PLC在旋轉濾網控制中的應用及改進

王鵬程

（中核核電運行管理有限公司，浙江嘉興 314300）

0 引言

國內某核電站海水取水系統從杭州灣取水，除了為常規島熱力系統設備提供冷卻水外，同時為一回路海水冷卻水系統提供冷卻水源，其中在海水泵房內布置了3 臺全框架側面進水旋轉濾網。3 臺旋轉濾網由陜西煤炭建設公司管件設備廠設計和制造，滿足核安全3 級、質保等級QA2、抗震Ⅰ類的要求。旋轉濾網性能安全可靠，使用效果良好。分析旋轉濾網實際運行中存在的問題，提出優化改進措施，進一步提高設備的可靠性。

1 旋轉濾網結構功能

旋轉濾網結構組成：上部機架，電機，鏈輪傳動系統，沖洗水管系統，導軌（框架），鏈條與網板，鏈松報警裝置，液位傳感器，就地控制箱。

（1）上部機架。是旋轉濾網鏈輪傳動系統、沖洗水管系統、電機安裝支架和上部框架的連接機構。

（2）鏈輪傳動系統。是實現旋轉濾網網板運行的動力裝置，傳動大鏈輪將來自電機減速機的力矩通過主軸傳遞給2 個6牙鏈輪，帶動鏈條與網板旋轉。

（3）沖洗水管系統。來自沖洗水泵的高壓水通過鋼管和噴嘴，沖洗上升側鏈板上的垃圾，清潔網板，防止網板孔口堵塞。沖洗水通過高壓水槽電動蝶閥和沖洗管道電動蝶閥進行控制。

（4）鏈條伸長報警裝置。鏈條伸長后，在導軌內發生打折現象，壓迫轉塊、拉動拉桿，觸動行程開關閉合，信號送到電氣回路，電機停止運行并發出聲光警報。

2 旋轉濾網工作原理

傳動裝置帶動驅動軸及6 牙輪旋轉，驅動濾網封閉鏈條與網板沿著框架與導軌做上、下直線移動。大于篩網孔徑的污物被攔截并粘附在篩網上，較大顆粒散落在網框下橫梁，并由防滑板阻擋，與污物一起隨網板提升到高壓水沖洗噴射位置被激流沖洗墜入排污溝。封閉鏈循環一周或一周半可保證整個篩網被沖洗清掃干凈。

3 旋轉濾網電氣控制系統硬件及電路

3.1 旋轉濾網主電路

海水泵房內布置1 臺電源柜和3 臺控制柜，電源柜向3 臺控制柜提供主回路和控制回路電源，主回路采用交流380 V，控制回路采用交流220 V。3 臺控制柜分別對應1#旋轉濾網、2#旋轉濾網和3#旋轉濾網。

3.2 旋轉濾網控制電路

3.2.1 旋轉濾網控制方式

（1）手動控制模式。通過按控制柜面板的按鈕，由接觸器控制旋轉濾網和導槽沖洗電動蝶閥以及沖洗管路電動蝶閥的啟停。當PLC 或傳感器發生故障時，可以臨時使用手動控制模式，以保證生產的正常進行。

（2）自動控制模式。采用西門子PLC S7-200，3 臺旋轉濾網采用分散控制系統，即每臺旋轉濾網設置1 臺液位傳感系統和1臺PLC 控制柜。各臺PLC 之間通過水位差信號的傳遞進行內部聯鎖、響應和發令。PLC 主要由中央處理器（CPU），存儲器，輸入單元，輸出單元，電源等5 部分組成。數字量I/0 混合模塊型號為EM223 24 V（DC）4 輸入4 繼電器輸出。模擬量混合擴展模塊型號為EM235，該模塊具有4 路模擬量輸入和1 路模擬量輸出。

PLC 采用循環掃描的工作方式，一個循環掃描周期可以分為輸入采樣，程序執行，輸出刷新3 個階段。輸入采樣階段，PLC將依次讀入所有輸入信號的狀態和數據并存入輸入映像區中相應單元，采樣完成后進入程序執行階段，PLC 按照從左往后，從上往下的順序對用戶程序進行掃描，程序執行的結果寫入輸出映出映像區中保存。輸出刷新階段PLC 將輸出映像區狀態寫到實際輸出設備。需要注意的是，PLC 的所有輸入信號在程序執行前統一讀入，在程序處理過程中不會改變，程序處理的結果也是在掃描周期的最后階段統一輸出。

PLC 的數字量輸入信號包括手自動選擇信號、旋網過載和鏈松信號，閥門開關限位、過載過力矩信號以及另外2 臺旋網的水位差信號、地震信號。這些信號驅動相應的中間繼電器，由中間繼電器的輔助點將數字量信號傳入PLC。

PLC 數字量輸出信號包括旋網低速和高速運行，閥門開關，水位差啟動信號和水位差高速運行信號，旋網運行信號和旋網故障信號。當PLC 輸出數字量信號時，驅動相應的中間繼電器線圈得電，中間繼電器控制相應的接觸器實現控制功能。

PLC 模擬量輸入輸出模塊，在濾網前后分別安裝高液位傳感器和低液位傳感器，傳感器將液位信號轉換為PLC 可以識別的電壓信號，然后將電壓信號轉換為一個整數，經過計算得出水位差，再通過D/A 轉換將水位差轉換為0～20 mA 信號輸出到集控室DCS 顯示。

3.2.2 旋轉濾網控制要求

如圖1 所示，當旋網切到自動方式運行時，首先檢測旋網前后的水位差：

（1）當旋網前后水位差達到1000 mm（可調，以下稱為高高水位）時，PLC 發出緊急報警信號，同時旋網停止運行。

（2）當旋網前后水位差達到600 mm（可調，以下稱為高水位）時，PLC 發出報警信號，同時旋網高速運行。當一臺旋網達到高水位時，如果另外兩臺旋網有一臺處于低速運行模式，則低速運行中的旋網停止。當本臺旋網高速運行時，如果另外兩臺旋網達到高水位時，另外兩臺必須等高速運行中的旋網停止后才可以運行。即：最先達到高水位的旋網具有最高優先權。

（3）當水位差達到300 mm（可調，以下稱為啟動水位差）時，檢測另外兩臺旋網的水位差信號是否到位，只有在另外兩臺都沒發出水位差到位信號時，本旋網進入低速運行模式，高壓水槽電動碟閥打開，沖洗約5 min（可調），沖洗管道電動碟閥打開。延時5 s（可調），高壓水槽電動碟閥關閉，再延時15 s（可調）旋網開始運行。隨著污物的清除，水位差降低，當旋網前后水位差下降到200 mm（可調），PLC 發出停止旋網運行指令，延時5 s（可調）旋網自動停止運行，再延時15 s（可調），沖洗管道電動碟閥關閉。

（4）當旋網前后水位差在6 h（可調）內達不到200 mm（可調，以下稱為低水位差）時，PLC 自動發出旋網低速運行指令，每次運行1 h。

4 旋轉濾網PLC 控制程序分析

以1#旋網為例，分析PLC 程序實現旋網控制要求的過程。PLC 程序由主程序，參數子程序，報警子程序，液位轉換子程序，旋轉濾網控制子程序組成，因程序很長（300 行左右）及篇幅限制，只分析其中典型的程序設計。

4.1 主程序

主程序的作用是在程序初次運行時，初始化程序中的參數，以及調用子程序。

4.2 參數子程序

參數子程序的作用是將用戶設置的參數寫入PLC 程序，用戶可以自定義旋網運行參數，提高了程序的靈活性。

為了存儲各種信息，S7-200 內部劃分了不同的存儲器單元，每個單元都有唯一的地址，PLC 通過地址訪問標識存取數據。以VW60 為例，V 表示CPU 內的變量存儲區，常用來存儲控制邏輯操作的中間結果。W 表示數據的長度為字（16 位二進制），B 表示字節（8 位），D 表示雙字（32 位），60 表示字節地址。VW60 表示以字方式訪問變量存儲區的第61 個字。

旋網控制子程序中的定時器和計數器通過調用這些參數實現旋網運行控制中的時間要求。參數地址及在旋網控制子程序中對應的定時器，計數器地址和功能見表1。

圖1 旋轉濾網控制流程

表1 旋網控制子程序參數地址及對應定時器、計數器的地址和功能

4.3 報警子程序

當旋網過載、旋網鏈松、導槽沖洗電動碟閥過載或過力矩、沖洗管道電動碟閥過載或過力矩，水位差高高，地震信號，高、低液位傳感器故障，旋網高速運行時，PLC 發出緊急報警信號并發出聲光報警，按消音按鈕可消除聲響。導槽沖洗電動碟閥過載或過力矩時，I0.3 常開點閉合，V15.1 線圈得電后Q1.1 輸出故障報警。

5 運行經驗及改進

綜合統計2009 年至今的旋網運行缺陷，年平均缺陷數20個左右，機械部分缺陷占46%，電氣回路占54%，缺陷主要集中在液位傳感器和閥門電動裝置。其中，有些多次出現的缺陷是可以通過改進PLC 程序消除。

運行經驗反饋，旋網多次發高速運行報警，在旋網水位差降到低水位時，報警依然無法復位。須在旋網斷電后重新上電，報警方可消除。對此，可對PLC 程序做優化改進，實現旋網高速運行一段時間，水位差降低至低水位差后，旋網高速運行停止，并復位高速運行報警輸出。

6 結語

分析核電廠3 臺旋轉濾網的控制要求，介紹控制系統硬件，主回路控制回路的電路接線及不同工況下旋轉濾網運行方式的典型PLC 程序。結合運行經驗，針對缺陷進行優化改進，提高旋轉濾網運維水平。