詳細(xì)設(shè)計(jì)階段。海南昌江核電淡水廠是核電廠的自備水廠。根據(jù)全場(chǎng)四臺(tái)機(jī)組的工程總用水量的需求，淡水廠處理規(guī)模為16000m3/d，取水量為16800m3/d。其建筑物共分為10個(gè)子項(xiàng)分別為：OF01：混合反應(yīng)沉淀池，OF02：濾池廠房，OF03：清水池，OF04：供水泵房及配電室，OF05：排水排泥池，OF06：加氯加藥間，OF07：污泥濃縮池及脫水間，OF08：綜合樓，OF09：大門(mén)，OF00：室外[1]。其工藝流程如圖1所示：

取水工程送來(lái)的原水經(jīng)兩根DN450管道接入淡水廠，進(jìn)入廠區(qū)的管道在經(jīng)過(guò)電磁流量計(jì)后合并為一根DN450的管道經(jīng)加氯處理后進(jìn)入配水井。

經(jīng)過(guò)配水井中設(shè)置的配水堰門(mén)將水均勻分配至兩座混合反應(yīng)沉淀池，進(jìn)入混合反應(yīng)沉淀池前采用微渦管式混合設(shè)備進(jìn)行加藥絮凝處理，絮凝劑由微渦管式混合設(shè)備加藥口投入，助凝劑在混合設(shè)備后投加，加藥量根據(jù)原水流量及水質(zhì)變化調(diào)節(jié)；經(jīng)混合反應(yīng)沉淀池后的沉淀池出水分別進(jìn)入四格石英砂濾池進(jìn)行過(guò)濾，濾后水經(jīng)過(guò)清水母管進(jìn)入四格活性炭濾池深度過(guò)濾凈化處理；活性炭濾池出水加氯后進(jìn)入兩座生活生產(chǎn)用清水池儲(chǔ)存，并經(jīng)生活水泵及生產(chǎn)水泵提升后送至施工場(chǎng)地生活用水、主廠區(qū)生活用水管網(wǎng)、主廠區(qū)生產(chǎn)給水管網(wǎng)、淡水廠自用管網(wǎng)等用水區(qū)域。

另外，生活生產(chǎn)用水清水池中儲(chǔ)存為淡水廠廠區(qū)使用的消防水量和濾池廠房的濾池反沖洗使用的水量。

1 方案配置及實(shí)現(xiàn)

1.1 配置

該系統(tǒng)在濾池廠房布置一個(gè)CPU機(jī)柜安裝一個(gè)S7-400主控制器CPU414-4H，帶5條ET200M遠(yuǎn)程擴(kuò)展機(jī)架，其中濾池廠房3條，混合反應(yīng)沉淀池1條，加氯加藥間1條。在供水泵房控制室布置一個(gè)CPU機(jī)柜安裝一個(gè)S7-400主控制器CPU414-4H，帶3條ET200M遠(yuǎn)程擴(kuò)展機(jī)架，其中供水泵房2條，污泥脫水間1條[2，3]。實(shí)現(xiàn)對(duì)昌江核電廠項(xiàng)目淡水廠控制系統(tǒng)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)量信號(hào)和模擬量信號(hào)的處理功能。

在濾池廠房控制設(shè)計(jì)中布置一個(gè)雙路電源柜和一個(gè)CPU機(jī)柜，同時(shí)在CPU機(jī)柜中安裝一個(gè)S7-400主控制器CPU414-4H、一條ET200M遠(yuǎn)程擴(kuò)展機(jī)架和觸摸屏，主要負(fù)責(zé)混合絮凝沉淀池部分工藝參數(shù)的檢測(cè)控制及工藝設(shè)備的自動(dòng)控制，手動(dòng)控制，就地控制，設(shè)備故障聯(lián)鎖切換、啟停，設(shè)備故障報(bào)警等功能?，F(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)量、儀表的模擬量信號(hào)通過(guò)觸摸屏本地顯示及以太網(wǎng)上傳至淡水廠主控制室遠(yuǎn)程顯示。

在混合反應(yīng)沉淀池控制室中布置一個(gè)擴(kuò)展機(jī)柜，同時(shí)在該機(jī)柜中安裝一條本地?cái)U(kuò)展機(jī)架和觸摸屏。主要負(fù)責(zé)混合反應(yīng)沉淀池部分工藝參數(shù)的檢測(cè)控制及工藝設(shè)備的自動(dòng)控制，手動(dòng)控制，就地控制，設(shè)備故障聯(lián)鎖切換、啟停，設(shè)備故障報(bào)警等功能?，F(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)量、儀表的模擬量信號(hào)通過(guò)觸摸屏本地顯示及以太網(wǎng)上傳至淡水廠主控制室遠(yuǎn)程顯示。

在加氯加藥控制室中布置一個(gè)擴(kuò)展機(jī)柜，同時(shí)在該機(jī)柜中安裝一條本地?cái)U(kuò)展機(jī)架和觸摸屏。主要負(fù)責(zé)加氯加藥部分工藝參數(shù)的檢測(cè)控制及工藝設(shè)備的自動(dòng)控制，手動(dòng)控制，就地控制，設(shè)備故障聯(lián)鎖切換、啟停，設(shè)備故障報(bào)警等功能?，F(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)量、儀表的模擬量信號(hào)通過(guò)觸摸屏本地顯示及以太網(wǎng)上傳至淡水廠主控制室遠(yuǎn)程顯示。

在供水泵房控制室中布置一個(gè)雙路電源柜和一個(gè)CPU機(jī)柜，同時(shí)在CPU機(jī)柜中安裝一個(gè)S7-400主控制器CPU414-4H、兩條ET200M遠(yuǎn)程擴(kuò)展機(jī)架和觸摸屏[4]。主要負(fù)責(zé)供水泵房部分的工藝參數(shù)的檢測(cè)控制及工藝設(shè)備的自動(dòng)控制，手動(dòng)控制，就地控制，設(shè)備故障聯(lián)鎖切換、啟停，設(shè)備故障報(bào)警等功能。現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)量、儀表的模擬量信號(hào)通過(guò)觸摸屏本地顯示及以太網(wǎng)上傳至淡水廠主控制室遠(yuǎn)程顯示。

在污泥脫水間控制室中布置一個(gè)擴(kuò)展機(jī)柜，同時(shí)在該機(jī)柜中安裝一條本地?cái)U(kuò)展機(jī)架。主要負(fù)責(zé)污泥濃縮池及脫水間現(xiàn)場(chǎng)控制室2部分工藝參數(shù)的檢測(cè)控制及工藝設(shè)備的自動(dòng)控制，手動(dòng)控制，就地控制，設(shè)備故障聯(lián)鎖切換、啟停，設(shè)備故障報(bào)警等功能?，F(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)量、儀表的模擬量信號(hào)通過(guò)觸摸屏本地顯示及以太網(wǎng)上傳至淡水廠主控制室遠(yuǎn)程顯示。如圖2所示。

1.2 接地

設(shè)有工作接地和保護(hù)接地。其中保護(hù)接地（也稱(chēng)為安全接地）是為人身安全和電氣設(shè)備安全而設(shè)置的接地。工作接地包括：邏輯地、信號(hào)地、系統(tǒng)地、屏蔽地。

1.3 供電設(shè)計(jì)

在每個(gè)控制設(shè)備間設(shè)置UPS供電。在每個(gè)控制柜中布置空開(kāi)對(duì)PLC供電以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)觸點(diǎn)提供掃描電壓，儀表供電分配。上位機(jī)設(shè)備也采用UPS提供電源。每一類(lèi)電源均設(shè)置獨(dú)立的電源指示燈，每一個(gè)就地機(jī)柜均在淡水廠主控制室設(shè)置電源指示燈。電源柜設(shè)計(jì)為前后開(kāi)門(mén)，下進(jìn)線。

1.4 控制方式

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)主要設(shè)備的控制將采用就地手動(dòng)控制、操作員和工程師站遙控控制和PLC自動(dòng)控制的三層控制模式；其他設(shè)備采用操作員和工程師站遙控控制和PLC自動(dòng)控制的兩層控制模式?？刂萍?jí)別由高到低為：就地手動(dòng)控制、操作員和工程師站遙控、PLC自動(dòng)。

1.5 工程師站、操作員站和操作屏

一臺(tái)裝有STEP 7軟件的PC我們就稱(chēng)之為工程師站，其主要完成系統(tǒng)硬件和組態(tài)、符號(hào)編輯以及程序編程等任務(wù)。

硬件配置：用于對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)和模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。

網(wǎng)絡(luò)通訊：用于配置MPI、PROFIBUS或工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸。

符號(hào)編輯：用于定義符號(hào)名稱(chēng)、數(shù)據(jù)類(lèi)型和注釋?zhuān)瑢⑽锢淼刂访Q(chēng)化。

程序編程：語(yǔ)句表（STL）、梯形圖（LAD）、功能塊圖（FBD）[5]。

一臺(tái)裝有WINCC軟件的PC我們就稱(chēng)之為操作員站，其主要完成操作員站畫(huà)面組態(tài)、變量連接、系統(tǒng)報(bào)警、變量曲線生成等功能。

2 網(wǎng)絡(luò)

本系統(tǒng)需要與加氯加藥間的相關(guān)設(shè)備等進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，可以采用通訊方式，也可以采用硬接線的方式完成信號(hào)的接入。

PLC系統(tǒng)配置DP通訊模塊，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)其他系統(tǒng)采用DP協(xié)議通訊接口。

PLC系統(tǒng)配置CP443-1以太網(wǎng)模塊，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)其他系統(tǒng)采用以太網(wǎng)協(xié)議方式通訊接口。

操作員站和工程師站之間為環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)西門(mén)子212交換機(jī)和204交換機(jī)與CP之間通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。如圖3所示。

共有四臺(tái)觸摸屏通過(guò)DP電纜通信，其中濾池控制室中的控制器離混合反應(yīng)沉淀池和加氯加藥間比較遠(yuǎn)，控制器通過(guò)RS485中繼器和有源終端與觸摸屏之間實(shí)現(xiàn)通信。如圖3所示。

在淡水廠主控制室設(shè)置一臺(tái)工程師站和一臺(tái)操作員站用于數(shù)據(jù)顯示與工程組態(tài)、維護(hù)等控制。在主控制室設(shè)置交換機(jī)，2臺(tái)上位機(jī)工控計(jì)算機(jī)與交換機(jī)相連，每個(gè)CPU通過(guò)以太網(wǎng)模塊CP443-1與交換機(jī)相連，構(gòu)成上位數(shù)據(jù)顯示以太網(wǎng)?？紤]淡水廠主控制室與2個(gè)CPU所在機(jī)柜設(shè)備間的距離，如果超過(guò)1000m則需要考慮使用光纖。

3 結(jié)論

本文通過(guò)西門(mén)子400H冗余控制器實(shí)現(xiàn)了對(duì)海南昌江核電廠自備水廠的數(shù)字化控制，實(shí)現(xiàn)了就地、手自動(dòng)控制，滿足了工藝要求。其可能的不足點(diǎn)由于混合反應(yīng)沉淀池和污泥脫水間控制柜是前開(kāi)門(mén)，可能現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)線面臨機(jī)柜空間問(wèn)題，此外本濾池控制器還需要與加氯加藥間設(shè)備進(jìn)行通信。

【參考文獻(xiàn)】

[1]郝志會(huì)，王飛.SEA生水系統(tǒng)手冊(cè)[S].中國(guó)核電工程有限公司，2011 .

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[3]陳建.西門(mén)子工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究與應(yīng)用[J].南京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2005.

[4]張威，石紅瑞.WinCC與S7-400 PLC批量數(shù)據(jù)交換的實(shí)現(xiàn)[J].儀表技術(shù)，2014.

[5]廖常初.S7-300/400 PLC應(yīng)用教程[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[責(zé)任編輯：湯靜]