CN105810262B - 一种核电站压力容器自动检测设备控制系统 - Google Patents

一种核电站压力容器自动检测设备控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及超声无损检测技术领域，具体涉及一种核电站压力容器自动检测设备控制系统，目的是解决现有压力容器超声检测控制系统中电气结构复杂、电缆系统庞大、可靠性差的问题。其特征在于，它包括人机交互子系统、光纤通讯子系统、编码传输解析子系统、超声检测子系统、电源管理子系统、气源、光纤通讯采集子系统、运动控制子系统、气动控制子系统、编码传输采集子系统和水下电源。本发明控制系统中远程操作端和机械载体之间只需布置电源，光缆和气管，系统电缆布局简洁，大大节省人力资源；运动控制子系统采用分布式结构，主站和从站之间通过EtherCAT工业总线级联，实时性好，大大简化系统控制结构。

Description

一种核电站压力容器自动检测设备控制系统
技术领域
本发明涉及超声无损检测技术领域，具体涉及一种核电站压力容器自动检测设备控制系统。
背景技术
核反应堆压力容器(reactor pressure vessel)是安置核反应堆并承受其巨大运行压力的密闭容器，也称核反应堆压力壳，是压水堆核电站中的关键设备，具有制造技术标准高、难度大和周期长等特点。为保证其在核电站多于40年的寿命期内绝对安全可靠，需要对其定期实施超声自动化无损检测。
现有的压力容器检查设备中所有控制系统组成部件均位于水上，各组成部件之间电缆连接庞杂，且只能控制六个运动轴，对于六个运动轴以上的控制系统，可靠性较差，不能满足压力容器检查的需求。
发明内容
本发明的目的是解决现有压力容器超声检测控制系统中电气结构复杂、电缆系统庞大、可靠性差的问题，提供了一种具有高可靠性，可以满足压力容器检查需求的核电站压力容器自动检测设备控制系统。
本发明是这样实现的：
一种核电站压力容器自动检测设备控制系统，包括人机交互子系统、光纤通讯子系统、编码传输解析子系统、超声检测子系统、电源管理子系统、气源、光纤通讯采集子系统、运动控制子系统、气动控制子系统、编码传输采集子系统和水下电源；人机交互子系统与光纤通讯解析子系统连接；光纤通讯解析子系统分别与编码传输解析子系统、电源管理子系统和光纤通讯采集子系统连接；编码传输解析子系统分别与超声检测子系统和电源管理子系统连接；电源管理子系统分别与水下电源和运动控制子系统连接；气源与气动控制子系统连接；光纤通讯采集子系统分别与运动控制子系统和编码传输子系统连接；运动控制子系统分别与气动控制子系统和检测装置连接；气动控制子系统与检测装置连接；编码采集子系统与检测装置连接；水下电源分别与光纤通讯采集子系统、运动控制子系统、气动控制子系统和编码传输采集子系统连接。
如上所述的电源管理子系统包括AT89C51型单片机、AC/DC电路、DC/DC电路和隔离滤波电路；AC/DC电路的电源输入端接入AC380V电源，AC/DC电路的控制端与AT89C51型单片机连接；DC/DC电路的电源输入端与AC/DC电路的电源输出端连接，DC/DC的控制端与AT89C51型单片机连接；隔离滤波电路的输入端与DC/DC的电源输出端连接；隔离滤波电路的输出端与水下电源的电源输入端连接；AT89C51型单片机的输出端与光纤通讯解析子系统连接；水下电源包括DC/DC电路和隔离滤波电路；DC/DC电路和隔离滤波电路相连接。
如上所述的运动控制子系统包括HMI显示屏、HUB、G-Maestro01控制器和G-DCTRO驱动器；HMI显示屏与HUB连接；HUB与G-Maestro01控制器连接；G-Maestro01控制器通过EtherCAT总线与十五个G-DCTRO驱动器串联连接。
如上所述的光纤通讯采集子系统和光纤通讯解析子系统包括光纤通讯采集模块和光纤通讯解析模块，光纤通讯采集模块和光纤通讯解析模块相连接，光纤通讯解析模块与人机交互子系统连接；光纤通讯采集模块和光纤通讯解析模块采用武汉微创公司生产的WTOS系列模块实现。
如上所述的编码传输解析子系统和编码传输采集子系统包括编码传输解析模块和编码传输采集模块；编码传输解析模块和编码传输采集模块均采用EP1C6Q240C8N型FPGA实现。
如上所述的气动控制子系统由阀岛组成，包括EtherCAT通讯模块、I/O模块、电磁阀和比例阀；阀岛分别与气源和水下电源连接；EtherCAT通讯模块与运动控制子系统的G-Maestro01控制器连接；I/O模块、电磁阀和比例阀集成在EtherCAT通讯模块上；比例阀与检测装置中的气缸连接；I/O模块与检测装置中的传感器连接；阀岛中的EtherCAT通讯模块、I/O模块、电磁阀和比例阀均采用德国Festo公司生产的模块实现。
如上所述的人机交互子系统采用PC机实现。
如上所述的超声检测子系统采用超声仪实现。
本发明的有益效果是：
本发明包括人机交互子系统、光纤通讯子系统、编码传输解析子系统、超声检测子系统、电源管理子系统、气源、光纤通讯采集子系统、运动控制子系统、气动控制子系统、编码传输采集子系统和水下电源。本发明控制系统中远程操作端和机械载体之间只需布置电源，光缆和气管，系统电缆布局简洁，大大节省人力资源；运动控制子系统采用分布式结构，主站和从站之间通过EtherCAT工业总线级联，实时性好，大大简化系统控制结构；远程操作端可远程检测机械装置上多种状态，比如电源，压力，湿度等，自动化程度高，可实现检查时机械装置侧无人值守；采用光纤传输所有信号，传输距离远，减少电缆数量，同时大大降低线路上产生的电磁干扰。
附图说明
图1是本发明的一种核电站压力容器自动检测设备控制系统的结构原理图；
图2是本发明的一种核电站压力容器自动检测设备控制系统的电源管理子系统和水下电源的结构框图；
图3是本发明的一种核电站压力容器自动检测设备控制系统的运动控制子系统结构框图；
图4是本发明的一种核电站压力容器自动检测设备控制系统的光纤通讯解析子系统和光纤通信采集子系统的结构框图；
图5是本发明的一种核电站压力容器自动检测设备控制系统的编码传输解析子系统和编码传输采集子系统的结构框图；
图6是本发明的一种核电站压力容器自动检测设备控制系统的气动控制子系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。
如图1所示，一种核电站压力容器自动检测设备控制系统，包括人机交互子系统、光纤通讯子系统、编码传输解析子系统、超声检测子系统、电源管理子系统、气源、光纤通讯采集子系统、运动控制子系统、气动控制子系统、编码传输采集子系统和水下电源。人机交互子系统与光纤通讯解析子系统连接。光纤通讯解析子系统分别与编码传输解析子系统、电源管理子系统和光纤通讯采集子系统连接。编码传输解析子系统分别与超声检测子系统和电源管理子系统连接。电源管理子系统分别与水下电源和运动控制子系统连接。气源与气动控制子系统连接。光纤通讯采集子系统分别与运动控制子系统和编码传输子系统连接。运动控制子系统分别与气动控制子系统和检测装置连接。气动控制子系统与检测装置连接。编码采集子系统与检测装置连接。水下电源分别与光纤通讯采集子系统、运动控制子系统、气动控制子系统和编码传输采集子系统连接。
人机交互子系统将控制信号发送给光纤通讯解析子系统。光纤通讯解析子系统接收人机交互子系统发送的控制信号，将控制信号发送给光纤通讯采集子系统。光纤通讯采集子系统接收光纤通讯解析子系统发送的控制信号，将该控制信号发送给运动控制子系统。运动控制子系统接收光纤通讯采集子系统发送的控制信号，根据控制信号控制检测装置中的电机对压力容器进行检测。运动控制子系统还将控制信号发送给气动控制子系统。气动控制子系统接收运动控制子系统发送的控制信号，根据控制信号控制检测装置中的气缸对压力容器进行检测。运动控制子系统还接收检测装置上的检测装置中电机和传感器的状态信息电信号，将状态信息电信号发送给光纤通讯采集子系统。光纤通讯采集子系统接收运动控制子系统发送的状态信息电信号，将状态信息电信号转换为状态信息光信号，发送给光纤通讯解析子系统。光纤通讯解析子系统接收光纤通讯采集子系统发送的状态信息光信号，将状态信息光信号转换为状态信息电信号，发送给人机交互子系统。人机交互子系统接收光纤通讯解析子系统发送的状态信息电信号，对状态信息电信号进行显示。
检测装置接收运动控制子系统和气动控制子系统的控制命令后开始对压力容器进行检测，同时将检测装置的位置信息电信号发送给编码传输子系统。编码传输子系统接收检测装置发送的位置信息电信号后，将位置信息电信号发送给光纤通讯采集子系统。光纤通讯采集子系统接收编码传输子系统发送的位置信息电信号，将位置信息电信号转换位置信息光信号，发送给光纤通讯解析子系统。光纤通讯解析子系统接收光纤通讯采集子系统发送的位置信息光信号，将位置信息光信号发送给编码传输解析子系统。编码传输解析子系统接收光纤通讯解析子系统发送的位置信息光信号，将位置信息光信号转换为位置信息电信号，发送给超声检测子系统，实现超声检测子系统与检测装置的位置同步。
电源管理子系统将电源状态信息信号传输给光纤通讯解析子系统。光纤通讯解析子系统接收电源管理子系统发送的电源状态信息信号，将电源状态信息信号发送给人机交互子系统。人机交互子系统接收光纤通讯解析子系统发送的电源状态信息信号，将电源状态显示。
水下电源将水下电源状态信息发送给光纤通讯采集子系统。光纤通讯采集子系统接收水下电源发送的水下电源状态信息电信号，将水下电源状态信息电信号转化为水下电源状态信息光信号，发送给光纤通讯解析子系统。光纤通讯解析子系统接收光纤通讯采集子系统发送的水下电源状态信息光信号，将水下电源状态信息光信号转换为水下电源状态信息电信号，发送给电源管理子系统。电源管理子系统接收光纤通讯解析子系统发送的水下电源状态信息电信号，将水下电源状态信息电信号发送给光纤通讯解析子系统。光纤通讯解析子系统接收源管理子系统发送的水下电源状态信息电信号，将水下电源状态信息电信号发送给人机交互子系统。人机交互子系统接收光纤通讯解析子系统发送的水下电源状态信息信号，将水下电源状态显示。
电源管理子系统分别用于为编码传输解析子系统提供DC24V电源，还为运动控制子系统提供DC200V动力电源，还为水下电源提供DC200V电源输入。水下电源将DC200V转换为DC24V输出，为运动控制子系统提供控制电源，还为气动控制子系统和编码传输采集子系统提供电源。
如图2所示，电源管理子系统包括AT89C51型单片机、AC/DC电路、DC/DC电路和隔离滤波电路。AC/DC电路的电源输入端接入AC380V电源，AC/DC电路的控制端与AT89C51型单片机连接。DC/DC电路的电源输入端与AC/DC电路的电源输出端连接，DC/DC的控制端与AT89C51型单片机连接。隔离滤波电路的输入端与DC/DC的电源输出端连接。隔离滤波电路的输出端与水下电源的电源输入端连接。AT89C51型单片机的输出端与光纤通讯解析子系统连接。AT89C51型单片机用于实现电源管理子系统与光纤通讯解析子系统的通讯。水下电源包括DC/DC电路和隔离滤波电路。DC/DC电路和隔离滤波电路相连接。
如图3所示，运动控制子系统包括HMI显示屏、HUB、G-Maestro01控制器和G-DCTRO驱动器。HMI显示屏与HUB连接。HUB与G-Maestro01控制器连接。G-Maestro01控制器通过EtherCAT总线与十五个G-DCTRO驱动器串联连接。G-Maestro01控制器用于协调十五个G-DCTRO驱动器工作，G-DCTRO驱动器用于实现对检测装置中电机的控制。
如图4所示，光纤通讯采集子系统和光纤通讯解析子系统包括光纤通讯采集模块和光纤通讯解析模块，光纤通讯采集模块和光纤通讯解析模块相连接，光纤通讯解析模块与人机交互子系统连接。光纤通讯采集模块和光纤通讯解析模块采用武汉微创公司生产的WTOS系列模块实现。
如图5所示，编码传输解析子系统和编码传输采集子系统包括编码传输解析模块和编码传输采集模块。编码传输解析模块和编码传输采集模块均采用EP1C6Q240C8N型FPGA实现。
如图6所示，气动控制子系统由阀岛组成，包括EtherCAT通讯模块、I/O模块、电磁阀和比例阀。阀岛分别与气源和水下电源连接。EtherCAT通讯模块与运动控制子系统的G-Maestro01控制器连接。I/O模块、电磁阀和比例阀集成在EtherCAT通讯模块上。比例阀与检测装置中的气缸连接。I/O模块与检测装置中的传感器连接。运动控制子系统的G-Maestro01控制器向EtherCAT通讯模块发送控制信号。EtherCAT通讯模块接收G-Maestro01控制器发送的控制信号，将控制信号发送给电磁阀。电磁阀接收EtherCAT通讯模块发送的控制信号，根据控制信号为比例阀提供气源。EtherCAT通讯模块还向比例阀发送控制信号，控制比例阀输出气压值，实现对检测装置中气缸行程的控制。阀岛中的EtherCAT通讯模块、I/O模块、电磁阀和比例阀均采用德国Festo公司生产的模块实现。
人机交互子系统采用PC机实现。
超声检测子系统采用超声仪实现。
本发明包括人机交互子系统、光纤通讯子系统、编码传输解析子系统、超声检测子系统、电源管理子系统、气源、光纤通讯采集子系统、运动控制子系统、气动控制子系统、编码传输采集子系统和水下电源。本发明控制系统中远程操作端和机械载体之间只需布置电源，光缆和气管，系统电缆布局简洁，大大节省人力资源；运动控制子系统采用分布式结构，主站和从站之间通过EtherCAT工业总线级联，实时性好，大大简化系统控制结构；远程操作端可远程检测机械装置上多种状态，比如电源，压力，湿度等，自动化程度高，可实现检查时机械装置侧无人值守；采用光纤传输所有信号，传输距离远，减少电缆数量，同时大大降低线路上产生的电磁干扰。

Claims (7)

1.一种核电站压力容器自动检测设备控制系统，其特征在于：它包括人机交互子系统、光纤通讯解析子系统、编码传输解析子系统、超声检测子系统、电源管理子系统、气源、光纤通讯采集子系统、运动控制子系统、气动控制子系统、编码传输采集子系统和水下电源；人机交互子系统与光纤通讯解析子系统连接；光纤通讯解析子系统分别与编码传输解析子系统、电源管理子系统和光纤通讯采集子系统连接；编码传输解析子系统分别与超声检测子系统和电源管理子系统连接；电源管理子系统分别与水下电源和运动控制子系统连接；气源与气动控制子系统连接；光纤通讯采集子系统分别与运动控制子系统和编码传输子系统连接；运动控制子系统分别与气动控制子系统和检测装置连接；气动控制子系统与检测装置连接；编码采集子系统与检测装置连接；水下电源分别与光纤通讯采集子系统、运动控制子系统、气动控制子系统和编码传输采集子系统连接；
所述的电源管理子系统包括AT89C51型单片机、AC/DC电路、DC/DC电路和隔离滤波电路；AC/DC电路的电源输入端接入AC380V电源，AC/DC电路的控制端与AT89C51型单片机连接；DC/DC电路的电源输入端与AC/DC电路的电源输出端连接，DC/DC的控制端与AT89C51型单片机连接；隔离滤波电路的输入端与DC/DC的电源输出端连接；隔离滤波电路的输出端与水下电源的电源输入端连接；AT89C51型单片机的输出端与光纤通讯解析子系统连接；水下电源包括DC/DC电路和隔离滤波电路；DC/DC电路和隔离滤波电路相连接。
2.根据权利要求1所述的核电站压力容器自动检测设备控制系统，其特征在于：所述的运动控制子系统包括HMI显示屏、HUB、G-Maestro01控制器和G-DCTRO驱动器；HMI显示屏与HUB连接；HUB与G-Maestro01控制器连接；G-Maestro01控制器通过EtherCAT总线与十五个G-DCTRO驱动器串联连接。
3.根据权利要求1所述的核电站压力容器自动检测设备控制系统，其特征在于：所述的光纤通讯采集子系统和光纤通讯解析子系统包括光纤通讯采集模块和光纤通讯解析模块，光纤通讯采集模块和光纤通讯解析模块相连接，光纤通讯解析模块与人机交互子系统连接。
4.根据权利要求1所述的核电站压力容器自动检测设备控制系统，其特征在于：所述的编码传输解析子系统和编码传输采集子系统包括编码传输解析模块和编码传输采集模块；编码传输解析模块和编码传输采集模块均采用EP1C6Q240C8N型FPGA实现。
5.根据权利要求1所述的核电站压力容器自动检测设备控制系统，其特征在于：所述的气动控制子系统由阀岛组成，包括EtherCAT通讯模块、I/O模块、电磁阀和比例阀；阀岛分别与气源和水下电源连接；EtherCAT通讯模块与运动控制子系统的G-Maestro01控制器连接；I/O模块、电磁阀和比例阀集成在EtherCAT通讯模块上；比例阀与检测装置中的气缸连接；I/O模块与检测装置中的传感器连接。
6.根据权利要求1所述的核电站压力容器自动检测设备控制系统，其特征在于：所述的人机交互子系统采用PC机实现。
7.根据权利要求1所述的核电站压力容器自动检测设备控制系统，其特征在于：所述的超声检测子系统采用超声仪实现。
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