Omron PLC和InTouch在凝结水精处理系统中的应用

（中国船级社质量认证公司 南京分公司，南京 210011）

0 引言

精处理系统是指将凝结水中的金属腐蚀产物、微量溶解盐类、悬浮物等物质去除的系统，在机组启动过程中，能大大缩短水汽质量达到合格的时间。

巴基斯坦恰希玛核电站 C2凝结水精处理工艺及控制系统已投入运行，本套系统所用控制系统是Omron 公司的CS系列硬件，监控软件是Wonderware公司的InTouch 10.0软件，通过执行上下位机程序操作和监控凝结水精处理中的阳床、高速混床、再生系统和酸碱废水系统设备。

1 系统概述

1.1 工艺流程简介

本系统的整个工艺由四台前置阳床和四台高速混床组成。在机组运行开始阶段，进口凝结水的含铁量低于1 000 μg/L时，方可进入凝结水精处理系统。前置阳床和高速混床三用一备。当其中任何一台前置阳床（高速混床）出水水质不合格（阳床：阴电导；混床：电导率，或钠、或二氧化硅）、产水量或压差过大时，将启动备用的前置阳床（高速混床），启动完成后对失效前置阳床（高速混床）进行再循环，待出水合格后再投入运行并入系统。此时失效的前置阳床（高速混床）执行退出程序，人为执行前置阳床（高速混床）失效树脂再生程序，将失效树脂输送至再生系统树脂再生塔，再将再生系统先前再生好的备用树脂回送至前置阳床（高速混床）备用。凝结水精处理系统设有系统总旁路门，当进口凝结水系统压差大于0.70 MPa或温度超过55℃时将自动打开，关闭凝结水系统进出水母管总阀门（旁路门为气动偏心调节阀），将凝结水精处理系统进行有效隔离。为便于系统检修，系统总旁路门设有手动检修阀门。凝结水精处理装置在满负荷及 AVT工况下（pH=9.4），前置阳床在正常运行条件下的运行周期一般不低于 9天，高速混床运行周期一般不低于30天。

前置阳床设置 2台再生塔，以满足对前置阳床的阳树脂进行清洗和再生的要求；高速混床设置 1台再生塔、阴塔、阳塔和储存塔，再生装置能对高速混床阴阳树脂进行反洗、分离、再生、漂洗和混合。

1.2 控制系统简介

本系统为冗余系统，由 Omron 公司的CS1D-CPU65H控制器及远程输入输出模块等组成，能够对各凝结水精处理系统的所有被控对象进行监视及控制，包括风机启/停控制及状态、阀门开/关控制及状态、控制柜就地/远程切换状态、远传测量仪表（温度、差压、液位等）、水质等运行参数等，同时完成设备的联锁保护功能。

本系统设有现场工程师站，现场工程师站配置 2台操作站，2台操作站互为备用，实现本系统的控制及监视。

本系统的控制方式采用远程自动控制（程控）、远程手动控制（点控）和就地手动控制等多种方式，操作人员可以根据现场实际情况选择任意一种控制方式，保证整个系统的可靠运行。远程自动控制方式，即通过执行相应的自动程序，实现系统的联锁控制、显示和报警等，此种方式最便捷；远程手动控制，即通过远程人工点控，进行点对点的单台设备控制；就地手动控制方式，即系统所有设备不参与远程联锁控制，采用就地操作箱实现对单台设备的操作，此种操作方式较为繁琐。三种控制方式在一定条件下均能实现无扰切换，不会引起工艺数据波动及控制系统的紊乱。

2 系统硬件设计

本系统采用全套冗余的安全配置。用于承担数据传输及交换的交换机、用于与工控机通讯的通讯模快、用于处理数据的CPU模块和用于供电的电源模块均可做到双机热备[1]。另外，如果某个输入输出模块发生故障，在不断电的情况下即可对此模块进行热插拔，方便了系统的维护。

本系统配置了1套冗余的CPU主机架及6套远程扩展机架，具体见图1。

图1 PLC硬件配置图

2.1 监控系统

现场工程师站配置2台操作站（研华IPC610），在调试结束后屏蔽Windows所有热键，并设置权限，防止用户的非法操作。对每台计算机的相关软件及数据进行双硬盘备份优化处理，从而大大提高系统运行的可靠性和安全性。

2.2 PLC控制系统

本系统采用本地冗余CPU和远程扩展机架的控制模式，PLC采用Omron公司的CS系列模块，模块可靠性高、抗干扰性强、编程简单、使用方便、接线简单、功能强、体积小、重量轻、操作及维护非常方便，目前其在火电、钢铁和核电行业运用比较普遍。

其中，Power模块采用集中底板供电方式；CPU模块组件配套通讯模块及冗余模块，发生故障时，冗余模块可由其中一台控制器自动无扰切换到另一台控制器上，对系统运行无任何影响；开关量及模拟量输入/输出模块具有光电隔离和数字滤波的功能。

3 系统软件设计

本系统在软件设计上采用软件容错和联锁保护等技术，一般有以下几种表现形式：画面提示并自行解决（如主备泵/风机相互自动切换等）；报警提示并进行联锁保护（如前置阳床及高速混床出水水质、运行参数报警并联锁保护等）；对重要的运行参数进行实时记录，从而实现对故障原因的分析，便于用户总结经验，避免类似故障的重复出现；对操作设置进行等级划分，进行权限分类，避免非正常用户操作，从而带来误操作。

3.1 控制系统结构简介

本控制系统主要依据工艺具体要求，即控制系统说明。相关程序主要有：1）前置阳床投运、树脂输入、树脂输出及树脂再生程序；2）高速混床投运、树脂输入、树脂输出及树脂再生程序；3）其它相关保护程序等。

3.2 PLC程序软件及设置

PLC编程软件采用CX-Programer7.0[2]，程序采用梯形图语言编写，根据现场实际需要及设备控制要求，首先对阀门、泵和风机等设备变量标签进行规范的命名，制作功能块（例如气动阀门、泵/风机、远传检测仪表等），编写主程序时可调用功能块实现不同设备的控制程序，从而大大提高设计效率，同时也给现场维护工程师的日常维护带来便利。

3.3 监控软件及设置

监控软件采用美国 Wonderware公司的 InTouch 10.0软件[2]，此软件在易用性、面向对象的可编程图形以及强大的通讯连接性等方面具有一定优势，充分考虑到了系统的开放性、维护性、通用性，以及今后持续发展性的要求。

本系统HMI实现的功能如下：

1）显示画面。InTouch软件可以帮助用户针对其工艺过程快速和轻松地开发定制的图形画面。用户可以使用Wonderware公司WindowMaker中的大量图形化工具来开发图形，其中包括标准的图形组件、ActiveX控件、位图图象、智能符号技术以及上千种预置有工业图形的图形库。因此，用户可以快速开发和部署本系统显示画面，包含系统中所有远传测量仪表的实时数据和所有远传设备的运行状态，通过后台脚本的运行制作出相应的历史趋势图及相关报表，并通过处理显示是否报警。

2）数据采集。InTouch通过IO Server完成与PLC硬件通讯、实现现场设备控制及状态数据接收、检测错误帧、支持冗余通讯功能。

3）报警提醒。即对本系统在运行过程中现场设备出现的故障及处于报警状态的测量仪表的反映，同时经过处理后根据需要对一些重要参数实现声光报警，提醒运维人员注意并及时处理，减少不必要的损失。

4）报表制作。InTouch通过数据交换协议定期访问数据并进行存储，同时通过编辑VBA脚本实现报表日后读取，以便优化系统控制、跟踪事故发生原因。可根据需要选择时间打印数据报表。

5）安全管理。InTouch可以通过应用输入的密码进行加密，以提供更高等级的安全级别，同时防止出现对应用的无保证访问。可以建立访问级口令安全性模型，开发时可以把用户组织列入不同级别的访问层中。本控制系统配置了 3个级别的访问层，分别为运行层、维护层和管理层，3级访问层登陆均需要输入密码，这样不同访问层可以根据自身的权限进行相应的操作，从而防止误操作。

4 通讯网络设计

本系统的监控软件InTouch通过IO Server Omron FinsGateway开放式客户端接口程序连接 PLC的FinsGateway网络服务器驱动程序[3]，并通过对对象的操作来存取设备寄存器的数据，实现PLC与 InTouch之间的数据交换，具体见图2。

现场工程师站配置的2台操作站与PLC之间的数据通讯采用以太网，通讯速率为100 Mps，每台操作站设为InTouch控制下的一个网络节点，通过分配每台操作站的IP地址，可以实现站与设备之间的通讯以及站与站之间数据互传，形成一个更可靠的冗余网络。现场设备与冗余CPU之间通过扩展I/O网络可实时传输现场设备数据，进而实现对现场设备的控制及监视。

图2 数据交换关系图

5 结论

采用Omron公司的CS系列PLC和Wonderware公司的InTouch构成的凝结水精处理冗余控制系统，其网络架构简单、网络通讯可靠、有很强的数据处理能力和逻辑运算能力、操作界面直观方便、日常维护量少，能很好满足工业生产的需要，值得在水处理行业推广。

[1] OMRON.CS软硬件用户手册[Z].2010.

[2] Wonderware.InTouch用户手册[Z].2006.

[3] 王卫兵.PLC系统通信、扩展网络互连技术[M].北京： 机械工业出版社, 2004.