1. 引言

在核化工/核电项目中，已多次成功使用NicSys^®2000 LITE系统实现核仪控设备过程控制。例如：某核化工项目包含的非安全级新增子项已经成功使用NicSys^®2000 LITE系统实现了多种工艺的控制过程。本文重点描述了在以上项目设计过程中，优于施耐德PLC系统的电气设计环节，具体阐述了包括电源柜双电源切换的设计，控制柜内主控机箱及I/O机箱的设计部分等内容。

2. 电源柜功能优化设计

本文描述的电源柜部分在设备改造前，具备的功能有：双路电源一主一备的有条件切换、短路及过载保护功能，本次改造在保证以上功能的基础上，进行了双电源切换模式及过压保护的功能拓展。具体包括以下内容：

2.1. 双路电源自由切换

改造前原系统双路进线电源使用的是接触器切换回路，此系统应用起来，优点是主备回路切换速度比较快，接触器触点一般的切换时间考虑为200ms，缺点是若切换为备用电源，在备用电源有电的情况下，无人为干预，则无法自主切回至主电源。如下图2-1所示：

                 图2-1：接触器切换回路

更改成双路电源切换装置以后，回路切换时间控制在1S以内，比之前接触器切换时间有所加长，但因为重点工艺的负载电源均加装了UPS电源，所以增加的这段时间差也可以忽略不计；此装置的优点有：

Ø 实现自投自复、自投不自复、互为备用三种模式，双路电源应用起来，更为灵活；

Ø 内部配置有不同性能的脱扣器作为执行器，具备优异的高分断能力，短路及过载保护功能，使整个线路系统更为安全。

2.2. 防雷保护

改造前原系统电源柜内无安装浪涌保护器，现考虑加装浪涌保护器，浪涌保护器有以下作用：

当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，浪涌保护器能在极短的时间内导通分流，从而避免浪涌对回路中其他设备的损害。浪涌保护器的原理就是把窜入电力线、信号运输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内，或将强大的雷电流泄流入地，保护被保护的设备不受冲击而损坏。

在实际使用过程中，浪涌保护器的电缆长度，对开关设备中有效电压保护水平具有重大影响，因此，SPD连接导线应平直，其长度不宜大于0.5m。其连接相线及接地线导线截面积按照三级防雷的要求进行，如下表2-1所示。

表2-1： 导线线径要求

3. 主控机箱及I/O机箱功能设计

本项目改造前使用的是施耐德昆腾系列PLC装置，本章节具体描述一下本次改造后NicSys^®2000 LITE系统与昆腾系列PLC的功能差异，具体包括以下内容:

3.1. 数字量信号输入（DI）模块

业主需求的功能列表中含有输入信号锁存功能。而改造前施耐德的DI模块为：140 DDI 353 00，此功能模块等无锁存功能。改造后NicSys^®2000 LITE系统可通过两方面实现信号锁存功能：

Ø 通过逻辑运算，在逻辑过程中实现逻辑锁存；

Ø 在通道正常频率范围内，DI通道可进行累加计数，实现锁存功能；

Ø PI锁存功能。

3.2. 数字量输出（DO）模块

业主需求的功能列表中含有支持晶体管/单触发脉宽信号输出功能。改造前施耐德的DO模块为：140DDO35300,尽管此功能模块单通道输出能力能够达到0.5A，可以驱动一些小型电磁阀，但是现场使用情况依旧经继电器驱动电磁阀或设备，因为这种方式设备动作更为稳定，与在NicSys^®2000  LITE系统下的应用相同。

3.3. 模拟量信号输入（AI）模块

业主需求的功能列表中含有支持电压/电流信号输入功能，而改造前施耐德的AI模块为：140ACI04000，此功能模块等仅为电流输入信号，无法实现即支持电压型又支持电流型，故改造后选择NicSys^®2000  LITE系统的电流型AI模块，与之实际功能相符即可。

3.4. 模拟量信号输出（AO）模块

业主需求的功能列表中含有外配电检测功能，而改造前施耐德的AO模块为：140 ACO 130 00。该模块有个特点，就是其回路输出的电源是外部提供的，而不是模块内部提供的。因此，当外部电源丢失后，用户需要另外制作回路电源监测，否则无法知道外部电源丢失。

而NicSys^®2000 LITE系统的电源是在模块内部提供，当电源丢失后，控制器会监测到模块丢失，并监测到回路输出也不正常。故无需另外配检测功能。

4. 系统内部布局图优化设计

本项目系统布局包含电源柜布局、UPS柜布局、3台控制柜布局及操作台的布局工作，因操作台包含2台工程师站是整体替换为新设备，故此部分不做赘述，仅将需与现场情况配合的相关布局的设计思路整理如下：

4.1. 电源柜与UPS柜内部布局改进

本项目改造前无UPS单独柜体，改造后因增加电池组的容量，需要设计单独的UPS柜，在此拆分的过程中，要保证所有的电源指示灯、蜂鸣器及报警确认按钮均放置在电源柜，又要考虑柜体内部元器件布局的空间。故UPS柜内除了放置UPS主机及电池组以外，另增加了双电源切换部分的回路及元器件，其它供电回路放置在电源柜内。这样调整后，未增加柜间电缆的数量，也保证了两柜空间使用的合理性。

4.2. 控制柜布局改进

本项目要求原有外部电缆原则上依然接入原编号的控制柜内。原则上要求IO板卡布置不变，各柜出现端子排编号和接线不变。故我我方需对原有盘柜的图纸消化理解并转换为与DCS系统改造内容相符的图纸，以尽量保证外部电缆长度已固定的约束因素。根据客户现场布局的实况，对我方的布局进行配合安装。

5. 结论

本文以某除盐水生产控制系统DCS国产化改造项目为背景，依据低压配电规范相关文件，提出了NicSys^®2000 LITE系统替换常规PLC控制系统应用时的一种设计思路，该设计思路的优点为：可复用性强、人为出错率低，为后续核化工/核电项目的国产化改造奠定了良好的项目基础。对于提升仪控工程的设计质量和加快项目工程进度发挥着重要的推动作用。该设计思路的提出，也为其他项目的应用推广提供了重要参考。

参考文献

[1]GB50054-2011，低压配电设计规范［S］.北京：中国计划出版社，2012.

[2]DL/T5491-2014，电力工程交流不间断电源系统设计技术规程［S］.北京：中国计划出版社，2015.