核燃料裝卸料機(jī)的控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種程序控制系統(tǒng)，具體涉及一種通過PLC集成與智能驅(qū)動(dòng)控制的核燃料裝卸料機(jī)的控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]核燃料裝卸料機(jī)是核電站燃料操作與貯存(PMC)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，它通過與燃料轉(zhuǎn)運(yùn)裝置的配合，完成反應(yīng)堆核燃料組件的裝料、換料和卸料。而核燃料裝卸料機(jī)的控制系統(tǒng)則是裝卸料機(jī)的大腦中樞，它必須滿足高效、靈活、準(zhǔn)確、安全和可靠。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，核燃料裝卸機(jī)控制系統(tǒng)主要是以進(jìn)口為主，也有較少的國內(nèi)自主研發(fā)裝卸料控制系統(tǒng)。但普遍都存在以下問題:裝卸料機(jī)控制系統(tǒng)體積龐大，整機(jī)柜體設(shè)計(jì)不合理、系統(tǒng)拆卸投入繁瑣，大車、小車運(yùn)行精度差，提升系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)超重、失重現(xiàn)象。
[0004]所謂述超重、失重現(xiàn)象，是指物體對支持物的壓力(或?qū)依K的拉力)大于物體所受重力的現(xiàn)象叫做超重。當(dāng)物體做向上加速運(yùn)動(dòng)或向下減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體均處于超重狀態(tài)，即不管物體如何運(yùn)動(dòng)，只要具有向上的加速度，物體就處于超重狀態(tài)。
[0005]針對核燃料裝卸系統(tǒng)，在核燃料的裝卸料過程中，提升系統(tǒng)抓具新燃料(添加燃料)或已輻照的燃料(運(yùn)走燃料)時(shí)，提升燃料的重量在設(shè)定的范圍內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)能夠正常提升。如果提升的燃料超過一定范圍，系統(tǒng)必須報(bào)警，即稱為超重報(bào)警，并停止繼續(xù)提升。同理，所述核燃料裝卸料機(jī)在裝卸料過程中，控制系統(tǒng)釋放抓具的新燃料或已輻照的燃料時(shí)，抓具達(dá)到一定重量，系統(tǒng)應(yīng)該正常放開抓具。如果抓具低于某一設(shè)定的重量，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)發(fā)出失重報(bào)警，并停止繼續(xù)下降。現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)是:沒有配置專門的超、失重模塊，而采用多重回路聯(lián)鎖來實(shí)現(xiàn)此功能，經(jīng)常出現(xiàn)誤報(bào)警。誤報(bào)一旦發(fā)生，則必須通過人工觀察與操作員的配合，才能來消除誤報(bào)警。降低了裝卸料的效率，同時(shí)，增加了一個(gè)觀察員的崗位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的提供一種控制精度高、能避免超失重現(xiàn)象、整機(jī)柜體設(shè)計(jì)合理的核燃料裝卸料機(jī)的控制系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種核燃料裝卸料機(jī)的控制系統(tǒng)，包括操作控制臺
1、PLC觸摸屏、PLC控制器、視頻監(jiān)控、稱重系統(tǒng)、抓具系統(tǒng)；其中，所述PLC控制器2用于數(shù)據(jù)采集、邏輯控制、聯(lián)鎖保護(hù)、運(yùn)動(dòng)解算和伺服驅(qū)動(dòng)通訊和控制；所述操作控制臺上的各操作按鈕、顯示信號燈和數(shù)顯表與PLC控制器相連接，用于對PLC控制器發(fā)布控制命令和顯示工作狀態(tài)；所述PLC觸摸屏包括邏輯控制單元，其通過PR0FIBUS總線與PLC控制器連接，將采集包括載荷傳感器在內(nèi)的，各種傳感器的數(shù)據(jù)，以及現(xiàn)場各設(shè)備的數(shù)字I/O信號和編碼器信號，通過開關(guān)信號輸入接口，傳輸?shù)絇LC控制器；然后，進(jìn)行計(jì)算處理，再經(jīng)過PR0FIBUS總線，將控制指令發(fā)送給橋架裝置、小車裝置和提升裝置的伺服驅(qū)動(dòng)器，完成對伺服電機(jī)的精準(zhǔn)控制；所述視頻系統(tǒng)用于提供直觀的定點(diǎn)位置圖像；所述稱重系統(tǒng)對重量信號實(shí)時(shí)監(jiān)測，提供更完善的失重、超重和剮蹭保護(hù)；所述抓具系統(tǒng)是對核燃料進(jìn)行提升與釋放，所有系統(tǒng)保護(hù)均在PLC控制器內(nèi)實(shí)現(xiàn)，并提供文本提示報(bào)警，最長可提供3個(gè)月可追溯記錄；趨勢記錄可提供每次裝卸料的運(yùn)行軌跡，并以可以移動(dòng)存檔方式永久保存。
[0008]所述PLC觸摸屏的邏輯處理單元，根據(jù)實(shí)時(shí)采集和監(jiān)測的數(shù)據(jù)，即現(xiàn)場設(shè)備反饋來的位移和重量等信息，由邏輯控制單元發(fā)布命令，輸出給PLC控制器的各運(yùn)動(dòng)控制模塊，通過位置編碼器，實(shí)時(shí)獲取各驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速及行程，直接反饋到直流變頻器中，通過變頻器的內(nèi)置計(jì)算回路，精確控制各運(yùn)行部件的位置，實(shí)現(xiàn)精確的投卸料操作。
[0009]所述PLC控制器與PLC觸摸屏、稱重設(shè)備、遠(yuǎn)程站、伺服驅(qū)動(dòng)器之間通過接口模塊聯(lián)接，采用PR0FIBUS總線通信；所述PLC控制器功能模塊包括:
(1)循環(huán)調(diào)用模塊，用于實(shí)現(xiàn)子程序模塊的調(diào)用；可通過腳本，模擬器實(shí)現(xiàn)脫機(jī)模擬運(yùn)行；
(2)固定周期調(diào)用模塊，用于保證對大小車、主提升的實(shí)時(shí)控制，PLC控制器定時(shí)向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)送控制指令，實(shí)現(xiàn)定周期控制；
(3)編碼器-伺服驅(qū)動(dòng)器初始值設(shè)置模塊，用于對系統(tǒng)進(jìn)行初始化設(shè)置；設(shè)置編碼器復(fù)位對位操作，任何時(shí)候可以實(shí)際對設(shè)備的位置校O操作；
(4)堆芯柵格維護(hù)管理模塊，用于實(shí)現(xiàn)堆芯柵格裝卸料記錄和管理；通過移動(dòng)儲存可永久存檔保存；通過后期處理，可提供與辦公軟件數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)報(bào)表的圖形化；
(5)大車行走-速度控制模塊，用于根據(jù)實(shí)時(shí)的大車位置，判斷允許大車向前、向后運(yùn)行條件，根據(jù)不同的操作模式，對大車運(yùn)行的方向和速度進(jìn)行控制；對速度控制實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速；
(6)小車行走-速度控制模塊，用于根據(jù)實(shí)時(shí)的小車位置，判斷允許小車向左、向右運(yùn)行條件，根據(jù)不同的操作模式，對小車運(yùn)行的方向和速度進(jìn)行控制；對速度控制實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速；
(7)主提升升降-速度控制模塊，用于根據(jù)實(shí)時(shí)的主提升位置，判斷允許主提升向上、向下運(yùn)行條件，根據(jù)不同的操作模式，對主提升運(yùn)行的方向和速度進(jìn)行控制；對速度控制實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速；
(8)魚眼彩色視頻監(jiān)控系統(tǒng)，用于大角度、寬景深的光圈自動(dòng)調(diào)節(jié)，監(jiān)視器可按現(xiàn)場實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)90度、180度、270度翻轉(zhuǎn)；
(9)大車驅(qū)動(dòng)模塊，用于接收大車行走-速度控制模塊的指令，進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)指令的解算，對驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制；
(10)小車驅(qū)動(dòng)模塊，用于接收小車行走-速度控制模塊的指令，進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)指令的解算，對驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制；
(11)主提升驅(qū)動(dòng)模塊，用于接收主提升行走-速度控制模塊的指令，進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)指令的解算，對驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制；
(12)抓具嚙合-脫扣控制模塊，用于判斷允許抓具嚙合和脫扣的條件，對抓具得嚙合和脫扣操作進(jìn)行控制；
(13)故障處理模塊，用于故障檢測以及故障復(fù)位；
(14)超失重趨勢數(shù)據(jù)分析模塊，用于減少了超、失重的誤報(bào)警和假報(bào)警問題；
(15)顯示模塊，用于顯示大車、小車、主提升的位置坐標(biāo)以及載荷重量；
(16)手動(dòng)-半自動(dòng)-全自動(dòng)切換模塊，用于實(shí)現(xiàn)裝卸料機(jī)的手動(dòng)、半自動(dòng)和全自動(dòng)操作之間的自由切換；
(17)報(bào)警和趨勢記錄模塊，用于提供文本報(bào)警，自動(dòng)模式下，運(yùn)行軌跡的描繪。
[0010](IS)PLC控制器的保護(hù)系統(tǒng)模塊，用于對設(shè)備運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的同時(shí)，執(zhí)行安全運(yùn)動(dòng)保護(hù)聯(lián)鎖功能；在PLC系統(tǒng)故障緊急情況下，系統(tǒng)安全停車。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明為了克服超、失重現(xiàn)象，專門增加了超、失重趨勢數(shù)據(jù)分析模塊，有效的避免超、失重現(xiàn)象，減少了超、失重誤報(bào)警和假報(bào)警。另外，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少故障點(diǎn)，縮小控制系統(tǒng)的體積，提升員工舒適度。通過軟件的開發(fā)與優(yōu)化，大車、小車和提升的運(yùn)行精度。
【附圖說明】
[0012]圖1:本發(fā)明的核燃料裝卸料機(jī)控制系統(tǒng)工作原理；
圖2:PLC系統(tǒng)配置原理圖。
[0013]具體實(shí)施例
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明詳細(xì)的說明。
[0014]如圖1所示，核燃料裝卸料機(jī)的控制系統(tǒng)，包括操作控制臺1、PLC觸摸屏2、PLC控制器3、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、稱重系統(tǒng)4.1、抓具系統(tǒng)4.2等。其中，PLC控制器3負(fù)責(zé)裝卸料機(jī)的數(shù)據(jù)采集、邏輯控制、聯(lián)鎖保護(hù)、運(yùn)動(dòng)解算和伺服驅(qū)動(dòng)方面的功能。操作臺上的各操作按鈕、顯示信號燈和數(shù)顯表與PLC控制器相連接，觸摸屏PLC通過總線連接；并通過各種模塊采集現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)字I/O信號、編碼器和載荷傳感器的信息，進(jìn)行計(jì)算處理后，再通過接口模塊將控制指令發(fā)送給伺服驅(qū)動(dòng)器，使其完成對伺服電機(jī)的精準(zhǔn)控制。視頻系統(tǒng)用于提供直觀的位置圖像。稱重系統(tǒng)用于接入自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，對重量信號實(shí)時(shí)監(jiān)測，提供更完善的失重，超重，剮蹭保護(hù)，所述抓具系統(tǒng)是對核燃料進(jìn)行提升與釋放。所有保護(hù)均在PLC系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)，并提供文本提示報(bào)警，最長可提供3個(gè)月可追溯記錄。趨勢記錄可提供每次裝卸料的運(yùn)行軌跡，并以可以移動(dòng)存檔方式永久保存。
[0015]通過西門子PLC控制器的邏輯處理單元，實(shí)時(shí)地采集和監(jiān)測，由現(xiàn)場級設(shè)備反饋來的位移和重量等信息，通過控制器內(nèi)部邏輯程序，輸出邏輯控制命令給各運(yùn)動(dòng)控制單元，通過位置編碼器，實(shí)時(shí)獲取各驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速及行程，直接反饋到直流變頻器中，通過變頻器的內(nèi)置計(jì)算回路，精確控制各運(yùn)行部件的位置，從而實(shí)現(xiàn)精確的投卸料操作。避免了由PLC采取位置反饋，再通過邏輯計(jì)算判斷后，輸出位置控制命令給變頻器這種損失實(shí)際性的傳統(tǒng)控制方式。同時(shí)，設(shè)計(jì)了位置攝像頭及顯示器、操作人員HMI，更加保證了系統(tǒng)的安全和操作的舒適性。
[0016]本發(fā)明的核燃料裝卸料機(jī)控制系統(tǒng)，PLC控制器與PLC觸摸屏、稱重設(shè)備、遠(yuǎn)程站、伺服驅(qū)動(dòng)器之間通過接口模塊聯(lián)接，采用PR0FIBUS總線通信，1，5M工業(yè)帶寬，最高可實(shí)現(xiàn)12M通訊帶寬。它包括如下功能模塊:
1)循環(huán)調(diào)用模塊3.1，用于實(shí)現(xiàn)子程序模塊的調(diào)用；可通過腳本，模擬器實(shí)現(xiàn)脫機(jī)模擬運(yùn)行；
2)固定周期調(diào)用模塊3.2，用于保證對大小車、主提升的實(shí)時(shí)控制，PLC控制器定時(shí)向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)送控制指令，實(shí)現(xiàn)定周期控制；
3)編碼器-伺服驅(qū)動(dòng)器初始值設(shè)置模塊3.3，用于對系統(tǒng)進(jìn)行初始化設(shè)置；設(shè)置編碼器復(fù)位對位操作，任何時(shí)候可以實(shí)際對設(shè)備的位置校O操作；
4)堆芯柵格維護(hù)管理模塊3.4，用于實(shí)現(xiàn)堆芯柵格裝卸料記錄和管理；通過移動(dòng)儲存可永久存檔保存；