CN103019241B - 一种双plc加冗余通讯方式的转运装置控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双PLC加冗余通讯方式的转运装置控制系统及方法,包括设置在反应堆厂房RX侧的控制台和设置在燃料厂房KX侧的控制台,两侧控制台分别通过交换机与其PLC控制器连接,RX侧PLC通过RX侧轴位置编码器与RX侧离合器连接、通过RX侧驱动器与RX侧电机连接;KX侧PLC控制器通过KX侧轴位置编码器与KX侧离合器连接、通过KX侧驱动器与KX侧电机连接、通过小车位置双编码器与运输小车连接;两侧PLC通过以太网和硬接线冗余方式连接,保证网络正常、中断时都能完成运输小车的电动接力,该系统还具有离合器纠偏能力。通过本发明解决了转运装置的控制技术问题,提高转运装置运行的安全性、可靠性和高效性。
Description
技术领域
本发明属于核电站双安全壳燃料转运装置的控制领域,具体涉及一种双PLC加冗余通讯方式的转运装置控制系统及方法。
背景技术
双安全壳燃料转运装置是反应堆换料的关键设备,在反应堆厂房(以下简称:RX侧)和燃料厂房(以下简称:KX侧)之间水下运输燃料组件。从国内外核电站的运行经验来看,转运装置的综合性能对核电站的经济性和燃料组件操作的安全性会产生直接影响。由于采用双安全壳的建筑设计导致运输小车的驱动机构采用接力驱动模式,这对控制系统提出了更高的要求。受现场安装条件的制约,运输小车的驱动机构分别布置在RX侧和KX侧,但位置测量装置只能安装在KX侧,同时由于离合器的使用,驱动机构不是纯钢性连接,导致控制系统的技术难点在于:1、如何通过通讯的方式实现运输小车的双侧精确定位;2、在通讯丧失的情况下,接力驱动机构如何可以保持正常的运行;3、如何通过控制手段保证离合器使用的稳定性。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷,本发明的目的在于提供一种双PLC加冗余通讯方式的转运装置控制系统及方法,解决转运装置运输小车的控制技术问题。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种双PLC加冗余通讯方式的转运装置控制系统,包括设置在反应堆厂房RX侧的控制台和设置在燃料厂房KX侧的控制台,RX侧控制台通过RX侧交换机与RX侧PLC控制器连接,RX侧PLC控制器通过RX侧驱动器与RX侧电机连接、通过RX侧轴位置编码器控制RX侧离合器的角度;KX侧控制台通过KX侧交换机与KX侧PLC控制器连接,KX侧PLC控制器通过KX侧驱动器与KX侧电机连接、通过KX侧轴位置编码器控制KX侧离合器的角度、通过设置在小车平衡重机构上的小车位置双编码器控制运输小车的接力驱动;RX侧PLC控制器分别通过以太网和硬接线方式与KX侧PLC控制器连接。
进一步,如上所述的一种双PLC加冗余通讯方式的转运装置控制系统,RX侧PLC控制器通过现场总线方式分别与RX侧轴位置编码器和RX侧驱动器连接;KX侧PLC控制器通过现场总线方式分别与小车位置双编码器、KX侧轴位置编码器和KX侧驱动器连接。
进一步,如上所述的一种双PLC加冗余通讯方式的转运装置控制系统,RX侧控制台和KX侧控制台上分别设有人机界面和急停开关。
进一步,如上所述的一种双PLC加冗余通讯方式的转运装置控制系统,RX侧轴位置编码器设置在RX侧电机减速机的出轴位置,KX侧轴位置编码器设置在KX侧电机减速机的出轴位置;在RX侧离合器和KX侧离合器的齿轮撞齿位置还分别设有撞齿检测开关。
一种双PLC加冗余通讯方式的转运装置控制方法,包括以下步骤:
(1)当运输小车由KX侧向RX侧转运时,KX侧控制台向KX侧PLC控制器发出启动指令;
(2)KX侧PLC控制器根据接收到的启动指令向KX侧驱动器发出控制指令启动KX侧电机;
(3)当运输小车到达RX侧接力位置时,KX侧PLC控制器向RX侧PLC控制器发送控制指令,RX侧PLC控制器将接收到的控制指令发送至RX侧驱动器,启动RX侧电机;
(4)当运输小车脱离KX侧离合器时,KX侧PLC控制器向KX侧驱动器发出控制指令停止KX电机;
(5)当运输小车到达RX侧终端位置时,KX侧PLC控制器向RX侧PLC控制器发出停止指令,RX侧控制器将接收到的停止指令发送至RX侧电机驱动器,停止RX侧电机。
进一步,如上所述的一种双PLC加冗余通讯方式的转运装置控制方法,KX侧PLC控制器与RX侧PLC控制器通过工业以太网或者硬接线冗余方式进行数据交换,操作员通过控制台在工业以太网和硬接线两种通讯方式中进行切换。
进一步,如上所述的一种双PLC加冗余通讯方式的转运装置控制方法,当KX侧离合器与运输小车脱离并静止后,如果KX侧离合器到达齿轮撞齿位置,KX侧PLC控制器根据KX侧轴位置编码器的当前位置信息控制KX侧电机驱动器自动对传动轴进行微调;在运输小车再次运行前,如果KX侧PLC控制器检测到KX侧离合器到达齿轮撞齿位置,会禁止小车启动,操作员手动对传动轴进行微调。
一种双PLC加冗余通讯方式的转运装置控制方法,包括以下步骤:
1)当运输小车由RX侧向KX侧转运时,RX侧控制台向RX侧PLC控制器发出启动指令,RX侧PLC控制器将启动指令传送至KX侧PLC控制器;
2)KX侧PLC控制器向RX侧PLC控制器发出控制指令,RX侧控制器接收控制指令并将控制指令发送至RX侧驱动器,启动RX侧电机;
3)当运输小车到达KX侧接力位置时,KX侧PLC控制器将控制指令发送至KX侧驱动器,启动KX侧电机;
4)当运输小车脱离RX侧离合器时,RX侧PLC控制器接收KX侧PLC控制器发出的控制指令并发送至RX侧驱动器,停止RX侧电机;
5)当运输小车到达KX侧终端位置时,KX侧PLC控制器向KX侧驱动器发出停止指令,停止KX侧电机。
进一步,如上所述的一种双PLC加冗余通讯方式的转运装置控制方法,当RX侧离合器与运输小车脱离并静止后,如果RX侧离合器到达齿轮撞齿位置,RX侧PLC控制器根据RX侧轴位置编码器的当前位置信息控制RX侧电机驱动器自动对传动轴进行微调;在运输小车再次运行前,如果RX侧PLC控制器检测到RX侧离合器到达齿轮撞齿位置,会禁止小车启动,操作员手动对传动轴进行微调。
本发明的有益效果在于:本发明所述的控制系统在反应堆厂房和燃料厂房分别设置了PLC控制器,PLC控制器之间通过网络实现信号的交互,并提供了硬接线冗余设计保证在网络正常、中断时都能完成运输小车的电动接力功能,此外,该系统还具有离合器纠偏的能力。通过本发明的系统及方法解决了现有技术中转运装置运输小车的控制技术问题,提高转运装置运输小车运行的安全性、可靠性和高效性。
附图说明
图1为具体实施方式中一种双PLC加冗余通讯方式的转运装置控制系统的集成架构简图;
图2为具体实施方式中一种双PLC加冗余通讯方式的转运装置控制方法的流程图;
图3为具体实施方式中离合器纠偏功能的设计流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
图1示出了本发明一种双PLC加冗余通讯方式的转运装置控制系统的设计流程示意图,由图中可以看出,该系统主要包括两大部分,一部分是设置在反应堆厂房(以下简称为RX侧),另一部分设置在燃料厂房(以下简称KX侧)。该系统包括了设置在反应堆厂房RX侧的控制台、电气柜和设置在燃料厂房KX侧的控制台、电气柜,两侧的控制台上分别设有了人机界面和用于控制的开关按钮(包括急停开关)等。RX侧控制台通过RX侧交换机与RX侧PLC控制器连接,RX侧PLC控制器通过RX侧驱动器与RX侧电机连接、通过RX侧轴位置编码器控制RX侧离合器的角度;KX侧控制台通过KX侧交换机与KX侧PLC控制器连接,KX侧PLC控制器通过KX侧驱动器与KX侧电机连接、通过KX侧轴位置编码器控制KX侧离合器的角度、通过安装在转运轨道上的水下限位开关以及设置在小车平衡重机构上的小车位置双编码器控制运输小车的接力驱动;RX侧PLC控制器分别通过以太网和硬接线方式与KX侧PLC控制器连接。
当然,除了上述各部件外,该系统还包括一些列在系统布置过程中的常用现场级设备,在此不再一一介绍。
两侧的PLC控制器、驱动器、断路器等电气元件布置在电气柜内,控制台能够实现对系统正常功能的控制及对系统、设备安全保护功能的控制,且相互独立,控制器完成设备全部的逻辑控制,驱动器用于电机的运动控制,断路器用作电路限流保护使用。人机界面提供动态的人机接口画面,包括根据设备操作过程的显示以及操作过程所需的全部信息。控制台与PLC控制器通过交换机采用工业以太网进行通讯;RX侧PLC与KX侧PLC之间通过工业以太网和硬接线冗余方式进行数据交换;PLC与驱动器之间采用现场总线方式实现通讯;两侧的轴位置编码器以及设置在KX侧的小车位置双编码器与PLC通过现场总线方式进行通讯。
图2示出了基于图1中所述系统的一种双PLC加冗余通讯方式的转运装置控制方法的流程图,由于运输小车包括由RX侧向KX侧转运和由KX侧向RX侧转运两种运动状态,所以本实施方式中一种双PLC加冗余通讯方式的转运装置控制方法也包括了两种流程:
当运输小车由KX侧向RX侧转运时,该方法的流程如图2中右侧所示,包括以下步骤:
(1)KX侧控制台向KX侧PLC控制器发出启动指令;
(2)KX侧PLC控制器根据接收到的启动指令向KX侧驱动器发出控制指令启动KX侧电机;
(3)当运输小车到达RX侧接力位置时,KX侧PLC控制器向RX侧PLC控制器发送控制指令,RX侧PLC控制器将接收到的控制指令发送至RX侧驱动器,启动RX侧电机;
(4)当运输小车脱离KX侧离合器时,KX侧PLC控制器向KX侧驱动器发出控制指令停止KX电机;
(5)当运输小车到达RX侧终端位置时,KX侧PLC控制器向RX侧PLC控制器发出停止指令,RX侧控制器将接收到的停止指令发送至RX侧电机驱动器,停止RX侧电机。
此过程中,水下限位开关控制RX侧电机的启动、KX侧电机的停止控制,参与控制RX侧终端位置的停止。小车位置双编码器控制小车速度的变化,参与控制RX侧终端位置的停止。其中,上述接力位置、终端位置均是根据厂房条件计算得到的,都为明确的位置。
当运输小车由RX侧向KX侧转运时,该方法的流程如图2中左侧所示,包括以下步骤:
1)当运输小车由RX侧向KX侧转运时,RX侧控制台向RX侧PLC控制器发出启动指令,RX侧PLC控制器将启动指令传送至KX侧PLC控制器;
2)KX侧PLC控制器向RX侧PLC控制器发出控制指令,RX侧控制器接收控制指令并将控制指令发送至RX侧驱动器,启动RX侧电机;
3)当运输小车到达KX侧接力位置时,KX侧PLC控制器将控制指令发送至KX侧驱动器,启动KX侧电机;
4)当运输小车脱离RX侧离合器时,RX侧PLC控制器接收KX侧PLC控制器发出的控制指令并发送至RX侧驱动器,停止RX侧电机;
5)当运输小车到达KX侧终端位置时,KX侧PLC控制器向KX侧驱动器发出停止指令,停止KX侧电机。
此过程中,水下限位开关控制KX侧电机的启动、RX侧电机的停止控制,参与控制KX侧终端位置的停止。小车位置双编码器控制小车速度的变化,参与控制KX侧终端位置的停止。其中,上述接力位置、终端位置均是根据厂房条件计算得到的,都为明确的位置。
当KX侧向RX侧转运时,KX侧人机界面向KX侧PLC发出启动指令,KX侧PLC根据编码器位置信号和设备状态向驱动器发出控制指令启动KX侧电机;当小车到达RX侧接力位置时,KX侧PLC通过以太网向RX侧PLC发送控制指令,RX侧PLC接收控制指令并发送至驱动器启动RX侧电机;当运输小车完全脱离KX侧离合器时,KX侧PLC向驱动器发出控制命令停止KX电机;当到达RX侧终端位置时,KX侧PLC根据位置编码器信号向RX侧PLC发送停止指令,RX侧PLC接收指令停止RX侧电机运行。这个过程中,为了减少网络资源负荷保证高速的通讯效率,PLC控制器之间的通讯变量均采用bool型,模拟量速度信号在RX侧PLC中完成转换并下放至驱动层。
当RX侧向KX侧转运时,RX侧人机界面向RX侧PLC发出启动指令,RX侧PLC将启动指令传送至KX侧PLC,KX侧PLC根据编码器位置信号和状态发出控制指令至RX侧PLC,RX侧PLC接收控制指令并发送至驱动器启动RX侧电机;当小车到达KX侧接力位置时,KX侧PLC将控制命令发送至驱动器启动KX侧电机;当运输小车完全脱离RX侧离合器时,RX侧PLC接收到KX侧PLC发出的控制指令并发送至驱动器,停止RX侧电机;当到达KX侧终端位置时,KX侧PLC根据位置编码器信号向驱动器发送停止指令,停止KX侧电机。
上述两个过程,运输小车的接力驱动控制的实质都在KX侧PLC,RX侧PLC仅起到传递控制指令的作用。这样设计的意义在于:当以太网通讯发生故障时,由于小车位置双编码器均设置在KX侧,不会影响到KX侧PLC的控制逻辑,KX侧PLC仍可以通过硬接线的方式与RX侧PLC进行通讯,继续实现接力驱动的控制。PLC之间的通讯变量均采用bool型的设计,保证了硬接线信号的准确性和可靠性。操作员可以通过控制台在以太网和硬接线两种通讯方式中进行切换,以实现两种方式下的接力驱动控制。
小车位置双编码器采用冗余的设计,将运输小车的位置信号并发送至KX侧PLC,KX侧PLC会对它们进行分析并给出准确的位置信号。在以太网通讯正常的情况下,RX侧人机界面和KX侧人机界面均可以监视到设备完整的状态,并且通过急停开关可以将机构停止在任何当前位置。在以太网通讯故障的情况下,通过通讯模式的切换,人机界面上设备重要的状态信息仍然正确,全部的联锁保护功能、急停开关等安全功能均有效。
离合器由于长时间使用,初始位置会发生偏移可能导致齿轮撞齿的情况,应尽量避免。针对该问题本发明还设置了离合器纠偏功能,纠偏的过程如图3所示:
控制系统设计上,两侧的电动机减速机出轴位置分别设置了轴位置编码器,在齿轮撞齿位置安装高精度检测开关。每当启动侧离合器与运输小车脱离并且静止后,PLC会进行一次判断:如果到达了齿轮撞齿的位置,PLC将根据出轴编码器的当前位置信息控制驱动器对传动轴进行微调,以避免撞齿情况的发生,这个微调是由启动侧PLC自动完成的;如果齿轮不处于撞齿的位置,则不触发微调。当运输小车再次运行前,PLC还将对接力侧离合器的位置进行判断,如果仍检测到齿轮撞齿的问题,操作员可以通过人机界面进行手动微调,只有在接力侧齿轮不撞齿的前提下才能激活转运操作。运输小车由KX侧向RX侧转运时,当KX侧离合器与运输小车脱离并静止后,如果KX侧离合器到达齿轮撞齿位置,KX侧PLC控制器根据KX侧轴位置编码器的当前位置信息控制KX侧电机驱动器自动对传动轴进行微调;在运输小车再次运行前,如果KX侧PLC控制器检测到KX侧离合器到达齿轮撞齿位置,会禁止小车启动,操作员手动对传动轴进行微调。运输小车由RX侧向KX侧转运时,当RX侧离合器与运输小车脱离并静止后,如果RX侧离合器到达齿轮撞齿位置,RX侧PLC控制器根据RX侧轴位置编码器的当前位置信息控制RX侧电机驱动器自动对传动轴进行微调;在运输小车再次运行前,如果RX侧PLC控制器检测到RX侧离合器到达齿轮撞齿位置,会禁止小车启动,操作员手动对传动轴进行微调。其中,对于齿轮撞齿位置,在实际的运行过程中,减速机出轴的位置设有一个与离合器齿轮1:1转动的齿轮机构,在离合器齿轮处于撞齿的位置时,对应该机构齿轮的位置是固定的,通过安装在1:1转动齿轮机构上的传感器检测其齿轮的位置从而判断离合器齿轮是否撞齿。
对于本发明的控制系统及方法,RX侧和KX侧的PLC控制器、人机界面通过交换机组成了上层的控制和监视网络,两侧的交换机之间采用环网通讯方式冗余设计,操作员通过人机界面可以全面了解双侧设备的运行状态;PLC控制器之间还设有硬接线通讯方式,当以太网通讯丧失时仍然可以保证通讯的正常,完成运输小车的接力驱动。PLC控制器、位置编码器、驱动器和电动机组件(电机、电机制动器、速控编码器等)组成了下层的驱动级网络,实现设备的位置闭环和速度闭环控制;运输小车的位置由安装在KX侧的小车位置双编码器进行测量,采用冗余的设计;RX侧和KX侧设有轴位置编码器轴位置编码器,用于调整离合器初始位置偏移的问题;PLC和驱动器、位置编码器(轴位置编码器轴和小车位置双编码器)之间均采用总线控制技术,扩大了PLC对于驱动层设备的监控范围,也优化了布线,减少了接线工作。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (6)
1.一种双PLC加冗余通讯方式的转运装置控制系统,包括设置在反应堆厂房RX侧的控制台和设置在燃料厂房KX侧的控制台,其特征在于:RX侧控制台通过RX侧交换机与RX侧PLC控制器连接,RX侧PLC控制器通过RX侧驱动器与RX侧电机连接、通过RX侧轴位置编码器控制RX侧离合器的角度;KX侧控制台通过KX侧交换机与KX侧PLC控制器连接,KX侧PLC控制器通过KX侧驱动器与KX侧电机连接、通过KX侧轴位置编码器控制KX侧离合器的角度、通过设置在小车平衡重机构上的小车位置双编码器控制运输小车的接力驱动;RX侧PLC控制器分别通过以太网和硬接线方式与KX侧PLC控制器连接;RX侧PLC控制器通过现场总线方式分别与RX侧轴位置编码器和RX侧驱动器连接;KX侧PLC控制器通过现场总线方式分别与小车位置双编码器、KX侧轴位置编码器和KX侧驱动器连接;
其中,RX侧控制台和KX侧控制台上分别设有人机界面和急停开关;RX侧轴位置编码器设置在RX侧电机减速机的出轴位置,KX侧轴位置编码器设置在KX侧电机减速机的出轴位置;在RX侧离合器和KX侧离合器的齿轮撞齿位置还分别设有撞齿检测开关。
2.一种双PLC加冗余通讯方式的转运装置控制方法,包括以下步骤:
(1)当运输小车由KX侧向RX侧转运时,KX侧控制台向KX侧PLC控制器发出启动指令;
(2)KX侧PLC控制器根据接收到的启动指令向KX侧驱动器发出控制指令启动KX侧电机;
(3)当运输小车到达RX侧接力位置时,KX侧PLC控制器向RX侧PLC控制器发送控制指令,RX侧PLC控制器将接收到的控制指令发送至RX侧驱动器,启动RX侧电机;
(4)当运输小车脱离KX侧离合器时,KX侧PLC控制器向KX侧驱动器发出控制指令停止KX电机;
(5)当运输小车到达RX侧终端位置时,KX侧PLC控制器向RX侧PLC控制器发出停止指令,RX侧控制器将接收到的停止指令发送至RX侧电机驱动器,停止RX侧电机。
3.如权利要求2所述的一种双PLC加冗余通讯方式的转运装置控制方法,其特征在于:KX侧PLC控制器与RX侧PLC控制器通过工业以太网或者硬接线冗余方式进行数据交换,操作员通过控制台在工业以太网和硬接线两种通讯方式中进行切换。
4.如权利要求2或3所述的一种双PLC加冗余通讯方式的转运装置控制方法,其特征在于:当KX侧离合器与运输小车脱离并静止后,如果KX侧离合器到达齿轮撞齿位置,KX侧PLC控制器根据KX侧轴位置编码器的当前位置信息控制KX侧电机驱动器自动对传动轴进行微调;在运输小车再次运行前,如果KX侧PLC控制器检测到KX侧离合器到达齿轮撞齿位置,会禁止小车启动,操作员手动对传动轴进行微调。
5.一种双PLC加冗余通讯方式的转运装置控制方法,包括以下步骤:
1)当运输小车由RX侧向KX侧转运时,RX侧控制台向RX侧PLC控制器发出启动指令,RX侧PLC控制器将启动指令传送至KX侧PLC控制器;
2)KX侧PLC控制器向RX侧PLC控制器发出控制指令,RX侧控制器接收控制指令并将控制指令发送至RX侧驱动器,启动RX侧电机;
3)当运输小车到达KX侧接力位置时,KX侧PLC控制器将控制指令发送至KX侧驱动器,启动KX侧电机;
4)当运输小车脱离RX侧离合器时,RX侧PLC控制器接收KX侧PLC控制器发出的控制指令并发送至RX侧驱动器,停止RX侧电机;
5)当运输小车到达KX侧终端位置时,KX侧PLC控制器向KX侧驱动器发出停止指令,停止KX侧电机。
6.如权利要求5所述的一种双PLC加冗余通讯方式的转运装置控制方法,其特征在于:当RX侧离合器与运输小车脱离并静止后,如果RX侧离合器到达齿轮撞齿位置,RX侧PLC控制器根据RX侧轴位置编码器的当前位置信息控制RX侧电机驱动器自动对传动轴进行微调;在运输小车再次运行前,如果RX侧PLC控制器检测到RX侧离合器到达齿轮撞齿位置,会禁止小车启动,操作员手动对传动轴进行微调。
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