CN114545789A - 蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统，包括用户编程接口用于初始化编程和导入并输入仿真参数；仿真接口用于实现与检测机器人控制系统的连接；信号处理分析模块用于实现检测机器人仿真系统和检测机器人控制系统的数据交互控制；蒸汽发生器传热管管板仿真模块用于实现蒸汽发生器传热管管板结构和空间坐标的仿真；检测机器人仿真模块用于实现所述蒸汽发生器传热管检测机器人的功能和性能的仿真；传感器仿真模块用于实现检测机器人的运动仿真；所述仿真图形显示模块用于实现实时仿真图形显示。本发明的蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统能够实现模拟蒸汽发生器传热管检测机器人的功能调试和性能测试，节省人力物力，提升工作效率。

Description

蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统

技术领域

本发明涉及一种仿真系统，特别是涉及一种蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统。

背景技术

AP1000核电站蒸汽发生器设置有上万根薄壁传热管，通过三角型排列或四方型排列。蒸汽发生器传热管是核电站一次侧和二次侧的压力边界。在水流冲刷及高温高压长期交变应力的作用下，传热管在核电站运行过程会产生的减薄、磨损、凹坑、应力腐蚀、晶间腐蚀等缺陷，这些缺陷严重时会导致传热管泄漏，造成二回路放射性污染。故核电站传热管检测是每年换料大修期间的必检项目，一般采用涡流检测的方法。该检测项目工作劳动强度大，检测周期长，同时需要尽量避免减少人员沾污风险和人员现场调试时间。

现有技术中，在蒸汽发生器传热管的检测系统中，常用的检测机器人设备包括美国西屋公司ROSA机械手、PEGASYS推拔器、美国ZETEC公司开发的ZR100推拔器等，但上述检测机器人设备均未配置机器人仿真系统，在现场工作中往往采用实际检测机器人来进行检测机器人设备的调试工作，故存在以下缺陷：

(1)需要花费大量的人力物力；

(2)容易由于不熟悉现场环境而造成设备损坏以及对蒸汽发生器传热管管板的损伤；

(3)在实际蒸汽发生器中对蒸汽发生器检测机器人系统进行功能调试和性能测试，无法遇到各种可能的故障情况，无法对蒸汽发生器检测机器人的功能做全面的考察。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统，能够实现模拟蒸汽发生器传热管检测机器人的功能调试和性能测试，节省了人力物力，提升了工作效率。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统，包括用户编程接口、仿真接口、信号处理分析模块、蒸汽发生器传热管管板仿真模块、检测机器人仿真模块、传感器仿真模块和仿真图形显示模块；所述用户编程接口用于实现所述蒸汽发生器传热管管板仿真模块、所述检测机器人仿真模块和所述传感器仿真模块的初始化编程和导入，并向所述检测机器人仿真模块输入仿真参数；所述仿真接口用于实现与蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统的连接；所述信号处理分析模块用于根据用户选择实现所述蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统和所述蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统的数据交互控制；所述蒸汽发生器传热管管板仿真模块用于根据所述蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统的控制指令，实现蒸汽发生器传热管管板结构和空间坐标的仿真；所述检测机器人仿真模块用于根据所述蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统的控制指令，实现所述蒸汽发生器传热管检测机器人在所述蒸汽发生器传热管的功能和性能的仿真；所述传感器仿真模块用于根据所述蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统的控制指令，实现所述蒸汽发生器传热管检测机器人的运动仿真；所述仿真图形显示模块用于实现所述蒸汽发生器传热管管板仿真模块、所述检测机器人仿真模块和所述传感器仿真模块的实时仿真图形显示。

于本发明一实施例中，所述仿真参数包括路径规划参数、故障模拟参数和控制参数。

于本发明一实施例中，所述蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统和蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统的数据交互控制包括以下三种状态：

所述蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统和所述蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统互相不读取数据，所述蒸汽发生器传热管检测机器人与所述蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统彼此独立运行；

所述蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统读取所述蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统的数据，并将读取的数据反馈至所述蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统以控制所述蒸汽发生器传热管检测机器人；

所述蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统读取所述蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统的数据，并将读取的数据通过所述仿真图形显示模块显示。

于本发明一实施例中，所述运动仿真包括旋转运动仿真、直线移动仿真、主体脚与辅助脚升降运动仿真、主体脚与辅助脚卡爪收缩状态位置仿真中的一种或多种组合。

于本发明一实施例中，所述检测机器人仿真模块用于响应以下任一指令：蒸汽发生器传热管检测机器人的姿态和位置自检、启动、以指定路径爬行、停止爬行、转向机构转向、主体脚和辅助脚卡爪的闭合与张开。

于本发明一实施例中，所述检测机器人仿真模块用于模拟以下任一故障：连接失败、机器人自检失败、卡住、失控、主体脚和辅助脚卡爪闭合与张开失效。

于本发明一实施例中，所述传感器仿真模块包括转向机构的转向角传感器、滑杆套件的直线位移传感器、主体脚和辅助脚升降位移传感器、主体脚和辅助脚卡爪闭合与张开的电磁传感器，分别用于反馈所述蒸汽发生器传热管检测机器人的转动角度、移动方向、主体脚和辅助脚升降位移以及闭合张开状态。

如上所述，本发明的蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统，具有以下有益效果：

(1)能够实现模拟蒸汽发生器传热管检测机器人的功能调试和性能测试，不必采用所有部门联合调试的方式，节省了人力物力；

(2)使用者既能熟练掌握检测机器人的操作，又可以掌握检测机器人的编程，能够作为操作人员教学和培训的平台，同时为其他类似检测机器人控制系统的仿真控制提供参考和思路；

(3)简单方便，有效提升了工作效率。

附图说明

图1显示为本发明的蒸汽发生器传热管检测机器人于一实施例中的结构示意图；

图2显示为本发明的蒸汽发生器传热管检测机器人于一实施例中工作状态示意图；

图3显示为本发明的蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统于一实施例中的结构示意图。

元件标号说明

1 用户编程接口

2 仿真接口

3 信号处理分析模块

4 蒸汽发生器传热管管板仿真模块

5 检测机器人仿真模块

6 传感器仿真模块

7 仿真图形显示模块

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明的蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统能够实现模拟蒸汽发生器传热管检测机器人的功能调试和性能测试，有效提高了蒸汽发生器传热管涡流检测的效率，实现了核电站蒸汽发生器传热管的自动检查以及泄露后的封堵，极具实用性。

如图1所示，本发明的蒸汽发生器传热管检测机器人包括蒸汽发生器传热管检测机器人本体和用于反馈蒸汽发生器传热管检测机器人本体状态的各类传感器。其中，所述蒸汽发生器传热管检测机器人本体包括右主体脚、左主体脚、前辅助脚、后辅助脚、导轨、转向阀和接头。其中，接头可以搭载不同的工具头，实现不同的功能，例如传热管涡流检查、管口清理、传热管堵管等。如图2所示，本发明的蒸汽发生器传热管检测机器人可设置在蒸汽发生器传热管上进行检测。

如图3所示，于一实施例中，本发明的蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统包括用户编程接口1、仿真接口2、信号处理分析模块3、蒸汽发生器传热管管板仿真模块4、检测机器人仿真模块5、传感器仿真模块6和仿真图形显示模块7。

所述用户编程接口1与所述蒸汽发生器传热管管板仿真模块4、所述检测机器人仿真模块5和所述传感器仿真模块6相连，用于实现所述蒸汽发生器传热管管板仿真模块4、所述检测机器人仿真模块5和所述传感器仿真模块6的初始化编程和导入，并向所述检测机器人仿真模块输入仿真参数。于本发明一实施例中，所述仿真参数包括路径规划参数、故障模拟参数和控制参数等等。

所述仿真接口2与蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统、所述蒸汽发生器传热管管板仿真模块4、所述检测机器人仿真模块5和所述传感器仿真模块6相连，用于实现与蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统的连接。通过所述仿真接口2，实现本发明的蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统和所述蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统的数据交互，从而能够根据所述蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统的控制指令，实现对所述蒸汽发生器传热管管板仿真模块4、所述检测机器人仿真模块5和所述传感器仿真模块6的仿真控制。

所述信号处理分析模块3与所述蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统相连，用于根据用户选择实现所述蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统和所述蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统的数据交互控制。于本发明一实施例中，所述蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统和蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统的数据交互控制包括以下三种状态：

(1)独立工作状态，即所述蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统和所述蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统互相不读取数据，所述蒸汽发生器传热管检测机器人与所述蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统彼此独立运行。

(2)蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统工作状态，即所述蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统读取所述蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统的数据，并将读取的数据反馈至所述蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统以控制所述蒸汽发生器传热管检测机器人。

(3)蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统工作状态，即所述蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统读取所述蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统的数据，并将读取的数据通过所述仿真图形显示模块实时显示。

所述蒸汽发生器传热管管板仿真模块4用于根据所述蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统的控制指令，实现蒸汽发生器传热管管板结构和空间坐标的仿真。

所述检测机器人仿真模块5用于根据所述蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统的控制指令，实现所述蒸汽发生器传热管检测机器人在所述蒸汽发生器传热管的功能和性能的仿真。于本发明一实施例中，所述检测机器人仿真模块5能够响应以下任一指令：蒸汽发生器传热管检测机器人的姿态和位置自检、启动、以指定路径爬行、停止爬行、转向机构转向、主体脚和辅助脚卡爪的闭合与张开。同时，所述检测机器人仿真模块5还能够模拟以下任一故障：连接失败、机器人自检失败、卡住、失控、主体脚和辅助脚卡爪闭合与张开失效。优选地，所述用户编程接口1提供的故障模拟模块将相应的的故障模拟数据量以控制量的形式传送至所述检测机器人仿真模块5，以此影响所述蒸汽发生器传热管检测机器人的运动状态。

所述传感器仿真模块6用于根据所述蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统的控制指令，实现所述蒸汽发生器传热管检测机器人的运动仿真。于本发明一实施例中，所述运动仿真包括旋转运动仿真、直线移动仿真、主体脚与辅助脚升降运动仿真、主体脚与辅助脚卡爪收缩状态位置仿真中的一种或多种组合。于本发明一实施例中，所述传感器仿真模块6包括转向机构的转向角传感器、滑杆套件的直线位移传感器、主体脚和辅助脚升降位移传感器、主体脚和辅助脚卡爪闭合与张开的电磁传感器。所述转向机构的转向角传感器用于反馈所述蒸汽发生器传热管检测机器人的转动角度，所述滑杆套件的直线位移传感器用于反馈所述蒸汽发生器传热管检测机器人的移动方向；所述主体脚和辅助脚升降位移传感器用于反馈所述蒸汽发生器传热管检测机器人的主体脚和辅助脚升降位移；所述主体脚和辅助脚卡爪闭合与张开的电磁传感器用于反馈所述蒸汽发生器传热管检测机器人的闭合张开状态。具体地，当所述蒸汽发生器传热管检测机器人的主体脚与辅助脚上升插入蒸汽发生器传热管管板和下降退出蒸汽发生器传热管管板时，位于主体脚和辅助脚上的位移传感器反馈其位移。蒸汽发生器传热管检测机器人在蒸汽发生器管板上的固定通过主体脚与辅助脚卡爪的闭合、张开来支撑实现，由电磁传感器来反馈其状态。蒸汽发生器传热管检测机器人的主体脚和辅助脚在蒸汽发生器传热管上的转动通过转向阀来实现，而嵌于转向阀中的转向角传感器来反馈其转向状态。

所述仿真图形显示模块7用于实现所述蒸汽发生器传热管管板仿真模块、所述检测机器人仿真模块和所述传感器仿真模块的实时仿真图形显示。

具体地，所述蒸汽发生器传热管管板仿真模块4、所述检测机器人仿真模块5和所述传感器仿真模块6都是根据所述蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统的控制指令，进行按照所述用户编程接口提供的算法进行仿真处理，并将根据计算结果和规划的路径来设置蒸汽发生器传热管检测机器人仿真模型运动方向、运动轨迹和作业任务，在仿真图形显示模块上实时显示仿真图像。若用户切换选择蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统工作时，可根据仿真计算处理结果向蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统发送反馈信息，也可直接通过人机控制界面向蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统发送控制指令。

在用户切换选择到蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统工作时，蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统连接仿真接口，在蒸汽发蒸汽管板仿真模块导入相对应的蒸汽发生器管板在空间直角坐标系中的仿真模型。同时，通过蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统的输入数据与所述传感器仿真模块反馈的数据来实时显示蒸汽发生器传热管检测机器人仿真模型在蒸汽发生器传热管管板上的位置和状态。

具体地，本发明的蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统的具体工作流程如下：

A)用户切换选择蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统工作后，蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统自检查运行状态。

B)通过仿真接口选择蒸汽发生器管板模型，如三角形排列或四方形排列。

C)根据需要选择调用已存储蒸汽发生器管板模型、机器人仿真模型控制量的仿真系统，也可重新创建。

D)根据蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统的指令控制仿真系统，若需要模拟蒸汽发生器传热管检测机器人在仿真系统中的运动路径、故障等状态，通过用户编程接口来改变检测机器人仿真模块的控制量。

E)关注传感器仿真模块相关参数的动态变化，并观察仿真图形显示模块的显示信息，分析机器人可能存在的各种问题。

F)若需要实现所述蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统和所述蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统的联系，通过信号处理分析模块传达即可。

综上所述，本发明的蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统能够实现模拟蒸汽发生器传热管检测机器人的功能调试和性能测试，不必采用所有部门联合调试的方式，节省了人力物力；使用者既能熟练掌握检测机器人的操作，又可以掌握检测机器人的编程，能够作为操作人员教学和培训的平台，同时为其他类似检测机器人控制系统的仿真控制提供参考和思路；简单方便，有效提升了工作效率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统，其特征在于：包括用户编程接口、仿真接口、信号处理分析模块、蒸汽发生器传热管管板仿真模块、检测机器人仿真模块、传感器仿真模块和仿真图形显示模块；

所述用户编程接口用于实现所述蒸汽发生器传热管管板仿真模块、所述检测机器人仿真模块和所述传感器仿真模块的初始化编程和导入，并向所述检测机器人仿真模块输入仿真参数；

所述仿真接口用于实现与蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统的连接；

所述信号处理分析模块用于根据用户选择实现所述蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统和所述蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统的数据交互控制；

所述蒸汽发生器传热管管板仿真模块用于根据所述蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统的控制指令，实现蒸汽发生器传热管管板结构和空间坐标的仿真；

所述检测机器人仿真模块用于根据所述蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统的控制指令，实现所述蒸汽发生器传热管检测机器人在所述蒸汽发生器传热管的功能和性能的仿真；

所述传感器仿真模块用于根据所述蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统的控制指令，实现所述蒸汽发生器传热管检测机器人的运动仿真；

所述仿真图形显示模块用于实现所述蒸汽发生器传热管管板仿真模块、所述检测机器人仿真模块和所述传感器仿真模块的实时仿真图形显示。

2.根据权利要求1所述的蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统，其特征在于：所述仿真参数包括路径规划参数、故障模拟参数和控制参数。

3.根据权利要求1所述的蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统，其特征在于：所述蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统和蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统的数据交互控制包括以下三种状态：

所述蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统和所述蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统互相不读取数据，所述蒸汽发生器传热管检测机器人与所述蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统彼此独立运行；

所述蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统读取所述蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统的数据，并将读取的数据反馈至所述蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统以控制所述蒸汽发生器传热管检测机器人；

所述蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统读取所述蒸汽发生器传热管检测机器人控制系统的数据，并将读取的数据通过所述仿真图形显示模块显示。

4.根据权利要求1所述的蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统，其特征在于：所述运动仿真包括旋转运动仿真、直线移动仿真、主体脚与辅助脚升降运动仿真、主体脚与辅助脚卡爪收缩状态位置仿真中的一种或多种组合。

5.根据权利要求1所述的蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统，其特征在于：所述检测机器人仿真模块用于响应以下任一指令：蒸汽发生器传热管检测机器人的姿态和位置自检、启动、以指定路径爬行、停止爬行、转向机构转向、主体脚和辅助脚卡爪的闭合与张开。

6.根据权利要求1所述的蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统，其特征在于：所述检测机器人仿真模块用于模拟以下任一故障：连接失败、机器人自检失败、卡住、失控、主体脚和辅助脚卡爪闭合与张开失效。

7.根据权利要求1所述的蒸汽发生器传热管检测机器人仿真系统，其特征在于：所述传感器仿真模块包括转向机构的转向角传感器、滑杆套件的直线位移传感器、主体脚和辅助脚升降位移传感器、主体脚和辅助脚卡爪闭合与张开的电磁传感器，分别用于反馈所述蒸汽发生器传热管检测机器人的转动角度、移动方向、主体脚和辅助脚升降位移以及闭合张开状态。

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