三门核电AP1000项目水网集中监控系统经验反馈

摘要：文章介绍了三门核电AP1000项目水网集中监控系统的结构与组成，总结了组网系统在设计、采购、调试过程中发生的问题以及需要注意的事项，提出了优化建议，以期帮助后续类似项目提前做好规划，避免问题的重复发生以及进行可能的改进。

关键词：水网集中监控系统；PLC；三门核电；AP1000项目；组网系统 文献标识码：A

中图分类号：TM623 文章编号：1009-2374（2015）17-0144-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.17.073

为了合理节省控制室建设投资以及运行人员的配置，三门核电AP1000项目在BOP范围内设置了水网集中监控系统，联接BOP子项中四个水处理系统的PLC控制网络，并在除盐水厂房内设置集中控制室，通过操作员完成对组网系统的集中监控。

1 水网介绍

1.1 组网范围

三门核电AP1000水网集中监控网络范围包含一期除盐水处理（DTS）、一期非放生产废水处理（WWS）、一期循环水制氯/加氯（WIS）和二期海水淡化（WDS）控制系统，并为后期扩建的海水淡化（三期）、除盐水处理（二、三期）、非放生产废水处理（二、三期）和循环水制氯/加氯（二、三期）程控系统预留足够的接口。这四个水系统从工艺与控制方式来说，存在如下四个特点：

1.1.1 重要性。需要随时掌握各系统的运行状况，以保证整个电厂的正常运行。各系统一旦出现问题必须及时处理，否则将影响全厂的安全经济运行。

1.1.2 分散性。除盐水处理、海淡、制氯和废水系统分别布置在分期建设的厂房内，布置较为分散。详见图1所示（其中阴影部分为各个控制间所在位置），而且各系统进度计划跨度较大。

1.1.3 关联性。系统之间具有较强的工艺关联性，例如海水淡化与除盐水处理是相邻的生产过程，海淡生产的水作为除盐水处理的原水。

1.1.4 开关量控制为主。开关量控制占据着这四个系统控制的核心，大量的电动阀门、气动阀/电磁阀、电动机等要受连锁条件的逻辑控制。

1.2 控制方案

水网集控系统采用PLC+上位机的主流常规控制方式。设置必要的高可靠性的硬接线完成机组DCS与水处理PLC之间的信号交换。

水网集中监控平台与除盐水处理控制系统合用操作员站，相关机柜也安装在除盐水处理车间控制室内。设置三台水处理车间集中监控操作员（其中1台通过口令认证，兼作工程师站），采用两台互为冗余的工业级交换机作为连接PLC、上位机、服务器和集中监控网络各子系统的设备。

WIS、WDS、WWS各自有独立的就地操作员站（兼作工程师站），主要是供调试和维护使用，日常正常运行权限交至水网集控室。详见图2所示：

水网集中监控的核心网络采用工业Ethernet网络标准，双网冗余设计，提高网络可靠性，另外DTS、WDS、WWS采用双机热备CPU，进一步提高了应对故障的能力。

网络拓扑结构采用星形拓扑。WIS、WDS、WWS通过各自的交换机（就地）连接到水网集控室的主交换机上，DTS直接连接到主交换机上。单系统的故障不会影响其他系统，后续二、三期系统接入网络也十分方便。

2 经验反馈

水网四个水系统中，所处阶段各不相同。目前除盐水处理系统已经移交生产、循环水制氯/加氯系统和非放射性废水系统正在调试、海淡系统尚处于设计阶段（二期

项目），下面分阶段总结发生的问题并进行经验反馈。

2.1 设计阶段

2.1.1 网络类型选择。监控网络可分为两种类型：专用控制网络和工业Ethernet网络。两类网络，各有优缺点，相比较于专用控制网络协议不开放、通用性不好的缺点，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。因而，建议集中监控的核心网络采用工业Ethernet网络标准，使用光纤进行通讯，采用冗余网络设计，增加可靠性。集中监控网络是完全独立的控制网络，为安全考虑，若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。

2.1.2 拓扑结构选择。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。

第一，总线形拓扑。总线形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。

第二，星形拓扑。星形拓扑中的所有接点都连接到网络的主交换机（中心站点），在星形结构的网络中，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。

第三，环形拓扑。在环形网络中，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，且成本也较高。

第四，混合形拓扑。先形成子网（子系统中的PLC与就地操作员站之间的网络），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。其主要优点是可靠性高、子系统间实现了电隔离、引入了星形拓扑的优点，同时也减少了环网的接点，发扬了环形拓扑的优势。其主要缺点是必须选择具有抗网络风暴能力的交换机。

综上所述，如果网络结构采用混合形拓扑结构，则既可以克服一般星形拓扑结构、环形拓扑的缺点，使网络的可靠性、扩展性、稳定性可以大幅度提高，同时网络性价比较好，因此建议较大规模系统集中监控的核心网络拓扑采用混合形拓扑结构。

2.2 采购阶段

2.2.1 PLC品牌选择。基于以上设计方面的经验反馈，建议采用支持工业Ethernet网络和星形拓扑网络结构并且应用业绩突出的高端PLC产品，如施耐德的Quantum系列。

另外根据组网系统实际的I/O点数规模，尽可能选用相同型号的交换机和PLC设备，如CPU、I/O卡件、电源模块、通讯模块等，便于备品备件的统筹考虑和维护。基于对系统可靠性的考虑，建议采用热备冗余设计，增加系统运行稳定性。

2.2.2 PLC组态软件版本的统一。三门核电四个水系统程软件和监控软件情况统计如表1所示：

编程软件Unity版本不一致会导致的问题。从表1可以看出，水网集控室操作员站上安装的是4.0版本，各子系统安装的是6.0、7.0版本。考虑到Unity软件向下兼容的特点，Unity4.0软件无法打开Unity6.0、7.0编写的逻辑程序。也就无法实现在水网集控室远程对各子系统的逻辑进行查看或者修改的功能，只能到各个子系统的就地上位机上进行查看或者修改。

第二，监控软件Citect版本不一致会导致的问题。由于Citect软件向下兼容的特点，Citect7.1的软件无法打开Citect7.2编写的上位机画面程序，从而影响MMI画面的整合。考虑到版本不一致存在的问题，决定将编程软件Unity版本统一为7.0，监控软件Citect版本统一为7.2，从而需要对已经移交生产的DTS系统进行软件升级工作，共两项内容：（1）DTS上位机上安装的Unity4.0升级为Unity7.0；（2）DTS上位机上安装的Citect7.1升级为Citect7.2。

软件升级过程中需要小心谨慎，考虑周全。根据目前现场除盐水处理系统（DTS）运行情况和工程实际进展情况，在现阶段除盐水需求还不是很紧张的情况下，可以采用离线的方式进行软件版本的升级。这样软件升级的风险要小很多，截至目前，升级方案已批准，软件正在采购，后续选择合适的时间窗口，进行软件升级工作。

基于以上分析，建议后续类似项目在前期就对组态软件版本进行统一，在可能的情况下，版本统一为最新的版本，并提醒供货商提前采购组态软件，以免设备停产。

2.2.3 组态规范的统一。为保证水网系统操作及画面的统一性，需要编制一份水网组态规范，以便各系统集成商按照统一要求进行编程与组态。

下面结合AP1000主控室画面组态规范要求、三门核电水网组态规范以及实际编程组态过程中遇到的问题，总结一下较好的经验反馈：

第一，变量命名。建议采用I/O点名前加TAG前缀的方式，并区分一、二、三期，如海淡系统属于二期系统，泵1运行反馈信号为：HD2_MP01_ON，变量的中文注释直接采用I/O清单中的点名描述。

另外针对程序中用到的中间变量，建议在变量名前加前缀M_，以便变量搜索和查看。

第二，变量地址的分配。应注意8通道模拟量卡件寻址要求为9个字，16通道模拟量卡件寻址要求为17个字，在变量地址分配时应避开这些非通道所占的地址，避免出错。

第三，梯形图。（1）PLC梯形图应使用简洁且充分的中文注释，中文注释中需包含设备编码，便于日后维护；（2）PLC梯形图中最好不使用纯地址的中间变量，如%m11等，应先在变量编辑器中定义中间变量名，再在梯形图中调用；（3）PLC梯形图中设备的启动逻辑中应串入常闭运行状态反馈信号，避免设备运行时，中间继电器长期带电，影响设备使用寿命；（4）PLC梯形图在进行模拟量仪表工程量程转换时，应注意变量的数据类型，以免运算时丢掉小数点，同时需与仪表清单中的量程保持一致。

第四，统一设备状态颜色。设备运行时：红色；设备停止时：绿色；设备故障时：黄色；设备处于中间状态或者开关过程中时：红绿闪烁。

第五，MMI画面中所有设备均应有编码和中文名称，并与设备数据库保持一致。

第六，所有带远传信号的仪表（包含模拟量仪表和开关类仪表）均应在MMI画面上体现。

第七，设备操作画面，应包含设备编码和中文名称，并且在设备启动和停止时弹出确认窗口，避免误操作。

2.3 调试阶段

2.3.1 PLC机柜临时电源准备。工艺系统调试一般分为挂牌和流程图检查、机械检查、电气检查、仪控检查、逻辑检查、系统冲洗、电机空载、系统试运、性能试验几个阶段，而仪控检查、逻辑检查需要PLC机柜、操作员站带电，需等待电气检查完成，为加快调试进度，需要给PLC机柜、操作员站接临时电源，以便与机械检查和电气检查同步进行，在系统移交前就需要与建安承包商沟通临时电源事宜，并提前准备相关流程和文件，以便系统移交后能马上开始调试。

2.3.2 PLC机柜上电风险。

第一，热电阻温度仪表接线问题。WIS系统中采用是GF的温度传感器，自带较长的电缆，在电缆槽中与送到PLC的信号电缆相连，建安商直接将两端电缆（两芯）剥去套管后各自焊接在一起，并用绝缘胶带各自绑扎，由于焊丝比较锋利，刺破了绝缘胶带，导致两芯导线直接接触，造成短路，即送了0Ω到上位机，温度一直显示为0℃，而当时室温有20多℃。针对这种情况，建议最好使用小型端子进行两端电缆的连接或者在进行剥线时，两根导线所剥绝缘层长度不一致，利用电缆本身的绝缘外皮来减少短路的风险。另外在做通道检查时发现2块施耐德模拟量卡件140ACI04000的部分通道有问题，经检查确认，这部分通道与回路电流的对应关系较正常卡件缩小了10倍，即正常卡件0-16000对应4～20mA，故障卡件0-16000对应0.4～2mA。虽然不能判断该问题是否与上述温度传感器短路存在联系，但为安全考虑，建议在模拟量（包括输入和输出）卡件回路中设计保险，以避免较大的短路电流烧坏卡件。

第二，操作员站接地。DTS系统在移交生产后，运行人员发现操作台部分区域存在轻微触电手麻现象，经测量，存在感应电压70左右，经分析确认，发现操作员站未设计接地，而给操作员站供电的电源电缆的PE芯在操作员站侧未接至接地排，电源分配柜侧已接地，导致本应通过电源分配柜接地的操作员站实际没有接地，在将电源电缆操作员站接地后，问题得到了解决。

由此建议最好给操作员台设计单独的直接接地点，在采用通过电源柜间接接地时要保证电源电缆的PE芯与操作员台内的接地排相连。

3 结语

目前三门核电AP1000项目的水网集中监控系统尚处于各单系统运行、调试和设计阶段，还未进入真正的水网四个系统组网联调，后续还会碰到很多的问题，在解决问题的过程中积累经验，并进行积极的反馈，以帮助后续类似项目提前做好整体的规划，从源头抓起，防范于未然。希望本文所列举的经验反馈，有助于其他项目的更好执行。

参考文献

[1] 顾军.AP1000核电厂系统与设备[M].北京：原子能出版社，2010.

[2] 周泽魁.控制仪表与计算机控制装置[M].北京：化学工业出版社，2002.

[3] 郑阿奇.施耐德PLC应用技术[M].北京：电子工业出版社，2011.

[4] 顾军.AP1000核电厂英汉常用技术词汇与术语[M].北京：中国原子能出版社传媒有限公司，2011.

作者简介：林斌斌（1987-），男，浙江台州人，中核集团三门核电有限公司助理工程师，研究方向：仪控系统调试。

（责任编辑：蒋建华）