ControlLogix在嶺澳核電二期除鹽水站中的應用

摘 要：介紹了嶺澳核電站二期除鹽水站系統的工藝流程，除鹽水站系統選用PLC的I/O點數配置，控制系統的網絡結構和特點。說明了ControlLogixPLC系統在除鹽水站過程控制中的應用，通過PLC系統自動實現系統的制水、反洗和再生過程控制，從而減少人員配置來提高效率和系統運行的可靠性。

關鍵詞：ControlLogix；PLC；控制；網絡；除鹽水

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

1 引言

ControlLogix系統具有可靠性、強大的網絡功能、適應工業過程的現場控制的特點，在各種生產工藝過程得到了廣泛的應用。通過編程可以實現順序控制、數據采集、回路調節、分散控制集中管理，是實現機電一體化的重要手段和發展方向。在嶺澳核電站中，核能經過一系列的能量轉換變為電能的過程中，水是常規島和核島主要介質之一，除鹽水質的優劣程度直接影響核島、常規島和BOP系統的安全和經濟運行。除鹽水的水質不符合機組運行要求時，就非常容易產生結垢、腐蝕和積鹽。尤其在核電站百萬兆瓦的大容量高參數的熱力設備中，其危害就更大。核電站除鹽水的處理工作，是保證核電機組安全、經濟運行不可缺少的重要組成部分，嶺澳二期除鹽水站過程控制采用ControlLogix PLC控制系統，運用了上位機和下位機互相結合的過程控制的科學技術手段，來保障除鹽水水質的基本指標，為提高陰陽離子交換的處理能力，減少樹脂和酸堿化學藥劑的耗量，科學的縮短陰陽交換樹脂的再生時間，提高運行的可靠性，防止運行人員誤操作，改善勞動條件等提供了根本的措施，也為水處理系統建立最佳運行工況、節約再生酸堿用量、保證質量創造了有利的條件。

2 項目情況

嶺澳核電站二期除鹽水站工程是：

水庫水→Y型過濾器→原水管道混合器→多介質過濾器→中間水箱→超濾升壓變頻泵→超濾保安過濾器→超濾裝置→

→ 飲用水系統加氯→飲用水箱→飲用水供水泵→OP水池及SEP環網

→ 清水箱→除鹽系統供水泵→無頂壓逆流再生陽離子交換器→無頂壓逆流再生雙室陰離子交換器→陰床樹脂捕捉器→混合離子交換器→混床樹脂捕捉器→除鹽水箱

產水要求： 除鹽水生產系統總有效出力：240m3/h，共兩列，每列出力120 m3/h； 飲用水處理系統總有效出力：100 m3/h，共兩列，每列出力50 m3/h；

3 系統原理

除鹽水站控制系統采用電磁閥柜和控制柜等就地控制設備可對各氣動閥、電動閥和泵等進行就地控制及觀察，除鹽水系統也采用順控、遠控及就地操作相結合的控制方式。除鹽水系統的控制和監視功能全部都在PLC上實現，同時PLC系統實現SER（常規島除鹽水分配系統）/SED（核島除鹽水分配系統）水箱及泵的控制和監視，部分重要報警信號通過硬接線接入DCS主機。在除鹽水處理控制室實現對系統的監視和控制，工程師站上對各PLC進行編程與組態。

3.1 預處理系統

原水依靠重力自流至YA廠房，在程序控制下原水經過Y型過濾器，去除原水中較大的雜質，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，在下一級過濾器中去除。多介質過濾器將懸浮物及其它雜質在通過濾料的過程中大部分被截留下來，多介質過濾器根據流量設定自動投運臺數，當制水量和或累計運行時間達到設定值時，自動投運備用，將失效切換到過濾器的反洗，反洗結束自動轉為備用。多介質過濾器出水經過超濾裝置將大分子的膠體硅、細菌、病毒、高分子有機物及懸浮物等顆粒狀物質截留下來，達到SEP用水和除鹽系統用水的要求。

3.2 除鹽

在PLC程序的控制下原水經過預處理系統混合，除去了水中的懸浮物和有機物，水中的溶解鹽類并沒有改變，還需要經過陽離子交換器、陰離子交換器，在陽離子交換器中H型樹脂把水中的陽離子等量地交換成H+，完成離子交換過程，在陰離子交換器中OH型樹脂把水中的陰離子等量地交換成OH-，進行H+離子和OH-離子交換，陽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。經過離子交換工藝處理過程完成了對水的除鹽處理，在工藝處理過程中設有在線檢測分析儀表，監視鈉離子、硅酸根及導電度等工藝參數。

除鹽水生產控制系統對整個工藝系統進行集中監視、自動順序控制和運行管理（包括SEP，SER，SED系統）。SER/SED水箱及泵的控制。采用以微處理器為基礎的可編程序控制器（PLC）進行順控。順控的邏輯設計符合工藝系統的控制要求，并且滿足電站無人值班的運行要求。

（1）數據采集功能。數據采集與數據處理，指示主要設備狀態（容器，閥門，泵等），并提供各子系統的控制和監視。包括：預處理系統，再生系統，除鹽系統，中和及廢液排出系統，飲用水系統（SEP），公用部分：加藥，泵，風機等。

（2）LCD畫面顯示。LCD畫面顯示包括工藝流程及測量參數，控制對象狀態顯示成組參數。當參數越限報警或控制對象故障或狀態變化時，以不同顏色進行顯示，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整。

（3）記錄功能。包括：定期打印（班報、日報、月報）、報警打印、趨勢記錄。歷史數據存儲與檢索。

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

（5）手動單操功能。對電動及氣動閥門、風機、泵等設備，通過除鹽水生產控制系統的操作站進行遠方操作，也可以就地操作。其中風機、泵等設備能通過操作站對其設置閉鎖控制，以便防止設備在進行維護時發生誤操作。

（6）聯鎖保護功能。對反洗水泵、自用水泵、清水泵、風機、除鹽水泵等設備，啟動許可條件及備用設備自動投入等聯鎖。

手動操作優先（安全聯鎖除外），這項措施允許手動啟動或中斷自動程序。在手動控制下可進行工藝系統中任何的操作。

提供傳輸至主控室報警信號端子和化學分析儀信號和報警信號單獨傳輸接線端子。只有在設備或相關系統運行時，才發出報警信號。

4 控制方案

除鹽水站ControlLogixPLC系統對整個工藝系統進行集中監視、自動順序控制和運行管理。采用帶LCD顯示的上位機（PC）+可編程控制器（PLC）構成的控制系統來對整個工藝系統進行控制。運行人員通過LCD操作員站，可以對除鹽水站生產系統進行集中監視和控制，通過LCD畫面和鍵盤、鼠標對整個工藝系統設備完成控制和操作，自動化程度高，以減輕運行人員的勞動強度。

除鹽水站控制系統由設在中央控制室的冗余的兩臺操作員站系統組成，在中央控制室和就地控制室均可實現數據的實時顯示、重要參數的報警和聯鎖自動調節等功能。同時也可實現對現場設備的啟停和開關功能，將人機操作界面與系統內各設備有機地結合在一起，用于監控生產。控制系統必須保證可編程序控制器（PLC）及現場設備的高度可靠性和相對的安全性，同時作為工業控制系統，網絡又必須保證系統的實時性。為了便于擴展，網絡在結構上要為開放性結構，網絡通訊協議為開放、通用、廣泛使用的協議。

除鹽水站系統I/O點數，數字量1500多點，模擬量200多點，根據系統規模及要求CPU選用1756-L55M14按照冗余配置，電源選用1756-PA72冗余配置，通訊網路ControlNet按照冗余配置。模擬量輸入模件選用16通道模塊，型號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1756-OF8，模件采用4-20mA，。數字量輸入模件選用16通道模塊，型號1756-IC16，模件采用48V DC查詢電壓。數字量輸出模件選用32通道模塊，型號1756-OB32，模件采用光的隔離輸出，隔離電壓大于250V。

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

5 系統構成

除鹽水站ControlLogixPLC系統由LCD操作站、電源柜、PLC柜、就地電磁閥柜、檢測儀表等組成，電源柜提供程控系統所需的各個電壓等級電源。PLC柜中裝有PLC設備、隔離繼電器等。操作員站集操作、顯示、參數修改、組態編程等功能于一身，取代了常規的操作臺、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備可對各氣動閥和泵進行就地控制及觀察。

6 結語

除鹽水站控制系統的投運表明，采用ControlLogix可以減少運行值班人員的勞動力，減輕系統檢修維護人員的工作強度，PLC自動控制系統更加能夠為除鹽水站的安全生產提供保障，穩定運行更進一步得到提高。工程師站強大的實時數據庫和歷史數據庫為電站的運行成本分析提供正確的數據，自動定期打印的日報表，周報表，月報表為電站的管理人員提供有利的幫助和考核依據，增強的企業的規范和管理制度。

參考文獻：

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作者簡介：吳海權（1977-），男，湖北武漢人，本科，工程師，研究方向：熱工自動化。