205 t環吊最小控制系統平臺

黃宇航，楊 浩，張偉昕

（福建福清核電有限公司，福建福清 350318）

0 引言

205 t環行吊車作為大修期間反應堆本體檢修工作的關鍵起重設備，其設備的可靠性直接影響著核電廠大修進度。福清核電現有的維修人員班組未在安裝調試期間參與環吊的相關工作，環吊大量檢修資料未完整移交至維修人員。環吊設備長期處于高中子輻射狀態下，設備受輻照影響，故障率高。為提高環吊維修人員的維修技能水平以及環吊設備的可靠性，根據現場情況并結合多年的維修經驗，搭建205 t環形吊車儀控最小系統平臺。該最小系統平臺采用與福清核電1#，2#，3#和4#機組環吊控制系統相同型號硬件設備，以及相同版本軟件環境。

1 硬件平臺

1.1 PLC卡件

（1）CPU模塊。最小系統核心部件為CPU模塊，CPU型號為PM861AK01，是ABB S800系列控制單元在起重行業應用較廣泛的型號之一。主頻48 MHz，具備16 MB存儲空間，接口豐富，支持 CF卡（Compact Flash Card），通過RCU（Redundant Control Unit，冗余控制單元）電纜實現CPU模塊的冗余功能。功率運行期間環吊斷電，為保證CPU內的數據不丟失，選用CF卡作為應用程序的載體。CPU的CN1口連接交換機，作為與工控機、觸摸屏進行數據交換的端口。

（2）通信模塊。CPU 與 I/O（Input/Output，輸入/輸出）模塊之間通過CI854通信模塊和CI840通信模塊進行PROFIBUS（Process Field Bus，過程現場總線）協議通信。CI854 PROFIBUS通信主站依靠 CEX-BUS（Communication Expansion Bus，通信拓展總線）為CPU提供PROFIBUS通信拓展功能，支持最多4段PROFIBUS，每段最多32個CI840從站。CI854模塊通過CEX（Cable Extension，總線擴展）電纜實現冗余功能。CI840模塊作為 PROFIBUS通信從站，可掛接最多24個I/O模塊。CI840通過TU847配備的2組PROFIBUS接口實現冗余功能。

該平臺要求互為冗余的2塊CI854模塊、CI840模塊，固件版本一致，避免固件版本相差太大，導致無法建立冗余或AB網通信不同步、影響CPU接收數據。PROFIBUS的DP（Distributed Peripherals，分布式外部設備）接頭型號為6ES7972-0BA12-0XA0，帶終端電阻。平臺配備2組PROFIBUS設備，CI854模塊和CI840模塊端的DP接頭終端電阻選為ON狀態，代表此節點為PROFIBUS總線的終端。平臺也可根據實際測試邏輯或教學需求進行CI840從站擴展。

圖1 環吊最小控制系統平臺

圖2 PROFIBUS總線DP頭接線示意

（3）I/O 模塊。I/O模塊可通過現場總線接口模件CI840連接到PROFIBUS 網絡上。根據環吊控制系統I/O模塊有DI810開關量輸入、DO820開關量輸出、AI810模擬量輸入、AO820模擬量輸出、DP820脈沖信號輸入5種型號。考慮最小平臺經濟性的前提條件下模擬環吊控制系統關鍵邏輯。

環吊大部分的故障集中在上電環節，主接觸器未得電、安全繼電器未復位、急停按鈕未復位等故障均為環吊上電失敗的故障原因。分析環吊電氣原理以及環吊PLC程序，主接觸器、安全繼電器、急停按鈕等設備輔助觸點均掛接在ERF12機柜內的A3-02 CI840從站的前4塊I/O卡件。選用4個DI810模塊進行掛接來模擬該部分電路的邏輯，并將CI840模塊的地址撥碼選到與CBM（Control Builder M，控制編譯器）硬件組態中定義的2#通信子站。對DI（Digital Input，數字量輸入）卡件底板上的L+/L-端子施加24 V直流供電后，可支持16通道干接點信號輸入。通過對DI卡件的輸入端進行信號強制，模擬對應的現場設備狀態。用相對較少的資金投入，實現大部分的故障模擬功能。

1.2 觸摸屏

環吊司機室觸摸屏型號為ABB PP845A，是環吊系統提供人機操作界面的重要設備，在環吊PLC程序中已為其預留了硬件組態。該觸摸屏即可串接在CI854模塊與CI840模塊的PROFIBUS總線，也能通過RJ45數據線連接到CPU的CN1接口對應的網段內進行TCP/IP通信。將觸摸屏IP地址設置在CPU模塊IP地址的同一網段內并安裝觸摸屏畫面組態后，通過連接交換機從CPU模塊獲得實時數據，實現對環吊的電源、大車、小車、主提升、副提升、5 t鉤等機構的參數、報警的監視功能。配合該平臺的4塊I/O卡件信號強制功能，可以在觸摸屏上觀察部分信號的翻轉過程，加深維修人員對環吊控制系統的認識。

1.3 工控機

工控機采用X86構架的臺式電腦，帶串口和 RJ45網絡接口，預裝WinXP系統。該最小平臺增加了TK212串口數據線，可以連接CPU模塊的COM4接口，通過超級終端訪問CPU讀取IP地址以及固件版本號等信息，有效判斷CPU模塊的設備狀態，便于維修人員分析故障，也可利用此接口并配合IP config軟件對CPU模塊進行IP地址設置及固件版本刷新操作。

工控機安裝ABB AC800M平臺編譯軟件CBM 5.0.1，觸摸屏畫面編譯軟件Panel 800 5.1.0。工控機軟件版本與核島內環吊系統工控機采用同版本軟件，實現環吊系統PLC的工程文件和觸摸屏的組態文件在相同的軟件環境中運行，避免因軟件環境不匹配而帶來設備兼容問題。可通過連接交換機，利用CBM和Panel 800軟件實現對CPU模塊和觸摸屏的數據編譯。通過CBM的硬件組態窗口中的I/O status列來強制信號，實現環吊PLC程序的邏輯驗證功能，觸摸屏畫面組態驗證的功能。

2 結束語

國內的同型號M310系列核電機組未配備同類型的205 t環吊最小控制系統平臺屬于首創。CPU模塊在大修結束后被拆除至核島外，該平臺在核島功率運行期間也可以對現場已拆除設備進行定期上電檢查并形成記錄，提高核島大修關鍵路徑起重設備的可靠性，縮短大修工期。該平臺可擴展性強，可根據現場需求更改CI840從站地址撥碼擴展不同型號的I/O模塊組合，節省昂貴的通信模塊，經濟效益好。

該平臺經歷大量的軟硬件測試驗證，適用于環吊控制系統各類卡件的測試。實現設備多重冗余，遵循單一故障準則。CPU，CI854和CI840中任何一個設備故障時可無擾切換至備用模塊。該平臺的離線測試功能，不影響現場設備，風險處于可控狀態。可以在非大修期間對環吊儀控部件進行測試，降低備件故障率，減少人員和設備受核輻射傷害。