本文结合某核电厂BOP项目AC子项通风空调控制系统设计实例，介绍了DWA通风空调控制系统。针对工艺要求，对控制逻辑，PLC控制系统的配置，网络选择、系统可靠性和容错性设计进行了详细的阐述。给出了此类控制系统的解决方案。
【关键词】通风空调控制 PLC系统
1 工艺概况
1.1 厂房概述
放射性机修及去污车间（AC）是放射性玷污设备和部件的机修、去污和存储厂房。是核电厂BOP的子项之一。
厂房主要功能是核电厂内有关系统产生的放射性沾污设备和部件的清洗去污、维修和存放，压力容器役前检查和在役检查专用设备的检查标定、维护和存放，主泵电机的拆卸、清晰去污和检修，压力容器和蒸汽发生器模拟体存放及相关作业培训，核岛厂房（NI）专用工具的存放，设备材料的金相分析和实验，以及储存相关的备品备件。
1.2 厂房通风空调系统概述
AC厂房的通风空调系统为DWA系统，为非安全相关系统，但由于AC厂房存在放射性，其通风系统需对人员和环境有一定的安全考虑。
DWA系统包含2個空调系统、6个送风系统及6个排风系统。
AC厂房通风空调系统（DWA）的主要功能为：保证整个厂房的正常通风换气；排出并净化工艺间内产生的有害气体；保证厂房热区房间的负压；对厂房冷区及人员长期工作的区域有特殊要求的工艺房间进行空调；排除房间内的余热。
2 通风空调系统控制要求及其控制逻辑（以X-1、P-1系统部分控制功能为例）
2.1 系统流程
2.1.1 X-1送风系统
为地下一层和地上一层的AC2存储区等非白区房间服务。
X-1系统采用组合式空调机组010CI，包含风机段010ZV、电加热段010RS、表冷段010RF和过滤段010FP/010FF（初/高效过滤器）。
机组参数：L=71000m3/h，Q冷=980KW，Q热=96KW。
夏季，空气处理机组010CI中的冷却盘管将室外的空气冷却除湿后送入房间。在冬季，空气处理组010CI中的电加热器将室外的空气加热后送入房间。
2.1.2 P-1排风系统
对地下一层和地上一层的AC2存储区等非白区房间排风。
风机箱101ZV、102ZV一用一备并且需要变频控制，可手动或自动切换运行，每台排风机排出口设置电动风阀一台（281VA、282VA）。
风机箱参数：L=45534 m3/h，H=1400P a。
2.2 控制要求及控制逻辑实现
2.2.1 控制要求（以X-1、P-1系统电加热器和冷量控制为例）
X-1系统所属空气处理机组010CI内电加热段010RS分为三档，分别为50%，25%，25%，根据设在AC2储存区排风总管内的温度探头010MT和湿度探头010MZ测量的数据控制。在夏季或过渡季（制冷机组运行期间）时，电加热器和湿度探头联锁，当检测的湿度大于设定湿度（W1）75%时，逐档开启电加热器，最多开启两档（顺序为25%，25%）。小于等于75%时，逐档关闭电加热器。在冬季或过渡季时，电加热段和温度探头联锁，当温度小于等于7ºC时，逐档开启电加热段，顺序为50%，25%，25%。直到三档全开。当温度大于20ºC时，逐档关闭电加热段。
在夏季或过渡季时，X-1系统所属空气处理机组010CI内表冷段010RF冷量由电动两通阀010VN根据排风总管上的温度与预先设置值（T1，要求设定的温度值可调）之间的差值比例积分控制。设定的温度就地和在控制盘中可调。
2.2.2 控制逻辑
T1在PLC上进行设定，在制冷机组运行期间，与AC2排风总管内温度进行PI运算，模拟量输出控制调节阀开度。
W1在PLC上进行设定，在制冷机组运行期间，与AC2排风总管湿度进行PID运算，经阈值比较器输出开关量，控制010RS-2和010RS-3的启闭。在制冷机组不运行的时候， 以7ºC和20ºC为上下限，根据AC2排风总管内温度经PID运算，经阈值比较器输出开关量，控制010RS-1、010RS-2、010RS-3的启闭。
3 DWA控制系统
3.1 控制原则
对应通风空调各子系统和冷冻水冷却水系统分别在PLC操作站操作界面上设置各子系统启动/停止操作按钮，操作这些按钮可以实现各子系统的启动或停止。在PLC系统操作界面上设置各子系统参数设置界面，能通过更改这些参数改变各子系统系统调节基准。
3.2 控制系统功能
（1）具备就地手动、远程手动控制以及自动运行操作模式；
（2）远程手动控制模式下，在通风设备控制室操作站上可以直接对空气处理机组、风机、水泵、冷却塔等主要设备进行手动启/停操作和运行监视，具有远地“硬手动”操作的功能；
（3）自动运行模式下，由PLC控制器根据预先设定的程序下达控制指令，按照工艺逻辑启/停通风设备；
（4）获取被控设备的工作状态实时数据，在图形组态的人机界面上显示设备的运行、停止、手动以及故障等状态，用于监控设备和系统的运行；
（5）采集并显示风管温湿度、分集水器压差等过程参数，经PLC控制器或设备自带控制器运算，实现调节阀开启度调节和电加热器开启段数调节。
（6）采集流量开关、温度开关量仪表的状态，结合被控设备状态，实现保护、联锁和报警等功能。
（7）按工艺要求实现对被控区域的温湿度调节，温湿度参数设定值可以根据需要在适当范围内整定。
3.3 控制系统配置
AC厂房通风空调控制系统采用PLC，根据工艺要求和厂房环境情况设置工控机操作站。
3.3.1 PLC系统的特点
（1）编程简单。PLC是面向用户的设备，因此大部分的PLC都充分考虑到现场工程人员的技能与习惯，尽量采用简单易行的编程语言，例如梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形圖与继电器原理图类似，这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只要能具有一定的电工和工艺知识的人都可在短时间内学会，是目前PLC中最常用的一种编程语言。
（2）控制系统构成简单，通用性强。在构成PLC系统时，只需要在其I/O组件的端子上接入相应的输入输出线即可，不需要诸如继电器之类的固体电子器件和大量繁杂的硬件接线线路。当控制要求改变需要变更控制系统的功能时，可以用编程器在线或离线修改程序；同一个PLC用于不同的控制对象时，只需要改变其输入输出组件和编制不同的控制程序即可。
（3）抗干扰能力强，可靠性高。高可靠性是电气控制设备的关键性能。微机系统虽然具有很强的功能，但抗干扰能力较差， PLC是专为工业控制设计的，在设计和制造过程中采用了多层次的抗干扰措施；并精选器件，可在恶劣的环境下工作。PLC的平均无故障通常在2万小时以上，这是一般微机不能比拟的。另外，虽然继电接触器控制系统具有良好的抗干扰能力，但由于使用了大量的机械触电，连线复杂，各触电在吸合及断开时容易受电弧的伤害，寿命较短。而PLC采用微电子技术，大量的开关动作可由无触点的电子电路来完成，因此可靠性大大提高。
（4）体积小，维护方便。PLC体积小，重量轻，非常便于安装。一般的PLC都具有自诊断功能，能检查出自身的故障，并随时显示给操作人员。另外，目前大部分PLC控制系统都采用模块化结构，接线很少，在查出故障后，只需要更换模块皆可，因此维护很方便。
（5）缩短了设计、施工、调试的周期。PLC系统软、硬件配置均采用模块化、积木式结构，只需按要求选用各种组件；PLC减轻了继电器安装和接线等工作；PLC具有强制及仿真功能，故程序的设计修改和调试都很方便、安全，可以大大缩短设计和投运周期。
（6）功能齐全。具有开关量、模拟量输入/输出和大量内部中间继电器、时间继电器、计数器等，具有逻辑控制、顺序控制、信号/数据处理等功能及接口功能。另外，现在的PLC还具有强大的网络功能，可以通过各种通信接口将数据直接上传给上位机，以实现上位机的数据采集和监控。
3.3.2 DWA系统配置
DWA控制系统I/O点数为DI：207、DO：76、AI：26、AO：22，PLC系统I/O模块、数据存储器与用户程序之间的关系。
在通风设备控制室（AC144）设1个电源柜（0DWA801AR），用于PLC系统和操作站交直流供电；2个控制柜（0DWA802AR/803AR），内置PLC框架、电源模块、CPU、I/O模块、通信模块、接线端子排等，用于系统的数据采集，运算处理和通信；1个操作台，设置工控机操作站，由操作人员对通风空调系统进行状态监测，发出控制指令，修改运行参数。
DWA通风空调控制系统PLC采用了罗克韦尔公司的ControlLogix。
3.4 控制网络选择
ControlLogix可通过EtherNet/IP、ControlNet以及DeviceNet网络进行通讯。
本系统采用冗余的ControlNet网络。
ControlNet是开放的，采用最新技术的工业控制网络，满足了大吞吐量的实时控制要求。采用可靠的通用工业协议（CIP），将I/O网络和对等网络信息传输的功能集成在一起，具有强大的网络通信能力。
ControlNet支持智能、高速控制设备之间共享监控、工作单元协调、操作员接口、远程设备组态、编程以及故障诊断需要的信息。
3.5 系统安全性和容错性
3.5.1控制器框架冗余
采用两个相同尺寸的框架作为一对冗余框架，所有槽位安装的模块需要保持一致；每个框架只有一个控制器，需要采用相同的型号、版本号、内存大小；每个框架最多5个1756-CNBR通讯模块；每个冗余框架须有一个1757-SRM模块。
安放于每个处理器框架的1756-SRM模块，构成关键性的控制器到控制器的控制网通信链，保持两个冗余框架之间的通讯。冗余系统的构建无需编程，对ControlNet网络上的设备来说，都是透明的。
在正常操作情况下，主处理器控制输入，从处理器通过控制网监视，并能立即感应到主处理器的任何故障或停机。在主处理器出现故障时，从处理器能平滑地接管控制，使控制系统无间断地连续工作。
按照上述要求，0DWA_CPU_R1和0DWA_CPU_R2两个框架中的两套CPU及其电源互为备用。系统中单个CPU故障不影响控制系统运行。
3.5.2 ControlNet介质冗余
网络采用两个相同的ControlNet链路；每个CPU框架、I/O框架均需采用1756-CNBR ControlNet通讯模块。
3.5.3控制系统电源的冗余
两路独立的220VAC电源进入控制柜后加浪涌保护，经双电源切换装置浮充UPS。一路供电故障，双电源切换装置自动切换到另外一路；两路供电同时故障，UPS电源保证系统0.5小时正常运行。
4 控制系统设备选型
4.1 硬件设备
1756系列的PLC控制器1套，操作站（配ControlNet网卡）1台，规格：P4、2.8G、2G内存、320G硬盘，独立显卡；HP 1515n激光打印机1台；风道温/湿度传感器及变送器4台，规格0～50ºC
0～95%r.h；浸入式温度传感器及变送器1台，规格0～100ºC；风道温度传感器及变送器2台，规格0～50ºC；压差变送器0～1000Pa 2台，0～300Pa的2台；液体差压变送器0～0.4MPa的1台；二通电动调节阀1台，规格DN150；风流开关4个，规格：最小风速：<4m/s；液体流量开关4个，规格：40～60m3/h；限位开关1个，规格：应差行程：12°。
4.2 软件实现
ControlLogix系统需要配置专用的编程软件RSlogix5000、通讯软件RSLinx、网络组态软件RSNetWorx for ControlNet和仿真软件RSLogix Emulate 5000等。根据DWA系统流程图、逻辑图、模拟图上游文件，利用已经固化在控制器内部的软件模块，进行系统编程和组态。
5 结论
核电厂BOP通风空调控制系统可以采用PLC，经分析和实践得出，PLC系统稳定可靠，配置合理，网络结构清晰，容易扩展，控制与检测性能可达到设计要求，满足功能要求。将PLC系统更高地应用到核电厂生产过程中，能更好地提高核电厂生产效率，对提高核电厂自动化水平有着重要和深远的意义。
参考文献
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作者单位
中国核电工程有限公司郑州分公司 河南省郑州市 450000
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