核電站輔助車間PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡技術方案探討
可編程控制器(PLC)以其可靠、方便的特點在電廠應用中取得了良好的效果,其*的可靠性、豐富的控制功能和對運行操作的簡化,極大的提高了電廠的運行、管理水平。合理的按工藝系統(tǒng)或地理位置設計控制系統(tǒng)或控制點,實現(xiàn)全CRT監(jiān)控,提高系統(tǒng)運行安全性和經(jīng)濟性,但這些并沒有充分發(fā)揮計算機控制的優(yōu)勢,各控制系統(tǒng)的監(jiān)控*相互獨立,沒有充分的考慮資源的共享,造成浪費。同時,輔助車間的控制方式為車間集中控制方式,各輔助車間都設有控制室,運行管理不能集中,從而造成人力、物力資源的浪費。
一、輔助車間集中控制方案的可行性
1.1工藝系統(tǒng)和設備
控制點合并不僅是控制部分單方面的問題,它和工藝系統(tǒng)運行中的機械設備是否能滿足控制要求有著密切的關系,換句話說,工藝系統(tǒng)提供的條件(例如工藝系統(tǒng)盡可能簡化和選用可控性好的設備等)是合并的前提,只有工藝系統(tǒng)設計提供一定的條件,控制系統(tǒng)或控制點的合并才能達到令人滿意的效果。
1.2工藝設備的可控性
對于工藝系統(tǒng)中需要經(jīng)??刂频臋C械設備,必須滿足遠方控制的要求,選擇可控性好的設備是保證控制系統(tǒng)正常運行的主要條件之一。從近幾年投產的工程情況來看,許多系統(tǒng)中被控設備可控性較好,反饋信息可靠,可以保證滿足遠方控制或程控要求,這為控制系統(tǒng)或控制點的合并創(chuàng)造了條件。
1.3目前程控投運情況
目前核電廠輔助車間中,均采用程控,不需要運行人員現(xiàn)場操作,僅定期巡視,這些系統(tǒng)的運行已有成熟的經(jīng)驗,實現(xiàn)集中并自動控制是沒有問題的。這也為合并提供了良好的條件。
1.4專業(yè)協(xié)作
在控制點合并后,一些現(xiàn)場無固定人員值班的車間需要定時巡視,如果與各工藝專業(yè)加強配合,在總平面布置時,考慮各相關工藝設備布置相對集中,巡視就比較方便,那么合并的效果就更好。
1.5控制系統(tǒng)集成商的可行性
近年來主要輔助車間的程序控制基本上均由PLC實現(xiàn),程控廠家具有豐富的工程經(jīng)驗,可確保有關輔助車間的程序控制投入自動,為實現(xiàn)集中監(jiān)控創(chuàng)造條件。
1.6工藝設備的成套供貨范圍
目前,許多機械設備在供貨時都采取機電一體化方式,但所供設備存在較大問題,如:控制回路的設計不完善,有些電動機或電動門的控制回路中只考慮了設備本體的聯(lián)鎖保護要求,而未考慮工藝系統(tǒng)的要求,控制裝置沒留接口,修改難以實現(xiàn);許多控制裝置未考慮遠方操作的接口等。大多數(shù)機械設備廠配供的控制裝置在設備選擇上存在很大問題,所選儀表和電氣元件質量差,可靠性低。這對于系統(tǒng)的安全運行有相當大的影響,尤其對于現(xiàn)場無人值班的系統(tǒng)。
這些問題都將直接影響控制系統(tǒng)或控制點的合并,目前核電站已考慮和采取了提高輔助車間控制水平的措施,如:海水淡化處理、除鹽水處理、凝結水精處理、加藥系統(tǒng)、廢水及污水處理等較復雜或操作設備較多的輔助系統(tǒng)均采用PLC+CRT站的監(jiān)控方式。汽水分析也用計算機(數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))代替原來的常規(guī)二次儀表。根據(jù)自動化裝置和控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢,近年來,熱工自動化技術得到了迅速發(fā)展,通訊和網(wǎng)絡技術的應用,各控制系統(tǒng)軟硬件的可靠性、穩(wěn)定性不斷提高,同時電站設備的可控性、可靠性也不斷提高,這一切為實施核電站輔助車間集中控制創(chuàng)造有利條件。這就要求在工程的設計中,對于就地設備和控制系統(tǒng)由設計院統(tǒng)一設計,設備制造廠或工藝專業(yè)配合提出控制要求,以保證配供的設備滿足工程要求。
二、輔助車間集中控制方案
核電廠輔助系統(tǒng)和輔助車間有:除鹽水生產系統(tǒng)(SDA)、凝結水精處理系統(tǒng)(ATE)、化學加藥系統(tǒng)(SIR)、汽水取樣及分析系統(tǒng)(SIT)、電站污水處理系統(tǒng)(SEO)、工業(yè)廢水收集和處理系統(tǒng)(SEH、SEK、SEL、SRE等)、氫氣生產與分配系統(tǒng)(SHY)、制氯系統(tǒng)、通風系統(tǒng)(DWN、DVM、DWA、DWG等)、空壓站(SAP)、循環(huán)水泵房。
取消各系統(tǒng)的單一控制室,將所有輔助控制集中在一個控制室內,目前需在核電站初步設計時進行全面考慮,從而縮減集控室的面積。
化水系統(tǒng)設置一套獨立的控制系統(tǒng),安裝在化水電子設備間,考慮到電廠水處理系統(tǒng)的物理分布,在綜合泵房、汽水取樣及分析室、廢水及污水處理系統(tǒng)等處設置若干個遠程I/O站。
通風系統(tǒng)設置1套獨立的控制系統(tǒng),對整個通風系統(tǒng)進行集中監(jiān)控,在空壓機房、各個通風系統(tǒng)等處設置若干遠程I/O站。
通過冗余的控制網(wǎng)絡連接到操作站、工程師站和現(xiàn)場控制站,使運行人員通過操作站對整個電廠的輔機系統(tǒng)進行集中監(jiān)控。并通過KNS(核電廠實時信息監(jiān)控系統(tǒng))向電廠管理層直接提供有效的實時生產管理信息,實現(xiàn)率的生產管理。
通過控制系統(tǒng)和控制點的合并,設置遠程I/O站,降低控制系統(tǒng)軟件和硬件的投資,同時節(jié)省大量電纜、安裝材料和施工費用,還可達到減員的效果。
三、輔助車間集中控制系統(tǒng)方案的選擇
3.1輔控網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡基本結構
輔助車間監(jiān)控網(wǎng)采用冗余光纖星型以太網(wǎng)絡,網(wǎng)絡設備(交換機和服務器)和網(wǎng)絡介質均采用冗余配置,以保證可靠性。zui上層的集中監(jiān)控點設在機組單元控制室。輔助車間下層控制網(wǎng)絡可以有3-4個輔助監(jiān)控點,將全廠的輔助控制系統(tǒng)分別集中在通風控制系統(tǒng)、水網(wǎng)點控制系等幾個控制點,也可按就近原則確定輔助控制點,以方便調試及系統(tǒng)故障時使用。
3.2網(wǎng)絡架構和交換機
一般為主干網(wǎng)和子網(wǎng)兩層星型冗余架構。主干交換機選用工業(yè)級千兆交換機,與服務器之間用千兆光口相連,與其它設備(上位機、PLC等)可用百兆光口相連。下層單個控制系統(tǒng)可采用百兆冗余交換機配置,盡可能采用光口配置。交換機配備雙電源輸入口,應提供兩路供電。交換機、光電轉換器應以端子接線方式提供電源。
3.3輔控網(wǎng)上位機配置
各子系統(tǒng)上位人機界面軟件風格要求統(tǒng)一。輔控網(wǎng)層上位機視各廠具體情況一般配置2-3臺。輔控網(wǎng)層上位機通過網(wǎng)絡直接與服務器通訊讀寫數(shù)據(jù)。
3.4底層控制系統(tǒng)
PLC選用統(tǒng)一品牌,根據(jù)所處系統(tǒng)的大小及重要程度選擇不同的系列,配置足夠數(shù)量的控制器,以滿足控制性能的要求。重要的控制系統(tǒng)采用雙機熱備系統(tǒng),PLC遠程站間采用雙網(wǎng)結構,與輔控網(wǎng)相連的PLC以太網(wǎng)通訊模板應冗余配置。
四、總結
通過上述分析論證,實現(xiàn)核電廠輔助控制系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)及集中控制是可行的,而且能夠為新建機組減少資金投入、降低工程造價、可實現(xiàn)zui大限度的減員增效,同時可與KNS(核電廠實時信息監(jiān)控系統(tǒng))系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),適應了現(xiàn)代化管理的需要。