三门核电水处理系统集中监控方案分析

摘要：辅助系统集中控制是目前电厂辅助系统设计的主流方向。文章立足于三门核电水处理集中控制系统，简单介绍了其涉及范围、控制理念、设计原则，分析了其网络、拓扑结构选型，并提出了集中控制方案实施中应该注意的问题，对即将实施类似辅助系统集中监控的发电厂有一定借鉴意义。

关键词：水处理系统；集中监控；网络；拓扑结构；辅助系统设计

中图分类号：TK323 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）19-0027-03

电厂的自动化水平不仅体现在主系统的控制方式，辅助系统的自动控制方式也是电厂自动化水平的重要体现。当前大部分电站的辅助系统基本上均按受控对象独立配置，相互孤立分散，占用运行人员多，控制效率低。鉴于以上问题，国内新建电厂在设计时普遍采用辅助系统集中监控网络，对辅助系统进行集中、高效的管控。三门核电水处理系统即采用集中监控网络设置，联接各水处理系统的控制系统，并设置集中控制室，通过操作员站完成对相关系统的集中监控。

1 集中监控范围及理念

三门核电的水处理集中监控涵盖非放射性废水处理系统、循环水次氯酸钠制备和加药系统、海水淡化系统、除盐水处理系统等。其中废水、制氯和加药系统为每期一套的系统，即两台机组公用。海水淡化系统、除盐水处理系统尽管采用分期建设模式，但始终为全厂公用系统。

各水处理系统与电厂的生产过程密切相关，只有确保这些系统的正常运行，才能保证电厂的安全经济运行，因此对它们的监控十分重要。虽然各个系统地理分布上较为分散，但系统之间具有较强的工艺关联性，因此对它们进行集中监控有利于运行人员对电厂运行状况的总体掌握。各个水处理系统均采用PLC+上位机方式构成其控制系统，集中监控网络系统将全部水处理控制系统集成为一体化控制网络，在一个控制室进行集中监视和控制，形成与DCS并列的综合控制系统。其克服了原有控制系统独立且分散的缺点，最大程度地节省了控制室建设投资以及减少了运行人员的配置。

2 集中监控设计原则

水处理系统集中监控应充分考虑水处理各子工艺系统设备运行的独立性，保证各工艺子系统运行的安全性、可靠性的基础上，合并水处理系统各监控点，实现水处理系统集中控制，最终达到减员增效、提高管控水平的目的。各工艺子系统能够在脱离集中监控网络的情况下独立运行，在分部调试或某子系统检修时，不能影响其他系统设备的正常运行。在现场调试和运行初期，可以考虑在重要子系统的电子设备间内设置必要的后备操作站进行操作与调试，待条件成熟后再将控制权限交至水处理控制室进行集中监控。

同时三门核电六台机组按三期规划，采用连续建设的模式。除需考虑本期各水处理系统的监控问题，还必须规划后期系统的扩容问题。集中监控系统必须采用开放的网络才能使扩容成为可能。

3 集中监控网络结构

3.1 技术要求

根据三门核电水处理系统的特点，对集中监控网络提出了如下技术要求。集中监控网络必须冗余配置，在任一路网络连接发生故障的情况下由备用回路自动连接，在此过程中不应造成数据丢失和数据变化。集中监控网络应能满足实时控制的需要，各子控制系统在不同物理位置之间的网络传输介质应采用光缆。在集中监控网络不能正常工作时，各子控制系统能独立工作以保证各系统和设备的安全性。集中监控网络应具有诊断功能，具有高度的可靠性。集中监控网络上任一子系统发生故障，均不影响整个系统的正常工作。集中监控网络是完全独立的控制网络，需与其他上层网络连接时，必须通过网关及防火墙进行隔离。

3.2 网络类型

监控网络主要可分为两种类型：专用控制网络和工业Ethernet网络。比较两类网络，各自有以下特点：

（1）专用控制网络。PLC厂商网络，专用硬件和软件支持，实时性好；支持冗余通讯；专用网络，协议不开放；通用性不好，不同的PLC网络难以互联；传输速率不高，效率较低。

（2）工业Ethernet网络。标准化网络，通用的硬件和软件支持，实时性较好；支持冗余通讯；通用网络，开放协议；通用性好，不同的设备和系统间容易互联；传输速率高，效率较高。

以上两类网络，各有优缺点。工业Ethernet网络以其公开网络、开放协议、通用性好、支持产品多、通讯速率高等特点，逐步被广泛使用。结合本工程特点，水处理系统集中监控的核心网络采用工业Ethernet网络标准。在传输介质上光纤具有以下优点：传输距离远、通讯带宽大、耐腐蚀、抗电磁干扰能力强、传输误码率低、不易损坏和电隔离作用。因而集中监控核心网络采用100M TCP/IP协议冗余光纤以太网的网络结构形式。

3.3 拓扑结构

网络拓扑结构指的是网络接点的地理分布和网络互连关系上的几何构形。常见的网络拓扑结构主要有：总线型拓扑、星型拓扑、环型拓扑以及混合型拓扑。

（1）总线型拓扑。总线型拓扑采用单根传输线作为介质，所有的网络接点都通过相应的软硬件接口直接连接到总线上。其优点是结构简单，电缆长度短，易于布线及维护，易于扩充。缺点是总线的故障对系统是毁灭性的，而且故障诊断和隔离困难。

（2）星型拓扑。星型拓扑中的所有接点都连接到网络的主交换机（中心站点）。在星型结构的网络中，单个接点的故障只影响一个接点，不会影响全网，因此容易检测和隔离故障，系统扩展和重新配置网络也十分方便。其主要缺点是：网络对中心站点（网络的主交换机）的可靠性和冗余度要求很高，一旦它发生故障，则全网不能工作，而且需要的电缆也较多。

（3）环型拓扑。在环型网络中，所有接点被连接成封闭的环。在工程应用中，一般采用冗余以太网环，其主要优点是可靠性高。主要缺点是系统扩展不方便，网络接点多时，信息传输效率较低，造成网络的响应时间变长，且成本较高。endprint

（4）混合型拓扑。指两种或两种以上的拓扑结构混合使用，配置得当可融合多种结构的优势。

综上所述，总线型、星型和环型拓扑结构都有各自的优缺点，不能完全满足集中监控网络的要求，因此本工程水处理集中监控网络采用基于冗余星形和环形的混合型拓扑结构。将子系统中的PLC与就地操作员站先形成子网，子网分别拥有一对冗余的网络交换机，然后冗余的分支交换机再与冗余的主交换机通过光缆以环形方式集连，所有接点被连接成封闭的环。即整个网络看似冗余星形网络，但每一对冗余分支交换机与冗余主交换机之间形成了环网。其克服了一般星型、环型拓扑结构的缺点，发挥了两种结构的优势，子系统间实现了电隔离，减少了环网的接点，网络的可靠性、扩展性、稳定性大幅度提高。最终搭建的网络结构如图1所示：

图1 水处理集中监控网络结构示意图

4 实施中应注意的问题

4.1 软件与画面统一

由于本工程各水处理系统的控制系统由不同供应商提供，因此为保证能顺利联网，且最后控制画面的一致性，需向各供应商提出统一的技术规范，主要包含以下三个方面：

（1）为各子系统主备用PLC、上位机以及集中监控室的服务器、操作员站配置名称和分配IP地址。

（2）统一监控软件及版本，规定好各子系统的TAG前缀、集群名称、IO服务器名称、报警服务器名称、趋势服务器名称和报表服务器名称，以保证各子系统的数据库标签名、画面名等的独立性。

（3）对系统和操作画面的页面风格、模板、背景颜色、分辨率、颜色质量、字体及画面分区等进行具体明确的规定，以确保画面风格的统一。对不同类型设备的显示方案也需明确统一，如阀门的开关指令、开关反馈和泵、风机的运行、停止、故障的颜色显示方案。对不同介质的管道颜色也需统一方案。

4.2 设备选型

为保证集中监控系统设备不至于很快落后，在设备选型时，所选设备必须满足是目前市场上性能先进、应用广泛、标准开放，并具有普遍适用性的产品（包括控制器、I/O卡件、网络设备等）。

各水处理系统的设备选型也应尽量做到全厂统一，便于后续的检修与维护。

4.3 后期扩展

由于本工程的水处理系统分期建设，集中监控系统应注意为后期预留足够数量的接口。包含主交换机接口数量、数据库及监控软件的设计、标签量的统计等均应考虑完整并留有合理的备用，以便在二期和三期建设时对集中监控网络进行扩展。

5 结语

采用水处理系统集中监控方案，减少了水处理系统运行管理人员，提高了水处理系统的管理水平和自动化水平，达到了减员增效的目的，而在投资上仅仅增加了服务器、交换机、光缆等费用，因此具有良好的经济效益和社会效益。

参考文献

[1] 魏广鸿.火电厂辅网集中控制研究[J].电气传动自动化，2009，31（1）.

[2] 赵阳.火电厂辅助系统集中控制解决方案[J].黑龙江科技信息，2010，（24）.

作者简介：王宇（1987-），男，重庆人，三门核电有限公司助理工程师，研究方向：AP1000核电项目电厂控制系统、辐射与分析仪表等。endprint