Omron PLC和InTouch在凝結水精處理系統中的應用

（中國船級社質量認證公司 南京分公司，南京 210011）

0 引言

精處理系統是指將凝結水中的金屬腐蝕產物、微量溶解鹽類、懸浮物等物質去除的系統，在機組啟動過程中，能大大縮短水汽質量達到合格的時間。

巴基斯坦恰希瑪核電站 C2凝結水精處理工藝及控制系統已投入運行，本套系統所用控制系統是Omron 公司的CS系列硬件，監控軟件是Wonderware公司的InTouch 10.0軟件，通過執行上下位機程序操作和監控凝結水精處理中的陽床、高速混床、再生系統和酸堿廢水系統設備。

1 系統概述

1.1 工藝流程簡介

本系統的整個工藝由四臺前置陽床和四臺高速混床組成。在機組運行開始階段，進口凝結水的含鐵量低于1 000 μg/L時，方可進入凝結水精處理系統。前置陽床和高速混床三用一備。當其中任何一臺前置陽床（高速混床）出水水質不合格（陽床：陰電導；混床：電導率，或鈉、或二氧化硅）、產水量或壓差過大時，將啟動備用的前置陽床（高速混床），啟動完成后對失效前置陽床（高速混床）進行再循環，待出水合格后再投入運行并入系統。此時失效的前置陽床（高速混床）執行退出程序，人為執行前置陽床（高速混床）失效樹脂再生程序，將失效樹脂輸送至再生系統樹脂再生塔，再將再生系統先前再生好的備用樹脂回送至前置陽床（高速混床）備用。凝結水精處理系統設有系統總旁路門，當進口凝結水系統壓差大于0.70 MPa或溫度超過55℃時將自動打開，關閉凝結水系統進出水母管總閥門（旁路門為氣動偏心調節閥），將凝結水精處理系統進行有效隔離。為便于系統檢修，系統總旁路門設有手動檢修閥門。凝結水精處理裝置在滿負荷及 AVT工況下（pH=9.4），前置陽床在正常運行條件下的運行周期一般不低于 9天，高速混床運行周期一般不低于30天。

前置陽床設置 2臺再生塔，以滿足對前置陽床的陽樹脂進行清洗和再生的要求；高速混床設置 1臺再生塔、陰塔、陽塔和儲存塔，再生裝置能對高速混床陰陽樹脂進行反洗、分離、再生、漂洗和混合。

1.2 控制系統簡介

本系統為冗余系統，由 Omron 公司的CS1D-CPU65H控制器及遠程輸入輸出模塊等組成，能夠對各凝結水精處理系統的所有被控對象進行監視及控制，包括風機啟/停控制及狀態、閥門開/關控制及狀態、控制柜就地/遠程切換狀態、遠傳測量儀表（溫度、差壓、液位等）、水質等運行參數等，同時完成設備的聯鎖保護功能。

本系統設有現場工程師站，現場工程師站配置 2臺操作站，2臺操作站互為備用，實現本系統的控制及監視。

本系統的控制方式采用遠程自動控制（程控）、遠程手動控制（點控）和就地手動控制等多種方式，操作人員可以根據現場實際情況選擇任意一種控制方式，保證整個系統的可靠運行。遠程自動控制方式，即通過執行相應的自動程序，實現系統的聯鎖控制、顯示和報警等，此種方式最便捷；遠程手動控制，即通過遠程人工點控，進行點對點的單臺設備控制；就地手動控制方式，即系統所有設備不參與遠程聯鎖控制，采用就地操作箱實現對單臺設備的操作，此種操作方式較為繁瑣。三種控制方式在一定條件下均能實現無擾切換，不會引起工藝數據波動及控制系統的紊亂。

2 系統硬件設計

本系統采用全套冗余的安全配置。用于承擔數據傳輸及交換的交換機、用于與工控機通訊的通訊模快、用于處理數據的CPU模塊和用于供電的電源模塊均可做到雙機熱備[1]。另外，如果某個輸入輸出模塊發生故障，在不斷電的情況下即可對此模塊進行熱插拔，方便了系統的維護。

本系統配置了1套冗余的CPU主機架及6套遠程擴展機架，具體見圖1。

圖1 PLC硬件配置圖

2.1 監控系統

現場工程師站配置2臺操作站（研華IPC610），在調試結束后屏蔽Windows所有熱鍵，并設置權限，防止用戶的非法操作。對每臺計算機的相關軟件及數據進行雙硬盤備份優化處理，從而大大提高系統運行的可靠性和安全性。

2.2 PLC控制系統

本系統采用本地冗余CPU和遠程擴展機架的控制模式，PLC采用Omron公司的CS系列模塊，模塊可靠性高、抗干擾性強、編程簡單、使用方便、接線簡單、功能強、體積小、重量輕、操作及維護非常方便，目前其在火電、鋼鐵和核電行業運用比較普遍。

其中，Power模塊采用集中底板供電方式；CPU模塊組件配套通訊模塊及冗余模塊，發生故障時，冗余模塊可由其中一臺控制器自動無擾切換到另一臺控制器上，對系統運行無任何影響；開關量及模擬量輸入/輸出模塊具有光電隔離和數字濾波的功能。

3 系統軟件設計

本系統在軟件設計上采用軟件容錯和聯鎖保護等技術，一般有以下幾種表現形式：畫面提示并自行解決（如主備泵/風機相互自動切換等）；報警提示并進行聯鎖保護（如前置陽床及高速混床出水水質、運行參數報警并聯鎖保護等）；對重要的運行參數進行實時記錄，從而實現對故障原因的分析，便于用戶總結經驗，避免類似故障的重復出現；對操作設置進行等級劃分，進行權限分類，避免非正常用戶操作，從而帶來誤操作。

3.1 控制系統結構簡介

本控制系統主要依據工藝具體要求，即控制系統說明。相關程序主要有：1）前置陽床投運、樹脂輸入、樹脂輸出及樹脂再生程序；2）高速混床投運、樹脂輸入、樹脂輸出及樹脂再生程序；3）其它相關保護程序等。

3.2 PLC程序軟件及設置

PLC編程軟件采用CX-Programer7.0[2]，程序采用梯形圖語言編寫，根據現場實際需要及設備控制要求，首先對閥門、泵和風機等設備變量標簽進行規范的命名，制作功能塊（例如氣動閥門、泵/風機、遠傳檢測儀表等），編寫主程序時可調用功能塊實現不同設備的控制程序，從而大大提高設計效率，同時也給現場維護工程師的日常維護帶來便利。

3.3 監控軟件及設置

監控軟件采用美國 Wonderware公司的 InTouch 10.0軟件[2]，此軟件在易用性、面向對象的可編程圖形以及強大的通訊連接性等方面具有一定優勢，充分考慮到了系統的開放性、維護性、通用性，以及今后持續發展性的要求。

本系統HMI實現的功能如下：

1）顯示畫面。InTouch軟件可以幫助用戶針對其工藝過程快速和輕松地開發定制的圖形畫面。用戶可以使用Wonderware公司WindowMaker中的大量圖形化工具來開發圖形，其中包括標準的圖形組件、ActiveX控件、位圖圖象、智能符號技術以及上千種預置有工業圖形的圖形庫。因此，用戶可以快速開發和部署本系統顯示畫面，包含系統中所有遠傳測量儀表的實時數據和所有遠傳設備的運行狀態，通過后臺腳本的運行制作出相應的歷史趨勢圖及相關報表，并通過處理顯示是否報警。

2）數據采集。InTouch通過IO Server完成與PLC硬件通訊、實現現場設備控制及狀態數據接收、檢測錯誤幀、支持冗余通訊功能。

3）報警提醒。即對本系統在運行過程中現場設備出現的故障及處于報警狀態的測量儀表的反映，同時經過處理后根據需要對一些重要參數實現聲光報警，提醒運維人員注意并及時處理，減少不必要的損失。

4）報表制作。InTouch通過數據交換協議定期訪問數據并進行存儲，同時通過編輯VBA腳本實現報表日后讀取，以便優化系統控制、跟蹤事故發生原因。可根據需要選擇時間打印數據報表。

5）安全管理。InTouch可以通過應用輸入的密碼進行加密，以提供更高等級的安全級別，同時防止出現對應用的無保證訪問。可以建立訪問級口令安全性模型，開發時可以把用戶組織列入不同級別的訪問層中。本控制系統配置了 3個級別的訪問層，分別為運行層、維護層和管理層，3級訪問層登陸均需要輸入密碼，這樣不同訪問層可以根據自身的權限進行相應的操作，從而防止誤操作。

4 通訊網絡設計

本系統的監控軟件InTouch通過IO Server Omron FinsGateway開放式客戶端接口程序連接 PLC的FinsGateway網絡服務器驅動程序[3]，并通過對對象的操作來存取設備寄存器的數據，實現PLC與 InTouch之間的數據交換，具體見圖2。

現場工程師站配置的2臺操作站與PLC之間的數據通訊采用以太網，通訊速率為100 Mps，每臺操作站設為InTouch控制下的一個網絡節點，通過分配每臺操作站的IP地址，可以實現站與設備之間的通訊以及站與站之間數據互傳，形成一個更可靠的冗余網絡。現場設備與冗余CPU之間通過擴展I/O網絡可實時傳輸現場設備數據，進而實現對現場設備的控制及監視。

圖2 數據交換關系圖

5 結論

采用Omron公司的CS系列PLC和Wonderware公司的InTouch構成的凝結水精處理冗余控制系統，其網絡架構簡單、網絡通訊可靠、有很強的數據處理能力和邏輯運算能力、操作界面直觀方便、日常維護量少，能很好滿足工業生產的需要，值得在水處理行業推廣。

[1] OMRON.CS軟硬件用戶手冊[Z].2010.

[2] Wonderware.InTouch用戶手冊[Z].2006.

[3] 王衛兵.PLC系統通信、擴展網絡互連技術[M].北京： 機械工業出版社, 2004.