S7－400PLC在核化工廢液處理系統(tǒng)中的應用

張劍輝，曹迎鋒

（中核控制系統(tǒng)工程有限公司，北京 100176）

核設施在運行過程中會產(chǎn)生大量的放射性廢液，必須對這些放射性廢液進行有效的管理，以確保人類生存環(huán)境的安全和可持續(xù)發(fā)展。筆者以國內某核化工廠放射性廢液處理系統(tǒng)為例，通過PLC和上位機軟件全程監(jiān)控各子系統(tǒng)的流量溫度、液位、壓力等測點的實時數(shù)據(jù)，完成對閥門、泵體等設備的開關和調節(jié)控制，從而實現(xiàn)整套廢液處理工藝的功能需求。該PLC控制系統(tǒng)具有可靠性高、控制性能優(yōu)越、管理集中等優(yōu)點。

1 系統(tǒng)概述

系統(tǒng)要求現(xiàn)場儀表模擬量、開關量信號都送至PLC中，在上位機上實現(xiàn)工業(yè)參數(shù)的顯示，聲光報警器信息在上位機上實現(xiàn)，不單獨設置報警裝置，調節(jié)系統(tǒng)及信號的聯(lián)鎖功能也由PLC實現(xiàn)。系統(tǒng)在控制室實現(xiàn)遠程手動開關控制氣動截止閥，這些截止閥通過電磁閥箱中的電磁閥控制，閥位反饋信號通過電磁閥箱的端子，集中送到PLC控制系統(tǒng)的開關量輸入模塊中，在上位機上可監(jiān)視閥門的開關狀態(tài)。

2 系統(tǒng)結構

系統(tǒng)上位機配置1臺工程師站和2臺操作員站，下位機采用西門子ST－400系列CPU與分布式IO模塊ET200M?，F(xiàn)場儀表信號及開關量信號送至PLC中，在上位機上實現(xiàn)工業(yè)參數(shù)的顯示、聲光報警信息以及調節(jié)系統(tǒng)及信號的聯(lián)鎖功能。系統(tǒng)在控制室實現(xiàn)遠程手動開關控制氣動截止閥共234個，這些截止閥通過電磁閥箱中的電磁閥控制，閥位反饋信號通過電磁閥箱的端子，集中送到PLC控制系統(tǒng)的開關量輸入模塊中，在上位機上可監(jiān)視閥門的開關狀態(tài)。

系統(tǒng)結構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結構圖

系統(tǒng)一層網(wǎng)絡采用PROFIBUS－DP現(xiàn)場總線構建。采用單主站系統(tǒng)的主從結構?？刂剖覂鹊腜ROFIBUS主站為ST－400系列CPU，安裝于控制室機柜1KP內，19個DP從站為ET200M分布式I／O站，配有源總線底板，可實現(xiàn)IO模塊的帶電熱插拔，分別安裝于機柜1KP～6KP內。主從站采用PROFIBUS－DP專用電纜連接。1KP～4KP位于控制間內，5KP和6KP位于儀修間內。

系統(tǒng)二層網(wǎng)絡采用以太網(wǎng)方式進行通訊，在工程師站和操作員站上安裝有西門子公司的以太網(wǎng)通訊模塊CP1613，CPU機架上配置CP443－1以太網(wǎng)通訊模塊，通過交換機與PLC之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

3 軟件設計

下位機編程采用西門子Step7V5.4軟件，系統(tǒng)的PLC硬件組態(tài)配置如下圖2所示。

圖2 PLC硬件組態(tài)配置

上位機組態(tài)采用西門子WinCC7.0軟件，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、畫面顯示、設備控制（包括閥門、泵等）、參數(shù)處理、超限報警、歷史數(shù)據(jù)記錄等功能。由于系統(tǒng)通訊數(shù)據(jù)量比較大，為降低CPU負荷，沒有采用3臺上位機同時讀取CPU數(shù)據(jù)信息的方式，而是選擇了1臺工程師站讀取CPU數(shù)據(jù)，而2臺操作員站從工程師站上的數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù)的方式。系統(tǒng)的監(jiān)控畫面如圖3所示。

圖3 監(jiān)控畫面

監(jiān)控畫面中的氣動閥可實現(xiàn)手動／自動的開關閥動作。氣動閥在關到位狀態(tài)時，圖標顯示紅色，在開到位狀態(tài)時則為綠色，當氣動閥發(fā)生故障時，兩個三角形顯示一紅一綠，結合氣動閥蘑菇頭的顏色即可判斷故障點。比如：出現(xiàn)圖標時，表示閥門開到位信號故障；出現(xiàn)圖標時，表示閥門關到位信號故障。當圖標上出現(xiàn)白色方框，表示閥門處于手動控制狀態(tài)。

點擊閥門圖標會彈出操作面板，如圖4所示。當閥門正常開關時，閥門狀態(tài)顯示閥門全開或閥門全關；當出現(xiàn)故障時，顯示開閥故障、關閥故障、反饋異常等情況。當故障處理完畢后，故障信號自動消除，也可通過點擊“故障復位”按鈕來消除故障信號。如閥門需聯(lián)鎖控制，點擊“自動”按鈕即可。

圖4 閥門操作面板

4 系統(tǒng)特點

整個系統(tǒng)具有以下幾個功能特點：

（1）界面友好、美觀，操作簡單方便，便于操作人員維護和使用。

（2）采用智能化模板，實現(xiàn)系統(tǒng)到模板級的自診斷。機柜內的模塊能夠帶電在線插拔和更換而不損壞，且不影響其他模塊正常工作。故障時可以進行帶電插拔維修，以降低系統(tǒng)平均修復時間。

（3）工程師站與操作員站分開設置，允許維護人員在工程師站上對程序、組態(tài)進行修改和下裝，而不影響操作人員對系統(tǒng)的監(jiān)視與控制。

（4）數(shù)據(jù)實時顯示與記錄：系統(tǒng)中可靈活設置數(shù)據(jù)刷新周期，可以根據(jù)要求實時顯示監(jiān)控數(shù)據(jù)，需要記錄的重要數(shù)據(jù)可以進行實時曲線跟蹤與保存，方便操作人員進行在線曲線分析，以及歷史數(shù)據(jù)查詢。

（5）離線分析：在工程師站上，可以通過讀取數(shù)據(jù)庫中信息，對相關數(shù)據(jù)進行顯示、處理和分析或保存到永久記錄介質。

（6）故障報警：根據(jù)設定的觸發(fā)條件，如開關變位，信號超量程，或是多個條件的組合，在觸發(fā)后啟動故障報警，并記錄報警時刻、位置及原因等。

（7）用戶權限認證：提供多級用戶權限，可以對任何一個操作（包括切換畫面和按鍵屏蔽）指定最低權限，以加強系統(tǒng)管理和操作的安全性能。

5 結束語

綜上所述，西門子ST－400系列PLC能夠滿足復雜的核化工廢液處理系統(tǒng)的自動化控制要求，具有較快的計算和響應速度，帶電熱插拔功能使得系統(tǒng)維護更便捷。本套控制系統(tǒng)現(xiàn)自2013年8月系統(tǒng)自動運行以來，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，極大地節(jié)省了人力，降低了運行操作人員的勞動強度，達到了設計的要求。

［1］ 裴永清，李建民，李慕潔，董國軍.基于S7－300的污水處理自控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［J］.工業(yè)儀表與自動化裝置，2008，（3）：57－59.

［2］ 姜建芳.西門子S7－300／400PLC工程應用技術［M］.機械工業(yè)出版社，2012.

［3］ 張銀生，陳宗明，戴繼偉.中、低水平放射性廢水的處理［J］.上海環(huán)境科學，1992，（5）：38－39.

［4］ 魏俊明，等.秦山第三核電廠放射性廢液處理系統(tǒng)性能改進［J］.核動力工程，2007，（5）：91－94.