CN101763757B - 压水堆核电站装卸料模拟机系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及计算机模拟仿真系统，具体涉及一种压水堆核电站装卸料模拟机系统。该系统由操作控制台、具有图形工作站配置的PC计算机和可编程序控制器PLC组成，操作控制台按照装卸料机的实物控制台进行1∶1的设计，操作控制台上的各操作元件以及信号灯显示装置与PLC连接；PC计算机设有上位程序单元和三维控件单元，PLC与PC计算机的上位程序单元之间实现数据交互；PLC接收来自控制台的信号和来自上位程序的大小车位置信息，经过逻辑运算后将动作指令发送给PC计算机，并控制控制台上的信号灯；PC计算机中的上位程序单元向三维控件单元发送大小车及抓具速度方向信息，控制三维控件中大小车及抓具运动，三维控件单元向上位程序单元返回大小车及抓具位置信息。
Description
技术领域
本发明涉及计算机模拟仿真系统，具体涉及一种压水堆核电站装卸料模拟机系统。
背景技术
核电站核燃料装卸料机是核燃料装卸储存系统的核心设备，由大车、小车、主提升和轨道等机构组成，可实现核燃料的水平和竖向运输，也可在堆芯内进行180度的旋转。其主要功能有：在堆芯与传输系统之间运输燃料组件；燃料组建装载完毕后，对各组件进行编号和摄像，保证按照正确的堆芯装载图装料；结合啜吸检漏系统执行组件的在线破损检查。核燃料装卸工作是核电站年度大修的关键路径，核燃料装卸料机是核电站换料大修的关键设备，其可靠性以及核燃料装卸速度可直接影响核电站的大修工期，进而影响机组的可用率。
目前的压水堆核电站中，在机组运行期间，装卸料机仍然停放在反应堆厂房，无法进行实际操作培训，而在机组大修期间，员工在进行装卸料机操作培训时，又存在着一些安全风险。所以急需寻找一种不受机组运行状态限制而且没有安全风险的装卸料机操作培训方式。
发明内容
本发明的目的在于针对压水堆核电站在装卸料机操作培训方面存在的不足，提供一种压水堆核电站装卸料模拟机系统，从而保证在不受机组运行状态限制，而且又不存在任何安全风险的情况下，对工作人员进行装卸料机操作培训。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种压水堆核电站装卸料模拟机系统，由操作控制台、具有图形工作站配置的PC计算机和可编程序控制器PLC组成，其中，所述的操作控制台按照装卸料机的实物控制台进行1∶1的设计，操作控制台上的各操作元件以及信号灯显示装置与可编程序控制器PLC连 接，操作控制台将开关信号、按钮信号和操纵杆信号发送给可编程序控制器PLC，可编程序控制器PLC根据逻辑运算结果控制点亮或者熄灭控制台上的信号灯；PC计算机中设有上位程序单元以及三维控件单元，可编程序控制器PLC与PC计算机中的上位程序单元之间实现数据交互，上位程序单元传送大小车抓具位置信息给可编程序控制器PLC作逻辑连锁处理，可编程序控制器PLC将逻辑连锁结果返回给上位程序单元；PC计算机中的上位程序单元接收操作控制台发送给可编程序控制器PLC并经PLC程序处理过的大小车速度信息，再向三维控件单元发送大小车及抓具速度方向信息，控制三维控件中大小车及抓具运动，三维控件单元向上位程序单元返回大小车及抓具位置信息；所述的可编程序控制器PLC包括如下功能模块：
-周期性调用模块，实现子程序模块调用，以及触摸屏数据处理；
-中断模块，用于接收来自上位程序单元数据；
-初始化赋值模块，用于对系统进行初始化赋值；
-操作台按钮开关预处理模块，用于对操作台输入信号进行滤波处理；
-模拟限位开关处理模块，用于根据大车、小车、抓具高度相关配置参数，判断相关限位是否到位；
-接收数据分派模块，用于根据从上位机通讯接收指令码，分派给不同的处理模块处理
-大车行走控制模块，用于根据实时大车位置，判断大车允许前进、后退条件，根据操作指令，对大车进行方向和速度控制；
-小车行走控制模块，用于根据实时小车位置，判断小车允许左行、右行条件，根据操作指令，对小车进行方向和速度控制；
-抓具伸缩套管升降控制模块，用于根据实时抓具高度，判断抓具允许上升、下降条件，根据操作指令，对抓具升降进行方向和速度控制
-抓具悬吊慢速升降控制模块，用于根据实时抓具高度，判断抓具允许上升、下降条件，根据操作指令，对抓具升降进行方向和速度控制；
-抓具啮合脱扣控制模块，用于对抓具的啮合脱扣操作进行控制；
-其它控制模块，用于实现其它操作的控制；
-上位机模拟操作台、模拟按钮及来自上位机实时状态处理模块；
-大车相关配置数据接收处理模块，用于接收和处理大车配置数据；
-小车相关配置数据接收处理模块，用于接收和处理小车配置数据；
-抓具Z轴相关配置数据接收处理模块，用于接收和处理抓具Z轴配置数据；
-其它配置相关数据接收处理模块；
-操纵杆I/O信号接收处理模块，用于接收和处理操纵杆I/O信号；
-立面操作盘指示灯控制模块，用于控制立面操作盘指示灯；
-水平面操作盘指示灯控制模块，用于控制水平面操作盘指示灯；
-面操作盘指示灯控制模块，输出到操作台指示灯；
-水平面操作盘指示灯控制模块，输出到操作台指示灯；
-上位程序单元数据发送处理模块，用于向上位程序单元发送数据；
所述的压水堆核电站装卸料模拟机系统，其中，所述的PC计算机中的上位程序单元包括如下功能模块：
-主界面模块，包括三维浏览窗口、堆芯状态图、装卸料机相关状态信息，以及其它功能界面的调度接口；
-信息的输入输出模块，包括输入输出操作开关记录文件，设备参数输入输出，燃料组件堆芯位置编号配置文件的输入，堆芯状态信息的输入输出，帮助文件配置信息的输入输出；
-数据结构的定义模块，包括上位与下位通讯的通讯协议的数据结构包装，燃料棒实体的数据结构以及程序运行用到的数据结构的定义；
-数据通讯模块，实现上下位之间的通讯，接收和发送串口数据；
-串口选择窗体模块；
-三维视图中小窗口信息配置模块；实现添加小窗口，修改小窗口的相关属性，删除小窗口，保存和读取小窗口配置信息；
-帮助文档模块，实现帮助文档的相关操作，包括帮助文档链接的配置和调用显示；
-装卸料设备参数的配置模块，用来配置与装卸料机模拟需要用到的一些参数；
-变形料操作模块，包括变形料操作用到的一些常量数据，数据结构，以及变形料的绘制算法和碰撞检测算法；
-变形料操作界面调用模块，用于调用变形料操作模块，绘制侧面视图；
-三维控件功能的调度接口模块，实现与三维控件的交互操作，控制三维图形执行相应的图形命令；
-三维操作命令封装模块，用于将一些三维操作命令再次封装成功最终供其它模块调用；
-MCI设备操作模块，用于提供对MCI设备的一些操作函数，实现播放音乐的功能。
本发明的有益效果如下：本发明所提供的压水堆核电站装卸料模拟机系统是国内第一台用于压水堆装卸料机操作培训的模拟仿真系统，通过三维仿真技术现实了工作场景在电脑显示屏上再现，系统的程序部分完全按照现实工作中装卸料机的操作步骤和逻辑程序进行设计编程，具有很强的针对性和可操作性。利用该模拟机系统进行装卸料机操作培训，不受机组运行状态限制，而且又不存在任何安全风险，很好地弥补了装卸料机操作培训方面的不足。
附图说明
图1为本发明的系统原理图；
图2为可编程序控制器PLC的软件模块组成示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
本发明所提供的压水堆核电站装卸料模拟机系统，由操作控制台、PC计算机(图形工作站配置)和可编程序控制器PLC组成。其工作原理如图1所示，所述的操作控制台按照装卸料机的实物控制台进行1∶1的设计，操作控制台上的各操作元件以及信号灯显示装置与可编程序控制器PLC连接，操作控制台将开关信号、按钮信号和操纵杆信号发送给可编程序控制器PLC，可编程序控制器PLC根据逻辑运算结果控制点亮或者熄灭控制台上的信号灯；PC计算机中设有上位程序单元以及三维控件单元，可编程序控制器PLC与PC计算机中的上位程序单元之间实现数据交互，上位程序单元传送大小车抓具位置信息给可编程序控制器PLC作逻辑连锁处理，可编程序控制器PLC将逻辑连锁结果返回给 上位程序单元；PC计算机中的上位程序单元接收操作控制台发送给可编程序控制器PLC并经PLC程序处理过的大小车速度信息，再向三维控件单元发送大小车及抓具速度方向信息，控制三维控件中大小车及抓具运动，三维控件单元向上位程序单元返回大小车及抓具位置信息，并将相关信息反映在电脑显示屏上。
本系统所涉及的主要硬件器材及相关参数如下：
1.图形工作站：DELL390
2.液晶显示器：DELL22寸液晶显示器
3.导轨模块：6ES7 390-1AF30-0AA0
4.电源模块：6ES7 307-1EA00-0AA0，规格：AC220V，DC24V，5A
5.CPU模块：6ES7 313-5BF03-0AB0，规格：CPU313C，DI24，D016，AI5
6.内存卡：6ES 7953-8LF11-0AA0
7.DI/DO模块：9ES 7321-1BL00-0AA0，规格：16DI/16DO 24V DC
8.40针连接器：6ES 7392-1AM00-0AA0
9.通讯模块：6ES7 340-1AH01-0AE0，规格：340-RS232C
10.通讯电缆：规格：RS232C通讯电缆
11.触摸屏：PWS-1711-STN，规格：5.1″
12.DC10V电源：台湾明纬S-12-10，规格：AC200V-＞DC10V
13.十字操作杆：施耐德XKBA-12229，10K，双轴带机械锁
14.一字操作杆：施耐德XKBA-12207，10K，单轴带机械锁
15.操作台：1000X1200X1100
16.左侧操作箱：KDAE3838
17.右侧操作箱：KDAE3838
18.断路器20QF：2P，10A
19.断路器1QF\2QF\3QF：1P，6A
20.蓝色指示灯：XB2-BVB6C，DC24V
21.红色指示灯：XB2-BVB4C，DC24V
22.白色指示灯：XB2-BVB1C，DC24V
23.选择开关071CV：XB2-BD21C，两位保持，1开
24.钥匙转换开关：XB2-BG21C，两位保持，左出1NO
25.黑色按钮：XB2-BA21C，开点，自复位
26.蘑菇头按钮：XB2-BS542C，DC24V，1闭，自锁
27.蓝色带灯按钮：XB2BW36B1C，自复位，DC24V，1开
28.悬吊按钮盒OC3：C0B803，带两个按钮，一个蘑菇按钮
29.电位器旋钮R1，10k0hm
30.数字电压表：HB5735B，DC0-20V指示，AC220V供电
可编程序控制器PLC的软件体系结构如图2所示，包括如下功能模块：
-OB1：周期性调用模块(主程序)，实现子程序模块调用，以及触摸屏数据处理；
-OB35：100ms中断模块，用于接收来自上位程序单元数据；
-OB100：初始化赋值模块，用于对系统进行初始化赋值，系统启动执行一次；
-FC1：操作台按钮开关预处理模块，用于对操作台输入信号进行滤波处理；
-FC2：模拟限位开关处理模块，用于根据大车、小车、抓具高度相关配置参数，判断相关限位是否到位；
-FC3：接收数据分派模块，用于根据从上位机通讯接收指令码，分派给不同的处理模块处理
-FC4：大车行走控制模块，用于根据实时大车位置，判断大车允许前进、后退条件，根据操作指令，对大车进行方向和速度控制；
-FC5：小车行走控制模块，用于根据实时小车位置，判断小车允许左行、右行条件，根据操作指令，对小车进行方向和速度控制；
-FC6：抓具伸缩套管升降控制模块，用于根据实时抓具高度，判断抓具允许上升、下降条件，根据操作指令，对抓具升降进行方向和速度控制
-FC7：抓具悬吊慢速升降控制模块，用于根据实时抓具高度，判断抓具允许上升、下降条件，根据操作指令，对抓具升降进行方向和速度控制；
-FC8：抓具啮合脱扣控制模块，用于对抓具的啮合脱扣操作进行控制；
-FC9：其它控制模块，用于实现其它操作的控制；
-FC11：上位机模拟操作台、模拟按钮及来自上位机实时状态处理模块；
-FC15：大车相关配置数据接收处理模块，用于接收和处理大车配置数据；
-FC16：小车相关配置数据接收处理模块，用于接收和处理小车配置数据；
-FC18：抓具Z轴相关配置数据接收处理模块，用于接收和处理抓具Z轴配置数据；
-FC21：其它配置相关数据接收处理模块；
-FC30：操纵杆I/O信号接收处理模块，用于接收和处理操纵杆I/O信号；
-FC31：立面操作盘指示灯控制模块，用于控制立面操作盘指示灯；
-FC32：水平面操作盘指示灯控制模块，用于控制水平面操作盘指示灯；
-FC41：面操作盘指示灯控制模块，输出到操作台指示灯；
-FC42：水平面操作盘指示灯控制模块，输出到操作台指示灯；
-FC101：上位程序单元数据发送处理模块，用于向上位程序单元发送数据。
PC计算机中的上位程序单元共包括13个程序模块，各个模块的具体功能如下：
-主界面模块(程序文件frmDemo.vb)，主要包括三维浏览窗口，堆芯状态图，装卸料机相关状态信息，还包括了其他功能界面的调度接口(通过菜单可调度其他与程序运行相关的图形窗口)；通过定时器轮回，调用串口通讯模块操作串口读取和发送大小车及抓具相关状态信息，调用三维控件模块操纵三维图形中大小车相关动作，返回相关信息；
-信息的输入输出模块(程序文件COM_Public.vb)，包括输入输出操作开关记录文件，设备参数输入输出，燃料组件堆芯位置编号配置文件的输入，堆芯状态信息的输入输出，帮助文件配置信息的输入输出；
-数据结构的定义模块(程序文件COMDEF.vb)，是程序执行过程中用到的数据结构的相关定义，包括上位与下位通讯的通讯协议的数据结构包装(PctoPlcData为上位传送给下位的数据结构，PlctoPcData为接受的PLC发送给上位的数据的包装)；燃料棒实体的数据结构以及程序运行用到的一些数据结构；
-数据通讯模块(程序文件CommLib.vb)，主要实现上下位之间的通讯，接受和发送串口数据，把从串口接受的数据按照协议包装成程序需要的数据结构；将上位要传送给下位的数据经过协议包装发送到串口；
-串口选择窗体模块(程序文件frmCommPortSetup.vb)，程序的串口选择窗体；
-三维视图中小窗口信息配置模块(程序文件frmConfig.vb)；三维视图中小窗口信息的配置界面，实现添加小窗口，修改小窗口的相关属性，删除小窗口，保存和读取小窗口配置信息；
-帮助文档模块(程序文件frmHelpDoc.vb)，实现帮助文档的相关操作，包括帮助文档链接的配置和调用显示；
-装卸料设备参数的配置模块(程序文件frmParams.vb)，装卸料设备参数的配置界面，用来配置与装卸料机模拟需要用到的一些参数；
-变形料操作模块(程序文件ShapeRL.vb)，包括变形料操作用到的一些常量数据，数据结构，以及变形料的绘制算法和碰撞检测算法；
-变形料操作界面调用模块(程序文件FShapeRL.vb)，变形料操作界面，用于调用变形料操作模块，绘制侧面视图；
-三维控件功能的调度接口模块(程序文件VRIAgent.cs)，包装了三维控件功能的调度接口，实现与三维控件的交互操作，控制三维图形执行相应的图形命令；
-三维操作命令封装模块(程序文件Utility.cs)，用于将一些三维操作命令再次封装成功最终供其它模块调用；
-MCI(媒体控制接口)设备操作模块(程序文件MCI.cs)，用于提供对MCI设备的一些操作函数，实现播放音乐的功能。
本发明所提供的压水堆核电站装卸料模拟机系统的可编程序控制器PLC部分采用S7-300编程软件Step7 V5.2的编程环境，PC计算机的上位程序采用VS.NET 2005编程环境，系统运用模拟仿真技术将将现场工作环境在显示屏上真实再现。装卸料模拟机系统自投入试验以来的运行经验表明，在正常操作情况下，该系统能够稳定运行，很好地完成装卸料机操作培训工作。
Claims (1)
1.一种压水堆核电站装卸料模拟机系统，由操作控制台、具有图形工作站配置的PC计算机和可编程序控制器PLC组成，其特征在于：所述的操作控制台按照装卸料机的实物控制台进行1∶1的设计，操作控制台上的各操作元件以及信号灯显示装置与可编程序控制器PLC连接，操作控制台将开关信号、按钮信号和操纵杆信号发送给可编程序控制器PLC，可编程序控制器PLC根据逻辑运算结果控制点亮或者熄灭控制台上的信号灯；PC计算机中设有上位程序单元以及三维控件单元，可编程序控制器PLC与PC计算机中的上位程序单元之间实现数据交互，上位程序单元传送大小车抓具位置信息给可编程序控制器PLC作逻辑连锁处理，可编程序控制器PLC将逻辑连锁结果返回给上位程序单元；PC计算机中的上位程序单元接收操作控制台发送给可编程序控制器PLC并经PLC程序处理过的大小车速度信息，再向三维控件单元发送大小车及抓具速度方向信息，控制三维控件中大小车及抓具运动，三维控件单元向上位程序单元返回大小车及抓具位置信息；所述的可编程序控制器PLC包括如下功能模块：
-周期性调用模块，实现子程序模块调用，以及触摸屏数据处理；
-中断模块，用于接收来自上位程序单元数据；
-初始化赋值模块，用于对系统进行初始化赋值；
-操作台按钮开关预处理模块，用于对操作台输入信号进行滤波处理；
-模拟限位开关处理模块，用于根据大车、小车、抓具高度相关配置参数，判断相关限位是否到位；
-接收数据分派模块，用于根据从上位机通讯接收指令码，分派给不同的处理模块处理；
-大车行走控制模块，用于根据实时大车位置，判断大车允许前进、后退条件，根据操作指令，对大车进行方向和速度控制；
-小车行走控制模块，用于根据实时小车位置，判断小车允许左行、右行条件，根据操作指令，对小车进行方向和速度控制；
-抓具伸缩套管升降控制模块，用于根据实时抓具高度，判断抓具允许上升、下降条件，根据操作指令，对抓具升降进行方向和速度控制；
-抓具悬吊慢速升降控制模块，用于根据实时抓具高度，判断抓具允许上升、下降条件，根据操作指令，对抓具升降进行方向和速度控制；
-抓具啮合脱扣控制模块，用于对抓具的啮合脱扣操作进行控制；
-其它控制模块，用于实现其它操作的控制；
-上位机模拟操作台、模拟按钮及来自上位机实时状态处理模块；
-大车相关配置数据接收处理模块，用于接收和处理大车配置数据；
-小车相关配置数据接收处理模块，用于接收和处理小车配置数据；
-抓具Z轴相关配置数据接收处理模块，用于接收和处理抓具Z轴配置数据；
-其它配置相关数据接收处理模块；
-操纵杆I/O信号接收处理模块，用于接收和处理操纵杆I/O信号；
-立面操作盘指示灯控制模块，用于控制立面操作盘指示灯；
-水平面操作盘指示灯控制模块，用于控制水平面操作盘指示灯；
-面操作盘指示灯控制模块，输出到操作台指示灯；
-水平面操作盘指示灯控制模块，输出到操作台指示灯；
-上位程序单元数据发送处理模块，用于向上位程序单元发送数据；
所述的PC计算机中的上位程序单元包括如下功能模块：
-主界面模块，包括三维浏览窗口、堆芯状态图、装卸料机相关状态信息，以及其它功能界面的调度接口；
-信息的输入输出模块，包括输入输出操作开关记录文件，设备参数输入输出，燃料组件堆芯位置编号配置文件的输入，堆芯状态信息的输入输出，帮助文件配置信息的输入输出；
-数据结构的定义模块，包括上位与下位通讯的通讯协议的数据结构包装，燃料棒实体的数据结构以及程序运行用到的数据结构的定义；
-数据通讯模块，实现上下位之间的通讯，接收和发送串口数据；
-串口选择窗体模块；
-三维视图中小窗口信息配置模块；实现添加小窗口，修改小窗口的相关属性，删除小窗口，保存和读取小窗口配置信息；
-帮助文档模块，实现帮助文档的相关操作，包括帮助文档链接的配置和 调用显示；
-装卸料设备参数的配置模块，用来配置与装卸料机模拟需要用到的一些参数；
-变形料操作模块，包括变形料操作用到的一些常量数据，数据结构，以及变形料的绘制算法和碰撞检测算法；
-变形料操作界面调用模块，用于调用变形料操作模块，绘制侧面视图；
-三维控件功能的调度接口模块，实现与三维控件的交互操作，控制三维图形执行相应的图形命令；
-三维操作命令封装模块，用于将一些三维操作命令再次封装成功最终供其它模块调用；
-MCI设备操作模块，用于提供对MCI设备的一些操作函数，实现播放音乐的功能。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
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