中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆三回路計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)改造

，，　，張春，　，

(中國(guó)原子能科學(xué)研究院，北京　102413)

中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆(以下簡(jiǎn)稱“快堆”)是我國(guó)第一座快中子增殖反應(yīng)堆，其熱功率為65 MW，電功率為20 MW，采用鈉-鈉-水三回路設(shè)計(jì)?？於讶芈返闹鹘o水通過直流式蒸發(fā)器將二回路的熱量導(dǎo)出并產(chǎn)生蒸汽推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，從而將核能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?/p>

快堆三回路計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)三回路的工藝參數(shù)監(jiān)視、工藝設(shè)備動(dòng)作、保護(hù)、報(bào)警及數(shù)據(jù)記錄等工作，是一套SCADA系統(tǒng)。

1　設(shè)計(jì)改造背景

快堆三回路計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為下位硬件采用施耐德公司Modicon Quantum系列PLC完成數(shù)據(jù)采集和處理的任務(wù)，該系列PLC可支持熱備冗余以提高系統(tǒng)可靠性。系統(tǒng)內(nèi)共有兩組PLC，第一組有5個(gè)控制柜，第二組有3個(gè)控制柜，外部I/O點(diǎn)近千余。配套編程軟件為Concept 2.6。服務(wù)器為兩臺(tái)IBM塔式服務(wù)器，負(fù)責(zé)接收PLC傳來的數(shù)據(jù)并經(jīng)過處理供客戶端顯示及操作，將操作指令經(jīng)處理后傳輸?shù)絇LC完成設(shè)備動(dòng)作，此服務(wù)器同時(shí)還兼顧報(bào)警服務(wù)器、趨勢(shì)服務(wù)器及歷史數(shù)據(jù)記錄服務(wù)器的功能。6臺(tái)操作員站為研華工控機(jī)，操作員可在其上通過客戶端在線監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)以及對(duì)控制設(shè)備發(fā)送操作指令。上位組態(tài)軟件使用的是施耐德公司在200x年主推的Monitor Pro 7.2。歷史數(shù)據(jù)記錄軟件采用的是微軟公司的SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫(kù)軟件。

快堆運(yùn)研部網(wǎng)控組接收過三回路計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的維護(hù)工作后，收到了大量的維修任務(wù)單，其中較嚴(yán)重的運(yùn)行異?，F(xiàn)象主要有以下幾種。

1)操作員站死機(jī)，無法操作；

2)上位監(jiān)控界面中數(shù)據(jù)顯示異常(有時(shí)全部，有時(shí)部分)；

3)操作指令無法下發(fā)到設(shè)備；

4)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備誤動(dòng)作；

5)兩臺(tái)操作員站中監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)顯示不同；

6)部分測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)長(zhǎng)時(shí)間顯示與現(xiàn)場(chǎng)就地儀表顯示不一樣等。

三回路計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)幾乎已經(jīng)無法正常運(yùn)行。因在檢查中發(fā)現(xiàn)三回路計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中存在著大量的嚴(yán)重影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行及難以進(jìn)行后期維護(hù)的問題，需對(duì)三回路計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)及改造?？紤]到節(jié)省經(jīng)費(fèi)及時(shí)間的目的，三回路計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中目前可以利用的軟、硬件還需保留，即在必要的花費(fèi)基礎(chǔ)上使三回路計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定可靠的運(yùn)行要求，以保障快堆100%功率并網(wǎng)發(fā)電運(yùn)行的順利進(jìn)行。

2　需進(jìn)行設(shè)計(jì)改造的類項(xiàng)

經(jīng)過對(duì)運(yùn)行中出現(xiàn)的各種異常問題進(jìn)行仔細(xì)的分析，列出可能造成異常的各種原因，并逐一進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)排查，最終總結(jié)出快堆三回路計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)存在如下需要進(jìn)行設(shè)計(jì)改造的方面,并按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能進(jìn)行了分類。

2.1　控制柜中需進(jìn)行設(shè)計(jì)改造的部分

1)監(jiān)控系統(tǒng)上位監(jiān)控界面中出現(xiàn)部分?jǐn)?shù)據(jù)顯示不正常，部分設(shè)備動(dòng)作指令無法下達(dá)的異常情況。此類異常中大部分由同軸電纜通訊問題造成。同軸電纜起到連系PLC主站和各個(gè)遠(yuǎn)程分站的作用，主站和各個(gè)遠(yuǎn)程站之間的數(shù)據(jù)通訊都要經(jīng)過同軸電纜這條路徑。經(jīng)檢查，同軸電纜布置并非冗余結(jié)構(gòu)，并且同軸電纜接頭制作質(zhì)量也非常差，很多處接頭只需“輕輕一碰”，就會(huì)造成其聯(lián)系的RIO站與主站的數(shù)據(jù)傳輸失?。?/p>

2)還會(huì)出現(xiàn)異常情況如上1)中所述，現(xiàn)場(chǎng)控制柜檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)控制柜電源開關(guān)處在“Off”位，經(jīng)排除人為關(guān)閉可能后，分析為開關(guān)自動(dòng)掉落到“Off”位，為控制柜內(nèi)部供電設(shè)計(jì)不合理造成的問題，需對(duì)存在問題的控制柜內(nèi)部供電進(jìn)行改造；

3)一些同類型數(shù)據(jù)在上位顯示錯(cuò)誤，或者一些動(dòng)作指令無法下達(dá)。經(jīng)檢查，這些變量對(duì)應(yīng)在同一I/O模塊上，判斷為I/O模塊的問題；

4)第一組PLC熱備功能未啟動(dòng)；

5)部分測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)長(zhǎng)時(shí)間顯示與現(xiàn)場(chǎng)就地儀表顯示不一樣。在檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中模擬量采集均通過配電器供電及過濾信號(hào)后再將信號(hào)送到AI模塊。由于一些配電器出現(xiàn)問題或者已經(jīng)損壞，造成這些數(shù)據(jù)采集錯(cuò)誤；

6)針對(duì)比較高的柜內(nèi)設(shè)備故障率，判斷與控制柜外部供電僅采用正常電，快堆定期進(jìn)行切換電試驗(yàn)，造成控制柜經(jīng)常受到得電與失電的沖擊，從而降低了柜內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行壽命；

7)控制柜中還存在模塊布置隨意性較高，沒有規(guī)律，不便于在程序中對(duì)應(yīng)查找；柜內(nèi)線路混亂，一些沒有標(biāo)識(shí)的線路難以理清頭緒等，不便于后期維護(hù)工作進(jìn)行的情況。

2.2　PLC程序中存在的問題

1)部分控制程序算法不完善；

2)部分控制設(shè)備算法缺失；

3)程序編制不符合編制規(guī)范、標(biāo)識(shí)極不清楚、許多變量沒有注釋、大量使用直接地址、程序可讀性差等。

2.3　網(wǎng)絡(luò)布置存在的問題

整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)并非冗余結(jié)構(gòu)，任何一個(gè)斷點(diǎn)都將使得部分設(shè)備脫離監(jiān)控系統(tǒng)的大網(wǎng)絡(luò)。這無疑使得系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性降低了很多。改造前網(wǎng)絡(luò)布置情況如圖1所示。

圖1　改造前網(wǎng)絡(luò)布置圖Fig.1　Network layout before modification

2.4　上位硬件設(shè)備的問題

服務(wù)器硬件已經(jīng)老化，需更換新服務(wù)器。

三回路計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)原設(shè)計(jì)有6臺(tái)工控機(jī)作為操作員站，分配為主控室2臺(tái)、給水控制室1臺(tái)、汽機(jī)控制室3臺(tái)。運(yùn)行環(huán)境的“惡劣”和不當(dāng)?shù)谋ｐB(yǎng)，加之由于授權(quán)不足造成的操作員站經(jīng)常死機(jī)，減短了工控機(jī)的壽命。至改造前可以正常運(yùn)行的工控機(jī)只有2臺(tái)。

2.5　組態(tài)軟件及數(shù)據(jù)庫(kù)軟件存在的問題

2.5.1軟件授權(quán)方面的問題

操作員站在運(yùn)行時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)死機(jī)的問題，其原因?yàn)榻M態(tài)軟件授權(quán)不足，組態(tài)軟件的授權(quán)服務(wù)會(huì)不定期地掃描當(dāng)前運(yùn)行的客戶端，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有超出授權(quán)數(shù)目的客戶端在運(yùn)行時(shí)即會(huì)讓超出數(shù)目的客戶端“死機(jī)”。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)僅購(gòu)買了一套“2+1”授權(quán)，可支持2臺(tái)開發(fā)版和1臺(tái)運(yùn)行版同時(shí)在線運(yùn)行。

因施耐德公司停止對(duì)Monitor Pro 7.2進(jìn)行授權(quán)支持，已經(jīng)無法購(gòu)買到正式授權(quán)。

因此必須對(duì)三回路計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采取更換組態(tài)軟件，重新進(jìn)行組態(tài)開發(fā)的方式才能最終解決授權(quán)不足帶來的問題。

2.5.2其他方面的問題

1)重啟服務(wù)器會(huì)出現(xiàn)部分設(shè)備誤動(dòng)作的問題;

2)兩臺(tái)同時(shí)在運(yùn)行的客戶端，顯示的數(shù)據(jù)卻有所不同。經(jīng)檢查發(fā)生存在多個(gè)版本的工程項(xiàng)目，各個(gè)客戶端所指向不同版本的工程項(xiàng)目;

3)監(jiān)控界面標(biāo)識(shí)不清，易產(chǎn)生錯(cuò)誤判斷;

4)使用年限定位到2012年對(duì)軟件Configuration中增加變量和增加歷史記錄都無法完成;

5)在檢查歷史數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)發(fā)現(xiàn)大部分?jǐn)?shù)據(jù)沒有進(jìn)入歷史數(shù)據(jù)庫(kù)。

3　設(shè)計(jì)思路

設(shè)計(jì)都是本著三回路計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)正常功能、達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)，以保障快堆100%功率并網(wǎng)發(fā)電運(yùn)行的順利進(jìn)行的目的進(jìn)行的。每一個(gè)采購(gòu)項(xiàng)目都是“必須”的，并且現(xiàn)在的設(shè)計(jì)在滿足此次改造的目的的同時(shí)，都是要在今后三回路計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)并入核島計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的改造中能夠繼續(xù)被使用的。

3.1　控制柜改造設(shè)計(jì)

針對(duì)控制柜中需改造的項(xiàng)目，主要分為柜內(nèi)模塊、同軸電纜布置及供電改造三部分。

3.1.1模塊布置設(shè)計(jì)及模塊故障解決思路

盡量避免對(duì)模塊進(jìn)行遠(yuǎn)距離的位置移動(dòng)，較近距離的位置移動(dòng)不需重新接線，只需對(duì)模塊上某些撥塊旋鈕進(jìn)行設(shè)置。

對(duì)需要進(jìn)行采購(gòu)的模塊，可根據(jù)現(xiàn)有模塊類型，并考慮到可否與CPU兼容，及采購(gòu)后可同時(shí)作為核島計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)備品的因素，來進(jìn)行需更換模塊的型號(hào)選擇。這樣可以節(jié)省采購(gòu)費(fèi)用，降低后期維護(hù)成本。

針對(duì)后來發(fā)現(xiàn)的部分配電器故障損壞問題，可以考慮采購(gòu)更換新配電器。

模塊布置結(jié)束后，應(yīng)根據(jù)最新的布置出版《控制柜內(nèi)部設(shè)備布置圖》。

3.1.2同軸電纜布置設(shè)計(jì)

同軸電纜的布置要充分的考慮冗余的要求，以提高系統(tǒng)可靠性。采用如圖2所示的布置原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖2　PLC雙機(jī)熱備冗余接線結(jié)構(gòu)圖Fig.2　Dual-computer hot standby redundancy PLC wiring

完成設(shè)計(jì)，繪制并出版《控制柜同軸電纜布置圖》。

3.1.3供電改造設(shè)計(jì)

針對(duì)控制柜外部供電，應(yīng)采用正常供電和應(yīng)急供電共存的冗余供電方式。因三回路監(jiān)控系統(tǒng)并未接入快堆應(yīng)急供電系統(tǒng)中，采用一路供電為正常供電，一路供電為UPS供電。

針對(duì)控制柜內(nèi)部供電，主要考慮柜內(nèi)供電開關(guān)的選取是否合適，針對(duì)每個(gè)柜子分別進(jìn)行供電負(fù)荷計(jì)算，對(duì)不適合的供電開關(guān)進(jìn)行更換。

3.2　PLC程序

首先針對(duì)模塊的類型及模塊位置的變動(dòng)，需使用Concept軟件對(duì)PLC進(jìn)行相應(yīng)的配置。

對(duì)大量存在的沒有注釋的變量，首先應(yīng)對(duì)每一個(gè)輸入輸出點(diǎn)進(jìn)行設(shè)備到控制柜端子的檢查核實(shí)，并出版《輸入輸出清單》。對(duì)PLC變量聲明中未注釋的變量增加變量注釋，便于后續(xù)相關(guān)工作能夠順利進(jìn)行。

針對(duì)完成不同功能的各段程序應(yīng)根據(jù)各個(gè)控制設(shè)備的技術(shù)規(guī)格書中對(duì)控制的要求進(jìn)行相應(yīng)分析，對(duì)未達(dá)到控制要求的程序需進(jìn)行重新設(shè)計(jì)及開發(fā)，對(duì)各段程序需進(jìn)行必要的注釋，完成程序“文檔化”。

3.3　網(wǎng)絡(luò)

針對(duì)1個(gè)斷點(diǎn)都無法承受的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，需對(duì)其進(jìn)行冗余結(jié)構(gòu)改造。為了達(dá)到較高的網(wǎng)絡(luò)可靠性和網(wǎng)絡(luò)訪問速度，擬將網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)改造成冗余光纖雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。冗余光纖雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)可同時(shí)允許3個(gè)斷點(diǎn)出現(xiàn)而不影響網(wǎng)絡(luò)通訊。還應(yīng)考慮三回路計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)并入核島計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的未來改造方向。因此需考慮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的兼容性和預(yù)留網(wǎng)絡(luò)接口及其兼容性。

每一個(gè)環(huán)網(wǎng)由等數(shù)量同型號(hào)的交換機(jī)通過光纖連接構(gòu)成。系統(tǒng)中的接入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都安裝有雙網(wǎng)卡，分別連入兩條環(huán)網(wǎng)內(nèi)。兩條環(huán)網(wǎng)為冗余機(jī)制運(yùn)行。布置思路如圖3所示。

圖3　冗余光纖雙環(huán)網(wǎng)布置圖Fig.3　Redundant optical fiber double loop network layout

3.4　上位硬件

在服務(wù)器及工控機(jī)安裝好操作系統(tǒng)后，需對(duì)其進(jìn)行72 h烤機(jī)測(cè)試，主要測(cè)試其CPU、內(nèi)存及硬盤的連續(xù)高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下的穩(wěn)定性。通過烤機(jī)測(cè)試的主機(jī)可以繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)工作。

3.4.1服務(wù)器

考慮到服務(wù)器的狀態(tài)需對(duì)服務(wù)器進(jìn)行更換。因授權(quán)問題帶來的限制，需在新服務(wù)器上安裝新組態(tài)軟件，并且在新監(jiān)控界面沒有正式開發(fā)調(diào)試完畢前，老服務(wù)器還將繼續(xù)使用，以使操作員仍可通過老監(jiān)控界面對(duì)三回路進(jìn)行監(jiān)控。

在完全更換新服務(wù)器前，還需1臺(tái)臨時(shí)授權(quán)服務(wù)器，考慮到該服務(wù)器還有可能短時(shí)間作為I/O服務(wù)器使用，因此可將1臺(tái)新采購(gòu)的雙核工控機(jī)作為臨時(shí)授權(quán)服務(wù)器。

為支持網(wǎng)絡(luò)冗余結(jié)構(gòu)，新采購(gòu)的服務(wù)器需安裝有4口網(wǎng)卡。

3.4.2工控機(jī)

對(duì)三回路計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的工控機(jī)作如下布置：主控室2臺(tái)，作為操作員站；三回路給水控制室1臺(tái)，作為監(jiān)視站；汽機(jī)控制室1～2臺(tái)作為監(jiān)視站；核島計(jì)算機(jī)房1臺(tái)作為工程師站，完成PLC配置、編程及輔助監(jiān)視和上位組態(tài)開發(fā)維護(hù)的功能。

3.5　組態(tài)軟件

3.5.1更換期間老組態(tài)軟件問題臨時(shí)解決辦法

因更換新組態(tài)軟件要存在幾個(gè)月的組態(tài)開發(fā)階段，在這期間老的組態(tài)軟件還需繼續(xù)承擔(dān)運(yùn)行任務(wù)，因此要對(duì)其存在的問題采取盡量必要的方式解決，以保證更換期間三回路計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能夠承擔(dān)起正常的監(jiān)控任務(wù)。

1)針對(duì)授權(quán)不足的問題，可以考慮添加臨時(shí)授權(quán)的方式暫時(shí)渡過更換階段；

2)進(jìn)行配置更改，解決死機(jī)等情況發(fā)生后重啟服務(wù)器工程造成的設(shè)備誤動(dòng)作問題；

3)針對(duì)不同客戶端顯示界面有所不同情況，進(jìn)行工程項(xiàng)目版本統(tǒng)一；

4)針對(duì)監(jiān)控界面標(biāo)識(shí)不清，易產(chǎn)生錯(cuò)誤判斷的問題，對(duì)問題嚴(yán)重的進(jìn)行更改，其他因時(shí)間問題，可暫時(shí)繼續(xù)使用直至更換新組態(tài)界面。

3.5.2新組態(tài)軟件選取及組態(tài)開發(fā)

在選擇要更換的新組態(tài)軟件時(shí)應(yīng)首先考慮兼容性這個(gè)“門檻”，所選擇的組態(tài)軟件必須能夠同Quantum PLC兼容，施耐德公司的PLC采用的是Modbus通訊協(xié)議，選擇的組態(tài)軟件要完美的支持該協(xié)議。組態(tài)軟件邁過門檻后首先要考慮的是其運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性。

在經(jīng)過調(diào)研對(duì)比后選擇出兩、三款組態(tài)軟件對(duì)其進(jìn)行試用。通過對(duì)比綜合考慮，主要考慮軟件易開發(fā)性、開發(fā)后界面美觀程度、運(yùn)行速度、安全性及性價(jià)比。最好將其應(yīng)用于小型監(jiān)控系統(tǒng)中，以考驗(yàn)其穩(wěn)定性。

在最終選擇好1款組態(tài)軟件后即可將該款組態(tài)軟件安裝在開發(fā)機(jī)上進(jìn)行開發(fā)?？梢杂?、3臺(tái)開發(fā)機(jī)同時(shí)進(jìn)行組態(tài)開發(fā)，以加快工程開發(fā)進(jìn)度，但需有1臺(tái)為主開發(fā)機(jī)。對(duì)于工程的配置等需在這臺(tái)主開發(fā)機(jī)上進(jìn)行，其他監(jiān)控界面可以在各臺(tái)開發(fā)機(jī)上同時(shí)進(jìn)行組態(tài)開發(fā)，最終匯總到主開發(fā)機(jī)上。

3.6　數(shù)據(jù)庫(kù)軟件

三回路計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)考慮放棄針對(duì)存貯監(jiān)控系統(tǒng)中不斷更新、快速變化的數(shù)據(jù)而帶來的存貯空間占用量巨大，數(shù)據(jù)調(diào)用緩慢等已然影響監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的SQL Server，而采用實(shí)時(shí)工業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件來進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析調(diào)用。

4　改造步驟

在設(shè)計(jì)思路明確后，即可開始設(shè)計(jì)文件出版及系統(tǒng)改造工作。改造工作需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行，盡量不影響現(xiàn)場(chǎng)的正常運(yùn)行任務(wù)。因此還需合理的制定工程進(jìn)度。

4.1　文件出版

首先進(jìn)行設(shè)計(jì)及文件出版工作，使工作能夠按照設(shè)計(jì)文件進(jìn)行。

第一本編制出版的設(shè)計(jì)文件是《三回路計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造方案》。文件內(nèi)容主要包括了設(shè)計(jì)改造分項(xiàng)，各個(gè)項(xiàng)目的改造目標(biāo)、改造步驟，進(jìn)度計(jì)劃和項(xiàng)目預(yù)算等。

編制了《三回路計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)控制柜同軸電纜布置圖》《三回路計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)布置圖》。

由于快堆運(yùn)行計(jì)劃的要求，又將改造工作劃分為兩個(gè)階段，出版了《中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆三回路計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可靠性改造方案》。

對(duì)I/O點(diǎn)進(jìn)行逐點(diǎn)檢查，并編制《三回路計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)輸入輸出清單》。

4.2　模塊布置及故障解決

對(duì)模塊位置進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮侠砀鼡Q。對(duì)于故障I/O模塊及底板等進(jìn)行更換。針對(duì)配電器大量出現(xiàn)故障的問題，采取采購(gòu)新配電器進(jìn)行更換的方式來解決。所有的變動(dòng)后都進(jìn)行測(cè)試。

4.3　同軸電纜布置

1)同軸電纜敷設(shè)；

2)同軸電纜TAP頭制作；

3)連接模塊及分支(離)器；

4)狀態(tài)檢查。

4.4　網(wǎng)絡(luò)布置

網(wǎng)線全部進(jìn)行重新采購(gòu)。距離長(zhǎng)的網(wǎng)線采用超五類網(wǎng)線，短距離的采用彩色五類雙絞線。交換機(jī)等仍使用原系統(tǒng)中的硬件。

根據(jù)《三回路計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)布置圖》進(jìn)行網(wǎng)線敷設(shè)、交換機(jī)及光纖布置。網(wǎng)線敷設(shè)前兩端均加標(biāo)識(shí)，敷設(shè)好后進(jìn)行水晶頭壓制使用網(wǎng)線通斷測(cè)試裝置對(duì)網(wǎng)線質(zhì)量進(jìn)行逐根測(cè)試。兩個(gè)環(huán)網(wǎng)分別使用紅色和黃色兩種顏色的網(wǎng)線以便于以后的維護(hù)工作。

對(duì)交換機(jī)進(jìn)行設(shè)置，分別在兩個(gè)環(huán)網(wǎng)中設(shè)置RM管理機(jī)，并設(shè)置Stand-by交換機(jī)，兩個(gè)環(huán)網(wǎng)的連接網(wǎng)線使用綠色以區(qū)分另兩種顏色。

完成布置后對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀況進(jìn)行測(cè)試。

4.5　其他硬件設(shè)備

首先對(duì)新采購(gòu)的服務(wù)器和工控機(jī)使用JAM Software 公司的烤機(jī)測(cè)試軟件HeavyLoad 3.2進(jìn)行烤機(jī)測(cè)試，測(cè)試內(nèi)容包括CPU、內(nèi)存及硬盤，時(shí)間為72 h。通過測(cè)試后再進(jìn)行配置及軟件安裝等工作。

4.5.1服務(wù)器

對(duì)新采購(gòu)的服務(wù)器進(jìn)行相關(guān)配置工作安裝操作系統(tǒng)Windows Server及其他所需軟件。

4.5.2工控機(jī)

針對(duì)兩臺(tái)已經(jīng)無法啟動(dòng)的工控機(jī)內(nèi)硬件，進(jìn)行重新組合，最終重組出了1臺(tái)可以運(yùn)行的工控機(jī)。

安裝Windows XP操作系統(tǒng)，并進(jìn)行相關(guān)配置后，安裝Monitor Pro客戶端軟件。在安裝時(shí)未見異常，但當(dāng)啟動(dòng)客戶端后，會(huì)不斷彈出錯(cuò)誤提示。經(jīng)分析原因?yàn)镸onitor Pro 7.2不能夠完美兼容Windows XP操作系統(tǒng)。

考慮到這一新面臨的問題，只有在更換新組態(tài)軟件后才能徹底解決，因此只能進(jìn)行重新調(diào)整分工。將原來可以正常運(yùn)行的兩臺(tái)工控機(jī)放置在主控室作為操作員站；將重組后可以運(yùn)行的工控機(jī)放置在汽機(jī)控制室作為監(jiān)視機(jī)，供三回路各個(gè)相關(guān)專業(yè)組維護(hù)人員監(jiān)視數(shù)據(jù)使用，以方便三回路設(shè)備維護(hù)；暫時(shí)取消給水控制間操作員站；仍然使用新工控機(jī)作為工程師站，但老組態(tài)軟件的組態(tài)開發(fā)功能暫由老服務(wù)器完成。

使用1臺(tái)新工控機(jī)作為臨時(shí)授權(quán)服務(wù)器。安裝Windows XP操作系統(tǒng)。安裝后授權(quán)服務(wù)運(yùn)行正常，但在試圖增加I/O服務(wù)時(shí)失敗，判斷仍為組態(tài)軟件與操作系統(tǒng)不能完美兼容所致。于是將1臺(tái)經(jīng)常自動(dòng)重啟的老工控機(jī)進(jìn)行了內(nèi)部硬件維修，維修后可正常運(yùn)行，使用這臺(tái)安裝Windows 2000操作系統(tǒng)的工控機(jī)安裝SQL Server2000和組態(tài)軟件服務(wù)器端及進(jìn)行相應(yīng)配置，之后啟動(dòng)I/O服務(wù)成功。于是將這臺(tái)老工控機(jī)作為臨時(shí)備用I/O服務(wù)器。

4.5.3UPS

采購(gòu)UPS。放置在控制設(shè)備間內(nèi)，對(duì)控制柜1路采用UPS供電。

4.6　PLC程序開發(fā)

針對(duì)PLC程序的相關(guān)操作都需在工程師站上通過Concept進(jìn)行，并且在進(jìn)行程序修改后，都要另存為新的版本，并在工作記錄中記錄好新版本名稱、修改日期及修改內(nèi)容。

每次修改后都盡量避開現(xiàn)場(chǎng)有設(shè)備動(dòng)作要求的時(shí)間，盡量選擇現(xiàn)場(chǎng)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)需求最小的時(shí)間進(jìn)行程序的下裝。對(duì)配置進(jìn)行修改后下裝監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，以防程序下裝時(shí)出現(xiàn)設(shè)備誤動(dòng)作，一旦出現(xiàn)設(shè)備誤動(dòng)作，現(xiàn)場(chǎng)人員需立即將設(shè)備轉(zhuǎn)到就地操作狀態(tài)并進(jìn)行正確操作。

4.6.1總體配置

首先針對(duì)模塊布置的實(shí)際情況進(jìn)行PLC的相關(guān)配置，并下裝到對(duì)應(yīng)PLC內(nèi)。

4.6.2變量增加注釋

根據(jù)《輸入輸出清單》，調(diào)取“變量聲明表”，在表中對(duì)變量增加注釋。

4.6.3新程序開發(fā)

針對(duì)設(shè)備技術(shù)規(guī)格書中有控制要求但PLC程序中沒有實(shí)現(xiàn)的，進(jìn)行程序設(shè)計(jì)開發(fā)工作。

如三回路給水調(diào)節(jié)，就制作了全新的自控控制程序。

4.6.4老程序功能完善

對(duì)三回路的PLC程序中部分控制程序算法不完善的程序進(jìn)行修改或重新設(shè)計(jì)及編程，使之能夠真正滿足技術(shù)規(guī)格書中對(duì)設(shè)備的控制要求。

4.6.5取消直接地址及增加程序注釋

4.7　組態(tài)軟件

對(duì)老組態(tài)軟件進(jìn)行配置，解決重啟工程后設(shè)備誤動(dòng)作問題。修改部分控制面板及系統(tǒng)界面中極易產(chǎn)生錯(cuò)誤判斷的圖形。

因在制作給水調(diào)節(jié)控制面板(見圖4)時(shí)發(fā)現(xiàn)Monitor Pro Configuration中無法增加變量的新問題。針對(duì)給水調(diào)節(jié)程序控制必須要使用的變量盡量在Configuration中尋找原來定義過但沒有使用的變量來進(jìn)行替代。最終制作的給水調(diào)節(jié)控制面板制作了手動(dòng)及自動(dòng)控制，重要可改變參數(shù)的輸入設(shè)置，重要參數(shù)顯示、調(diào)節(jié)閥開度設(shè)定輸出與閥位反饋圖形化對(duì)比顯示；手動(dòng)輸入調(diào)節(jié)閥開度，輸入框中開度值在自動(dòng)狀態(tài)時(shí)跟隨調(diào)節(jié)閥實(shí)際開度變化，切換到手動(dòng)瞬間可以實(shí)現(xiàn)在當(dāng)前實(shí)際開度基礎(chǔ)上進(jìn)行微調(diào)或輸入開度目標(biāo)值等功能。

圖4　效果圖Fig.4　Effect diagram

4.8　數(shù)據(jù)庫(kù)軟件

安裝歷史數(shù)據(jù)庫(kù)軟件。通過對(duì)組態(tài)軟件歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分進(jìn)行配置，自動(dòng)生成歷史數(shù)據(jù)記錄。

5　改造成果

改造由于工程進(jìn)度及經(jīng)費(fèi)等原因分為兩個(gè)階段進(jìn)行。第一階段為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可靠性改造，改造主要包括監(jiān)控系統(tǒng)下位硬件部分、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、上位硬件、部分下位PLC程序相關(guān)及部分上位老組態(tài)軟件相關(guān)改造。通過第一階段改造順利完成了同軸電纜布置改造、模塊布置改造、控制柜供電改造、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)改造、上位硬件改造及上下位軟件的部分急需改造工作。第一階段改造的全面完成，使得原來已經(jīng)處于癱瘓狀態(tài)的三回路計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)重新具備了應(yīng)有的系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)及設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視功能和設(shè)備控制功能，通過模塊布置改造、同軸電纜布置改造及相關(guān)的PLC配置，最終達(dá)到了PLC雙機(jī)熱備冗余；通過網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)改造將系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)改造成了冗余光纖雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并可兼容核島監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架；通過配置臨時(shí)授權(quán)服務(wù)器等工作，使得在更換新組態(tài)軟件期間，監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行得到了保障。

設(shè)計(jì)改造中充分考慮了三回路計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)并入核島計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)接口，這為以后的全廠級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)改造奠定了良好的基礎(chǔ)。

設(shè)計(jì)改造全部由快堆內(nèi)部的技術(shù)力量完成，這為快堆節(jié)省了至少幾十萬元的開發(fā)費(fèi)用，同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)又盡量考慮使用原有硬件設(shè)備，這也節(jié)省了幾十萬元的設(shè)備采購(gòu)費(fèi)用。此外，為今后的示范快堆設(shè)計(jì)建造及快堆的橫向科研鍛煉了一支經(jīng)驗(yàn)豐富的人才隊(duì)伍。

6　結(jié)論

通過對(duì)三回路計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造工作，使得系統(tǒng)從癱瘓狀態(tài)達(dá)到了穩(wěn)定可靠的運(yùn)行狀態(tài)，使監(jiān)控系統(tǒng)的各方面性能都得到了綜合的提高。

1)對(duì)PLC模塊及同軸電纜布置的重新設(shè)計(jì)改造，最終實(shí)現(xiàn)了PLC雙機(jī)熱備冗余機(jī)制，使PLC的運(yùn)行可靠性得到了質(zhì)的提高；

2)對(duì)控制柜的冗余供電改造在提高系統(tǒng)可靠性的同時(shí)還減少了因斷電或切換電對(duì)設(shè)備造成的減短運(yùn)行壽命的影響，從而降低了后期維護(hù)成本；

3)對(duì)PLC程序文檔化改造，極大的提高了后期維護(hù)以及相關(guān)開發(fā)工作的工作效率；

4)冗余光纖雙環(huán)網(wǎng)技術(shù)的成功運(yùn)用，使系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊可靠性較改造前獲得了本質(zhì)的提高。改造預(yù)留了設(shè)計(jì)接口，為以后的全廠級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)改造奠定了良好的基礎(chǔ)；

5)通過配置臨時(shí)授權(quán)服務(wù)器等工作，使得在更換新組態(tài)軟件期間，監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行得到了保障；

6)通過對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)上位進(jìn)行更換服務(wù)器、工控機(jī)，使用新組態(tài)軟件重新進(jìn)行組態(tài)開發(fā)以及更換歷史數(shù)據(jù)庫(kù)軟件等監(jiān)控系統(tǒng)上位改造工作，使監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面煥然一新，原來死機(jī)及響應(yīng)緩慢等現(xiàn)象都得到了解決；

7)運(yùn)行數(shù)據(jù)的歷史記錄功能的完善，為快堆運(yùn)行研究及示范快堆的設(shè)計(jì)都提供了重要的數(shù)據(jù)依據(jù)。

這次對(duì)三回路計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行的設(shè)計(jì)改造為快堆順利100%功率并網(wǎng)發(fā)電提供了有力的技術(shù)保障。

致謝

這次系統(tǒng)可靠性改造歷時(shí)時(shí)間短，工作量較大，且現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況與資料不符，在此感謝每一位在現(xiàn)場(chǎng)摸排和實(shí)施的技術(shù)人員。同時(shí)感謝專家們對(duì)技術(shù)決策的指導(dǎo)。