某核電站消防泵房控制系統(tǒng)升級(jí)改造

【摘要】國(guó)內(nèi)某核電站消防水泵房控制系統(tǒng)為俄羅斯設(shè)計(jì)、供貨，在安裝初期的技術(shù)條件下屬于比較先進(jìn)的一種控制方案，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，設(shè)備技術(shù)應(yīng)用水平相對(duì)變低。為了滿足現(xiàn)場(chǎng)高可靠性運(yùn)行的要求，本文闡述了一種改造方案對(duì)原控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，該方案是核電公司科研項(xiàng)目的一項(xiàng)成果，可以用于該電站的消防水泵房控制系統(tǒng)的技術(shù)改造。

【關(guān)鍵詞】消防泵房；控制；技術(shù)改造

1、原控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)介

1.1泵房控制系統(tǒng)的配置

a、就地控制柜用于現(xiàn)場(chǎng)I/O數(shù)據(jù)的采集及邏輯處理；

b、就地操作終端用于就地泵房對(duì)設(shè)備的控制；

c、服務(wù)器實(shí)現(xiàn)與就地控制柜及各個(gè)操作終端的數(shù)據(jù)交換、存儲(chǔ)；

d、操作終端用于就地泵房設(shè)備狀態(tài)的顯示、操作以及相關(guān)歷史數(shù)據(jù)的查詢；

e、工程師站用于歷史數(shù)據(jù)的查詢與分析以及相關(guān)配置的修改。

1.2現(xiàn)有控制系統(tǒng)存在的問題

（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，數(shù)據(jù)交換路徑復(fù)雜環(huán)節(jié)較多，經(jīng)常出現(xiàn)通訊故障，導(dǎo)致系統(tǒng)監(jiān)控功能無法正常實(shí)現(xiàn)；

（2）設(shè)備的技術(shù)應(yīng)用水平較低，處理器的處理能力不足，經(jīng)常發(fā)生當(dāng)操作過多導(dǎo)致控制器死機(jī)的現(xiàn)象；

（3）故障率較高，冗余控制功能經(jīng)常失效；

（4）控制邏輯不透明，中方無法進(jìn)行深層次的修改維護(hù)；

（5）部分備件型號(hào)已經(jīng)停產(chǎn)，需要特別定制，維護(hù)成本高。

2、新控制系統(tǒng)的技術(shù)特性

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

針對(duì)原控制系統(tǒng)存在的問題，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)情況，提出新的方案要求如下：

1、采用可編程邏輯控制器PLC進(jìn)行就地控制系統(tǒng)的組態(tài)；

2、采用硬結(jié)點(diǎn)的方式從消防系統(tǒng)采集火警啟泵信號(hào)，減少與俄供系統(tǒng)的接口，提高系統(tǒng)的可維護(hù)性；

3、使用IFIX進(jìn)行上位機(jī)組態(tài)，解決原系統(tǒng)存在的操作繁瑣及容易出現(xiàn)誤操作等問題；

4、實(shí)現(xiàn)控制功能、通訊功能的冗余，提高系統(tǒng)的可靠性。

2.2供電方案

為了解決原系統(tǒng)供電不冗余現(xiàn)象，新控制系統(tǒng)的供電方案如下：

1.采用雙電源切換裝置，實(shí)現(xiàn)兩路供電母線電源的無擾切換。

2.采用兩路24V電源輸出，在電源出口用二極管進(jìn)行隔離，保證兩路電源的冗余備份功能。

采用此種供電方式，在實(shí)現(xiàn)控制柜供電冗余的同時(shí)，可以解決原泵房控制系統(tǒng)存在的就地測(cè)點(diǎn)電源不冗余的設(shè)計(jì)缺陷，徹底避免了因上游母線單路失電即造成泵房跳泵的現(xiàn)象。

2.3硬件方案

采用MODICON的Quantum系列PLC進(jìn)行就地控制系統(tǒng)的改造，可實(shí)現(xiàn)就地控制機(jī)柜的冗余配置及系統(tǒng)的熱備功能，主備用系統(tǒng)間可無擾切換。

雙機(jī)熱備技術(shù)具有相當(dāng)?shù)目煽啃裕渲饕攸c(diǎn)表現(xiàn)如下：

控制系統(tǒng)為冗余的雙CPU設(shè)計(jì)，運(yùn)行時(shí)一主一備，并通過高速光纜連接；

控制系統(tǒng)為冗余的雙通訊通道，通訊網(wǎng)絡(luò)采用Modbus TCP/IP協(xié)議，控制系統(tǒng)內(nèi)部采用RIO網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；

每個(gè)掃描周期均傳送數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息，確保雙CPU工作狀態(tài)的完全一致。

2.4網(wǎng)絡(luò)方案

方案中涉及到通訊方式包括：

1、采用硬結(jié)點(diǎn)的方式從CYE12采集火警啟泵信號(hào)；

2、使用以太網(wǎng)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)就地服務(wù)器與各個(gè)操作終端的通訊。

采用光纖環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)和CYE操作終端的通訊。傳統(tǒng)的直連光纖雖然滿足了快速的要求，可靠性也較高，但為了達(dá)到更高的可靠性，要求在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)至少能夠容納1個(gè)以上的斷點(diǎn)，因此本項(xiàng)目采用光纖環(huán)網(wǎng)的方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。

其中，網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)選用的是環(huán)系列光纖交換機(jī)。由4個(gè)交換機(jī)互相之間通過光纖連接構(gòu)成了一個(gè)光纖環(huán)網(wǎng)。環(huán)的兩邊相對(duì)獨(dú)立，正常工作時(shí)環(huán)的兩邊同時(shí)傳送數(shù)據(jù)，形成一種冗余的數(shù)據(jù)交換機(jī)制。為了協(xié)調(diào)這種冗余數(shù)據(jù)交換機(jī)制，當(dāng)主通信線路發(fā)生故障時(shí)，會(huì)自動(dòng)啟用備用通信線路，使通信不受影響，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。這種通信機(jī)制可以使每個(gè)光纖環(huán)網(wǎng)容納一個(gè)物理斷點(diǎn)而通信不受影響。

2.5上位機(jī)方案

上位機(jī)采用IFIX監(jiān)控軟件的服務(wù)器版和客戶端版。其數(shù)據(jù)庫可采用微軟公司的SQL Server，可通過其實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行記錄的詳細(xì)查詢：

兩臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器和五臺(tái)操作終端都通過RJ45接口接到冗余光纖交換機(jī)上，在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)交換數(shù)據(jù)。

現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器和各個(gè)操作終端之間為冗余的Server/Client結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器從冗余硬件控制器讀取數(shù)據(jù)，然后5臺(tái)操作終端通過讀取現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器的數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和操作。

2.6新的泵房改造方案的優(yōu)點(diǎn)

1、硬件設(shè)備比較先進(jìn)，采用了目前主流的QUANTUM系列的PLC進(jìn)行設(shè)備的硬件組態(tài)。

2、采用IFIX進(jìn)行上位機(jī)的畫面組態(tài)，顯示更加實(shí)時(shí)準(zhǔn)確。

3、采用光纖環(huán)網(wǎng)進(jìn)行通訊架構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)通訊通道的冗余設(shè)置，可以保證在出現(xiàn)單點(diǎn)故障時(shí)不會(huì)影響整體功能的實(shí)現(xiàn)。

4、在就地設(shè)置相互冗余的兩臺(tái)服務(wù)器，保證了上層設(shè)備的運(yùn)行可靠性。

5、實(shí)現(xiàn)與原消防系統(tǒng)采用硬結(jié)點(diǎn)的方式進(jìn)行火警信號(hào)的傳輸，解決了原控制柜與消防系統(tǒng)間通訊曾出現(xiàn)的通訊故障導(dǎo)致未能正常啟泵等問題。

6、提供了更加詳細(xì)的歷史記錄存儲(chǔ)，在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，提供更加詳細(xì)的故障診斷信息。

7、在操作員操作畫面上增加了一些運(yùn)行記錄的顯示，可以幫助操作員快速地定位當(dāng)前系統(tǒng)的故障點(diǎn)等。

8、整個(gè)控制系統(tǒng)由中方設(shè)計(jì)、調(diào)試，對(duì)于中方維護(hù)人員更加透明，便于系統(tǒng)的維護(hù)及優(yōu)化升級(jí)工作。

9、運(yùn)行維護(hù)成本將大為降低。

參考文獻(xiàn)

[1]《System programmer manual》

[2]《System Design File》 LYG-1-PD25-31-0CYE0000-EN-0001-E

[3]《MODICON 自動(dòng)化平臺(tái)》