核电水处理系统多套PLC数据通信
随着工业自动化技术的快速发展，PLC在工业生产中的应用越来越广泛，在一些水处理系统中，特别是凝结水精处理系统，各台机组相互独立运行，共用1套再生系统，但由于各台机组、再生系统之间一些设备和逻辑相互关联，不同系统之间一些数据和参数需要相互交换，各套PLC控制系统数据之间的通信就显得尤为重要。本文介绍了核电凝结水精处理系统多套PLC数据通信的设计、MSG指令实现以及硬接线设计以确保系统更加安全可靠。
关键词：核电;数据
1系统通信数据介绍
1.1凝结水精处理系统简介
核电凝结水精处理采用中压系统，其主系统流程如下：主凝泵来的凝结水—前置阳床—体外再生高速混床—净凝结水升压泵—出水。每台机组全流量凝结水精处理系统由前置阳床及1套单元旁路系统、高速混床系统及其1套旁路系统、1套再生系统(2台机组共用)、辅助系统等组成。凝结水精处理系统流程如图1所示。
1.2凝结水精处理系统通信数据分布
为了确保2台机组及再生系统的独立操作和生产安全，核电凝结水精处理系统在1号机组、2号机组和再生系统分别设置了1套PLC。根据水处理系统的运行步序，3套PLC之间需要相互通信的I/O控制点分布在下列程序段中：1)混床系统树脂由混床输送至分离塔程序段，相关步骤需要分别开启混床阀门、分离塔阀门及1号机组、2号机组中间阀，1号机组、1号机组混床进出脂总阀，1号机组、2号机组混床进出脂冲洗水总阀等混床公用阀门。2)树脂从储存罐输送至混床程序段，相关步骤需要分别开启混床阀门、树脂储存罐阀门及1号机组、2号机组中间阀，1号机组、2号机组混床进出脂总阀，1号机组、2号机组混床进出脂冲洗水总阀等混床公用阀门。3)树脂分离程序段，第22步管路冲洗需要开启1号机组、2号机组中间阀，1号机组、2号机组进出脂冲洗水总阀。4)阴树脂再生罐树脂输送到阳床树脂再生罐程序段，第3步管道冲洗需要开启1号机组、2号机组中间阀，1号机组、2号机组混床出脂总阀，1号机组、2号机组出脂冲洗水总阀。5)阳床树脂再生罐树脂输送至分离塔程序段，第3步管道冲洗需要开启1号机组、2号机组中间阀，1号机组、2号机组混床出脂总阀，1号机组、2号机组出脂冲洗水总阀。6)阳床树脂再生罐树脂输送到储存罐程序段，第5步管道冲洗需要开启1号机组、2号机组树脂中间阀，1号机组、2号机组混床出脂总阀，1号机组、2号机组出脂冲洗水总阀。7)储存罐树脂输送至分离塔程序段，第3步管道冲洗需要开启1号机组、2号机组树脂中间阀，1号机组、2号机组混床出脂总阀，1号机组、2号机组出脂冲洗水总阀。8)混床树脂输入、输出时一些状态信号，如树脂输入等待(U1RTIDD)，1号机组树脂输出开始(CD1RTOKS)，1号机组单元紧急停止按钮(U1PB1)等参与联锁控制的信号。
2多套PLC数据通信设计
2.1系统硬件配置
核电凝结水精处理PLC系统具有强大的数字量、模拟量及回路处理功能，具备模板化、结构可扩展等特点[1]。1号机组、2号机组和再生系统的PLC均为双机热备，再生系统的监控通过1号机组、2号机组凝结水精处理PLC的操作员站完成，1号机组PLC和2号机组PLC在对再生系统PLC进行控制时相互闭锁，该3套PLC通过工业以太网进行数据交换。PLC控制系统硬件配置如图2所示。
2.2系统通信数据流程
根据工艺系统的运行情况，树脂从机组传至再生系统、从再生系统返回机组以及在再生过程中需要冲洗树脂管时需要机组PLC和再生系统PLC协作控制。系统在离线状态时，如树脂失效且再生系统空闲时，可由操作员站向1号(或2号)机组PLC下达树脂输出指令，机组PLC做好树脂输出准备，再生系统根据机组PLC的运行状态接收失效树脂再生程序，再生系统PLC和机组PLC根据运行状态各自控制对应的阀门动作。控制过程需要交换的数据流程如图3所示。
2.3树脂输出启动逻辑
1号(或2号)机组至再生系统的I/O控制点类型均为开关量信号，同时在系统程序设计时把树脂输入、输出程序段放在再生系统PLC程序中，减少了部分通信数据变量。以图4所示的1号机组PLC树脂输出启动逻辑为例来说明，ZSXTYX为再生系统目前的运行状态，采用通信方式从再生系统获取信号;U1RTOKS为1号机组单元向再生系统发出的启动再生指令，该指令由再生系统PLC从1号机组PLC中读取。1号机组1号混床在树脂输出时，需要判断混床、再生系统的运行状态等信号，如果再生系统已经在运行，则与该混床的再生过程有冲突，无法启动再生程序，并向再生系统发出树脂再生开始的指令。再生系统树脂输出启动逻辑如图5所示，从1号机组或2号机组获取启动再生指令信号，启动再生控制流程，RTO1的状态分别由1号机组、2号机组读取并启动应启动的设备。
2.4PLC系统间数据通信
2.4.1MSG通信指令PLC提供MSG通信指令，该指令中CIPDataTableRead类消息可通过以太网或现场总线等对PLC控制器进行数据读取操作，并且读取源PLC内的标签数据并放入本地PLC，因此需要在参与数据交换的各PLC内建立用于数据通信的标签，以下标签数据类型均为DINT，可缓存32个开关量信号，1号(或2号)机组、再生系统数据交换标签见表1所列。2.4.2通过MSG指令获取数据再生系统PLC引用MSG指令，从机组PLC读取数据，MSG指令中的标签为Message结构标签，记录着通信组态和执行情况，必须建立在控制器数据区域，不可填写数组[2]。MSG指令获取读取PLC数据时仅需在本机组态和编程，对端不需要任何组态和编程。同时，再生系统PLC需将树脂输送过程中的标志位存入指定标签的指定位置，由机组PLC通过MSG指令进行读取并控制相应的阀门及水泵，将树脂输送中的RTI1，RTI2(再生系统至机组信号清单)等标签值存至OUT_TO_CLX0标签对应的数据位中，PLC间通信程序如图6所示。
2.5系统通信冗余设计
PLC间的数据通信通过MSG指令，经现场使用比较稳定，但考虑到精处理系统的安全性非常重要，防止交换机及网路出现故障时对系统运行造成影响，对系统运行重要的联络信号增加了DI和DO通道进行数据交换，在现场PLC控制柜中增加硬接线，以确保系统更加可靠。
3结束语
在多套PLC之间采用MSG通信指令和硬接线的方式进行数据通信，通信数据稳定可靠，逻辑编程设计清晰，符合工艺系统的控制要求。该核电凝结水精处理多套PLC运行已有一年多，传输速率高，数据通信稳定，满足了用户的需求，值得在其他相类似的项目上应用推广。
参考文献：
[1]朱建会，徐震，刘征.基于AB1756系列PLC的高炉煤气净化系统[J].机械工程与自动化，2012，173(04)：158-162.
[2]邢建文，李伟.ControlLogix5000本地控制器与远程控制器通信方式的探讨[J].中国仪器仪表，2013(07)：58-61.
[3]邓李.ControlLogix系统实用手册[M].北京：机械工业出版社，2008.
[4]王健，邱建文，曾泽嵘.核电站电源可靠性检测系统设计[J].自动化仪表，2018，39(05)：92-95.
作者：郭培志 王震 单位：中电环保股份有限公司
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