ControlLogix在岭澳核电二期除盐水站中的应用

摘 要：介绍了岭澳核电站二期除盐水站系统的工艺流程，除盐水站系统选用PLC的I/O点数配置，控制系统的网络结构和特点。说明了ControlLogixPLC系统在除盐水站过程控制中的应用，通过PLC系统自动实现系统的制水、反洗和再生过程控制，从而减少人员配置来提高效率和系统运行的可靠性。

关键词：ControlLogix；PLC；控制；网络；除盐水

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

1 引言

ControlLogix系统具有可靠性、强大的网络功能、适应工业过程的现场控制的特点，在各种生产工艺过程得到了广泛的应用。通过编程可以实现顺序控制、数据采集、回路调节、分散控制集中管理，是实现机电一体化的重要手段和发展方向。在岭澳核电站中，核能经过一系列的能量转换变为电能的过程中，水是常规岛和核岛主要介质之一，除盐水质的优劣程度直接影响核岛、常规岛和BOP系统的安全和经济运行。除盐水的水质不符合机组运行要求时，就非常容易产生结垢、腐蚀和积盐。尤其在核电站百万兆瓦的大容量高参数的热力设备中，其危害就更大。核电站除盐水的处理工作，是保证核电机组安全、经济运行不可缺少的重要组成部分，岭澳二期除盐水站过程控制采用ControlLogix PLC控制系统，运用了上位机和下位机互相结合的过程控制的科学技术手段，来保障除盐水水质的基本指标，为提高阴阳离子交换的处理能力，减少树脂和酸碱化学药剂的耗量，科學的缩短阴阳交换树脂的再生时间，提高运行的可靠性，防止运行人员误操作，改善劳动条件等提供了根本的措施，也为水处理系统建立最佳运行工况、节约再生酸碱用量、保证质量创造了有利的条件。

2 项目情况

岭澳核电站二期除盐水站工程是：

水库水→Y型过滤器→原水管道混合器→多介质过滤器→中间水箱→超滤升压变频泵→超滤保安过滤器→超滤装置→

→ 饮用水系统加氯→饮用水箱→饮用水供水泵→OP水池及SEP环网

→ 清水箱→除盐系统供水泵→无顶压逆流再生阳离子交换器→无顶压逆流再生双室阴离子交换器→阴床树脂捕捉器→混合离子交换器→混床树脂捕捉器→除盐水箱

产水要求： 除盐水生产系统总有效出力：240m3/h，共两列，每列出力120 m3/h； 饮用水处理系统总有效出力：100 m3/h，共两列，每列出力50 m3/h；

3 系统原理

除盐水站控制系统采用电磁阀柜和控制柜等就地控制设备可对各气动阀、电动阀和泵等进行就地控制及观察，除盐水系统也采用顺控、远控及就地操作相结合的控制方式。除盐水系统的控制和监视功能全部都在PLC上实现，同时PLC系统实现SER（常规岛除盐水分配系统）/SED（核岛除盐水分配系统）水箱及泵的控制和监视，部分重要报警信号通过硬接线接入DCS主机。在除盐水处理控制室实现对系统的监视和控制，工程师站上对各PLC进行编程与组态。

3.1 预处理系统

原水依靠重力自流至YA厂房，在程序控制下原水经过Y型过滤器，去除原水中较大的杂质，原水中的絮凝剂与原水充分混合，使得水中胶体颗粒凝聚起来，在下一级过滤器中去除。多介质过滤器将悬浮物及其它杂质在通过滤料的过程中大部分被截留下来，多介质过滤器根据流量设定自动投运台数，当制水量和或累计运行时间达到设定值时，自动投运备用，将失效切换到过滤器的反洗，反洗结束自动转为备用。多介质过滤器出水经过超滤装置将大分子的胶体硅、细菌、病毒、高分子有机物及悬浮物等颗粒状物质截留下来，达到SEP用水和除盐系统用水的要求。

3.2 除盐

在PLC程序的控制下原水经过预处理系统混合，除去了水中的悬浮物和有机物，水中的溶解盐类并没有改变，还需要经过阳离子交换器、阴离子交换器，在阳离子交换器中H型树脂把水中的阳离子等量地交换成H+，完成离子交换过程，在阴离子交换器中OH型树脂把水中的阴离子等量地交换成OH-，进行H+离子和OH-离子交换，阳离子交换器除去水中的钙、镁和钠离子等金属离子，阴离子交换器去除氯离子、硫酸根离子和碳酸根离子。经过离子交换工艺处理过程完成了对水的除盐处理，在工艺处理过程中设有在线检测分析仪表，监视钠离子、硅酸根及导电度等工艺参数。

除盐水生产控制系统对整个工艺系统进行集中监视、自动顺序控制和运行管理（包括SEP，SER，SED系统）。SER/SED水箱及泵的控制。采用以微处理器为基础的可编程序控制器（PLC）进行顺控。顺控的逻辑设计符合工艺系统的控制要求，并且满足电站无人值班的运行要求。

（1）数据采集功能。数据采集与数据处理，指示主要设备状态（容器，阀门，泵等），并提供各子系统的控制和监视。包括：预处理系统，再生系统，除盐系统，中和及废液排出系统，饮用水系统（SEP），公用部分：加药，泵，风机等。

（2）LCD画面显示。LCD画面显示包括工艺流程及测量参数，控制对象状态显示成组参数。当参数越限报警或控制对象故障或状态变化时，以不同颜色进行显示，并有音响提示。键盘的操作有触感、有声音反馈，反馈的音量大小可以调整。

（3）记录功能。包括：定期打印（班报、日报、月报）、报警打印、趋势记录。历史数据存储与检索。

（4）顺序控制功能。除盐系列的切/投顺控；预处理系列和阳、阴、混合离子交换器再生顺控；辅助系统顺控。

（5）手动单操功能。对电动及气动阀门、风机、泵等设备，通过除盐水生产控制系统的操作站进行远方操作，也可以就地操作。其中风机、泵等设备能通过操作站对其设置闭锁控制，以便防止设备在进行维护时发生误操作。

（6）联锁保护功能。对反洗水泵、自用水泵、清水泵、风机、除盐水泵等设备，启动许可条件及备用设备自动投入等联锁。

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。在手动控制下可进行工艺系统中任何的操作。

提供传输至主控室报警信号端子和化学分析仪信号和报警信号单独传输接线端子。只有在设备或相关系统运行时，才发出报警信号。

4 控制方案

除盐水站ControlLogixPLC系统对整个工艺系统进行集中监视、自动顺序控制和运行管理。采用带LCD显示的上位机（PC）+可编程控制器（PLC）构成的控制系统来对整个工艺系统进行控制。运行人员通过LCD操作员站，可以对除盐水站生产系统进行集中监视和控制，通过LCD画面和键盘、鼠标对整个工艺系统设备完成控制和操作，自动化程度高，以减轻运行人员的劳动强度。

除盐水站控制系统由设在中央控制室的冗余的两台操作员站系统组成，在中央控制室和就地控制室均可实现数据的实时显示、重要参数的报警和联锁自动调节等功能。同时也可實现对现场设备的启停和开关功能，将人机操作界面与系统内各设备有机地结合在一起，用于监控生产。控制系统必须保证可编程序控制器（PLC）及现场设备的高度可靠性和相对的安全性，同时作为工业控制系统，网络又必须保证系统的实时性。为了便于扩展，网络在结构上要为开放性结构，网络通讯协议为开放、通用、广泛使用的协议。

除盐水站系统I/O点数，数字量1500多点，模拟量200多点，根据系统规模及要求CPU选用1756-L55M14按照冗余配置，电源选用1756-PA72冗余配置，通讯网路ControlNet按照冗余配置。模拟量输入模件选用16通道模块，型号1756-IF16，模件采用4-20mA输入。模拟量输出模件选用8通道模块，型号1756-OF8，模件采用4-20mA，。数字量输入模件选用16通道模块，型号1756-IC16，模件采用48V DC查询电压。数字量输出模件选用32通道模块，型号1756-OB32，模件采用光的隔离输出，隔离电压大于250V。

控制系统双机热备PLC站和I/O站控制柜布置于除盐水站控制室，双机热备PLC站通过ControlNet通讯模块1756-CNBR以RG6同轴电缆为通讯介质，连接到I/O站控制柜，I/O站中通讯模块型号1756-CNBR。

5 系统构成

除盐水站ControlLogixPLC系统由LCD操作站、电源柜、PLC柜、就地电磁阀柜、检测仪表等组成，电源柜提供程控系统所需的各个电压等级电源。PLC柜中装有PLC设备、隔离继电器等。操作员站集操作、显示、参数修改、组态编程等功能于一身，取代了常规的操作台、仪表盘和模拟屏。就地电磁阀柜和就地控制柜等就地控制设备可对各气动阀和泵进行就地控制及观察。

6 结语

除盐水站控制系统的投运表明，采用ControlLogix可以减少运行值班人员的劳动力，减轻系统检修维护人员的工作强度，PLC自动控制系统更加能够为除盐水站的安全生产提供保障，稳定运行更进一步得到提高。工程师站强大的实时数据库和历史数据库为电站的运行成本分析提供正确的数据，自动定期打印的日报表，周报表，月报表为电站的管理人员提供有利的帮助和考核依据，增强的企业的规范和管理制度。

参考文献：

[1]郝景泰，于萍，周英.工业锅炉水处理技术[M].北京：气象出版社，2003.

[2]周柏青.电厂化学[M].北京：中国电力出版社，2004.

[3]金龙国.可编程控制器原理及应用[M].北京：中国水利水电出版社，2005.

作者简介：吴海权（1977-），男，湖北武汉人，本科，工程师，研究方向：热工自动化。