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浅析雷达物位计在PLC控制中的应用及改进

作者: 来源: 发布时间:2019-12-12 15:25:36

    摘 要:雷达物位计设备可靠性对于确保核电站循环冷却水取水系统的畅通,以及核电站的安全稳定运行有着十分重要的意义。分析雷达物位计控制系统运行缺陷,提出改进方法。

    引言
    国内某核电站海水取水系统从杭州湾取水,除了为常规岛 热力系统设备提供冷却水外,同时为一回路海水冷却水系统提 供冷却水源,其中在海水泵房内布置了 3 台全框架侧面进水雷达物位计。3 台雷达物位计由陕西煤炭建设公司管件设备厂设计和 制造,满足核安全 3 级、质保等级 QA2、抗震Ⅰ类的要求。雷达物位计性能安全可靠,使用效果良好。分析雷达物位计实际运行中存在的问题,提出优化改进措施,进一步提高设备的可靠性。

    1 雷达物位计结构功能
    雷达物位计结构组成:上部机架,电机,链轮传动系统,冲洗 水管系统,导轨(框架),链条与网板,链松报警装置,液位传感 器,就地控制箱。

     (1)上部机架。是雷达物位计链轮传动系统、冲洗水管系统、 电机安装支架和上部框架的连接机构。
     (2)链轮传动系统。是实现雷达物位计网板运行的动力装置, 传动大链轮将来自电机减速机的力矩通过主轴传递给 2 个 6牙链轮,带动链条与网板旋转。

     (3)冲洗水管系统。来自冲洗水泵的高压水通过钢管和喷 嘴,冲洗上升侧链板上的垃圾,清洁网板,防止网板孔口堵塞。 冲洗水通过高压水槽电动蝶阀和冲洗管道电动蝶阀进行控制。

     (4)链条伸长报警装置。链条伸长后,在导轨内发生打折现 象,压迫转块、拉动拉杆,触动行程开关闭合,信号送到电气回 路,电机停止运行并发出声光警报。

    2 雷达物位计工作原理
    传动装置带动驱动轴及 6 牙轮旋转,驱动滤网封闭链条与 网板沿着框架与导轨做上、下直线移动。大于筛网孔径的污物 被拦截并粘附在筛网上,较大颗粒散落在网框下横梁,并由防 滑板阻挡,与污物一起随网板提升到高压水冲洗喷射位置被激流冲洗坠入排污沟。封闭链循环一周或一周半可保证整个筛网 被冲洗清扫干净。

    3 雷达物位计电气控制系统硬件及电路
    3.1 雷达物位计主电路 海水泵房内布置 1 台电源柜和 3 台控制柜,电源柜向 3 台控制柜提供主回路和控制回路电源,主回路采用交流 380 V,控制回路采用交流 220 V。3 台控制柜分别对应 1# 雷达物位计、2# 雷达物位计和 3# 雷达物位计。

    3.2 雷达物位计控制电路
    3.2.1 雷达物位计控制方式
    (1)手动控制模式。通过按控制柜面板的按钮,由接触器控 制雷达物位计和导槽冲洗电动蝶阀以及冲洗管路电动蝶阀的启 停。当 PLC 或传感器发生故障时,可以临时使用手动控制模式, 以保证生产的正常进行。
    (2)自动控制模式。采用西门子 PLC S7-200,3 台雷达物位计 采用分散控制系统,即每台雷达物位计设置 1 台液位传感系统和 1 台 PLC 控制柜。各台 PLC 之间通过水位差信号的传递进行内部联锁、响应和发令。

    PLC 主要由中央处理器(CPU),存储器,输入单元,输出单元,电源等 5 部分组成。数字量 I/0 混合模块型号为EM223 24 V(DC) 4 输入 4 继电器输出。模拟量混合扩展模块型 号为 EM235,该模块具有 4 路模拟量输入和 1 路模拟量输出。

    PLC 采用循环扫描的工作方式,一个循环扫描周期可以分为输入采样,程序执行,输出刷新 3 个阶段。输入采样阶段,PLC将依次读入所有输入信号的状态和数据并存入输入映像区中相 应单元,采样完成后进入程序执行阶段,PLC 按照从左往后,从 上往下的顺序对用户程序进行扫描,程序执行的结果写入输出 映出映像区中保存。输出刷新阶段 PLC 将输出映像区状态写到 实际输出设备。需要注意的是,PLC 的所有输入信号在程序执行 前统一读入,在程序处理过程中不会改变,程序处理的结果也是 在扫描周期的zui后阶段统一输出。

    PLC 的数字量输入信号包括手自动选择信号、旋网过载和链松信号,阀门开关限位、过载过力矩信号以及另外 2 台旋网的 水位差信号、地震信号。这些信号驱动相应的中间继电器,由中 间继电器的辅助点将数字量信号传入 PLC。

    PLC 数字量输出信号包括旋网低速和高速运行,阀门开关, 水位差启动信号和水位差高速运行信号,旋网运行信号和旋网故障信号。当 PLC 输出数字量信号时,驱动相应的中间继电器 线圈得电,中间继电器控制相应的接触器实现控制功能。

    PLC 模拟量输入输出模块,在滤网前后分别安装高液位传 感器和低液位传感器,传感器将液位信号转换为 PLC 可以识别的电压信号,然后将电压信号转换为一个整数,经过计算得出水 位差,再通过 D/A 转换将水位差转换为 0~20 mA 信号输出到集控室 DCS 显示。

    3.2.2 雷达物位计控制要求
    如图 1 所示,当旋网切到自动方式运行时,首先检测旋网前后的水位差:

    (1)当旋网前后水位差达到 1000 mm (可调,以下称为高 高水位)时,PLC 发出紧急报警信号,同时旋网停止运行。

    (2)当旋网前后水位差达到 600 mm(可调,以下称为高水位)时,PLC 发出报警信号,同时旋网高速运行。当一台旋网达 到高水位时,如果另外两台旋网有一台处于低速运行模式,则低速运行中的旋网停止。当本台旋网高速运行时,如果另外两台旋 网达到高水位时,另外两台必须等高速运行中的旋网停止后才 可以运行。即:zui先达到高水位的旋网具有zui高优先权。

    (3)当水位差达到 300 mm(可调,以下称为启动水位差)时,检测另外两台旋网的水位差信号是否到位,只有在另外两台都没发出水位差到位信号时,本旋网进入低速运行模式,高压水槽电动碟阀打开,冲洗约 5 min(可调),冲洗管道电动碟阀打开。延时 5 s(可调),高压水槽电动碟阀关闭,再延时 15 s(可 调)旋网开始运行。随着污物的清除,水位差降低,当旋网前后水 位差下降到 200 mm(可调),PLC 发出停止旋网运行指令,延时5 s(可调)旋网自动停止运行,再延时 15 s(可调),冲洗管道电 动碟阀关闭。

   (4)当旋网前后水位差在 6 h(可调)内达不到 200 mm(可 调,以下称为低水位差)时,PLC 自动发出旋网低速运行指令, 每次运行 1 h。 4 雷达物位计 PLC 控制程序分析以 1# 旋网为例,分析 PLC 程序实现旋网控制要求的过程。PLC 程序由主程序,参数子程序,报警子程序,液位转换子程序, 雷达物位计控制子程序组成,因程序很长(300 行左右)及篇幅限制,只分析其中典型的程序设计。

    4.1 主程序
    主程序的作用是在程序初次运行时,初始化程序中的参数, 以及调用子程序。

    4.2 参数子程序
    参数子程序的作用是将用户设置的参数写入 PLC 程序,用户可以自定义旋网运行参数,提高了程序的灵活性。

    为了存储各种信息,S7-200 内部划分了不同的存储器单元,每个单元都有weiyi的地址,PLC 通过地址访问标识存取数据。以 VW60 为例,V 表示 CPU 内的变量存储区,常用来存储控 制逻辑操作的中间结果。W 表示数据的长度为字(16 位二进 制),B 表示字节(8 位),D 表示双字(32 位),60 表示字节地址。VW60 表示以字方式访问变量存储区的第 61 个字。

    旋网控制子程序中的定时器和计数器通过调用这些参数实现旋网运行控制中的时间要求。参数地址及在旋网控制子程序 中对应的定时器,计数器地址和功能见表 1。

 

1.jpg

    4.3 报警子程序
    当旋网过载、旋网链松、导槽冲洗电动碟阀过载或过力矩、冲 洗管道电动碟阀过载或过力矩,水位差高高,地震信号,高、低液位 传感器故障,旋网高速运行时,PLC 发出紧急报警信号并发出声光报警,按消音按钮可消除声响。导槽冲洗电动碟阀过载或过力矩 时,I0.3 常开点闭合,V15.1 线圈得电后 Q1.1 输出故障报警。

    5 运行经验及改进
    综合统计 2009 年至今的旋网运行缺陷,年平均缺陷数 20个左右,机械部分缺陷占 46%,电气回路占 54%,缺陷主要集中 在液位传感器和阀门电动装置。其中,有些多次出现的缺陷是可 以通过改进 PLC 程序消除。 运行经验反馈,旋网多次发高速运行报警,在旋网水位差降 到低水位时,报警依然无法复位。须在旋网断电后重新上电,报 警方可消除。对此,可对 PLC 程序做优化改进,实现旋网高速运行一段时间,水位差降低至低水位差后,旋网高速运行停止,并 复位高速运行报警输出。

    6 结语
    分析核电厂 3 台雷达物位计的控制要求,介绍控制系统硬件,主回路控制回路的电路接线及不同工况下雷达物位计运行方式的 典型 PLC 程序。结合运行经验,针对缺陷进行优化改进,提高雷达物位计运维水平。

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