CN106782685A - 一种核电站燃料格架定位装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核电站燃料格架定位装置，包括安装在吊车吊杆底端的定位检测装置，吊车的平移机构以及分别与所述定位检测装置和所述平移机构连接的控制器；所述定位检测装置包括至少一个接近传感器，所述接近传感器用于在所述定位装置下降至所述燃料格架中后，检测其与对应的燃料格架内壁之间的间隙，并发送间隙信号；控制器用于根据所述间隙信号计算间隙偏差，并发送间隙偏差信号以控制所述平移结构进行微调；平移机构用于对所述吊车吊杆微调平移以带动所述定位检测装置微调平移，使所述间隙偏差低于预设偏差阈值，以获取燃料组件在所述燃料格架中的定位位置。本发明还公开了一种核电站燃料格架定位方法。本发明能够提高燃料格架的定位精度和定位效率。

Description

一种核电站燃料格架定位装置及方法

技术领域

本发明涉及核电站技术领域，尤其涉及一种核电站燃料格架定位装置及方法。

背景技术

核电站设计有乏燃料水池，水池中设置有乏燃料贮存格架，可用于存放新燃料和反应堆厂房卸出的乏燃料组件。燃料组件的抓起、释放、转运，主要通过一台大跨度桥式吊车(以下简称乏吊)实现，乏吊包括平移机构和升降机构，平移机构由大车和小车驱动沿着乏燃料水池长、宽方向运行，升降机构驱动抓具携组件做升降运动。乏燃料存在较强放射性活度和较大的衰变热，并含有相当量的可裂变材料，燃料组件与贮存格架小室总间隙仅11mm，装卸操作时两者能否精确对中很重要，偏差可能导致组件无法下落或擦伤，甚至引发安全事故。因此核电站建造期间调试阶段有必要对格架逐一定位并记录每个格架座标值，用以后续正常运行期间的操作。

例如，现有技术中的乏池中有1206个燃料格架小室，其中隔乏燃料贮存格架贮存小室的数量为378个，硼不锈钢乏燃料贮存格架贮存小室的数量为828个。长远来看国内外还在继续研发高密度乏燃料贮存格架，存在标定工期长的问题。此外有研究表明，核电站燃料运输吊车桥架轮径磨损0.15mm，在完成30.4m行程后可导致最终定位较预期值偏差9.4mm，存在定期校准的必要性。核电站实际运行后，乏池中充有1326m³的浓度为2200ppm的硼水，且运行后乏池一般不会排空，使得系统长期运行后再定位变得极为困难。

目前无论建造期间的初次标定还是运行期间的定期标定都是排水后安排人员站到格架上方协助目视查看，并与远处乏吊操作人员沟通确认指挥微调。核电站建设期间调试阶段，PMC系统使用模拟燃料组件对乏燃料吊车及装卸料机涉及的所有格架进行精确定位及标定。干态情况下人工进入堆腔(或乏池)，通过采用游标卡尺等传统测量方式测量，并告知乏吊操作人员进行相应方向的调整，如此反复多次后实现定位的目的。

但是，采用人工定位具有以下缺陷：(1)效率低。定位操作涉及大跨度吊车的点动作业，调整范围却为毫米级，单格架腔室定位约15分钟，CPR单机组腔室多达1206个，按每日8小时计算，如所有格架均定位需耗费37.7人工*天。(2)精度有限。由于采用目视查看的方式，格架与模拟燃料组件的间隙仅有2毫米左右，精度有限；同时单台机组腔室多无法逐一定位(工期有限，PMC调试一般位于机组装料关键路径)，采用“四分法”等对关键腔室定位，其余采用理论计算的方式，设备本身制造偏差导致部分经过理论计算推算的腔室精度进一步降低。(3)引入异物。人工踩踏在燃料格架上方作业，岭澳二期及后续项目均有引入异物的事件发生。由于格架细长结构，深度达到4425mm，异物的打捞极为困难，且打捞过程中极易造成格架的损伤。(4)人员坠入风险。格架腔室有226mm宽和250mm宽两种规格，调试人员在格架上进行定位时，极易踩空坠入腔室内，腔室深度达到4425mm，风险极大。(5)无法水下实施。由于定位需要人工下到格架上方进行，目前只能在干态工况下进行，一旦乏池进水发现格架锈蚀等只能将1千多立方米的含硼水排走代价巨大。同时机组一旦装料后，这些含硼水将带有一定放射性，使得人员存在放射性照射风险。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，提供了一种核电站燃料格架定位装置及方法，能够提高燃料格架的定位精度和定位效率。

本发明就上述技术问题而提出的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种核电站燃料格架定位装置，用于对燃料组件在所述燃料格架中进行吊装定位，所述定位装置包括安装在吊车吊杆底端的定位检测装置，吊车的平移机构以及分别与所述定位检测装置和所述平移机构连接的控制器；

所述定位检测装置包括具有容纳空间的主体部,安装在所述主体部外壁的至少一个接近传感器，所述接近传感器用于在所述定位装置下降至所述燃料格架中后，检测其与对应的燃料格架内壁之间的间隙，并发送间隙信号；

所述控制器用于接收所述间隙信号，根据所述间隙信号计算间隙偏差，并发送间隙偏差信号以控制所述平移结构进行微调；

所述平移机构用于对所述吊车吊杆微调平移以带动所述定位检测装置微调平移，使所述间隙偏差低于预设偏差阈值，以获取燃料组件在所述燃料格架中的定位位置。

进一步地，所述主体部外形结构与燃料组件形状对应,所述接近传感器包括多个，每一所述接近传感器分别与燃料组件周壁对应设置。

进一步地，所述燃料格架定位装置还包括与所述控制器连接的防水摄像头；

所述防水摄像头用于采集所述燃料格架的图像；

所述控制器还用于将采集到的图像传输给操作人员，以使操作人员对所述燃料格架进行初定位。

进一步地，所述间隙信号为电平信号；

所述控制器具体用于根据电平信号与间隙距离的对应关系表，获取每个电平信号所对应的间隙距离，根据获取的所述间隙距离计算间隙偏差。

进一步地，所述接近传感器包括用于在所述燃料格架的X方向检测第一间隙信号的第一接近传感器、检测第二间隙信号的第二接近传感器，以及用于在所述燃料格架的Y方向检测第三间隙信号的第三接近传感器、检测第四间隙信号的第四接近传感器；

所述控制器具体用于根据所述第一间隙信号和所述第二间隙信号计算在X方向上的第一间隙偏差，并发送第一间隙偏差信号以控制所述平移结构在X方向上进行微调，根据所述第三间隙信号和所述第四间隙信号计算在Y方向上的第二间隙偏差，并发送第二间隙偏差信号以控制所述平移结构在Y方向上进行微调；

所述平移机构具体用于对所述吊车吊杆在X方向上微调平移以带动所述定位检测装置在X方向上微调平移，使所述第一间隙偏差低于预设第一偏差阈值，对所述吊车吊杆在Y方向上微调平移以带动所述定位检测装置在Y方向上微调平移，使所述第二间隙偏差低于预设第二偏差阈值，以获取燃料组件在所述燃料格架的定位位置。

进一步地，所述控制器具体用于根据所述间隙信号计算间隙偏差，基于所述间隙偏差，采用自适应控制法或比例控制法持续控制所述平移机构进行微调，直到所述间隙偏差低于预设偏差阈值时中止调整，获取所述燃料格架的定位位置。

进一步地，所述控制器还用于采用限幅滤波法和算术平均值法对所述间隙信号进行滤波，以去除电磁干扰并降低信号检测误差。

进一步地，所述燃料格架定位装置还包括与所述控制器连接的微动开关；

所述微动开关用于在所述定位装置下降至所述燃料格架的过程中，实时检测是否存在干涉，并在检测到干涉时，向所述控制器发送中止信号；

所述控制器还用于根据所述中止信号，控制所述吊车的下降装置中止下降并反向点动行车。

进一步地，所述定位装置还包括与所述控制器连接的显示器；

所述显示器用于显示所述燃料格架的图像、所述间隙偏差和所述燃料格架的定位位置。

另一方面，本发明提供一种利用上述核电站燃料格架定位装置进行燃料格架定位方法，所述定位装置包括安装在吊车吊杆底端的定位检测装置，吊车的平移机构以及分别与所述定位检测装置和所述平移机构连接的控制器，所述定位检测装置包括具有容纳空间的主体部,安装在所述主体部外壁的至少一个接近传感器，所述定位方法包括：

所述接近传感器在所述定位装置下降至燃料格架中后，分别检测所述定位装置与燃料格架内壁之间的间隙，并发送间隙信号；

所述控制器接收所述间隙信号，根据所述间隙信号计算间隙偏差，并发送间隙偏差信号以控制所述平移结构进行微调；

所述平移机构对所述吊车吊杆微调平移以带动所述定位检测装置微调平移，使所述间隙偏差低于预设偏差阈值，以获取燃料组件在所述燃料格架中的定位位置。

进一步地，在所述接近传感器在所述定位装置下降至燃料格架中后，分别检测所述定位装置与燃料格架内壁之间的间隙之前，还包括：

采集所述燃料格架的图像，并将采集到的图像传输给操作人员，以使操作人员对所述燃料格架进行初定位。

进一步地，所述间隙信号为电平信号；

所述根据所述间隙信号计算间隙偏差，具体包括：

根据电平信号与间隙距离的对应关系表，获取每个电平信号所对应的间隙距离，并根据获取的所述间隙距离计算间隙偏差。

进一步地，所述定位装置与燃料格架四壁之间的间隙信号包括在所述燃料格架的X方向上的第一间隙信号和第二间隙信号，以及在所述燃料格架的Y方向上的第三间隙信号和第四间隙信号；

所述控制器根据所述间隙信号计算间隙偏差，并发送间隙偏差信号以控制所述平移结构进行微调，具体包括：

所述控制器根据所述第一间隙信号和所述第二间隙信号计算在X方向上的第一间隙偏差，并发送第一间隙偏差信号以控制所述平移结构在X方向上进行微调，根据所述第三间隙信号和所述第四间隙信号计算在Y方向上的第二间隙偏差，并发送第二间隙偏差信号以控制所述平移结构在Y方向上进行微调；

所述平移机构对所述吊车吊杆微调平移以带动所述定位检测装置微调平移，使所述间隙偏差低于预设偏差阈值，以获取燃料组件在所述燃料格架中的定位位置，具体包括：

所述平移机构对所述吊车吊杆在X方向上微调平移以带动所述定位检测装置在X方向上微调平移，使所述第一间隙偏差低于预设第一偏差阈值，对所述吊车吊杆在Y方向上微调平移以带动所述定位检测装置在Y方向上微调平移，使所述第二间隙偏差低于预设第二偏差阈值，以获取燃料组件在所述燃料格架的定位位置。

进一步地，所述控制器发送间隙偏差信号以控制所述平移结构进行微调，具体包括：

基于所述间隙偏差，采用自适应控制法或比例控制法持续控制所述吊车的平移机构进行微调，直到所述间隙偏差低于预设偏差阈值时中止调整。

进一步地，在所述控制器根据所述间隙信号计算间隙偏差之前，还包括：

所述控制器采用限幅滤波法和算术平均值法对所述间隙信号进行滤波，以去除电磁干扰并降低信号检测误差。

进一步地，所述定位方法还包括：

在所述定位装置下降至所述燃料格架的过程中，实时检测是否存在干涉；

在检测到干涉时，控制所述吊车的下降装置中止下降并反向点动行车，在所述干涉解除时，控制所述吊车的下降装置继续下降。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

将定位装置安装在吊车吊杆的底端，以将定位装置下降至燃料格架中，通过检测与燃料格架内壁之间的间隙信号来计算间隙偏差，并根据该间隙偏差使平移机构对吊车吊杆微调平移，进而带动定位检测装置微调平移，使间隙偏差达到设定要求，实现燃料组件在燃料格架中的定位，提高定位精度和定位效率，无需人工定位，避免引入异物及人员坠落等风险，而且，在运机组格架更换后无需排水重新定位、校准，进一步提升在运机组的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的核电站燃料格架定位装置的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的核电站燃料格架定位装置的具体结构示意图；

图3是本发明实施例一提供的吊车的平移机构的微平移速度近似曲线；

图4是本发明实施例一提供的核电站燃料格架定位装置的原理图；

图5是本发明实施例二提供的核电站燃料格架定位方法的流程示意图；

图6是本发明实施例二提供的核电站燃料格架定位方法的具体流程示意图。

具体实施方式

为了解决现有技术在人工定位中存在的效率低、精度有效、安全性低、无法水下实施等技术问题，本发明旨在提供一种核电站燃料格架定位装置，其核心思想是：提供了定位检测装置、吊车的平移机构和控制器，其中，定位检测装置包括至少一个接近传感器，用于检测其与对应的燃料格架内壁之间的间隙信号，控制器根据间隙信号计算间隙偏差，使平移机构对吊车吊杆微调平移，进而带动定位检测装置微调平移，直到间隙偏差达到设定要求，实现燃料组件在燃料格架中的定位。本发明所提供的核电站燃料格架定位装置无需人工定位，有效提高定位精度、定位效率和安全性。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明实施例提供了一种核电站燃料格架定位装置，用于对燃料组件在所述燃料格架中进行吊装定位，参见图1，该定位装置包括安装在吊车吊杆底端的定位检测装置8，吊车的平移机构9以及分别与所述定位检测装置8和所述平移机构9连接的控制器2；

所述定位检测装置8包括具有容纳空间的主体部,安装在所述主体部外壁的至少一个接近传感器1，所述接近传感器1用于在所述定位装置下降至所述燃料格架中后，检测其与对应的燃料格架内壁之间的间隙，并发送间隙信号；

所述控制器2用于接收所述间隙信号，根据所述间隙信号计算间隙偏差，并发送间隙偏差信号以控制所述平移结构9进行微调；

所述平移机构9用于对所述吊车吊杆微调平移以带动所述定位检测装置8微调平移，使所述间隙偏差低于预设偏差阈值，以获取燃料组件在所述燃料格架中的定位位置。

需要说明的是，定位检测装置可安装在吊车的长杆工具的底端，也可安装在模拟燃料组件的下方，通过吊车的下降装置进行升降，通过吊车的平移装置进行平移。在定位检测装置通过吊车的下降装置下降到待定位的燃料格架的小室中后，定位检测装置中的接近传感器与燃料格架内壁相对应，检测其与对应的燃料格架内壁之间的间隙，并将检测到的间隙信号传输给控制器。控制器在接收到间隙信号后，对间隙信号进行处理和计算，获得间隙偏差，进而根据该间隙偏差向平移装置放松间隙偏差信号以控制平移装置进行微调，平移机构对吊车吊杆微调平移以带动所述定位检测装置微调平移。定位检测装置和控制器在调整后继续检测和计算间隙偏差，直到该间隙偏差低于预设偏差阈值，然后保存此时定位装置的中心点的坐标位置，即为燃料组件在燃料格架中的定位位置，从而实现燃料组件在燃料格架中的定位。采用定位装置对燃料格架进行自动定位，无需人工定位，提高定位精度和定位效率，避免引入异物及人员坠落等风险，而且，在运机组格架更换后无需排水重新定位、校准，进一步提升在运机组的安全。

另外，定位装置还可仅通过定位检测装置中的接近传感器实现对燃料格架的定位。接近传感器检测其与对应的燃料格架内壁之间的间隙信号，并将间隙信号所对应的间隙距离传输至操作人员，操作人员通过肉眼查看每边的间隙并通过操作吊车以对定位装置进行调整，实现燃料组件在燃料格架中的定位。采用这种定位方式简单可靠性高，但由于其自动化程度较低导致效率较差，因此优选采用接近传感器结合控制器的方式对燃料格架进行定位。

其中，控制器选用STM32F103单片机。该系列单片机使用ARM公司的Cortex-M3内核，核心基于哈佛架构的3级流水线内核，集成单周期乘法、硬件除法等功能。处理器工作频率可达72MHz，并带有64K片内RAM。16通道的12位A/D转换器以及丰富的I/O通道，特别针对本定位装置的需求，芯片集成的双ADC结构允许双通道采样/保持，以实现12位精度、1的转化足以满足本定位装置设计要求，此外中断响应机制也非常先进，有助于利用中断响应完成吊车位置的精确调整。

接近传感器选用能达到水下燃料格架与定位装置之间间隙的高精度检测的接近传感器，例如电感式接近传感器，电感式传感器选用图尔克BI15-M30-LI，其有效检测距离为2-8mm，重复精度1％。内部集成激励、检测模块并支持电流型模拟量输出，采用具有专利技术的三线圈设计，同时对有铁磁性和非铁磁性金属材料均有较好的检测灵敏度，可有效检测不锈钢及镉乏燃料格架。传感器具备IP67防护等级，也为水下格架的连续检测提供可能。为进一步提高水下工作稳定性对相关传感器等硬件使用防水材料等进行强化防水处理。

进一步地，所述燃料格架定位装置还包括与所述控制器2连接的防水摄像头3；

所述防水摄像头3用于采集所述燃料格架的图像；

所述控制器2还用于将采集到的图像传输给操作人员，以使操作人员对所述燃料格架进行初定位。

需要说明的是，在将定位装置下降至燃料格架的小室中之前，可对定位装置进行初定位，以避免定位装置下降时与燃料格架的垂直碰撞。如图2所示，初定位采用自带辅助照明26的防水摄像头25，防水摄像头25安装在定位装置21的底部。防水摄像头25实时采集燃料格架27的图像，并将采集到的图像通过控制器传输给远处操作人员，操作人员通过手动操作吊车的方式以调整定位装置的位置，确保定位装置整体就位。

另外，定位装置还可通过机器视觉技术(Machine Vision)实现基于图像的自动定位功能，即仅通过防水摄像头完成格架的定位和记录。但考虑到机器视觉技术在水下受成像模糊、亮度不均匀等影响稳定性，而触须传感器变形复杂、数据离散型大难以保证检测精度，因此优选采用防水摄像头监控引导下的人工初定位，以及基于控制器和接近传感器的自动精确定位的组合方式实现对燃料格架的定位。

进一步地，所述燃料格架定位装置还包括与所述控制器连接的微动开关4；

所述微动开关4用于在所述定位装置下降至所述燃料格架的过程中，实时检测是否存在干涉，并在检测到干涉时，向所述控制器发送中止信号；

所述控制器2还用于根据所述中止信号，控制所述吊车的下降装置中止下降并反向点动行车。

需要说明的是，如图2所示，微动开关24安装在定位装置21一侧的底部。在对燃料格架27进行初定位后，控制器控制吊车的下降装置将定位装置21下降到燃料格架27的小室中。在下降过程中，实时检测是否下降到位，若下降到位，则结合接近传感器23和控制器对燃料格架进行精定位；若存在干涉，即存在异物等，触发微动开关24，使微动开关24向控制器发送中止信号，控制器控制吊车的下降装置中止下降，并自动反向点动行车，随后继续检测干涉是否解除，若解除，则控制吊车的下降装置继续下降直到下降到位，若未解除，则继续自动反向点动行车直到干涉解除。

进一步地，所述定位装置还包括与所述控制器2连接的显示器5；

所述显示器5用于显示所述燃料格架的图像、所述间隙偏差和所述燃料格架的定位位置。

需要说明的是，在初定位中，防水摄像头将采集到的图像通过控制器实时显示在显示器上，以供操作人员通过操作吊车来调整定位装置的位置。在精确定位中，控制器将计算获得的间隙偏差和燃料格架的定位位置显示在显示器上，以供操作人员进行查看。

进一步地，所述间隙信号为电平信号；

所述控制器具体用于根据电平信号与间隙距离的对应关系表，获取每个电平信号所对应的间隙距离，根据获取的所述间隙距离计算间隙偏差，并根据所述间隙偏差控制所述吊车的平移机构进行微调，使所述间隙偏差低于预设偏差阈值，以获取所述燃料格架的定位位置。

需要说明的是，接近传感器检测到的间隙信号为电平信号，每个接近传感器将检测到的电平信号传输给控制器后，控制器根据电平信号与间隙距离之间的对应关系，获取每个电平信号对应的间隙距离，即每个接近传感器与其对应的燃料格架壁之间的间隙距离，根据间隙距离即可计算出定位装置与燃料格架中心之间的偏差，即间隙偏差。进而控制器根据该间隙偏差控制吊车的平移机构进行微调，以对定位装置的位置进行微调，使定位装置尽量处于燃料格架的中心，即控制间隙偏差低于预设偏差阈值，实现对燃料格架的定位。

进一步地，所述主体部外形结构与燃料组件形状对应,所述接近传感器包括多个，每一所述接近传感器分别与燃料组件周壁对应设置。

需要说明的是，定位检测装置中的接近传感器的个数可以根据燃料组件的形状进行设置。如图2所示，若燃料组件为立体图形，则在定位装置21的四侧分别设置一个传感器23，以分别检测每侧定位装置21与燃料格架27的间隙。

进一步地，所述接近传感器包括用于在所述燃料格架的X方向检测第一间隙信号的第一接近传感器、检测第二间隙信号的第二接近传感器，以及用于在所述燃料格架的Y方向检测第三间隙信号的第三接近传感器、检测第四间隙信号的第四接近传感器；

所述控制器具体用于根据所述第一间隙信号和所述第二间隙信号计算在X方向上的第一间隙偏差，并发送第一间隙偏差信号以控制所述平移结构在X方向上进行微调，根据所述第三间隙信号和所述第四间隙信号计算在Y方向上的第二间隙偏差，并发送第二间隙偏差信号以控制所述平移结构在Y方向上进行微调；

所述平移机构具体用于对所述吊车吊杆在X方向上微调平移以带动所述定位检测装置在X方向上微调平移，使所述第一间隙偏差低于预设第一偏差阈值，对所述吊车吊杆在Y方向上微调平移以带动所述定位检测装置在Y方向上微调平移，使所述第二间隙偏差低于预设第二偏差阈值，以获取燃料组件在所述燃料格架的定位位置。

需要说明的是，当燃料组件为四边形时，设置四个接近传感器，分别位于定位装置的四边，位于燃料格架的X方向的为第一接近传感器和第二接近传感器，位于燃料格架的Y方向的为第三接近传感器和第四接近传感器。其中，第一接近传感器和第二接近传感器为一组检测X方向上的间隙偏差，第三接近传感器和第四接近传感器为一组检测Y方向上的间隙偏差。

控制器根据电平信号与间隙距离的对应关系，获取第一间隙信号所对应的第一间隙距离，第二间隙信号所对应的第二间隙距离，第三间隙信号所对应的第三间隙距离，第四间隙信号所对应的第四间隙距离。在X方向上，计算第一间隙距离和第二间隙距离差值的一半，获取X方向上的第一间隙偏差；在Y方向上，计算第三间隙距离和第四间隙距离差值的一半，获取Y方向上的第二间隙偏差。进而，控制器控制平移机构分别在X和Y方向上进行微调，平移机构根据第一间隙偏差调整定位装置在X方向上的位置，根据第二间隙偏差调整定位装置在Y方向上的位置，使调整后的第一间隙偏差和第二间隙偏差均低于预设偏差阈值，以尽量位于燃料格架的中心位置，实现燃料组件在燃料格架中的定位。其中，X方向和Y方向相互垂直互不耦合，定位装置在水下微调所引起的扰动较小，因此可两个方向同时进行调整，进一步缩短偏差收敛时间以缩短调试工期。

其中，接近传感器可采用电感式接近传感器。电感式接近传感器具有精度高、稳定可靠等优点，广泛用于加速度、位移、振幅、转速等非电量的测量。在标准电感式接近传感器中，被测量磁路磁阻与距离δ相关，通过定量分析线圈阻抗值就可获得线圈与金属之间的距离，其数学模型为L＝(N²μS)/(2δ)，其中，L为电感量，N为线圈匝数，μ为气隙导磁率，S为气隙截面积，δ为气隙厚度。假设起始位置气隙为δ₀，对应初始电感为L₀，且S固定不变，当δ产生细微变化Δδ时，引起自感量变化dL(忽略高次项)，即灵敏度因此通过计算可选取出最适合的四个电感式接近传感器构成X、Y方向上两组差动式检测单元，在提升灵敏度的同时，有助于改善线性度，同时可以对温度变化、电源频率变化等外部干扰因素进行有效补偿。

进一步地，所述控制器具体用于根据所述间隙信号计算间隙偏差，基于所述间隙偏差，采用自适应控制法或比例控制法持续控制所述吊车的平移机构进行微调，直到所述间隙偏差低于预设偏差阈值时中止调整，获取所述燃料格架的定位位置。

需要说明的是，吊车中的大跨度行车系统微位移调整具有典型的时滞特性，且存在一定的未知及随机变量，对其进行精确的数学建模非常困难。自适应控制能不断地对比检测系统系数，根据其变化改变控制系统或改变控制作用，使系统运行于最优或接近最优工作状态。具体到本行车系统，由于调整幅度仅在毫米级别，因此可近似地将其X、Y方向运动调整模型定义为：偏差距离如图3所示。模型自学习模型为：y＝f(γ,t₀,t)+β，其中，y为模型中的偏差预测值，γ、t₀、t均为直接影响模型的自变量，β为自学习系数。第n次计算时，β-β_n，根据上述公式计算出模型预测值y_n；结合第n次实测值y_n ^*可计算出β的第n次瞬时值β_n ^*，再用指数平滑法计算β_n+1:β_n+1＝β_n+α(β_n ^*-β_n)，其中，α为平滑增益系数，隶属于[0,1]，其实际控制中一般取0.3～0.6，具体参数通过试验获取。第n+1次计算时，取β＝β_n+1，代入模型y＝f(γ,t₀,t)+β计算预测值。结合到控制器通过控制输出脉冲的长度控制吊车系统微调整而言，为上述的逆运算。在控制平移结构进行多次微调后，间隙偏差值小于预设阈值，如±1mm时中止调整并反馈状态。

进一步地，所述控制器还用于采用限幅滤波法和算术平均值法对所述间隙信号进行滤波，以去除电磁干扰并降低信号检测误差。

需要说明的是，高度集成、模块化的器件为控制器的硬件提供基础，软件层面的滤波可进一步提升其工作稳定性，目前多种适合控制器的单片机滤波算法被广泛使用。

考虑到接近传感器位于水下，与控制器距离较远，加之核电站现场大型电气设备众多存在尖脉冲电磁干扰，为此在控制器接收到间隙信号后对其进行限幅滤波。相邻两次采样到的间隙信号y_n的差值如大于最大允许偏差Δe则视之为干扰并剔，即：其中，Δe的设定值需要对标准量多次测量后校验所得，初始状态以定位装置单侧接近感器与燃料格架壁可能存在的最大距离8mm为初始输入并在初始标定阶段逐步缩小此数值直到调整至最佳。采用限幅滤波能够去除明显的突变信号，抑制脉冲干扰。

在进行限幅滤波后，结合应用场景采用算术平均值法，即在采集的间隙信号X_i(i＝1,2…N)中寻找作为本次采样的平均值，使得该值与各采样值之间的误差e_i的平方和E最小：采用作为最终的间隙信号进行计算提高计算的精准度和工作的稳定性。

参见图4，是本发明实施例所提供的核电站燃料格架定位装置的工作原理图。在采集燃料格架的图像完成初定位后，将定位装置下降至燃料格架6中。四个传感器1分别检测其与燃料格架6在X方向和Y方向的间隙信号，该间隙信号为电平信号。控制器1中的ADC模块将电平信号进行电平转换，转换为相应的间隙距离，并计算出在X方向和Y方向的间隙偏差。控制器1中的DO模块根据在X方向和Y方向的间隙偏差控制吊车的平移结构7在X方向和Y方向进行微调，以满足设定要求，同时，将采集到的图像、计算的间隙距离、间隙偏差等进行显示，以供操作人员查看。另外，操作人员还可通过按键对吊车进行操作，对初定位的完成进行确认等。

本发明实施例将定位装置安装在吊车吊杆的底端，以将定位装置下降至燃料格架中，通过检测与燃料格架内壁之间的间隙信号来计算间隙偏差，并根据该间隙偏差使平移机构对吊车吊杆微调平移，进而带动定位检测装置微调平移，使间隙偏差达到设定要求，实现燃料组件在燃料格架中的定位，提高定位精度和定位效率，无需人工定位，避免引入异物及人员坠落等风险，而且，在运机组格架更换后无需排水重新定位、校准，进一步提升在运机组的安全。

实施例二

本发明实施例提供了一种核电站燃料格架定位方法，能够应用于上述实施例中的核电站燃料格架定位装置中，所述定位装置包括安装在吊车吊杆底端的定位检测装置，吊车的平移机构以及分别与所述定位检测装置和所述平移机构连接的控制器，所述定位检测装置包括具有容纳空间的主体部,安装在所述主体部外壁的至少一个接近传感器，参见图5，所述定位方法包括：

S1、所述接近传感器在所述定位装置下降至燃料格架中后，分别检测所述定位装置与燃料格架内壁之间的间隙，并发送间隙信号；

S2、所述控制器接收所述间隙信号，根据所述间隙信号计算间隙偏差，并发送间隙偏差信号以控制所述平移结构进行微调；

S3、所述平移机构对所述吊车吊杆微调平移以带动所述定位检测装置微调平移，使所述间隙偏差低于预设偏差阈值，以获取燃料组件在所述燃料格架中的定位位置。

进一步地，在所述接近传感器在所述定位装置下降至燃料格架中后，分别检测所述定位装置与燃料格架内壁之间的间隙之前，还包括：

采集所述燃料格架的图像，并将采集到的图像传输给操作人员，以使操作人员对所述燃料格架进行初定位。

进一步地，所述间隙信号为电平信号；

所述根据所述间隙信号计算间隙偏差，具体包括：

根据电平信号与间隙距离的对应关系表，获取每个电平信号所对应的间隙距离，并根据获取的所述间隙距离计算间隙偏差。

进一步地，所述定位装置与燃料格架四壁之间的间隙信号包括在所述燃料格架的X方向上的第一间隙信号和第二间隙信号，以及在所述燃料格架的Y方向上的第三接近传感器和检测第四间隙信号；

所述控制器根据所述间隙信号计算间隙偏差，并发送间隙偏差信号以控制所述平移结构进行微调，具体包括：

所述控制器根据所述第一间隙信号和所述第二间隙信号计算在X方向上的第一间隙偏差，并发送第一间隙偏差信号以控制所述平移结构在X方向上进行微调，根据所述第三间隙信号和所述第四间隙信号计算在Y方向上的第二间隙偏差，并发送第二间隙偏差信号以控制所述平移结构在Y方向上进行微调；

所述平移机构对所述吊车吊杆微调平移以带动所述定位检测装置微调平移，使所述间隙偏差低于预设偏差阈值，以获取燃料组件在所述燃料格架中的定位位置，具体包括：

所述平移机构对所述吊车吊杆在X方向上微调平移以带动所述定位检测装置在X方向上微调平移，使所述第一间隙偏差低于预设第一偏差阈值，对所述吊车吊杆在Y方向上微调平移以带动所述定位检测装置在Y方向上微调平移，使所述第二间隙偏差低于预设第二偏差阈值，以获取燃料组件在所述燃料格架的定位位置。

进一步地，所述控制器发送间隙偏差信号以控制所述平移结构进行微调，具体包括：

基于所述间隙偏差，采用自适应控制法或比例控制法持续控制所述吊车的平移机构进行微调，直到所述间隙偏差低于预设偏差阈值时中止调整，获取所述燃料格架的定位位置。

进一步地，在所述根据所述间隙信号计算间隙偏差之前，还包括：

采用限幅滤波法和算术平均值法对所述间隙信号进行滤波，以去除电磁干扰并降低信号检测误差。

进一步地，所述定位方法还包括：

在所述定位装置下降至所述燃料格架的过程中，实时检测是否存在干涉；

在检测到干涉时，控制所述吊车的下降装置中止下降并反向点动行车，在所述干涉解除时，控制所述吊车的下降装置继续下降。

参见图6，是本发明实施例所提供了的核电站燃料格架定位方法的具体流程示意图，包括：

S501、定位开始后，手动控制大/小车。操作人员通过采集到的燃料格架的图像对吊车进行操作，以对定位装置进行位置调整，实现对燃料格架的初定位；

S502、判断初定位是否完成；若完成，则执行步骤S501，若未完成，则返回步骤S501。

S503、人工确认。操作人员在完成初定位后进行确认，其中，采集到的燃料格架的图像会实时显示在显示器上。

S504、自动下降。人工确认后，吊车的下降装置自动下降，以将定位装置下降至燃料格架中。

S505、判断是否下降到位；若下降到位，则执行步骤S510，若未下降到位，则执行步骤S506。

S506、存在干涉。检测到下降过程中存在干涉。

S507、中止下降。此时停止吊车的下降装置继续下降。

S508、自动反向点动行车。

S509、判断是否解除干涉；若是，则返回步骤S504，若否，则返回步骤S508。

S510、自动精定位。在下降到位后，结合四个传感器和控制器计算定位装置的间隙偏差，以对燃料格架进行精定位。

S511、判断间隙偏差是否处于预设偏差内；若是，则执行步骤S512，若否，则返回步骤S510。

S512、声光提醒，结束定位流程。

本发明实施例将定位装置安装在吊车吊杆的底端，以将定位装置下降至燃料格架中，通过检测与燃料格架内壁之间的间隙信号来计算间隙偏差，并根据该间隙偏差使平移机构对吊车吊杆微调平移，进而带动定位检测装置微调平移，使间隙偏差达到设定要求，实现燃料组件在燃料格架中的定位，提高定位精度和定位效率，无需人工定位，避免引入异物及人员坠落等风险，而且，在运机组格架更换后无需排水重新定位、校准，进一步提升在运机组的安全。

综上所述，本发明提出了一种核电站燃料格架定位装置及方法，其具有较好的实用效果：从安全角度看，采用水下自动定位的方式及其装置，可以避免人工踩踏在燃料格架上方目视查看定位带来的引入异物及人员坠落等风险；在调试阶段，采用水下自动定位的方式及其装置，极大缩短定位时间，使得对机组所有格架进行逐一定位、记录变得可能，进一步提升在建机组的质量；在调试阶段，采用水下自动定位的方式及其装置，可以避免工作疲劳及视觉误差导致的精度有限问题，且通过自动定位装置完成的调整，确保调整的精度性和一致性；从进度角度看，本发明成功解决了乏池格架定位人工时大的问题，PMC调试处于接料和装料等关键路劲上，采用自动定位装置节约调试关键路径工期，对整个建造工期做出巨大贡献；在役机组格架更换后也无需排水重新定位、校准，这将进一步提升在运机组的安全；加入视频引导功能后，不仅通过其完成了初步定位，通过此视频功能还能发现深度到达4425mm的格架是否存在异物、锈蚀、焊渣等异常情况，进一步提高了机组的质量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种核电站燃料格架定位装置，用于对燃料组件在所述燃料格架中进行吊装定位，其特征在于，所述定位装置包括安装在吊车吊杆底端的定位检测装置，吊车的平移机构以及分别与所述定位检测装置和所述平移机构连接的控制器；

所述定位检测装置包括具有容纳空间的主体部,安装在所述主体部外壁的至少一个接近传感器，所述接近传感器用于在所述定位装置下降至所述燃料格架中后，检测其与对应的燃料格架内壁之间的间隙，并发送间隙信号；

所述控制器用于接收所述间隙信号，根据所述间隙信号计算间隙偏差，并发送间隙偏差信号以控制所述平移结构进行微调；

所述平移机构用于对所述吊车吊杆微调平移以带动所述定位检测装置微调平移，使所述间隙偏差低于预设偏差阈值，以获取燃料组件在所述燃料格架中的定位位置。

2.如权利要求1所述的核电站燃料格架定位装置，其特征在于，所述主体部外形结构与燃料组件形状对应,所述接近传感器包括多个，每一所述接近传感器分别与燃料组件周壁对应设置。

3.如权利要求1所述的核电站燃料格架定位装置，其特征在于，所述间隙信号为电平信号；

所述控制器具体用于根据电平信号与间隙距离的对应关系表，获取每个电平信号所对应的间隙距离，根据获取的所述间隙距离计算间隙偏差。

4.如权利要求1所述的核电站燃料格架定位装置，其特征在于，所述接近传感器包括用于在所述燃料格架的X方向检测第一间隙信号的第一接近传感器、检测第二间隙信号的第二接近传感器，以及用于在所述燃料格架的Y方向检测第三间隙信号的第三接近传感器、检测第四间隙信号的第四接近传感器；

所述控制器具体用于根据所述第一间隙信号和所述第二间隙信号计算在X方向上的第一间隙偏差，并发送第一间隙偏差信号以控制所述平移结构在X方向上进行微调，根据所述第三间隙信号和所述第四间隙信号计算在Y方向上的第二间隙偏差，并发送第二间隙偏差信号以控制所述平移结构在Y方向上进行微调；

所述平移机构具体用于对所述吊车吊杆在X方向上微调平移以带动所述定位检测装置在X方向上微调平移，使所述第一间隙偏差低于预设第一偏差阈值，对所述吊车吊杆在Y方向上微调平移以带动所述定位检测装置在Y方向上微调平移，使所述第二间隙偏差低于预设第二偏差阈值，以获取燃料组件在所述燃料格架的定位位置。

5.如权利要求1所述的核电站燃料格架定位装置，其特征在于，所述控制器具体用于根据所述间隙信号计算间隙偏差，基于所述间隙偏差，采用自适应控制法或比例控制法持续控制所述平移机构进行微调，直到所述间隙偏差低于预设偏差阈值时中止调整。

6.如权利要求1所述的核电站燃料格架定位装置，其特征在于，所述控制器还用于采用限幅滤波法和算术平均值法对所述间隙信号进行滤波，以去除电磁干扰并降低信号检测误差。

7.如权利要求1所述的核电站燃料格架定位装置，其特征在于，所述燃料格架定位装置还包括与所述控制器连接的防水摄像头；

所述防水摄像头用于采集所述燃料格架的图像；

所述控制器还用于将采集到的图像传输给操作人员，以使操作人员对所述燃料格架进行初定位。

8.如权利要求1所述的核电站燃料格架定位装置，其特征在于，所述燃料格架定位装置还包括与所述控制器连接的微动开关；

所述微动开关用于在所述定位装置下降至所述燃料格架的过程中，实时检测是否存在干涉，并在检测到干涉时，向所述控制器发送中止信号；

所述控制器还用于根据所述中止信号，控制所述吊车的下降装置中止下降并反向点动行车。

9.如权利要求1所述的核电站燃料格架定位装置，其特征在于，所述定位装置还包括与所述控制器连接的显示器；

所述显示器用于显示所述燃料格架的图像、所述间隙偏差和所述燃料格架的定位位置。

10.一种利用权利要求1至9任一项所述的核电站燃料格架定位装置进行燃料格架定位方法，其特征在于，所述定位装置包括安装在吊车吊杆底端的定位检测装置，吊车的平移机构以及分别与所述定位检测装置和所述平移机构连接的控制器，所述定位检测装置包括具有容纳空间的主体部,安装在所述主体部外壁的至少一个接近传感器，所述定位方法包括：

所述接近传感器在所述定位装置下降至燃料格架中后，分别检测所述定位装置与燃料格架内壁之间的间隙，并发送间隙信号；

所述控制器接收所述间隙信号，根据所述间隙信号计算间隙偏差，并发送间隙偏差信号以控制所述平移结构进行微调；

所述平移机构对所述吊车吊杆微调平移以带动所述定位检测装置微调平移，使所述间隙偏差低于预设偏差阈值，以获取燃料组件在所述燃料格架中的定位位置。

11.如权利要求10所述的核电站燃料格架定位方法，其特征在于，在所述接近传感器在所述定位装置下降至燃料格架中后，分别检测所述定位装置与燃料格架内壁之间的间隙之前，还包括：

采集所述燃料格架的图像，并将采集到的图像传输给操作人员，以使操作人员对所述燃料格架进行初定位。

12.如权利要求10所述的核电站燃料格架定位方法，其特征在于，所述间隙信号为电平信号；

所述控制器根据所述间隙信号计算间隙偏差，具体包括：

所述控制器根据电平信号与间隙距离的对应关系表，获取每个电平信号所对应的间隙距离，并根据获取的所述间隙距离计算间隙偏差。

13.如权利要求10所述的核电站燃料格架定位方法，其特征在于，所述定位装置与燃料格架内壁之间的间隙信号包括在所述燃料格架的X方向上的第一间隙信号和第二间隙信号，以及在所述燃料格架的Y方向上的第三间隙信号和第四间隙信号；

所述控制器根据所述间隙信号计算间隙偏差，并发送间隙偏差信号以控制所述平移结构进行微调，具体包括：

所述控制器根据所述第一间隙信号和所述第二间隙信号计算在X方向上的第一间隙偏差，并发送第一间隙偏差信号以控制所述平移结构在X方向上进行微调，根据所述第三间隙信号和所述第四间隙信号计算在Y方向上的第二间隙偏差，并发送第二间隙偏差信号以控制所述平移结构在Y方向上进行微调；

所述平移机构对所述吊车吊杆微调平移以带动所述定位检测装置微调平移，使所述间隙偏差低于预设偏差阈值，以获取燃料组件在所述燃料格架中的定位位置，具体包括：

所述平移机构对所述吊车吊杆在X方向上微调平移以带动所述定位检测装置在X方向上微调平移，使所述第一间隙偏差低于预设第一偏差阈值，对所述吊车吊杆在Y方向上微调平移以带动所述定位检测装置在Y方向上微调平移，使所述第二间隙偏差低于预设第二偏差阈值，以获取燃料组件在所述燃料格架的定位位置。

14.如权利要求10所述的核电站燃料格架定位方法，其特征在于，所述控制器发送间隙偏差信号以控制所述平移结构进行微调，具体包括：

所述控制器采用自适应控制法或比例控制法持续控制所述平移机构进行微调，直到所述间隙偏差低于预设偏差阈值时中止调整。

15.如权利要求10所述的核电站燃料格架定位方法，其特征在于，在所述控制器根据所述间隙信号计算间隙偏差之前，还包括：

所述控制器采用限幅滤波法和算术平均值法对所述间隙信号进行滤波，以去除电磁干扰并降低信号检测误差。

16.如权利要求10所述的核电站燃料格架定位方法，其特征在于，所述定位方法还包括：

在所述定位装置下降至所述燃料格架的过程中，实时检测是否存在干涉；

在检测到干涉时，控制所述吊车的下降装置中止下降并反向点动行车，在所述干涉解除时，控制所述吊车的下降装置继续下降。