205 t环吊最小控制系统平台

黄宇航，杨 浩，张伟昕

（福建福清核电有限公司，福建福清 350318）

0 引言

205 t环行吊车作为大修期间反应堆本体检修工作的关键起重设备，其设备的可靠性直接影响着核电厂大修进度。福清核电现有的维修人员班组未在安装调试期间参与环吊的相关工作，环吊大量检修资料未完整移交至维修人员。环吊设备长期处于高中子辐射状态下，设备受辐照影响，故障率高。为提高环吊维修人员的维修技能水平以及环吊设备的可靠性，根据现场情况并结合多年的维修经验，搭建205 t环形吊车仪控最小系统平台。该最小系统平台采用与福清核电1#，2#，3#和4#机组环吊控制系统相同型号硬件设备，以及相同版本软件环境。

1 硬件平台

1.1 PLC卡件

（1）CPU模块。最小系统核心部件为CPU模块，CPU型号为PM861AK01，是ABB S800系列控制单元在起重行业应用较广泛的型号之一。主频48 MHz，具备16 MB存储空间，接口丰富，支持 CF卡（Compact Flash Card），通过RCU（Redundant Control Unit，冗余控制单元）电缆实现CPU模块的冗余功能。功率运行期间环吊断电，为保证CPU内的数据不丢失，选用CF卡作为应用程序的载体。CPU的CN1口连接交换机，作为与工控机、触摸屏进行数据交换的端口。

（2）通信模块。CPU 与 I/O（Input/Output，输入/输出）模块之间通过CI854通信模块和CI840通信模块进行PROFIBUS（Process Field Bus，过程现场总线）协议通信。CI854 PROFIBUS通信主站依靠 CEX-BUS（Communication Expansion Bus，通信拓展总线）为CPU提供PROFIBUS通信拓展功能，支持最多4段PROFIBUS，每段最多32个CI840从站。CI854模块通过CEX（Cable Extension，总线扩展）电缆实现冗余功能。CI840模块作为 PROFIBUS通信从站，可挂接最多24个I/O模块。CI840通过TU847配备的2组PROFIBUS接口实现冗余功能。

该平台要求互为冗余的2块CI854模块、CI840模块，固件版本一致，避免固件版本相差太大，导致无法建立冗余或AB网通信不同步、影响CPU接收数据。PROFIBUS的DP（Distributed Peripherals，分布式外部设备）接头型号为6ES7972-0BA12-0XA0，带终端电阻。平台配备2组PROFIBUS设备，CI854模块和CI840模块端的DP接头终端电阻选为ON状态，代表此节点为PROFIBUS总线的终端。平台也可根据实际测试逻辑或教学需求进行CI840从站扩展。

图1 环吊最小控制系统平台

图2 PROFIBUS总线DP头接线示意

（3）I/O 模块。I/O模块可通过现场总线接口模件CI840连接到PROFIBUS 网络上。根据环吊控制系统I/O模块有DI810开关量输入、DO820开关量输出、AI810模拟量输入、AO820模拟量输出、DP820脉冲信号输入5种型号。考虑最小平台经济性的前提条件下模拟环吊控制系统关键逻辑。

环吊大部分的故障集中在上电环节，主接触器未得电、安全继电器未复位、急停按钮未复位等故障均为环吊上电失败的故障原因。分析环吊电气原理以及环吊PLC程序，主接触器、安全继电器、急停按钮等设备辅助触点均挂接在ERF12机柜内的A3-02 CI840从站的前4块I/O卡件。选用4个DI810模块进行挂接来模拟该部分电路的逻辑，并将CI840模块的地址拨码选到与CBM（Control Builder M，控制编译器）硬件组态中定义的2#通信子站。对DI（Digital Input，数字量输入）卡件底板上的L+/L-端子施加24 V直流供电后，可支持16通道干接点信号输入。通过对DI卡件的输入端进行信号强制，模拟对应的现场设备状态。用相对较少的资金投入，实现大部分的故障模拟功能。

1.2 触摸屏

环吊司机室触摸屏型号为ABB PP845A，是环吊系统提供人机操作界面的重要设备，在环吊PLC程序中已为其预留了硬件组态。该触摸屏即可串接在CI854模块与CI840模块的PROFIBUS总线，也能通过RJ45数据线连接到CPU的CN1接口对应的网段内进行TCP/IP通信。将触摸屏IP地址设置在CPU模块IP地址的同一网段内并安装触摸屏画面组态后，通过连接交换机从CPU模块获得实时数据，实现对环吊的电源、大车、小车、主提升、副提升、5 t钩等机构的参数、报警的监视功能。配合该平台的4块I/O卡件信号强制功能，可以在触摸屏上观察部分信号的翻转过程，加深维修人员对环吊控制系统的认识。

1.3 工控机

工控机采用X86构架的台式电脑，带串口和 RJ45网络接口，预装WinXP系统。该最小平台增加了TK212串口数据线，可以连接CPU模块的COM4接口，通过超级终端访问CPU读取IP地址以及固件版本号等信息，有效判断CPU模块的设备状态，便于维修人员分析故障，也可利用此接口并配合IP config软件对CPU模块进行IP地址设置及固件版本刷新操作。

工控机安装ABB AC800M平台编译软件CBM 5.0.1，触摸屏画面编译软件Panel 800 5.1.0。工控机软件版本与核岛内环吊系统工控机采用同版本软件，实现环吊系统PLC的工程文件和触摸屏的组态文件在相同的软件环境中运行，避免因软件环境不匹配而带来设备兼容问题。可通过连接交换机，利用CBM和Panel 800软件实现对CPU模块和触摸屏的数据编译。通过CBM的硬件组态窗口中的I/O status列来强制信号，实现环吊PLC程序的逻辑验证功能，触摸屏画面组态验证的功能。

2 结束语

国内的同型号M310系列核电机组未配备同类型的205 t环吊最小控制系统平台属于首创。CPU模块在大修结束后被拆除至核岛外，该平台在核岛功率运行期间也可以对现场已拆除设备进行定期上电检查并形成记录，提高核岛大修关键路径起重设备的可靠性，缩短大修工期。该平台可扩展性强，可根据现场需求更改CI840从站地址拨码扩展不同型号的I/O模块组合，节省昂贵的通信模块，经济效益好。

该平台经历大量的软硬件测试验证，适用于环吊控制系统各类卡件的测试。实现设备多重冗余，遵循单一故障准则。CPU，CI854和CI840中任何一个设备故障时可无扰切换至备用模块。该平台的离线测试功能，不影响现场设备，风险处于可控状态。可以在非大修期间对环吊仪控部件进行测试，降低备件故障率，减少人员和设备受核辐射伤害。