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第二核电厂凝结水精处理控制系统

来源:职称阁分类:电子论文 时间:2019-10-30 10:44热度:

  介绍了凝结水精处理系统的功能、改造原因、网络结构、PLC控制系统硬件及软件平台的建立、调试、系统设备功能测试、信号传输通道测试、系统控制功能测试,为PLC控制系统在核电系统控制领域的应用提供合理化的技术改进建议。

第二核电厂凝结水精处理控制系统

  关键词:核电厂;PLC;控制系统

  凝结水精处理系统为永久性设置的系统,用以除去凝结水中的离子态、悬浮状杂质,确保达到蒸汽发生器规定的给水杂质。其主要功能:在机组启动阶段,凝结水精处理系统的投入,可使凝结水较快地达到回收指标,从而减少凝结水的排放量,并缩短机组的启动时间;在机组正常运行期间,凝结水精处理系统的投入,可去除凝汽器水侧或汽侧因微量泄漏而进入凝结水的杂质,确保给水水质;在凝汽器突然发生较大泄漏事故时,凝结水精处理系统的投入,可为应付紧急停机提供足够的缓解时间。原ATE控制系统使用AB公司的PLC5系列,现ABPLC5系列备件已全部停产,且厂家已无库存备件,现场设备损坏后,将无备件进行维修和更换使用,对系统安全运行造成极大隐患。ATE系统上位机使用FIX软件,FIX软件也已停产,且硬件狗也无法采购到备件,一旦损坏无法修复,将造成上位机监控软件不可用。

  1凝结水精处理系统的机构

  1.1KSN三废控制系统采用分层结构,包含控制层和监控层控制层:CPU控制器采用昆腾+双机热备冗余配置,每台控制器均配置有2块以太网通讯模块与上位工控机建立冗余通讯连接,冗余CPU卡件集成的以太网接口与6个10槽远程RIO构成冗余RIO下位通讯环网。控制器任一模块故障或热插拔更换不影响整个PLC系统正常运行,RIO下位通讯环网支持单点断线不影响系统正常运行[1]。IO配置见表1。监控层:上位监控层通过设置在机柜内2台施耐德工业以太网交换机分别将冗余控制器、ATE工程师站兼操作站、ATE操作站、SIT操作站集联起来,网络通讯速率100Mbps,任一网线中断不影响操作站正常运行,系统满载运行网络负载仅为15%。ATE工程师站兼操作站部署UNITYPROV15版PLC组态软件和IFIXV5.9上位监控开发版软件,工控机选用研华高性能工控机配套DELL24寸显示器。1.2为保证系统运行的安全、稳定,凝结水精处理系统配置满足如下要求系统电源冗余、工作站冗余、控制器冗余、控制系统网络拓扑图如图1所示。

  2ATE控制系统的建立

  2.1ATE控制系统硬件平台的搭设在ATE控制室进行ATE控制系统硬件平台的搭设:操作台、工作站、配电柜、IO机柜、各硬件设备之间的电缆连接。2.2ATE控制系统软件平台的搭设上位机组态程序的编制:完成ATE控制系统监测、操作画面、趋势、日志等一系列实现人机良好交互程序的组态,下位机组态程序的编制:实现控制逻辑,信号传输功能的程序的组态。

  3ATE控制系统的调试

  3.1AC220V电气回路测试用万用表测试AC220V回路是否有短路情况,将所有开关合上,再测试AC220V回路是否有短路现象。3.2DC24V电路回路测试用万用表测试DC24V回路是否有短路现象,将所有直流供电的开关合上,再测试DC24V回路是否有断路现象;测试DC24V正极对地是否有短路现象;测试DC24V回路对AC220V回路之间是否有短路现象;测试对地绝缘电阻,断开220VAC供电电源,如果负端已经接地则此项不测试,50V测试电压下>5MΩ。3.3空气开关测试在断开供电电源的前提下,依次闭合、分断空气开关,检查是否灵活可靠。同时用万用表测量空气开关的导通情况,闭合通,分断断(正常)。3.4I/O卡件的短路测试测试所有的DI信号对AC220V之间是否有短路现象;测试所有的DO输出对AC220V之间是否有短路现象;测试所有的AI信号对AC220V之间是否有短路现象;测试所有的AO输出对AC220V之间是否有短路现象。3.5上电将所有的进线开关处于关断位置,接入2路不同的AC220V电源线。在供电电源处,系统接线确认无误后投入总电源开关。在控制机柜处,用万用表测试电源进线端子处的电压值,其电压值不应超过额定电压的±10%。如果误差较大,则应进行检查,查询相关原因,确认不会损坏系统后再送电。PLCI/O机架得电后,依次观察各个模块状态指示是否正确,或者用工作站对控制主机模块的基本功能或性能进行测试;CPU主机架得电后,观察CPU模块的显示是否正常。机架最左边电源模块得电,观察显示是否正常。以太网模块状态应为:Ready绿灯和ComAct绿灯亮。DI模块的显示信号Active绿色LED灯亮,正常情况下1~32灯均不应亮[2]。3.6PLC系统I/O通道测试主要针对IO机柜主要部件进行性能检测。在断开外部信号电缆的前提下,用高精度信号发生器及高精度万用表对PLC系统的输入和输出通道进行完好性检查。1)DI信号测试(数字量输入信号)根据图纸,用短接线短接控制柜内DI开关量输入信号端子,在工作站HMI界面上检查显示状态,检查相应的阀门反馈、电机反馈、报警接点等各信号在操作画面上是否正确显示。2)DO信号测试(数字量输出信号)对于有源开关量输出,在工作站上或其它编程器上发出不同的指令信号,在输出通道的接线端子上,用电压表测试其输出状态的变化(有电压/没有电压)。对于无源开关量输出,在工作站上或其它编程器上发出不同的指令信号,在输出通道的接线端子上,用通灯或万用表测试其状态的变化。对于干接点输出,用通灯即可;对于固态继电器输出,则用万用表的欧姆档(放在10M档以上比较明显)进行测试。根据图纸,找到DO模块所对应的继电器,如阀门试验,手动开关阀门,逐一在画面上点操各阀门,测试相应的DO点是否动作,动作时间是否正确,检查输出状态是否与上位机上的操作一致;也可以通过强制DO的地址,对应的继电器应动作,指示灯亮,检测相应继电器的常开信号对应的端子应接通;强制解除后,相应继电器释放,端子断开。3)AI信号测试(模拟量输入信号)用模拟量信号发生器发出所需要的模拟量信号(如4mA~20mA,1V~5V),将4mA~20mA信号(信号发生器)接至AI信号端子,在工作站或其它编程器上检查显示值(一般为工程单位值),检查对应的画面上的仪表显示是否正确,量程是否正确,报警是否正确。记录下每一个通道的输入信号值和输出显示值。每一个通道检查5点:0%,25%,50%,75%,100%。根据图纸,找到AI模块对应的端子,将4mA信号接在端子上,对应的模块上有相应的数值(0),将8mA,12mA,16mA和20mA也同上理测试。检测所有的AI模块,如有数据不对,将记录下来,更换相应的模块[3]。4)24小时稳定性测试上述测试完毕后,将系统上电进行24小时稳定性测试,每8小时检查一次系统运行情况,看其是否运行正常。3.7现场设备的工艺控制逻辑测试现场设备的测试可分为标准逻辑测试和外部逻辑测试。标准逻辑,是指这个设备本身的一些信号和指令的输入和输出。外部逻辑,是指这个设备本身的一些特定的逻辑关系。外部逻辑的输出连接到标准逻辑的输入参与到标准逻辑的运算和判断中。由于每个设备的外部逻辑都不尽相同而且牵涉到工艺流程,因而设备的外部逻辑的调试必须由熟悉工艺的人员共同参与。通过标准逻辑和外部逻辑的测试,该设备相关的所有信号:设备状态反馈,设备输入输出控制指令,内部逻辑信号,外部联锁输入输出逻辑信号均能完整地测试完毕,保证在系统正常投运时设备的自动控制。3.8系统联调在系统各个工艺流程现场设备及逻辑调试完成后,即可进行系统完整工艺流程的调试,此项调试确定系统各个工艺流程之间的接口及转换正常,在该项调试过程中,要密切关注现场设备运行的相关参数,必要时做出相应的人为干预,确保调试人员和设备的安全。

  4创新点

  1)通过本次改造提高了整个控制系统的性能,包括处理速度、冗余化程度、报表、趋势、操作功能,增强了系统和工艺联锁报警等故障信息诊断功能。2)改造后PLC控制系统具有先进、高效、可靠的硬件架构,系统由老旧的总线通讯方式升级为通讯速率更高,系统扩展兼容性更强的工业以太网通讯方式。3)中国核电正在推进数字核电,2ATE改造的监控层具备OPC通讯接口,为今后全厂数字化的建立创造了必备条件。同时系统的外围设备包括操作站的通用性大幅增加,方便了系统的维护,新系统的控制功能非常强大,在线组态维护、下装修改程序非常方便,为控制功能的进一步优化创造了条件。4)对电磁阀箱的改造,提高了电磁阀维修保养的便利性以及安全性,在交流电磁干扰隔离方面优化箱体配置,通过新增交流信号控制箱彻底隔离交流信号对直流信号可能产生的电磁干扰作用,确保了电磁阀的可靠动作。5)在接地方面,改造前原系统的接地,信号地和保护地接到同一端子;改造后,信号地和保护地是分开的,确保强电不会对弱电的模拟量信号进行干扰,提高了系统运行的可靠性。

  5结束语

  PLC技术的广泛使用,极大地解放了生产力。随着计算机技术、互联网技术的高速发展,20世纪基于总线技术的PLC控制系统不再是一个封闭的系统,它向所有具有控制权限的计算机用户开放,并形成以全厂信息化管理系统为中心的网络控制系统。目前的升级改造仅仅是完成了PLC控制系统网络化的第一步,除依托工业以太网完成相关控制命令外,基于互联网技术的PLC网络控制系统应当实现智能化管理,采用工业以太网技术将存在相关关系的PLC控制系统连接起来,实现更加开放的PLC控制网络,同时降低企业生产成本。

  作者:胡昌森 单位:中核核电运行管理有限公司

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文章名称:第二核电厂凝结水精处理控制系统

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