秦山第二核電廠凝結水精處理控制系統改造

胡昌森

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

凝結水精處理系統為永久性設置的系統，用以除去凝結水中的離子態、懸浮狀雜質，確保達到蒸汽發生器規定的給水雜質。其主要功能：在機組啟動階段，凝結水精處理系統的投入，可使凝結水較快地達到回收指標，從而減少凝結水的排放量，并縮短機組的啟動時間；在機組正常運行期間，凝結水精處理系統的投入，可去除凝汽器水側或汽側因微量泄漏而進入凝結水的雜質，確保給水水質；在凝汽器突然發生較大泄漏事故時，凝結水精處理系統的投入，可為應付緊急停機提供足夠的緩解時間。

原ATE 控制系統使用AB 公司的PLC5 系列，現AB PLC5 系列備件已全部停產，且廠家已無庫存備件，現場設備損壞后，將無備件進行維修和更換使用，對系統安全運行造成極大隱患。ATE 系統上位機使用FIX 軟件，FIX 軟件也已停產，且硬件狗也無法采購到備件，一旦損壞無法修復，將造成上位機監控軟件不可用。

1 凝結水精處理系統的機構

1.1 KSN三廢控制系統采用分層結構，包含控制層和監控層

控制層：CPU 控制器采用昆騰+雙機熱備冗余配置，每臺控制器均配置有2 塊以太網通訊模塊與上位工控機建立冗余通訊連接，冗余CPU 卡件集成的以太網接口與6 個10 槽遠程RIO 構成冗余RIO 下位通訊環網。控制器任一模塊故障或熱插拔更換不影響整個PLC 系統正常運行，RIO下位通訊環網支持單點斷線不影響系統正常運行[1]。IO 配置見表1。

表1 IO配置表Table 1 IO Configuration table

圖1 ATE控制系統網絡拓撲圖Fig.1 ATE Control system network topology

監控層：上位監控層通過設置在機柜內2 臺施耐德工業以太網交換機分別將冗余控制器、ATE 工程師站兼操作站、ATE 操作站、SIT 操作站集聯起來，網絡通訊速率100Mbps，任一網線中斷不影響操作站正常運行，系統滿載運行網絡負載僅為15%。ATE 工程師站兼操作站部署UNITY PRO V15 版 PLC 組態軟件和IFIX V5.9 上位監控開發版軟件，工控機選用研華高性能工控機配套DELL 24 寸顯示器。

1.2 為保證系統運行的安全、穩定，凝結水精處理系統配置滿足如下要求

系統電源冗余、工作站冗余、控制器冗余、控制系統網絡拓撲圖如圖1 所示。

2 ATE控制系統的建立

2.1 ATE控制系統硬件平臺的搭設

在ATE 控制室進行ATE 控制系統硬件平臺的搭設：操作臺、工作站、配電柜、IO 機柜、各硬件設備之間的電纜連接。

2.2 ATE控制系統軟件平臺的搭設

上位機組態程序的編制：完成ATE 控制系統監測、操作畫面、趨勢、日志等一系列實現人機良好交互程序的組態，下位機組態程序的編制：實現控制邏輯，信號傳輸功能的程序的組態。

3 ATE控制系統的調試

3.1 AC220V電氣回路測試

用萬用表測試AC220V 回路是否有短路情況，將所有開關合上，再測試AC220V 回路是否有短路現象。

3.2 DC24V電路回路測試

用萬用表測試DC24V 回路是否有短路現象，將所有直流供電的開關合上，再測試DC24V 回路是否有斷路現象；測試DC24V 正極對地是否有短路現象；測試DC24V 回路對AC220V 回路之間是否有短路現象；測試對地絕緣電阻，斷開220VAC 供電電源，如果負端已經接地則此項不測試，50V 測試電壓下＞5MΩ。

3.3 空氣開關測試

在斷開供電電源的前提下，依次閉合、分斷空氣開關，檢查是否靈活可靠。同時用萬用表測量空氣開關的導通情況，閉合通，分斷斷（正常）。

3.4 I/O卡件的短路測試

測試所有的DI 信號對AC220V 之間是否有短路現象；測試所有的DO 輸出對AC220V 之間是否有短路現象；測試所有的AI 信號對AC220V 之間是否有短路現象；測試所有的AO 輸出對AC220V 之間是否有短路現象。

3.5 上電

將所有的進線開關處于關斷位置，接入2 路不同的AC220V 電源線。在供電電源處，系統接線確認無誤后投入總電源開關。在控制機柜處，用萬用表測試電源進線端子處的電壓值，其電壓值不應超過額定電壓的±10%。如果誤差較大，則應進行檢查，查詢相關原因，確認不會損壞系統后再送電。

PLC I/O 機架得電后，依次觀察各個模塊狀態指示是否正確，或者用工作站對控制主機模塊的基本功能或性能進行測試；CPU 主機架得電后，觀察CPU 模塊的顯示是否正常。機架最左邊電源模塊得電，觀察顯示是否正常。以太網模塊狀態應為：Ready 綠燈和Com Act 綠燈亮。DI 模塊的顯示信號Active 綠色LED 燈亮，正常情況下1 ～32 燈均不應亮[2]。

3.6 PLC系統I/O通道測試

主要針對IO 機柜主要部件進行性能檢測。在斷開外部信號電纜的前提下，用高精度信號發生器及高精度萬用表對PLC 系統的輸入和輸出通道進行完好性檢查。

1）DI 信號測試（數字量輸入信號）

根據圖紙，用短接線短接控制柜內DI 開關量輸入信號端子，在工作站HMI 界面上檢查顯示狀態，檢查相應的閥門反饋、電機反饋、報警接點等各信號在操作畫面上是否正確顯示。

2）DO 信號測試（數字量輸出信號）

對于有源開關量輸出，在工作站上或其它編程器上發出不同的指令信號，在輸出通道的接線端子上，用電壓表測試其輸出狀態的變化（有電壓/沒有電壓）。

對于無源開關量輸出，在工作站上或其它編程器上發出不同的指令信號，在輸出通道的接線端子上，用通燈或萬用表測試其狀態的變化。對于干接點輸出，用通燈即可；對于固態繼電器輸出，則用萬用表的歐姆檔（放在10M 檔以上比較明顯）進行測試。

根據圖紙，找到DO 模塊所對應的繼電器，如閥門試驗，手動開關閥門，逐一在畫面上點操各閥門，測試相應的DO 點是否動作，動作時間是否正確，檢查輸出狀態是否與上位機上的操作一致；也可以通過強制DO 的地址，對應的繼電器應動作，指示燈亮，檢測相應繼電器的常開信號對應的端子應接通；強制解除后，相應繼電器釋放，端子斷開。

3）AI 信號測試（模擬量輸入信號）

用模擬量信號發生器發出所需要的模擬量信號（如4mA ～20mA，1V ～5V），將4mA ～20mA 信號（信號發生器）接至AI 信號端子，在工作站或其它編程器上檢查顯示值（一般為工程單位值），檢查對應的畫面上的儀表顯示是否正確，量程是否正確，報警是否正確。記錄下每一個通道的輸入信號值和輸出顯示值。每一個通道檢查5 點：0%，25%，50%，75%，100%。根據圖紙，找到AI 模塊對應的端子，將4mA 信號接在端子上，對應的模塊上有相應的數值（0），將8mA，12mA，16mA 和20mA 也同上理測試。檢測所有的AI 模塊，如有數據不對，將記錄下來，更換相應的模塊[3]。

4）24 小時穩定性測試

上述測試完畢后，將系統上電進行24 小時穩定性測試，每8 小時檢查一次系統運行情況，看其是否運行正常。

3.7 現場設備的工藝控制邏輯測試

現場設備的測試可分為標準邏輯測試和外部邏輯測試。標準邏輯，是指這個設備本身的一些信號和指令的輸入和輸出。外部邏輯，是指這個設備本身的一些特定的邏輯關系。外部邏輯的輸出連接到標準邏輯的輸入參與到標準邏輯的運算和判斷中。由于每個設備的外部邏輯都不盡相同而且牽涉到工藝流程，因而設備的外部邏輯的調試必須由熟悉工藝的人員共同參與。通過標準邏輯和外部邏輯的測試，該設備相關的所有信號：設備狀態反饋，設備輸入輸出控制指令，內部邏輯信號，外部聯鎖輸入輸出邏輯信號均能完整地測試完畢，保證在系統正常投運時設備的自動控制。

3.8 系統聯調

在系統各個工藝流程現場設備及邏輯調試完成后，即可進行系統完整工藝流程的調試，此項調試確定系統各個工藝流程之間的接口及轉換正常，在該項調試過程中，要密切關注現場設備運行的相關參數，必要時做出相應的人為干預，確保調試人員和設備的安全。

4 創新點

1）通過本次改造提高了整個控制系統的性能，包括處理速度、冗余化程度、報表、趨勢、操作功能，增強了系統和工藝聯鎖報警等故障信息診斷功能。

2）改造后PLC 控制系統具有先進、高效、可靠的硬件架構，系統由老舊的總線通訊方式升級為通訊速率更高，系統擴展兼容性更強的工業以太網通訊方式。

3）中國核電正在推進數字核電，2ATE 改造的監控層具備OPC 通訊接口，為今后全廠數字化的建立創造了必備條件。同時系統的外圍設備包括操作站的通用性大幅增加，方便了系統的維護，新系統的控制功能非常強大，在線組態維護、下裝修改程序非常方便，為控制功能的進一步優化創造了條件。

4）對電磁閥箱的改造，提高了電磁閥維修保養的便利性以及安全性，在交流電磁干擾隔離方面優化箱體配置，通過新增交流信號控制箱徹底隔離交流信號對直流信號可能產生的電磁干擾作用，確保了電磁閥的可靠動作。

5）在接地方面，改造前原系統的接地，信號地和保護地接到同一端子；改造后，信號地和保護地是分開的，確保強電不會對弱電的模擬量信號進行干擾，提高了系統運行的可靠性。

5 結束語

PLC 技術的廣泛使用，極大地解放了生產力。隨著計算機技術、互聯網技術的高速發展，20 世紀基于總線技術的PLC 控制系統不再是一個封閉的系統，它向所有具有控制權限的計算機用戶開放，并形成以全廠信息化管理系統為中心的網絡控制系統。目前的升級改造僅僅是完成了PLC 控制系統網絡化的第一步，除依托工業以太網完成相關控制命令外，基于互聯網技術的PLC 網絡控制系統應當實現智能化管理，采用工業以太網技術將存在相關關系的PLC 控制系統連接起來，實現更加開放的PLC 控制網絡，同時降低企業生產成本。