CN102419602B - 核电站主螺栓中心孔超声检测的水位控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种核电站主螺栓中心孔超声检测的水位控制方法，主要包括由工控机、485接口卡、I/O控制器，阀驱动电路构成的控制柜，由水箱、供水泵、给水阀、泄水阀、信号采集模块、压力传感器、导杆编码器构成的现场设备及水位控制方法，其中工控机经串口RS232与I/O控制器相接，I/O控制器经阀驱动电路与给水阀、泄水阀、供水泵相接，压力传感器与信号采集模块相接，信号采集模块的输出端经485总线连接到485接口卡，485接口卡是插入在工控机的槽内，编码器的输出端与I/O控制器相接，水位控制是采用模糊运算规则实现的，本发明的方法适用于各种核电站主螺栓中心孔超声检测的水位控制，也可用于相类似的水位控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种主螺栓中心孔超声检测的水位控制，特别是核电站主螺栓中心孔超声检测的水位控制方法，属核工程的检测。
背景技术
核电站现场压力容器主螺栓长期在高温高压辐照环境下工作，易于疲劳损伤，属相应规范要求的必检部件。一般采用对螺栓中心孔进行超声检测，耦合剂为去离子水。由于主螺栓属于核一级部件，故检测用的水属于污染源。所以在检测过程中，如何控制水位平稳变化，确保耦合效果，同时避免水位溢出是值得研讨关注的。在超声检测过程中，由于超声检测探头需要根据检测要求反复运动，造成水位的变化。如果不对水位进行控制，在导杆上升过程中，会造成水位不能跟上探头的高度，耦合效果不好，影响检测信号。在导杆下降过程中，会使得水位迅速溢出螺栓中心孔，为现场带来污染，影响现场清洁。同时导杆的上下运动会带来水位的快速波动，如果水位变化不平稳，会造成气泡，影响耦合效果。
目前，针对超声检测的水位处理通常是手动加水，根据目视和时间估计，确定是否加水。这样就无法判断当前水位，只能依靠经验估计。检测过程中需要不断的手动补水，降低检测工作效率。如果没有及时补水，造成检测信号不理想，需要重新定位并再次检测。手动加水容易带来气泡，无法保证水位高度的平稳变化。
随着核电站在建项目的增加，压力容器主螺栓的检查也会越来越多。为提高检测效率，避免由于人为失误带来的重复检测，避免出现现场水污染，提高检测自动化水平，有必要研发核电站主螺栓中心孔超声检测水位的自动控制方法，以提高检测人员的工作效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种核电站主螺栓中心孔超声检测用的水位自动控制方法。该方法能使水位高度实时跟踪探头高度，确保水位始终淹没探头；实时显示当前水位高度及探头位置；对水位高度进行监控，在接近预先设定値时进行相应流量的控制，避免水溢出螺栓，造成现场污染。
本发明是这样实现的：它包括控制柜、含导杆编码器的现场设备、485总线、串口RS232，所述的控制柜由工控机、485接口卡、I/0控制器、阀驱动电路构成的，所述的现场设备还包括由水箱、给水阀、泄水阀、信号采集模块、压力传感器、供水泵构成的，所述的工控机经所述的串口RS232连接到所述的I/0控制器，I/0控制器的输出端经所述阀驱动电路连接到所述现场设备中所述的给水阀、泄水阀及所述水箱中的供水泵，所述压力传感器是安装在所述水箱的底部，压力传感器的输出端连接到所述信号采集模块，信号采集模块的输出端经所述485总线连接到所述485接口卡，485接口卡是插入在所述工控机的槽内，所述导杆编码器是安装在导杆上的，导杆编码器的输出端连接到所述I/0控制器；
所述的水位控制方法是采用模糊控制算法对水位控制，而模糊控制算法是通过模糊运算规则实现的，其模糊运算规则中的模糊输入量为当前水位高度和期望水位高度的偏差，以及偏差变化量。
所述的模糊运算规则是：
IF偏差is正大AND偏差变化is正大THEN泄水阀开关频率is正大；
IF偏差is正大AND偏差变化is正小THEN泄水阀开关频率is正大；
IF偏差is正大AND偏差变化is零THEN泄水阀开关频率is正小；
IF偏差is正大AND偏差变化is负小THEN泄水阀开关频率is正小；
IF偏差is正大AND偏差变化is负大THEN泄水阀开关频率is零；
IF偏差is正小AND偏差变化is正大THEN泄水阀开关频率is正大；
IF偏差is正小AND偏差变化is正小THEN泄水阀开关频率is正小；
IF偏差is正小AND偏差变化is零THEN泄水阀开关频率is正小；
IF偏差is正小AND偏差变化is负小THEN泄水阀开关频率is零；
IF偏差is正小AND偏差变化is负大THEN泄水阀开关频率is负小；
IF偏差is负小AND偏差变化is正大THEN给水阀开关频率is零；
IF偏差is负小AND偏差变化is正小THEN给水阀开关频率is零；
IF偏差is负小AND偏差变化is零THEN给水阀开关频率is正小；
IF偏差is负小AND偏差变化is负小THEN给水阀开关频率is正小；
IF偏差is负小AND偏差变化is负大THEN给水阀开关频率is正小；
IF偏差is负大AND偏差变化is正大THEN给水阀开关频率is零；
IF偏差is负大AND偏差变化is正小THEN给水阀开关频率is正小；
IF偏差is负大AND偏差变化is零THEN给水阀开关频率is正大；
IF偏差is负大AND偏差变化is负小THEN给水阀开关频率is正大；
IF偏差is负大AND偏差变化is负大THEN给水阀开关频率is正大。
本发明的水位控制方法由于采用了上述的设备及方法，就能实现核电站主螺栓中心孔超声检测的水位自动控制，实现了水位实时跟踪探头高度变化，避免由于手动给水造成的人为操作失误，造成现场水污染或检测信号不理想等不足，提高检测效率。
附图说明
图1为本发明的结构方框图。
图2为本发明的控制柜结构方框图。
图3为本发明的现场设备结构方框图。
图4为本发明的水位控制方法的模糊控制算法示意图。
图1—图3中：1.控制柜、2.工控机、3.485接口卡、4.I/0控制器、5.阀驱动电路、6.现场设备、7.水箱、8.给水阀、9泄水阀、10.信号采集模块、11.导杆编码器、12.压力传感器、13.供水泵
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步描述。
如图1所示，控制柜1和现场设备6是实现核电站主螺栓中心孔超声检测的水位自动控制必备装置。控制柜1是由工控机2、485接口卡3、I/0控制器4、阀驱动电路5构成的，现场设备6是由水箱7、给水阀8、泄水阀9、信号采集模块10、导杆编码器11、压力传感器12、供水泵13构成的，其中工控机2通过串口RS232（图1中没有标出）连接到I/0控制器4，I/0控制器4的I/0信号经驱动电路5连接到现场设备6中的给水阀8、泄水阀9和供水泵13，压力传感器12安装在水箱7的底部，其输出信号连接到信号采集模块10，信号采集模块10的输出端经485总线（图1中没有标出）连接到工控机2内的485接口卡3，导杆编码器11输出端连接到I/0控制器4。
如图2所示，控制柜1中的工控机2的槽内插入485接口卡3，工控机2通过串口RS232与I/0控制器4相连接，I/0控制器4的输出I/0信号经阀驱动电路5后连接到现场设备6中的给水阀8、泄水阀9和供水泵13（图2中没有标出）。这样，工控机2上就运行水位控制程序，即通过485接口卡3不断实时获得现场设备6中传递来的水位信息，以及导杆编码器11反馈的当前探头高度信息，计算得到期望水位。根据当前水位和期望水位的偏差，偏差的变化量，采用模糊算法对相应调整开关阀的形状频率进行调节，并将控制信号通过串口RS232输出到I/0控制器4，I/0控制器4进而将I/0点的输出状态输送到阀驱动电路5驱动相应的泵和电磁阀动作。
如图3所示，现场设备6包括有：水箱7、信号采集模块10、供水泵13、给水阀8、泄水阀9、压力传感器12、导杆编码器11。导杆编码器11安装在现场导杆上，导杆编码器11的信号通过屏蔽线缆传输到控制柜1内的I/0控制器4。压力传感器12安装在水箱7底部，用于检测主螺栓中心孔内的水位高度，并将模拟信号输出到信号采集模块10。信号采集模块10将水位信息通过485总线传输到控制柜1。由控制柜1内阀驱动电路5的输出点连接到水箱7内对应的泵或阀。给水阀8和泄水阀9都是高速开关阀，可通过阀驱动电路5进行高速切换，进而实现流量的无级调节。
水位控制的目的是为了确保水位高度能够跟踪探头的高度，并高出一定范围。为达到此目的，控制算法采取模糊算法，如图4所示。模糊输入量为当前水位高度和期望水位高度的偏差，以及偏差变化量。偏差和偏差变化量的模糊域为正大、正小、零、负小、负大。模糊输出量为给水阀8和泄水阀9的开关频率。图中的模糊化，是指对模糊输入量，确定其相应于各语言值的隶属度，隶属度根据隶属函数求得，隶属函数采用三角形隶属函数。图中的去模糊化，是指对模糊输出量，根据模糊规则经过模糊运算得到的结论，转化为一个具体的数值，采用重心法实现。图中的模糊运算推理，根据各模糊规则的结论，采用最大-最小合成的方式进行决策。模糊控制算法通过模糊运算规则实现。
模糊运算规则是：IF偏差is正大AND偏差变化is正大THEN泄水阀开关频率is正大；IF偏差is正大AND偏差变化is正小THEN泄水阀开关频率is正大；IF偏差is正大AND偏差变化is零THEN泄水阀开关频率is正小；IF偏差is正大AND偏差变化is负小THEN泄水阀开关频率is正小；IF偏差is正大AND偏差变化is负大THEN泄水阀开关频率is零；IF偏差is正小AND偏差变化is正大THEN泄水阀开关频率is正大；IF偏差is正小AND偏差变化is正小THEN泄水阀开关频率is正小；IF偏差is正小AND偏差变化is零THEN泄水阀开关频率is正小；IF偏差is正小AND偏差变化is负小THEN泄水阀开关频率is零；IF偏差is正小AND偏差变化is负大THEN泄水阀开关频率is负小；IF偏差is负小AND偏差变化is正大THEN给水阀开关频率is零；IF偏差is负小AND偏差变化is正小THEN给水阀开关频率is零；IF偏差is负小AND偏差变化is零THEN给水阀开关频率is正小；IF偏差is负小AND偏差变化is负小THEN给水阀开关频率is正小；IF偏差is负小AND偏差变化is负大THEN给水阀开关频率is正小；IF偏差is负大AND偏差变化is正大THEN给水阀开关频率is零；IF偏差is负大AND偏差变化is正小THEN给水阀开关频率is正小；IF偏差is负大AND偏差变化is零THEN给水阀开关频率is正大；IF偏差is负大AND偏差变化is负小THEN给水阀开关频率is正大；IF偏差is负大AND偏差变化is负大THEN给水阀开关频率is正大。
模糊输出使用泄水阀9或给水阀8，取决于当前的水位偏差。如果偏差为正，则对泄水阀开关频率进行控制，关断给水阀8。如果偏差为负，则对给水阀8开关频率进行控制，关断泄水阀9。
下面结合图1-图4阐述主螺栓中心孔超声检测水位自动控制方法的实施过程：首先将导杆编码器11安装在导杆上，将压力传感器12安装在水箱7底部。然后布置信号采集模块10、水箱7、控制柜1等。连接控制柜1和现场各模块的线缆连接，并连接供水、供电及信号线缆。确认无误后，启动自动控制系统，并进行导杆编码器11零点标定，配置控制参数。在配置完毕后，启动控制柜1和现场模块的485通信。至此，系统配置完毕。
控制柜1内工控机2启动相应程序，接收来自导杆编码器11的导杆位置信息，接收来自水箱7底部压力传感器12的水位高度信息，将其在界面上以图形仿真界面显示。同时，控制程序根据导杆信息和水位信息，计算当前水位和期望水位的水位偏差和偏差变化量，通过模糊运算规则，计算相应的输出量，进而控制I/0点的切换，控制相应开关阀的开关频率，使得水位相应变化。同样，新的水位信息会及时更新到工控机2程序，由此形成水位闭环控制，实现水位高度的实时跟踪，这样就达到水位控制的目的。
Claims (2)
1.一种核电站主螺栓中心孔超声检测的水位控制方法，包括控制柜（1）、含导杆编码器（11）的现场设备（6）、485总线、串口RS232，其特征在于：
a．所述的控制柜（1）由工控机（2）、485接口卡（3）、I/0控制器（4）、阀驱动电路（5）构成的，所述的现场设备（6）还包括由水箱（7）、给水阀（8）、泄水阀（9）、信号采集模块（10）、压力传感器（12）、供水泵（13）构成的，其中所述的工控机（2）经所述的串口RS232连接到所述的I/0控制器（4），I/0控制器（4）的输出端经所述阀驱动电路（5）连接到所述现场设备（6）中所述的给水阀（8）、泄水阀（9）及所述水箱（7）中的供水泵（13），所述压力传感器（12）是安装在所述水箱（7）的底部，压力传感器（12）的输出端连接到所述信号采集模块（10），信号采集模块（10）的输出端经所述485总线连接到所述485接口卡（3），485接口卡（3）是插入在所述工控机（2）的槽内，所述导杆编码器（11）是安装在导杆上的，导杆编码器（11）的输出端连接到所述I/0控制器（4）；
b．所述的水位控制方法是采用模糊算法对水位控制，而模糊算法是通过模糊运算规则实现的，其模糊运算规则中的模糊输入量为当前水位高度和期望水位高度的偏差，以及偏差变化量。
2.根据权利要求1所述的核电站主螺栓中心孔超声检测的水位控制方法，其特征在于所述的模糊运算规则是：
IF偏差is正大AND偏差变化is正大THEN泄水阀开关频率is正大；
IF偏差is正大AND偏差变化is正小THEN泄水阀开关频率is正大；
IF偏差is正大AND偏差变化is零THEN泄水阀开关频率is正小；
IF偏差is正大AND偏差变化is负小THEN泄水阀开关频率is正小；
IF偏差is正大AND偏差变化is负大THEN泄水阀开关频率is零；
IF偏差is正小AND偏差变化is正大THEN泄水阀开关频率is正大；
IF偏差is正小AND偏差变化is正小THEN泄水阀开关频率is正小；
IF偏差is正小AND偏差变化is零THEN泄水阀开关频率is正小；
IF偏差is正小AND偏差变化is负小THEN泄水阀开关频率is零；
IF偏差is正小AND偏差变化is负大THEN泄水阀开关频率is负小；
IF偏差is负小AND偏差变化is正大THEN给水阀开关频率is零；
IF偏差is负小AND偏差变化is正小THEN给水阀开关频率is零；
IF偏差is负小AND偏差变化is零THEN给水阀开关频率is正小；
IF偏差is负小AND偏差变化is负小THEN给水阀开关频率is正小；
IF偏差is负小AND偏差变化is负大THEN给水阀开关频率is正小；
IF偏差is负大AND偏差变化is正大THEN给水阀开关频率is零；
IF偏差is负大AND偏差变化is正小THEN给水阀开关频率is正小；
IF偏差is负大AND偏差变化is零THEN给水阀开关频率is正大；
IF偏差is负大AND偏差变化is负小THEN给水阀开关频率is正大；
IF偏差is负大AND偏差变化is负大THEN给水阀开关频率is正大。
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Denomination of invention: Water level control method for ultrasonic inspection of the central hole of the main bolt in nuclear power plants Effective date of registration: 20230331 Granted publication date: 20130925 Pledgee: Industrial and Commercial Bank of China Limited Shanghai Caohejing Development Zone sub branch Pledgor: STATE NUCLEAR POWER PLANT SERVICE Co. Registration number: Y2023310000105 |