S7－400PLC在核化工废液处理系统中的应用

2015-05-08张剑辉曹迎锋

河北省科学院学报 2015年1期

张剑辉，曹迎锋

（中核控制系统工程有限公司，北京 100176）

核设施在运行过程中会产生大量的放射性废液，必须对这些放射性废液进行有效的管理，以确保人类生存环境的安全和可持续发展。笔者以国内某核化工厂放射性废液处理系统为例，通过PLC和上位机软件全程监控各子系统的流量温度、液位、压力等测点的实时数据，完成对阀门、泵体等设备的开关和调节控制，从而实现整套废液处理工艺的功能需求。该PLC控制系统具有可靠性高、控制性能优越、管理集中等优点。

1 系统概述

系统要求现场仪表模拟量、开关量信号都送至PLC中，在上位机上实现工业参数的显示，声光报警器信息在上位机上实现，不单独设置报警装置，调节系统及信号的联锁功能也由PLC实现。系统在控制室实现远程手动开关控制气动截止阀，这些截止阀通过电磁阀箱中的电磁阀控制，阀位反馈信号通过电磁阀箱的端子，集中送到PLC控制系统的开关量输入模块中，在上位机上可监视阀门的开关状态。

2 系统结构

系统上位机配置1台工程师站和2台操作员站，下位机采用西门子ST－400系列CPU与分布式IO模块ET200M。现场仪表信号及开关量信号送至PLC中，在上位机上实现工业参数的显示、声光报警信息以及调节系统及信号的联锁功能。系统在控制室实现远程手动开关控制气动截止阀共234个，这些截止阀通过电磁阀箱中的电磁阀控制，阀位反馈信号通过电磁阀箱的端子，集中送到PLC控制系统的开关量输入模块中，在上位机上可监视阀门的开关状态。

系统结构如图1所示。

图1 系统结构图

系统一层网络采用PROFIBUS－DP现场总线构建。采用单主站系统的主从结构。控制室内的PROFIBUS主站为ST－400系列CPU，安装于控制室机柜1KP内，19个DP从站为ET200M分布式I／O站，配有源总线底板，可实现IO模块的带电热插拔，分别安装于机柜1KP～6KP内。主从站采用PROFIBUS－DP专用电缆连接。1KP～4KP位于控制间内，5KP和6KP位于仪修间内。

系统二层网络采用以太网方式进行通讯，在工程师站和操作员站上安装有西门子公司的以太网通讯模块CP1613，CPU机架上配置CP443－1以太网通讯模块，通过交换机与PLC之间实现数据传输。

3 软件设计

下位机编程采用西门子Step7V5.4软件，系统的PLC硬件组态配置如下图2所示。

图2 PLC硬件组态配置

上位机组态采用西门子WinCC7.0软件，用于实现数据采集、画面显示、设备控制（包括阀门、泵等）、参数处理、超限报警、历史数据记录等功能。由于系统通讯数据量比较大，为降低CPU负荷，没有采用3台上位机同时读取CPU数据信息的方式，而是选择了1台工程师站读取CPU数据，而2台操作员站从工程师站上的数据库中读取数据的方式。系统的监控画面如图3所示。

图3 监控画面

监控画面中的气动阀可实现手动／自动的开关阀动作。气动阀在关到位状态时，图标显示红色，在开到位状态时则为绿色，当气动阀发生故障时，两个三角形显示一红一绿，结合气动阀蘑菇头的颜色即可判断故障点。比如：出现图标时，表示阀门开到位信号故障；出现图标时，表示阀门关到位信号故障。当图标上出现白色方框，表示阀门处于手动控制状态。

点击阀门图标会弹出操作面板，如图4所示。当阀门正常开关时，阀门状态显示阀门全开或阀门全关；当出现故障时，显示开阀故障、关阀故障、反馈异常等情况。当故障处理完毕后，故障信号自动消除，也可通过点击“故障复位”按钮来消除故障信号。如阀门需联锁控制，点击“自动”按钮即可。