張劍輝，曹迎鋒

（中核控制系統(tǒng)工程有限公司，北京 100176）

核設(shè)施在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的放射性廢液，必須對(duì)這些放射性廢液進(jìn)行有效的管理，以確保人類生存環(huán)境的安全和可持續(xù)發(fā)展。筆者以國(guó)內(nèi)某核化工廠放射性廢液處理系統(tǒng)為例，通過(guò)PLC和上位機(jī)軟件全程監(jiān)控各子系統(tǒng)的流量溫度、液位、壓力等測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，完成對(duì)閥門、泵體等設(shè)備的開關(guān)和調(diào)節(jié)控制，從而實(shí)現(xiàn)整套廢液處理工藝的功能需求。該P(yáng)LC控制系統(tǒng)具有可靠性高、控制性能優(yōu)越、管理集中等優(yōu)點(diǎn)。

1 系統(tǒng)概述

系統(tǒng)要求現(xiàn)場(chǎng)儀表模擬量、開關(guān)量信號(hào)都送至PLC中，在上位機(jī)上實(shí)現(xiàn)工業(yè)參數(shù)的顯示，聲光報(bào)警器信息在上位機(jī)上實(shí)現(xiàn)，不單獨(dú)設(shè)置報(bào)警裝置，調(diào)節(jié)系統(tǒng)及信號(hào)的聯(lián)鎖功能也由PLC實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)在控制室實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程手動(dòng)開關(guān)控制氣動(dòng)截止閥，這些截止閥通過(guò)電磁閥箱中的電磁閥控制，閥位反饋信號(hào)通過(guò)電磁閥箱的端子，集中送到PLC控制系統(tǒng)的開關(guān)量輸入模塊中，在上位機(jī)上可監(jiān)視閥門的開關(guān)狀態(tài)。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)上位機(jī)配置1臺(tái)工程師站和2臺(tái)操作員站，下位機(jī)采用西門子ST－400系列CPU與分布式IO模塊ET200M?，F(xiàn)場(chǎng)儀表信號(hào)及開關(guān)量信號(hào)送至PLC中，在上位機(jī)上實(shí)現(xiàn)工業(yè)參數(shù)的顯示、聲光報(bào)警信息以及調(diào)節(jié)系統(tǒng)及信號(hào)的聯(lián)鎖功能。系統(tǒng)在控制室實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程手動(dòng)開關(guān)控制氣動(dòng)截止閥共234個(gè)，這些截止閥通過(guò)電磁閥箱中的電磁閥控制，閥位反饋信號(hào)通過(guò)電磁閥箱的端子，集中送到PLC控制系統(tǒng)的開關(guān)量輸入模塊中，在上位機(jī)上可監(jiān)視閥門的開關(guān)狀態(tài)。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)一層網(wǎng)絡(luò)采用PROFIBUS－DP現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)建。采用單主站系統(tǒng)的主從結(jié)構(gòu)?？刂剖覂?nèi)的PROFIBUS主站為ST－400系列CPU，安裝于控制室機(jī)柜1KP內(nèi)，19個(gè)DP從站為ET200M分布式I／O站，配有源總線底板，可實(shí)現(xiàn)IO模塊的帶電熱插拔，分別安裝于機(jī)柜1KP～6KP內(nèi)。主從站采用PROFIBUS－DP專用電纜連接。1KP～4KP位于控制間內(nèi)，5KP和6KP位于儀修間內(nèi)。

系統(tǒng)二層網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)方式進(jìn)行通訊，在工程師站和操作員站上安裝有西門子公司的以太網(wǎng)通訊模塊CP1613，CPU機(jī)架上配置CP443－1以太網(wǎng)通訊模塊，通過(guò)交換機(jī)與PLC之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

3 軟件設(shè)計(jì)

下位機(jī)編程采用西門子Step7V5.4軟件，系統(tǒng)的PLC硬件組態(tài)配置如下圖2所示。

圖2 PLC硬件組態(tài)配置

上位機(jī)組態(tài)采用西門子WinCC7.0軟件，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、畫面顯示、設(shè)備控制（包括閥門、泵等）、參數(shù)處理、超限報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)記錄等功能。由于系統(tǒng)通訊數(shù)據(jù)量比較大，為降低CPU負(fù)荷，沒有采用3臺(tái)上位機(jī)同時(shí)讀取CPU數(shù)據(jù)信息的方式，而是選擇了1臺(tái)工程師站讀取CPU數(shù)據(jù)，而2臺(tái)操作員站從工程師站上的數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取數(shù)據(jù)的方式。系統(tǒng)的監(jiān)控畫面如圖3所示。

圖3 監(jiān)控畫面

監(jiān)控畫面中的氣動(dòng)閥可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)／自動(dòng)的開關(guān)閥動(dòng)作。氣動(dòng)閥在關(guān)到位狀態(tài)時(shí)，圖標(biāo)顯示紅色，在開到位狀態(tài)時(shí)則為綠色，當(dāng)氣動(dòng)閥發(fā)生故障時(shí)，兩個(gè)三角形顯示一紅一綠，結(jié)合氣動(dòng)閥蘑菇頭的顏色即可判斷故障點(diǎn)。比如：出現(xiàn)圖標(biāo)時(shí)，表示閥門開到位信號(hào)故障；出現(xiàn)圖標(biāo)時(shí)，表示閥門關(guān)到位信號(hào)故障。當(dāng)圖標(biāo)上出現(xiàn)白色方框，表示閥門處于手動(dòng)控制狀態(tài)。

點(diǎn)擊閥門圖標(biāo)會(huì)彈出操作面板，如圖4所示。當(dāng)閥門正常開關(guān)時(shí)，閥門狀態(tài)顯示閥門全開或閥門全關(guān)；當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，顯示開閥故障、關(guān)閥故障、反饋異常等情況。當(dāng)故障處理完畢后，故障信號(hào)自動(dòng)消除，也可通過(guò)點(diǎn)擊“故障復(fù)位”按鈕來(lái)消除故障信號(hào)。如閥門需聯(lián)鎖控制，點(diǎn)擊“自動(dòng)”按鈕即可。

圖4 閥門操作面板

4 系統(tǒng)特點(diǎn)

整個(gè)系統(tǒng)具有以下幾個(gè)功能特點(diǎn)：

（1）界面友好、美觀，操作簡(jiǎn)單方便，便于操作人員維護(hù)和使用。

（2）采用智能化模板，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)到模板級(jí)的自診斷。機(jī)柜內(nèi)的模塊能夠帶電在線插拔和更換而不損壞，且不影響其他模塊正常工作。故障時(shí)可以進(jìn)行帶電插拔維修，以降低系統(tǒng)平均修復(fù)時(shí)間。

（3）工程師站與操作員站分開設(shè)置，允許維護(hù)人員在工程師站上對(duì)程序、組態(tài)進(jìn)行修改和下裝，而不影響操作人員對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)視與控制。

（4）數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示與記錄：系統(tǒng)中可靈活設(shè)置數(shù)據(jù)刷新周期，可以根據(jù)要求實(shí)時(shí)顯示監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，需要記錄的重要數(shù)據(jù)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)曲線跟蹤與保存，方便操作人員進(jìn)行在線曲線分析，以及歷史數(shù)據(jù)查詢。

（5）離線分析：在工程師站上，可以通過(guò)讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中信息，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、處理和分析或保存到永久記錄介質(zhì)。

（6）故障報(bào)警：根據(jù)設(shè)定的觸發(fā)條件，如開關(guān)變位，信號(hào)超量程，或是多個(gè)條件的組合，在觸發(fā)后啟動(dòng)故障報(bào)警，并記錄報(bào)警時(shí)刻、位置及原因等。

（7）用戶權(quán)限認(rèn)證：提供多級(jí)用戶權(quán)限，可以對(duì)任何一個(gè)操作（包括切換畫面和按鍵屏蔽）指定最低權(quán)限，以加強(qiáng)系統(tǒng)管理和操作的安全性能。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，西門子ST－400系列PLC能夠滿足復(fù)雜的核化工廢液處理系統(tǒng)的自動(dòng)化控制要求，具有較快的計(jì)算和響應(yīng)速度，帶電熱插拔功能使得系統(tǒng)維護(hù)更便捷。本套控制系統(tǒng)現(xiàn)自2013年8月系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行以來(lái)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，極大地節(jié)省了人力，降低了運(yùn)行操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。

［1］ 裴永清，李建民，李慕潔，董國(guó)軍.基于S7－300的污水處理自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2008，（3）：57－59.

［2］ 姜建芳.西門子S7－300／400PLC工程應(yīng)用技術(shù)［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

［3］ 張銀生，陳宗明，戴繼偉.中、低水平放射性廢水的處理［J］.上海環(huán)境科學(xué)，1992，（5）：38－39.

［4］ 魏俊明，等.秦山第三核電廠放射性廢液處理系統(tǒng)性能改進(jìn)［J］.核動(dòng)力工程，2007，（5）：91－94.