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摘 要 本设计方案主要介绍福清核电站除盐水项目控制系统，以及PLC系统在本案中的工作原理、系统基本结构、系统配置等方面内容。
关键词 控制系统；PLC；系统配置；供电设计
中图分类号：TM623 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）041-036-02
本方案用于福建福清核电厂3、4号机组2×1000MW M310加改进型核电站所使用的除盐水生产系统，控制系统选用西门子SIMATIC S7-400 PLC，采用全冗余配置方案，实现了操作员站冗余、控制器冗余、网络冗余和供电冗余。除盐水厂房仪控系统对整个除盐水工艺流程进行集中监视、管理和自动控制。正常运行时，由PLC控制系统实现自动控制；为确保安全运行，设置就地手操控制箱，实现就地手动控制。
1 控制系统基本原理
1.1 数据采集与数据处理
PLC正常工作的神经中枢，当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
PLC系统在本方案中主要是负责采集整个装置的重要工艺参数（流量、电导、pH、压力等）、设备运行状态（工艺流程、动态仿真）等重要数据，控制相应对象的运行状态。当参数越限报警或控制对象故障或状态变化时，在显示器上以不同的颜色或动态画面进行显示，同时具有相关音响提示。
1.2 实时监控与就地控制
对整个工艺生产过程实现操作、设置、控制、显示、报警，最大限度的减少值守人员，可作到无人监管的自动运行。
提供手动操作优先（安全联锁除外），这项措施允许手动启动或中断自动程序。在手动控制下应可进行工艺系统中任何的操作。另外在系统出现故障时，便于检修。
2 系统结构
福清核电厂3、4号机组，配置一套PLC除盐水生产系统，以便对整个除盐水生产系统实现集中和就地相结合的控制。整个PLC系统的配置图如图1。
本系统设置了两台互为冗余的操作员站，其中一台操作员站兼做工程师站。操作员站用于监控生产工艺过程、显示生产工艺过程参数、报警、历史趋势等；工程师站还具有监控、编程和历史数据存储等功能。
本系统设置了一个控制站，实现了逻辑控制功能。控制站包括4个控制柜，一套互为冗余的控制器，以及分布式IO卡件。
本系统设置了冗余通信网络，实现了操作员站与控制站之间的工业以太网冗余通信。
I/O配置与裕量：
本系统中所采用的IO模件完全根据规范书要求的信号类型进行配置，并且留有15%的裕量，配置IO点数量及裕量见下表。同时，机架上的槽位留有53%的裕量，见下表。
表1 I/O點统计与I/O模块配置
表2 模块插槽裕量表
3 网络设计
PLC与机架之间采用的是PROFIBUS-DP方式连接，如图 1所示，由于S7-414H冗余PLC有两个CPU，每个CPU都配有PROFIBUS-DP接口。同时在每个机架都配备了两个IM153-2模块，实现了每个机架与CPU之间的冗余通信。
PLC与上位机之间通过以太网进行连接，本系统配备了两台上位机，两个交换机，S7-414的CPU主机架上配置了两个冗余的以太网模块，如图1所示。通过这样的配置，保证了上位机与PLC之间的通讯冗余。
4 低压配电柜
低压配电柜采用抽屉柜，进线柜主断路器为抽出式或上端加设隔离开关，以备检修时安全。柜内所有带电部分均需绝缘，绝缘材料选用耐电弧、耐高温、阻燃、低毒，不吸潮、且具有优良机械和电气性能的材料。配电柜及柜内的金属结构件，都经过镀锌处理，柜内铜排全部镀锡。电气柜能在最大短路故障时安全分断，并能承受由此引起的电气、机械应力。系统具备必须的机械和电气联锁装置。所有电气柜在颜色、外观、尺寸、元件选用上保持一致。进线柜设电压、电流、功率及开关状态显示，其余各柜设电压、电流及开关状态显示。电流、电压、功率显示选用智能电力仪表。现场按控制及操作需求设操作台或机旁控制箱，箱体或操作台都做喷塑处理，并标有设备标记牌，现场操作台、箱面板满足防尘、防水及相关安全要求。室内防护等级：IP20，室外防护等级：IP54。柜内电气元器件选用Schneider（断路器、接触器、热继类）、欧姆龙等产品。
5 供电设计
PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或电源干扰特别严重的环境中，可以安装一台带屏蔽层的隔离变压，以减少设备与地之间的干扰。一般PLC都有直流24 V输出提供给输入端，当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使PLC接收到错误信息。
现场提供两路交流电源，其中一路来自普通照明电源，另一路来自UPS电源，用于除盐水生产系统控制系统的配电。为了满足供电冗余要求，同时采用现场提供的UPS电源与普通照明检修电源对控制站进行供电，保证了控制柜PLC设备电源的冗余供给。将现场提供的UPS电源与普通照明检修电源通过双电源切换装置输出连接到我方提供的不间断电源装置，输出到操作员站，以确保操作员站的供电安全
6 防雷与接地
防雷：遵循有关规程、规范进行设计。
根据有关规程、规范、所有需要保护接地的电气设备均可靠的接入相应的接地系统。主要包括配电装置、PLC装置及计算机系统，且两者接地必须分开。
7 结束语
自动控制系统近年在水处理方面得到迅速发展，我们江苏格林这几年通过不断实践总结，自动控制应用在脱盐水、污水方面的技术已趋于成熟，我们还将在今后的工作中继续努力，不断地改进，使我国水处理技术水平不断提高 。
参考文献
[1]罗伯特.亚美尼亚核电站设施[J].科学大观园，2011（16）.
[2]欧盟6月开展核电站测试 涉及143座在运核电站[J].电力安全技术，2011（05）.
关键词 控制系统；PLC；系统配置；供电设计
中图分类号：TM623 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）041-036-02
本方案用于福建福清核电厂3、4号机组2×1000MW M310加改进型核电站所使用的除盐水生产系统，控制系统选用西门子SIMATIC S7-400 PLC，采用全冗余配置方案，实现了操作员站冗余、控制器冗余、网络冗余和供电冗余。除盐水厂房仪控系统对整个除盐水工艺流程进行集中监视、管理和自动控制。正常运行时，由PLC控制系统实现自动控制；为确保安全运行，设置就地手操控制箱，实现就地手动控制。
1 控制系统基本原理
1.1 数据采集与数据处理
PLC正常工作的神经中枢，当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
PLC系统在本方案中主要是负责采集整个装置的重要工艺参数（流量、电导、pH、压力等）、设备运行状态（工艺流程、动态仿真）等重要数据，控制相应对象的运行状态。当参数越限报警或控制对象故障或状态变化时，在显示器上以不同的颜色或动态画面进行显示，同时具有相关音响提示。
1.2 实时监控与就地控制
对整个工艺生产过程实现操作、设置、控制、显示、报警，最大限度的减少值守人员，可作到无人监管的自动运行。
提供手动操作优先（安全联锁除外），这项措施允许手动启动或中断自动程序。在手动控制下应可进行工艺系统中任何的操作。另外在系统出现故障时，便于检修。
2 系统结构
福清核电厂3、4号机组，配置一套PLC除盐水生产系统，以便对整个除盐水生产系统实现集中和就地相结合的控制。整个PLC系统的配置图如图1。
本系统设置了两台互为冗余的操作员站，其中一台操作员站兼做工程师站。操作员站用于监控生产工艺过程、显示生产工艺过程参数、报警、历史趋势等；工程师站还具有监控、编程和历史数据存储等功能。
本系统设置了一个控制站，实现了逻辑控制功能。控制站包括4个控制柜，一套互为冗余的控制器，以及分布式IO卡件。
本系统设置了冗余通信网络，实现了操作员站与控制站之间的工业以太网冗余通信。
I/O配置与裕量：
本系统中所采用的IO模件完全根据规范书要求的信号类型进行配置，并且留有15%的裕量，配置IO点数量及裕量见下表。同时，机架上的槽位留有53%的裕量，见下表。
表1 I/O點统计与I/O模块配置
表2 模块插槽裕量表
3 网络设计
PLC与机架之间采用的是PROFIBUS-DP方式连接，如图 1所示，由于S7-414H冗余PLC有两个CPU，每个CPU都配有PROFIBUS-DP接口。同时在每个机架都配备了两个IM153-2模块，实现了每个机架与CPU之间的冗余通信。
PLC与上位机之间通过以太网进行连接，本系统配备了两台上位机，两个交换机，S7-414的CPU主机架上配置了两个冗余的以太网模块，如图1所示。通过这样的配置，保证了上位机与PLC之间的通讯冗余。
4 低压配电柜
低压配电柜采用抽屉柜，进线柜主断路器为抽出式或上端加设隔离开关，以备检修时安全。柜内所有带电部分均需绝缘，绝缘材料选用耐电弧、耐高温、阻燃、低毒，不吸潮、且具有优良机械和电气性能的材料。配电柜及柜内的金属结构件，都经过镀锌处理，柜内铜排全部镀锡。电气柜能在最大短路故障时安全分断，并能承受由此引起的电气、机械应力。系统具备必须的机械和电气联锁装置。所有电气柜在颜色、外观、尺寸、元件选用上保持一致。进线柜设电压、电流、功率及开关状态显示，其余各柜设电压、电流及开关状态显示。电流、电压、功率显示选用智能电力仪表。现场按控制及操作需求设操作台或机旁控制箱，箱体或操作台都做喷塑处理，并标有设备标记牌，现场操作台、箱面板满足防尘、防水及相关安全要求。室内防护等级：IP20，室外防护等级：IP54。柜内电气元器件选用Schneider（断路器、接触器、热继类）、欧姆龙等产品。
5 供电设计
PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或电源干扰特别严重的环境中，可以安装一台带屏蔽层的隔离变压，以减少设备与地之间的干扰。一般PLC都有直流24 V输出提供给输入端，当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使PLC接收到错误信息。
现场提供两路交流电源，其中一路来自普通照明电源，另一路来自UPS电源，用于除盐水生产系统控制系统的配电。为了满足供电冗余要求，同时采用现场提供的UPS电源与普通照明检修电源对控制站进行供电，保证了控制柜PLC设备电源的冗余供给。将现场提供的UPS电源与普通照明检修电源通过双电源切换装置输出连接到我方提供的不间断电源装置，输出到操作员站，以确保操作员站的供电安全
6 防雷与接地
防雷：遵循有关规程、规范进行设计。
根据有关规程、规范、所有需要保护接地的电气设备均可靠的接入相应的接地系统。主要包括配电装置、PLC装置及计算机系统，且两者接地必须分开。
7 结束语
自动控制系统近年在水处理方面得到迅速发展，我们江苏格林这几年通过不断实践总结，自动控制应用在脱盐水、污水方面的技术已趋于成熟，我们还将在今后的工作中继续努力，不断地改进，使我国水处理技术水平不断提高 。
参考文献
[1]罗伯特.亚美尼亚核电站设施[J].科学大观园，2011（16）.
[2]欧盟6月开展核电站测试 涉及143座在运核电站[J].电力安全技术，2011（05）.