基于西门子400H控制器的海南昌江核电淡水厂数字化控制

侯长治　高媛　俞光卫

【摘 要】海南昌江核电淡水厂是核电厂的自备水厂，采用两套西门子400H冗余控制系统及远程扩展机架实现。本文对工艺要求、控制方案、接地、供电、网络等进行了描述。并就实现过程中可能存在的问题进行了总结。采用就地手动控制，远程手动控制，PLC自动等控制方式，级别由高到低。

【关键词】PLC；西门子S7-400；冗余；核电站淡水厂

0 前言

海南昌江核电厂共规划四台，一期1、2号机组已经进入详细设计阶段。海南昌江核电淡水厂是核电厂的自备水厂。根据全场四台机组的工程总用水量的需求，淡水厂处理规模为16000m3/d，取水量为16800m3/d。其建筑物共分为10个子项分别为：OF01：混合反应沉淀池，OF02：滤池厂房，OF03：清水池，OF04：供水泵房及配电室，OF05：排水排泥池，OF06：加氯加药间，OF07：污泥浓缩池及脱水间，OF08：综合楼，OF09：大门，OF00：室外[1]。其工艺流程如图1所示：

取水工程送来的原水经两根DN450管道接入淡水厂，进入厂区的管道在经过电磁流量计后合并为一根DN450的管道经加氯处理后进入配水井。

经过配水井中设置的配水堰门将水均匀分配至两座混合反应沉淀池，进入混合反应沉淀池前采用微涡管式混合设备进行加药絮凝处理，絮凝剂由微涡管式混合设备加药口投入，助凝剂在混合设备后投加，加药量根据原水流量及水质变化调节；经混合反应沉淀池后的沉淀池出水分别进入四格石英砂滤池进行过滤，滤后水经过清水母管进入四格活性炭滤池深度过滤净化处理；活性炭滤池出水加氯后进入两座生活生产用清水池储存，并经生活水泵及生产水泵提升后送至施工场地生活用水、主厂区生活用水管网、主厂区生产给水管网、淡水厂自用管网等用水区域。

另外，生活生产用水清水池中储存为淡水厂厂区使用的消防水量和滤池厂房的滤池反冲洗使用的水量。

1 方案配置及实现

1.1 配置

该系统在滤池厂房布置一个CPU机柜安装一个S7-400主控制器CPU414-4H，带5条ET200M远程扩展机架，其中滤池厂房3条，混合反应沉淀池1条，加氯加药间1条。在供水泵房控制室布置一个CPU机柜安装一个S7-400主控制器CPU414-4H，带3条ET200M远程扩展机架，其中供水泵房2条，污泥脱水间1条[2，3]。实现对昌江核电厂项目淡水厂控制系统项目现场开关量信号和模拟量信号的处理功能。

在滤池厂房控制设计中布置一个双路电源柜和一个CPU机柜，同时在CPU机柜中安装一个S7-400主控制器CPU414-4H、一条ET200M远程扩展机架和触摸屏，主要负责混合絮凝沉淀池部分工艺参数的检测控制及工艺设备的自动控制，手动控制，就地控制，设备故障联锁切换、启停，设备故障报警等功能。现场开关量、仪表的模拟量信号通过触摸屏本地显示及以太网上传至淡水厂主控制室远程显示。

在混合反应沉淀池控制室中布置一个扩展机柜，同时在该机柜中安装一条本地扩展机架和触摸屏。主要负责混合反应沉淀池部分工艺参数的检测控制及工艺设备的自动控制，手动控制，就地控制，设备故障联锁切换、启停，设备故障报警等功能。现场开关量、仪表的模拟量信号通过触摸屏本地显示及以太网上传至淡水厂主控制室远程显示。

在加氯加药控制室中布置一个扩展机柜，同时在该机柜中安装一条本地扩展机架和触摸屏。主要负责加氯加药部分工艺参数的检测控制及工艺设备的自动控制，手动控制，就地控制，设备故障联锁切换、启停，设备故障报警等功能。现场开关量、仪表的模拟量信号通过触摸屏本地显示及以太网上传至淡水厂主控制室远程显示。

在供水泵房控制室中布置一个双路电源柜和一个CPU机柜，同时在CPU机柜中安装一个S7-400主控制器CPU414-4H、两条ET200M远程扩展机架和触摸屏[4]。主要负责供水泵房部分的工艺参数的检测控制及工艺设备的自动控制，手动控制，就地控制，设备故障联锁切换、启停，设备故障报警等功能。现场开关量、仪表的模拟量信号通过触摸屏本地显示及以太网上传至淡水厂主控制室远程显示。

在污泥脱水间控制室中布置一个扩展机柜，同时在该机柜中安装一条本地扩展机架。主要负责污泥浓缩池及脱水间现场控制室2部分工艺参数的检测控制及工艺设备的自动控制，手动控制，就地控制，设备故障联锁切换、启停，设备故障报警等功能。现场开关量、仪表的模拟量信号通过触摸屏本地显示及以太网上传至淡水厂主控制室远程显示。如图2所示。

1.2 接地

设有工作接地和保护接地。其中保护接地（也称为安全接地）是为人身安全和电气设备安全而设置的接地。工作接地包括：逻辑地、信号地、系统地、屏蔽地。

1.3 供电设计

在每个控制设备间设置UPS供电。在每个控制柜中布置空开对PLC供电以及对现场触点提供扫描电压，仪表供电分配。上位机设备也采用UPS提供电源。每一类电源均设置独立的电源指示灯，每一个就地机柜均在淡水厂主控制室设置电源指示灯。电源柜设计为前后开门，下进线。

1.4 控制方式

对现场主要设备的控制将采用就地手动控制、操作员和工程师站遥控控制和PLC自动控制的三层控制模式；其他设备采用操作员和工程师站遥控控制和PLC自动控制的两层控制模式。控制级别由高到低为：就地手动控制、操作员和工程师站遥控、PLC自动。

1.5 工程师站、操作员站和操作屏

一台装有STEP 7软件的PC我们就称之为工程师站，其主要完成系统硬件和组态、符号编辑以及程序编程等任务。

硬件配置：用于对自动化系统和模块进行参数设置。

网络通讯：用于配置MPI、PROFIBUS或工业以太网进行的数据传输。

符号编辑：用于定义符号名称、数据类型和注释，将物理地址名称化。

程序编程：语句表（STL）、梯形图（LAD）、功能块图（FBD）[5]。

一台装有WINCC软件的PC我们就称之为操作员站，其主要完成操作员站画面组态、变量连接、系统报警、变量曲线生成等功能。

2 网络

本系统需要与加氯加药间的相关设备等进行数据交换，可以采用通讯方式，也可以采用硬接线的方式完成信号的接入。

PLC系统配置DP通讯模块，用于实现对其他系统采用DP协议通讯接口。

PLC系统配置CP443-1以太网模块，用于实现对其他系统采用以太网协议方式通讯接口。

操作员站和工程师站之间为环形网络，通过西门子212交换机和204交换机与CP之间通过以太网实现数据共享。如图3所示。

共有四台触摸屏通过DP电缆通信，其中滤池控制室中的控制器离混合反应沉淀池和加氯加药间比较远，控制器通过RS485中继器和有源终端与触摸屏之间实现通信。如图3所示。

在淡水厂主控制室设置一台工程师站和一台操作员站用于数据显示与工程组态、维护等控制。在主控制室设置交换机，2台上位机工控计算机与交换机相连，每个CPU通过以太网模块CP443-1与交换机相连，构成上位数据显示以太网。考虑淡水厂主控制室与2个CPU所在机柜设备间的距离，如果超过1000m则需要考虑使用光纤。

3 结论

本文通过西门子400H冗余控制器实现了对海南昌江核电厂自备水厂的数字化控制，实现了就地、手自动控制，满足了工艺要求。其可能的不足点由于混合反应沉淀池和污泥脱水间控制柜是前开门，可能现场进线面临机柜空间问题，此外本滤池控制器还需要与加氯加药间设备进行通信。

【参考文献】

[1]郝志会，王飞.SEA生水系统手册[S].中国核电工程有限公司，2011 .

[2]SIMATIC容错系统S7-400H使用手册[S].西门子股份有限公司，2008.

[3]陈建.西门子工业控制网络技术研究与应用[J].南京理工大学学报，2005.

[4]张威，石红瑞.WinCC与S7-400 PLC批量数据交换的实现[J].仪表技术，2014.

[5]廖常初.S7-300/400 PLC应用教程[M].机械工业出版社，2009.

[责任编辑：汤静]