基于西門子400H控制器的海南昌江核電淡水廠數(shù)字化控制

侯長治　高媛　俞光衛(wèi)

【摘 要】海南昌江核電淡水廠是核電廠的自備水廠，采用兩套西門子400H冗余控制系統(tǒng)及遠(yuǎn)程擴展機架實現(xiàn)。本文對工藝要求、控制方案、接地、供電、網(wǎng)絡(luò)等進行了描述。并就實現(xiàn)過程中可能存在的問題進行了總結(jié)。采用就地手動控制，遠(yuǎn)程手動控制，PLC自動等控制方式，級別由高到低。

【關(guān)鍵詞】PLC；西門子S7-400；冗余；核電站淡水廠

0 前言

海南昌江核電廠共規(guī)劃四臺，一期1、2號機組已經(jīng)進入詳細(xì)設(shè)計階段。海南昌江核電淡水廠是核電廠的自備水廠。根據(jù)全場四臺機組的工程總用水量的需求，淡水廠處理規(guī)模為16000m3/d，取水量為16800m3/d。其建筑物共分為10個子項分別為：OF01：混合反應(yīng)沉淀池，OF02：濾池廠房，OF03：清水池，OF04：供水泵房及配電室，OF05：排水排泥池，OF06：加氯加藥間，OF07：污泥濃縮池及脫水間，OF08：綜合樓，OF09：大門，OF00：室外[1]。其工藝流程如圖1所示：

取水工程送來的原水經(jīng)兩根DN450管道接入淡水廠，進入廠區(qū)的管道在經(jīng)過電磁流量計后合并為一根DN450的管道經(jīng)加氯處理后進入配水井。

經(jīng)過配水井中設(shè)置的配水堰門將水均勻分配至兩座混合反應(yīng)沉淀池，進入混合反應(yīng)沉淀池前采用微渦管式混合設(shè)備進行加藥絮凝處理，絮凝劑由微渦管式混合設(shè)備加藥口投入，助凝劑在混合設(shè)備后投加，加藥量根據(jù)原水流量及水質(zhì)變化調(diào)節(jié)；經(jīng)混合反應(yīng)沉淀池后的沉淀池出水分別進入四格石英砂濾池進行過濾，濾后水經(jīng)過清水母管進入四格活性炭濾池深度過濾凈化處理；活性炭濾池出水加氯后進入兩座生活生產(chǎn)用清水池儲存，并經(jīng)生活水泵及生產(chǎn)水泵提升后送至施工場地生活用水、主廠區(qū)生活用水管網(wǎng)、主廠區(qū)生產(chǎn)給水管網(wǎng)、淡水廠自用管網(wǎng)等用水區(qū)域。

另外，生活生產(chǎn)用水清水池中儲存為淡水廠廠區(qū)使用的消防水量和濾池廠房的濾池反沖洗使用的水量。

1 方案配置及實現(xiàn)

1.1 配置

該系統(tǒng)在濾池廠房布置一個CPU機柜安裝一個S7-400主控制器CPU414-4H，帶5條ET200M遠(yuǎn)程擴展機架，其中濾池廠房3條，混合反應(yīng)沉淀池1條，加氯加藥間1條。在供水泵房控制室布置一個CPU機柜安裝一個S7-400主控制器CPU414-4H，帶3條ET200M遠(yuǎn)程擴展機架，其中供水泵房2條，污泥脫水間1條[2，3]。實現(xiàn)對昌江核電廠項目淡水廠控制系統(tǒng)項目現(xiàn)場開關(guān)量信號和模擬量信號的處理功能。

在濾池廠房控制設(shè)計中布置一個雙路電源柜和一個CPU機柜，同時在CPU機柜中安裝一個S7-400主控制器CPU414-4H、一條ET200M遠(yuǎn)程擴展機架和觸摸屏，主要負(fù)責(zé)混合絮凝沉淀池部分工藝參數(shù)的檢測控制及工藝設(shè)備的自動控制，手動控制，就地控制，設(shè)備故障聯(lián)鎖切換、啟停，設(shè)備故障報警等功能。現(xiàn)場開關(guān)量、儀表的模擬量信號通過觸摸屏本地顯示及以太網(wǎng)上傳至淡水廠主控制室遠(yuǎn)程顯示。

在混合反應(yīng)沉淀池控制室中布置一個擴展機柜，同時在該機柜中安裝一條本地擴展機架和觸摸屏。主要負(fù)責(zé)混合反應(yīng)沉淀池部分工藝參數(shù)的檢測控制及工藝設(shè)備的自動控制，手動控制，就地控制，設(shè)備故障聯(lián)鎖切換、啟停，設(shè)備故障報警等功能。現(xiàn)場開關(guān)量、儀表的模擬量信號通過觸摸屏本地顯示及以太網(wǎng)上傳至淡水廠主控制室遠(yuǎn)程顯示。

在加氯加藥控制室中布置一個擴展機柜，同時在該機柜中安裝一條本地擴展機架和觸摸屏。主要負(fù)責(zé)加氯加藥部分工藝參數(shù)的檢測控制及工藝設(shè)備的自動控制，手動控制，就地控制，設(shè)備故障聯(lián)鎖切換、啟停，設(shè)備故障報警等功能。現(xiàn)場開關(guān)量、儀表的模擬量信號通過觸摸屏本地顯示及以太網(wǎng)上傳至淡水廠主控制室遠(yuǎn)程顯示。

在供水泵房控制室中布置一個雙路電源柜和一個CPU機柜，同時在CPU機柜中安裝一個S7-400主控制器CPU414-4H、兩條ET200M遠(yuǎn)程擴展機架和觸摸屏[4]。主要負(fù)責(zé)供水泵房部分的工藝參數(shù)的檢測控制及工藝設(shè)備的自動控制，手動控制，就地控制，設(shè)備故障聯(lián)鎖切換、啟停，設(shè)備故障報警等功能。現(xiàn)場開關(guān)量、儀表的模擬量信號通過觸摸屏本地顯示及以太網(wǎng)上傳至淡水廠主控制室遠(yuǎn)程顯示。

在污泥脫水間控制室中布置一個擴展機柜，同時在該機柜中安裝一條本地擴展機架。主要負(fù)責(zé)污泥濃縮池及脫水間現(xiàn)場控制室2部分工藝參數(shù)的檢測控制及工藝設(shè)備的自動控制，手動控制，就地控制，設(shè)備故障聯(lián)鎖切換、啟停，設(shè)備故障報警等功能。現(xiàn)場開關(guān)量、儀表的模擬量信號通過觸摸屏本地顯示及以太網(wǎng)上傳至淡水廠主控制室遠(yuǎn)程顯示。如圖2所示。

1.2 接地

設(shè)有工作接地和保護接地。其中保護接地（也稱為安全接地）是為人身安全和電氣設(shè)備安全而設(shè)置的接地。工作接地包括：邏輯地、信號地、系統(tǒng)地、屏蔽地。

1.3 供電設(shè)計

在每個控制設(shè)備間設(shè)置UPS供電。在每個控制柜中布置空開對PLC供電以及對現(xiàn)場觸點提供掃描電壓，儀表供電分配。上位機設(shè)備也采用UPS提供電源。每一類電源均設(shè)置獨立的電源指示燈，每一個就地機柜均在淡水廠主控制室設(shè)置電源指示燈。電源柜設(shè)計為前后開門，下進線。

1.4 控制方式

對現(xiàn)場主要設(shè)備的控制將采用就地手動控制、操作員和工程師站遙控控制和PLC自動控制的三層控制模式；其他設(shè)備采用操作員和工程師站遙控控制和PLC自動控制的兩層控制模式。控制級別由高到低為：就地手動控制、操作員和工程師站遙控、PLC自動。

1.5 工程師站、操作員站和操作屏

一臺裝有STEP 7軟件的PC我們就稱之為工程師站，其主要完成系統(tǒng)硬件和組態(tài)、符號編輯以及程序編程等任務(wù)。

硬件配置：用于對自動化系統(tǒng)和模塊進行參數(shù)設(shè)置。

網(wǎng)絡(luò)通訊：用于配置MPI、PROFIBUS或工業(yè)以太網(wǎng)進行的數(shù)據(jù)傳輸。

符號編輯：用于定義符號名稱、數(shù)據(jù)類型和注釋，將物理地址名稱化。

程序編程：語句表（STL）、梯形圖（LAD）、功能塊圖（FBD）[5]。

一臺裝有WINCC軟件的PC我們就稱之為操作員站，其主要完成操作員站畫面組態(tài)、變量連接、系統(tǒng)報警、變量曲線生成等功能。

2 網(wǎng)絡(luò)

本系統(tǒng)需要與加氯加藥間的相關(guān)設(shè)備等進行數(shù)據(jù)交換，可以采用通訊方式，也可以采用硬接線的方式完成信號的接入。

PLC系統(tǒng)配置DP通訊模塊，用于實現(xiàn)對其他系統(tǒng)采用DP協(xié)議通訊接口。

PLC系統(tǒng)配置CP443-1以太網(wǎng)模塊，用于實現(xiàn)對其他系統(tǒng)采用以太網(wǎng)協(xié)議方式通訊接口。

操作員站和工程師站之間為環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，通過西門子212交換機和204交換機與CP之間通過以太網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。如圖3所示。

共有四臺觸摸屏通過DP電纜通信，其中濾池控制室中的控制器離混合反應(yīng)沉淀池和加氯加藥間比較遠(yuǎn)，控制器通過RS485中繼器和有源終端與觸摸屏之間實現(xiàn)通信。如圖3所示。

在淡水廠主控制室設(shè)置一臺工程師站和一臺操作員站用于數(shù)據(jù)顯示與工程組態(tài)、維護等控制。在主控制室設(shè)置交換機，2臺上位機工控計算機與交換機相連，每個CPU通過以太網(wǎng)模塊CP443-1與交換機相連，構(gòu)成上位數(shù)據(jù)顯示以太網(wǎng)。考慮淡水廠主控制室與2個CPU所在機柜設(shè)備間的距離，如果超過1000m則需要考慮使用光纖。

3 結(jié)論

本文通過西門子400H冗余控制器實現(xiàn)了對海南昌江核電廠自備水廠的數(shù)字化控制，實現(xiàn)了就地、手自動控制，滿足了工藝要求。其可能的不足點由于混合反應(yīng)沉淀池和污泥脫水間控制柜是前開門，可能現(xiàn)場進線面臨機柜空間問題，此外本濾池控制器還需要與加氯加藥間設(shè)備進行通信。

【參考文獻】

[1]郝志會，王飛.SEA生水系統(tǒng)手冊[S].中國核電工程有限公司，2011 .

[2]SIMATIC容錯系統(tǒng)S7-400H使用手冊[S].西門子股份有限公司，2008.

[3]陳建.西門子工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究與應(yīng)用[J].南京理工大學(xué)學(xué)報，2005.

[4]張威，石紅瑞.WinCC與S7-400 PLC批量數(shù)據(jù)交換的實現(xiàn)[J].儀表技術(shù)，2014.

[5]廖常初.S7-300/400 PLC應(yīng)用教程[M].機械工業(yè)出版社，2009.

[責(zé)任編輯：湯靜]