ControlLogix在嶺澳核電二期除鹽水站中的應(yīng)用

摘 要：介紹了嶺澳核電站二期除鹽水站系統(tǒng)的工藝流程，除鹽水站系統(tǒng)選用PLC的I/O點(diǎn)數(shù)配置，控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。說(shuō)明了ControlLogixPLC系統(tǒng)在除鹽水站過(guò)程控制中的應(yīng)用，通過(guò)PLC系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的制水、反洗和再生過(guò)程控制，從而減少人員配置來(lái)提高效率和系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

關(guān)鍵詞：ControlLogix；PLC；控制；網(wǎng)絡(luò)；除鹽水

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.059

1 引言

ControlLogix系統(tǒng)具有可靠性、強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能、適應(yīng)工業(yè)過(guò)程的現(xiàn)場(chǎng)控制的特點(diǎn)，在各種生產(chǎn)工藝過(guò)程得到了廣泛的應(yīng)用。通過(guò)編程可以實(shí)現(xiàn)順序控制、數(shù)據(jù)采集、回路調(diào)節(jié)、分散控制集中管理，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的重要手段和發(fā)展方向。在嶺澳核電站中，核能經(jīng)過(guò)一系列的能量轉(zhuǎn)換變?yōu)殡娔艿倪^(guò)程中，水是常規(guī)島和核島主要介質(zhì)之一，除鹽水質(zhì)的優(yōu)劣程度直接影響核島、常規(guī)島和BOP系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。除鹽水的水質(zhì)不符合機(jī)組運(yùn)行要求時(shí)，就非常容易產(chǎn)生結(jié)垢、腐蝕和積鹽。尤其在核電站百萬(wàn)兆瓦的大容量高參數(shù)的熱力設(shè)備中，其危害就更大。核電站除鹽水的處理工作，是保證核電機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行不可缺少的重要組成部分，嶺澳二期除鹽水站過(guò)程控制采用ControlLogix PLC控制系統(tǒng)，運(yùn)用了上位機(jī)和下位機(jī)互相結(jié)合的過(guò)程控制的科學(xué)技術(shù)手段，來(lái)保障除鹽水水質(zhì)的基本指標(biāo)，為提高陰陽(yáng)離子交換的處理能力，減少樹(shù)脂和酸堿化學(xué)藥劑的耗量，科學(xué)的縮短陰陽(yáng)交換樹(shù)脂的再生時(shí)間，提高運(yùn)行的可靠性，防止運(yùn)行人員誤操作，改善勞動(dòng)條件等提供了根本的措施，也為水處理系統(tǒng)建立最佳運(yùn)行工況、節(jié)約再生酸堿用量、保證質(zhì)量創(chuàng)造了有利的條件。

2 項(xiàng)目情況

嶺澳核電站二期除鹽水站工程是：

水庫(kù)水→Y型過(guò)濾器→原水管道混合器→多介質(zhì)過(guò)濾器→中間水箱→超濾升壓變頻泵→超濾保安過(guò)濾器→超濾裝置→

→ 飲用水系統(tǒng)加氯→飲用水箱→飲用水供水泵→OP水池及SEP環(huán)網(wǎng)

→ 清水箱→除鹽系統(tǒng)供水泵→無(wú)頂壓逆流再生陽(yáng)離子交換器→無(wú)頂壓逆流再生雙室陰離子交換器→陰床樹(shù)脂捕捉器→混合離子交換器→混床樹(shù)脂捕捉器→除鹽水箱

產(chǎn)水要求： 除鹽水生產(chǎn)系統(tǒng)總有效出力：240m3/h，共兩列，每列出力120 m3/h； 飲用水處理系統(tǒng)總有效出力：100 m3/h，共兩列，每列出力50 m3/h；

3 系統(tǒng)原理

除鹽水站控制系統(tǒng)采用電磁閥柜和控制柜等就地控制設(shè)備可對(duì)各氣動(dòng)閥、電動(dòng)閥和泵等進(jìn)行就地控制及觀察，除鹽水系統(tǒng)也采用順控、遠(yuǎn)控及就地操作相結(jié)合的控制方式。除鹽水系統(tǒng)的控制和監(jiān)視功能全部都在PLC上實(shí)現(xiàn)，同時(shí)PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)SER（常規(guī)島除鹽水分配系統(tǒng)）/SED（核島除鹽水分配系統(tǒng)）水箱及泵的控制和監(jiān)視，部分重要報(bào)警信號(hào)通過(guò)硬接線接入DCS主機(jī)。在除鹽水處理控制室實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)視和控制，工程師站上對(duì)各PLC進(jìn)行編程與組態(tài)。

3.1 預(yù)處理系統(tǒng)

原水依靠重力自流至YA廠房，在程序控制下原水經(jīng)過(guò)Y型過(guò)濾器，去除原水中較大的雜質(zhì)，原水中的絮凝劑與原水充分混合，使得水中膠體顆粒凝聚起來(lái)，在下一級(jí)過(guò)濾器中去除。多介質(zhì)過(guò)濾器將懸浮物及其它雜質(zhì)在通過(guò)濾料的過(guò)程中大部分被截留下來(lái)，多介質(zhì)過(guò)濾器根據(jù)流量設(shè)定自動(dòng)投運(yùn)臺(tái)數(shù)，當(dāng)制水量和或累計(jì)運(yùn)行時(shí)間達(dá)到設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)投運(yùn)備用，將失效切換到過(guò)濾器的反洗，反洗結(jié)束自動(dòng)轉(zhuǎn)為備用。多介質(zhì)過(guò)濾器出水經(jīng)過(guò)超濾裝置將大分子的膠體硅、細(xì)菌、病毒、高分子有機(jī)物及懸浮物等顆粒狀物質(zhì)截留下來(lái)，達(dá)到SEP用水和除鹽系統(tǒng)用水的要求。

3.2 除鹽

在PLC程序的控制下原水經(jīng)過(guò)預(yù)處理系統(tǒng)混合，除去了水中的懸浮物和有機(jī)物，水中的溶解鹽類并沒(méi)有改變，還需要經(jīng)過(guò)陽(yáng)離子交換器、陰離子交換器，在陽(yáng)離子交換器中H型樹(shù)脂把水中的陽(yáng)離子等量地交換成H+，完成離子交換過(guò)程，在陰離子交換器中OH型樹(shù)脂把水中的陰離子等量地交換成OH-，進(jìn)行H+離子和OH-離子交換，陽(yáng)離子交換器除去水中的鈣、鎂和鈉離子等金屬離子，陰離子交換器去除氯離子、硫酸根離子和碳酸根離子。經(jīng)過(guò)離子交換工藝處理過(guò)程完成了對(duì)水的除鹽處理，在工藝處理過(guò)程中設(shè)有在線檢測(cè)分析儀表，監(jiān)視鈉離子、硅酸根及導(dǎo)電度等工藝參數(shù)。

除鹽水生產(chǎn)控制系統(tǒng)對(duì)整個(gè)工藝系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)視、自動(dòng)順序控制和運(yùn)行管理（包括SEP，SER，SED系統(tǒng)）。SER/SED水箱及泵的控制。采用以微處理器為基礎(chǔ)的可編程序控制器（PLC）進(jìn)行順控。順控的邏輯設(shè)計(jì)符合工藝系統(tǒng)的控制要求，并且滿足電站無(wú)人值班的運(yùn)行要求。

（1）數(shù)據(jù)采集功能。數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理，指示主要設(shè)備狀態(tài)（容器，閥門，泵等），并提供各子系統(tǒng)的控制和監(jiān)視。包括：預(yù)處理系統(tǒng)，再生系統(tǒng)，除鹽系統(tǒng)，中和及廢液排出系統(tǒng)，飲用水系統(tǒng)（SEP），公用部分：加藥，泵，風(fēng)機(jī)等。

（2）LCD畫(huà)面顯示。LCD畫(huà)面顯示包括工藝流程及測(cè)量參數(shù)，控制對(duì)象狀態(tài)顯示成組參數(shù)。當(dāng)參數(shù)越限報(bào)警或控制對(duì)象故障或狀態(tài)變化時(shí)，以不同顏色進(jìn)行顯示，并有音響提示。鍵盤的操作有觸感、有聲音反饋，反饋的音量大小可以調(diào)整。

（3）記錄功能。包括：定期打印（班報(bào)、日?qǐng)?bào)、月報(bào)）、報(bào)警打印、趨勢(shì)記錄。歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與檢索。

（4）順序控制功能。除鹽系列的切/投順控；預(yù)處理系列和陽(yáng)、陰、混合離子交換器再生順控；輔助系統(tǒng)順控。

（5）手動(dòng)單操功能。對(duì)電動(dòng)及氣動(dòng)閥門、風(fēng)機(jī)、泵等設(shè)備，通過(guò)除鹽水生產(chǎn)控制系統(tǒng)的操作站進(jìn)行遠(yuǎn)方操作，也可以就地操作。其中風(fēng)機(jī)、泵等設(shè)備能通過(guò)操作站對(duì)其設(shè)置閉鎖控制，以便防止設(shè)備在進(jìn)行維護(hù)時(shí)發(fā)生誤操作。

（6）聯(lián)鎖保護(hù)功能。對(duì)反洗水泵、自用水泵、清水泵、風(fēng)機(jī)、除鹽水泵等設(shè)備，啟動(dòng)許可條件及備用設(shè)備自動(dòng)投入等聯(lián)鎖。

手動(dòng)操作優(yōu)先（安全聯(lián)鎖除外），這項(xiàng)措施允許手動(dòng)啟動(dòng)或中斷自動(dòng)程序。在手動(dòng)控制下可進(jìn)行工藝系統(tǒng)中任何的操作。

提供傳輸至主控室報(bào)警信號(hào)端子和化學(xué)分析儀信號(hào)和報(bào)警信號(hào)單獨(dú)傳輸接線端子。只有在設(shè)備或相關(guān)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，才發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

4 控制方案

除鹽水站ControlLogixPLC系統(tǒng)對(duì)整個(gè)工藝系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)視、自動(dòng)順序控制和運(yùn)行管理。采用帶LCD顯示的上位機(jī)（PC）+可編程控制器（PLC）構(gòu)成的控制系統(tǒng)來(lái)對(duì)整個(gè)工藝系統(tǒng)進(jìn)行控制。運(yùn)行人員通過(guò)LCD操作員站，可以對(duì)除鹽水站生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)視和控制，通過(guò)LCD畫(huà)面和鍵盤、鼠標(biāo)對(duì)整個(gè)工藝系統(tǒng)設(shè)備完成控制和操作，自動(dòng)化程度高，以減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

除鹽水站控制系統(tǒng)由設(shè)在中央控制室的冗余的兩臺(tái)操作員站系統(tǒng)組成，在中央控制室和就地控制室均可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、重要參數(shù)的報(bào)警和聯(lián)鎖自動(dòng)調(diào)節(jié)等功能。同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的啟停和開(kāi)關(guān)功能，將人機(jī)操作界面與系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備有機(jī)地結(jié)合在一起，用于監(jiān)控生產(chǎn)。控制系統(tǒng)必須保證可編程序控制器（PLC）及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的高度可靠性和相對(duì)的安全性，同時(shí)作為工業(yè)控制系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)又必須保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。為了便于擴(kuò)展，網(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)上要為開(kāi)放性結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議為開(kāi)放、通用、廣泛使用的協(xié)議。

除鹽水站系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)，數(shù)字量1500多點(diǎn)，模擬量200多點(diǎn)，根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模及要求CPU選用1756-L55M14按照冗余配置，電源選用1756-PA72冗余配置，通訊網(wǎng)路ControlNet按照冗余配置。模擬量輸入模件選用16通道模塊，型號(hào)1756-IF16，模件采用4-20mA輸入。模擬量輸出模件選用8通道模塊，型號(hào)1756-OF8，模件采用4-20mA，。數(shù)字量輸入模件選用16通道模塊，型號(hào)1756-IC16，模件采用48V DC查詢電壓。數(shù)字量輸出模件選用32通道模塊，型號(hào)1756-OB32，模件采用光的隔離輸出，隔離電壓大于250V。

控制系統(tǒng)雙機(jī)熱備PLC站和I/O站控制柜布置于除鹽水站控制室，雙機(jī)熱備PLC站通過(guò)ControlNet通訊模塊1756-CNBR以RG6同軸電纜為通訊介質(zhì)，連接到I/O站控制柜，I/O站中通訊模塊型號(hào)1756-CNBR。

5 系統(tǒng)構(gòu)成

除鹽水站ControlLogixPLC系統(tǒng)由LCD操作站、電源柜、PLC柜、就地電磁閥柜、檢測(cè)儀表等組成，電源柜提供程控系統(tǒng)所需的各個(gè)電壓等級(jí)電源。PLC柜中裝有PLC設(shè)備、隔離繼電器等。操作員站集操作、顯示、參數(shù)修改、組態(tài)編程等功能于一身，取代了常規(guī)的操作臺(tái)、儀表盤和模擬屏。就地電磁閥柜和就地控制柜等就地控制設(shè)備可對(duì)各氣動(dòng)閥和泵進(jìn)行就地控制及觀察。

6 結(jié)語(yǔ)

除鹽水站控制系統(tǒng)的投運(yùn)表明，采用ControlLogix可以減少運(yùn)行值班人員的勞動(dòng)力，減輕系統(tǒng)檢修維護(hù)人員的工作強(qiáng)度，PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)更加能夠?yàn)槌}水站的安全生產(chǎn)提供保障，穩(wěn)定運(yùn)行更進(jìn)一步得到提高。工程師站強(qiáng)大的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)為電站的運(yùn)行成本分析提供正確的數(shù)據(jù)，自動(dòng)定期打印的日?qǐng)?bào)表，周報(bào)表，月報(bào)表為電站的管理人員提供有利的幫助和考核依據(jù)，增強(qiáng)的企業(yè)的規(guī)范和管理制度。

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作者簡(jiǎn)介：吳海權(quán)（1977-），男，湖北武漢人，本科，工程師，研究方向：熱工自動(dòng)化。