三門核電AP1000項目水網集中監控系統經驗反饋

摘要：文章介紹了三門核電AP1000項目水網集中監控系統的結構與組成，總結了組網系統在設計、采購、調試過程中發生的問題以及需要注意的事項，提出了優化建議，以期幫助后續類似項目提前做好規劃，避免問題的重復發生以及進行可能的改進。

關鍵詞：水網集中監控系統；PLC；三門核電；AP1000項目；組網系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM623 文章編號：1009-2374（2015）17-0144-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.17.073

為了合理節省控制室建設投資以及運行人員的配置，三門核電AP1000項目在BOP范圍內設置了水網集中監控系統，聯接BOP子項中四個水處理系統的PLC控制網絡，并在除鹽水廠房內設置集中控制室，通過操作員完成對組網系統的集中監控。

1 水網介紹

1.1 組網范圍

三門核電AP1000水網集中監控網絡范圍包含一期除鹽水處理（DTS）、一期非放生產廢水處理（WWS）、一期循環水制氯/加氯（WIS）和二期海水淡化（WDS）控制系統，并為后期擴建的海水淡化（三期）、除鹽水處理（二、三期）、非放生產廢水處理（二、三期）和循環水制氯/加氯（二、三期）程控系統預留足夠的接口。這四個水系統從工藝與控制方式來說，存在如下四個特點：

1.1.1 重要性。需要隨時掌握各系統的運行狀況，以保證整個電廠的正常運行。各系統一旦出現問題必須及時處理，否則將影響全廠的安全經濟運行。

1.1.2 分散性。除鹽水處理、海淡、制氯和廢水系統分別布置在分期建設的廠房內，布置較為分散。詳見圖1所示（其中陰影部分為各個控制間所在位置），而且各系統進度計劃跨度較大。

1.1.3 關聯性。系統之間具有較強的工藝關聯性，例如海水淡化與除鹽水處理是相鄰的生產過程，海淡生產的水作為除鹽水處理的原水。

1.1.4 開關量控制為主。開關量控制占據著這四個系統控制的核心，大量的電動閥門、氣動閥/電磁閥、電動機等要受連鎖條件的邏輯控制。

1.2 控制方案

水網集控系統采用PLC+上位機的主流常規控制方式。設置必要的高可靠性的硬接線完成機組DCS與水處理PLC之間的信號交換。

水網集中監控平臺與除鹽水處理控制系統合用操作員站，相關機柜也安裝在除鹽水處理車間控制室內。設置三臺水處理車間集中監控操作員（其中1臺通過口令認證，兼作工程師站），采用兩臺互為冗余的工業級交換機作為連接PLC、上位機、服務器和集中監控網絡各子系統的設備。

WIS、WDS、WWS各自有獨立的就地操作員站（兼作工程師站），主要是供調試和維護使用，日常正常運行權限交至水網集控室。詳見圖2所示：

水網集中監控的核心網絡采用工業Ethernet網絡標準，雙網冗余設計，提高網絡可靠性，另外DTS、WDS、WWS采用雙機熱備CPU，進一步提高了應對故障的能力。

網絡拓撲結構采用星形拓撲。WIS、WDS、WWS通過各自的交換機（就地）連接到水網集控室的主交換機上，DTS直接連接到主交換機上。單系統的故障不會影響其他系統，后續二、三期系統接入網絡也十分方便。

2 經驗反饋

水網四個水系統中，所處階段各不相同。目前除鹽水處理系統已經移交生產、循環水制氯/加氯系統和非放射性廢水系統正在調試、海淡系統尚處于設計階段（二期

項目），下面分階段總結發生的問題并進行經驗反饋。

2.1 設計階段

2.1.1 網絡類型選擇。監控網絡可分為兩種類型：專用控制網絡和工業Ethernet網絡。兩類網絡，各有優缺點，相比較于專用控制網絡協議不開放、通用性不好的缺點，工業Ethernet網絡以其公開網絡、開放協議、通用性好、支持產品多、通訊速率高等特點，逐步被廣泛使用。因而，建議集中監控的核心網絡采用工業Ethernet網絡標準，使用光纖進行通訊，采用冗余網絡設計，增加可靠性。集中監控網絡是完全獨立的控制網絡，為安全考慮，若需與其他上層網絡連接時，必須通過網關及防火墻進行隔離。

2.1.2 拓撲結構選擇。網絡拓撲結構指的是網絡接點的地理分布和網絡互連關系上的幾何構形。常見的網絡拓撲結構主要有總線型拓撲、星型拓撲、環型拓撲以及混合型拓撲。

第一，總線形拓撲?？偩€形拓撲采用單根傳輸線作為介質，所有的網絡接點都通過相應的軟硬件接口直接連接到總線上。其優點是結構簡單、電纜長度短、易于布線及維護、易于擴充。缺點是總線的故障對系統是毀滅性的，而且故障診斷和隔離困難。

第二，星形拓撲。星形拓撲中的所有接點都連接到網絡的主交換機（中心站點），在星形結構的網絡中，單個接點的故障只影響一個接點，不會影響全網，因此容易檢測和隔離故障，系統擴展和重新配置網絡也十分方便。其主要缺點是：網絡對中心站點（網絡的主交換機）的可靠性和冗余度要求很高，一旦它發生故障，則全網不能工作。

第三，環形拓撲。在環形網絡中，所有接點被連接成封閉的環。在工程應用中，一般采用冗余以太網環，其主要優點是可靠性高。主要缺點是系統擴展不方便，網絡接點多時，信息傳輸效率較低，造成網絡的響應時間變長，且成本也較高。

第四，混合形拓撲。先形成子網（子系統中的PLC與就地操作員站之間的網絡），子網分別擁有一對冗余的網絡交換機，然后冗余的分支交換機再與冗余的主交換機通過光纜以環形方式集連，所有接點被連接成封閉的環。即整個網絡看似冗余星形網絡，但每一對冗余分支交換機與冗余主交換機之間形成了環網。其主要優點是可靠性高、子系統間實現了電隔離、引入了星形拓撲的優點，同時也減少了環網的接點，發揚了環形拓撲的優勢。其主要缺點是必須選擇具有抗網絡風暴能力的交換機。

綜上所述，如果網絡結構采用混合形拓撲結構，則既可以克服一般星形拓撲結構、環形拓撲的缺點，使網絡的可靠性、擴展性、穩定性可以大幅度提高，同時網絡性價比較好，因此建議較大規模系統集中監控的核心網絡拓撲采用混合形拓撲結構。

2.2 采購階段

2.2.1 PLC品牌選擇?；谝陨显O計方面的經驗反饋，建議采用支持工業Ethernet網絡和星形拓撲網絡結構并且應用業績突出的高端PLC產品，如施耐德的Quantum系列。

另外根據組網系統實際的I/O點數規模，盡可能選用相同型號的交換機和PLC設備，如CPU、I/O卡件、電源模塊、通訊模塊等，便于備品備件的統籌考慮和維護?；趯ο到y可靠性的考慮，建議采用熱備冗余設計，增加系統運行穩定性。

2.2.2 PLC組態軟件版本的統一。三門核電四個水系統程軟件和監控軟件情況統計如表1所示：

編程軟件Unity版本不一致會導致的問題。從表1可以看出，水網集控室操作員站上安裝的是4.0版本，各子系統安裝的是6.0、7.0版本?？紤]到Unity軟件向下兼容的特點，Unity4.0軟件無法打開Unity6.0、7.0編寫的邏輯程序。也就無法實現在水網集控室遠程對各子系統的邏輯進行查看或者修改的功能，只能到各個子系統的就地上位機上進行查看或者修改。

第二，監控軟件Citect版本不一致會導致的問題。由于Citect軟件向下兼容的特點，Citect7.1的軟件無法打開Citect7.2編寫的上位機畫面程序，從而影響MMI畫面的整合?？紤]到版本不一致存在的問題，決定將編程軟件Unity版本統一為7.0，監控軟件Citect版本統一為7.2，從而需要對已經移交生產的DTS系統進行軟件升級工作，共兩項內容：（1）DTS上位機上安裝的Unity4.0升級為Unity7.0；（2）DTS上位機上安裝的Citect7.1升級為Citect7.2。

軟件升級過程中需要小心謹慎，考慮周全。根據目前現場除鹽水處理系統（DTS）運行情況和工程實際進展情況，在現階段除鹽水需求還不是很緊張的情況下，可以采用離線的方式進行軟件版本的升級。這樣軟件升級的風險要小很多，截至目前，升級方案已批準，軟件正在采購，后續選擇合適的時間窗口，進行軟件升級工作。

基于以上分析，建議后續類似項目在前期就對組態軟件版本進行統一，在可能的情況下，版本統一為最新的版本，并提醒供貨商提前采購組態軟件，以免設備停產。

2.2.3 組態規范的統一。為保證水網系統操作及畫面的統一性，需要編制一份水網組態規范，以便各系統集成商按照統一要求進行編程與組態。

下面結合AP1000主控室畫面組態規范要求、三門核電水網組態規范以及實際編程組態過程中遇到的問題，總結一下較好的經驗反饋：

第一，變量命名。建議采用I/O點名前加TAG前綴的方式，并區分一、二、三期，如海淡系統屬于二期系統，泵1運行反饋信號為：HD2_MP01_ON，變量的中文注釋直接采用I/O清單中的點名描述。

另外針對程序中用到的中間變量，建議在變量名前加前綴M_，以便變量搜索和查看。

第二，變量地址的分配。應注意8通道模擬量卡件尋址要求為9個字，16通道模擬量卡件尋址要求為17個字，在變量地址分配時應避開這些非通道所占的地址，避免出錯。

第三，梯形圖。（1）PLC梯形圖應使用簡潔且充分的中文注釋，中文注釋中需包含設備編碼，便于日后維護；（2）PLC梯形圖中最好不使用純地址的中間變量，如%m11等，應先在變量編輯器中定義中間變量名，再在梯形圖中調用；（3）PLC梯形圖中設備的啟動邏輯中應串入常閉運行狀態反饋信號，避免設備運行時，中間繼電器長期帶電，影響設備使用壽命；（4）PLC梯形圖在進行模擬量儀表工程量程轉換時，應注意變量的數據類型，以免運算時丟掉小數點，同時需與儀表清單中的量程保持一致。

第四，統一設備狀態顏色。設備運行時：紅色；設備停止時：綠色；設備故障時：黃色；設備處于中間狀態或者開關過程中時：紅綠閃爍。

第五，MMI畫面中所有設備均應有編碼和中文名稱，并與設備數據庫保持一致。

第六，所有帶遠傳信號的儀表（包含模擬量儀表和開關類儀表）均應在MMI畫面上體現。

第七，設備操作畫面，應包含設備編碼和中文名稱，并且在設備啟動和停止時彈出確認窗口，避免誤操作。

2.3 調試階段

2.3.1 PLC機柜臨時電源準備。工藝系統調試一般分為掛牌和流程圖檢查、機械檢查、電氣檢查、儀控檢查、邏輯檢查、系統沖洗、電機空載、系統試運、性能試驗幾個階段，而儀控檢查、邏輯檢查需要PLC機柜、操作員站帶電，需等待電氣檢查完成，為加快調試進度，需要給PLC機柜、操作員站接臨時電源，以便與機械檢查和電氣檢查同步進行，在系統移交前就需要與建安承包商溝通臨時電源事宜，并提前準備相關流程和文件，以便系統移交后能馬上開始調試。

2.3.2 PLC機柜上電風險。

第一，熱電阻溫度儀表接線問題。WIS系統中采用是GF的溫度傳感器，自帶較長的電纜，在電纜槽中與送到PLC的信號電纜相連，建安商直接將兩端電纜（兩芯）剝去套管后各自焊接在一起，并用絕緣膠帶各自綁扎，由于焊絲比較鋒利，刺破了絕緣膠帶，導致兩芯導線直接接觸，造成短路，即送了0Ω到上位機，溫度一直顯示為0℃，而當時室溫有20多℃。針對這種情況，建議最好使用小型端子進行兩端電纜的連接或者在進行剝線時，兩根導線所剝絕緣層長度不一致，利用電纜本身的絕緣外皮來減少短路的風險。另外在做通道檢查時發現2塊施耐德模擬量卡件140ACI04000的部分通道有問題，經檢查確認，這部分通道與回路電流的對應關系較正?？s小了10倍，即正?？?-16000對應4～20mA，故障卡件0-16000對應0.4～2mA。雖然不能判斷該問題是否與上述溫度傳感器短路存在聯系，但為安全考慮，建議在模擬量（包括輸入和輸出）卡件回路中設計保險，以避免較大的短路電流燒壞卡件。

第二，操作員站接地。DTS系統在移交生產后，運行人員發現操作臺部分區域存在輕微觸電手麻現象，經測量，存在感應電壓70左右，經分析確認，發現操作員站未設計接地，而給操作員站供電的電源電纜的PE芯在操作員站側未接至接地排，電源分配柜側已接地，導致本應通過電源分配柜接地的操作員站實際沒有接地，在將電源電纜操作員站接地后，問題得到了解決。

由此建議最好給操作員臺設計單獨的直接接地點，在采用通過電源柜間接接地時要保證電源電纜的PE芯與操作員臺內的接地排相連。

3 結語

目前三門核電AP1000項目的水網集中監控系統尚處于各單系統運行、調試和設計階段，還未進入真正的水網四個系統組網聯調，后續還會碰到很多的問題，在解決問題的過程中積累經驗，并進行積極的反饋，以幫助后續類似項目提前做好整體的規劃，從源頭抓起，防范于未然。希望本文所列舉的經驗反饋，有助于其他項目的更好執行。

參考文獻

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[4] 顧軍.AP1000核電廠英漢常用技術詞匯與術語[M].北京：中國原子能出版社傳媒有限公司，2011.

作者簡介：林斌斌（1987-），男，浙江臺州人，中核集團三門核電有限公司助理工程師，研究方向：儀控系統調試。

（責任編輯：蔣建華）