CN209640718U - 一种铅铋堆换料机控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种铅铋堆换料机控制装置，所述控制装置包括可编程逻辑控制器、多个子设备以及与所述多个子设备对应的多个驱动电机；所述多个子设备以及多个驱动电机均设置有绝对值编码器；其中，多个绝对值编码器分别用于实时测量相应子设备和驱动电机的状态信息；所述可编程逻辑控制器用于接收并根据所述多个绝对值编码器实时反馈的相应子设备和驱动电机的状态信息控制相应驱动电机驱动相应的子设备执行相应动作。实施本实用新型，能够提高铅铋堆堆内换料系统的效率及安全性，更好地满足铅铋堆功能、工艺以及安全的换料需求。

Description

一种铅铋堆换料机控制装置

技术领域

本实用新型涉及核电站技术领域，具体涉及一种铅铋堆换料机控制装置。

背景技术

换料机是铅铋堆堆内的设备，例如中国专利申请CN108648840A公开的“用于反应堆燃料组件装卸的装置”、CN108630331A公开的一种“用于反应堆燃料组件装卸的换料机及换料装置”；而换料机的控制装置的功能就是在换料工况下，完成全自动、半自动或手动状态下将控制换料机把将新组件从堆外转运至堆芯指定的位置或将指定的乏燃料组件从堆芯导出至指定贮存位置的换料工艺运输系统。由于铅铋堆的的特殊性，为保持堆芯内铅铋合金的液态状态，对于换料过程需进行严格的密封换料，因此对换料机的控制过程提出了更高的技术要求。而传统控制装置主要通过主控PLC和单机PLC程序控制的方式进行换料控制，系统所需控制部件较多，控制响应速度较慢，系统发生故障的概率相应较高。

发明内容

本实用新型目的在于提供一种铅铋堆换料机控制装置，以提高铅铋堆堆内换料工作的效率及安全性，更好地满足铅铋堆功能、工艺以及安全的换料需求。

为了实现本实用新型目的，本实用新型实施例提供一种铅铋堆换料机控制装置，包括可编程逻辑控制器、多个子设备以及与所述多个子设备对应的多个驱动电机；所述多个子设备以及多个驱动电机均设置有绝对值编码器；其中，多个绝对值编码器分别用于实时测量相应子设备和驱动电机的状态信息；所述可编程逻辑控制器用于接收并根据所述多个绝对值编码器实时反馈的相应子设备和驱动电机的状态信息控制相应驱动电机驱动相应的子设备执行相应动作。

在一些实施例中，所述多个子设备至少包括大转盘、换料机和升降机。

在一些实施例中，所述换料机上设置有位移检测单元，所述位移检测单元用于测量所述换料机的位移信息；所述可编程逻辑控制器用于接收并根据所述位移信息确定所述换料机的高度信息，并将高度信息发送至上位机进行显示。

在一些实施例中，所述换料机包括换料机主轴和换料机抓头，所述换料机上设置有称重传感器，所述称重传感器用于换料机主轴加上换料机抓头的重量信息，所述可编程逻辑控制器用于接收并根据所述重量信息确定燃料组件是否安装到位。

在一些实施例中，所述上位机与所述可编程逻辑控制器通过以太网连接，所述上位机用于设置所述可编程逻辑控制器的控制参数以及显示各个子设备当前状态信息。

在一些实施例中，所述多个驱动电机包括大转盘旋转电机、换料机旋转电机、换料机抓头旋转电机、换料机升降电机、升降机升降电机和升降机旋转电机，所述大转盘旋转电机用于驱动所述大转盘旋转，所述换料机旋转电机用于驱动所述换料机旋转，所述换料机抓头旋转电机用于驱动所述换料机抓头旋转，所述换料机升降电机用于驱动所述换料机升降，所述升降机升降电机用于驱动所述升降机升降，所述升降机旋转电机用于驱动所述升降机旋转。

在一些实施例中，所述多个绝对值编码器具体包括设置于所述大转盘上的大转盘旋转编码器、设置于所述换料机本体上的换料机升降编码器、换料机旋转编码器和抓手旋转编码器、以及设置于所述升降机上的升降机升降编码器和升降机旋转编码器。

在一些实施例中，所述多个绝对值编码器分别通过DeviceNet现场总线与所述可编程逻辑控制器连接。

在一些实施例中，所述多个驱动电机分别通过DeviceNet现场总线与所述可编程逻辑控制器连接。

本实施例采用DeviceNet现场总线的通信方式成本低，数据传输稳定。

在一些实施例中，所述控制装置还包括报警单元，所述报警单元用于当子设备出现故障时进行报警并在所述上位机界面显示报警信息。

本实用新型实施例具有以下有益效果：

本实用新型实施例的控制装置的集成化设计极大地降低了铅铋堆换料机控制装置发生故障的概率，充分利用了现有的PLC以及计算机网络通讯的优势，在传统的通过主控PLC和单机PLC程序控制的方式基础上，本实用新型实施例对铅铋堆换料机控制装置统进行优化，利用单个 PLC来组织实施进行大转盘、升降机等现场各个子设备的动作，在大转盘、换料机、升降机等各个子设备上均安装高精度绝对值编码器，而驱动各个子设备的多个驱动电机均内置有绝对值编码器，通过可编程逻辑控制器对多个绝对值编码器的测量数值进行处理，换算成大转盘、换料机、换料机抓头、升降机的旋转角度以及升降机的高度等子设备状态信息以及对应的驱动电机状态信息，通过驱动电机内部反馈结合外部子设备编码器测量，实现系统的冗余设置；所述可编程逻辑控制器根据子设备状态信息以及对应的驱动电机状态信息来进一步控制相应驱动电机驱动相应子设备执行相应动作，实现燃料组件的装卸，从而提高堆内换料系统的效率及安全性，更好地满足铅铋堆功能、工艺以及安全的换料需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例一所述铅铋堆换料机控制装置网络架构图。

图2为本实用新型实施例一所述换料机装置示例的结构示意图。

图中元件标记：

11-可编程逻辑控制器，12-位移检测单元，13-称重传感器，14-上位机，15-大转盘旋转电机，16-换料机旋转电机，17-换料机抓头旋转电机，18-换料机升降电机，19-升降机升降电机，110-升降机旋转电机，111-大转盘旋转编码器，112-换料机升降编码器，113-换料机旋转编码器，114-抓手旋转编码器，115-升降机升降编码器，116-升降机旋转编码器，117-交换机，118-DeviceNet现场总线；21-反应堆主容器，22-栅格板，23-燃料组件，24-大转盘，25-换料机，26-升降机，27-换料机抓头，28-升降机燃料组件接收装置。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

另外，为了更好的说明本实用新型，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本实用新型同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本实用新型的主旨。

如图1所示，本实用新型实施例一提供一种铅铋堆换料机控制装置，包括可编程逻辑控制器11（PLC）、多个子设备以及与所述多个子设备对应的多个驱动电机；所述多个子设备以及多个驱动电机均设置有绝对值编码器；其中，多个绝对值编码器分别用于实时测量相应子设备和驱动电机的状态信息；所述可编程逻辑控制器11用于接收并根据所述多个绝对值编码器实时反馈的相应子设备和驱动电机的状态信息控制相应驱动电机驱动相应的子设备执行相应动作。

本实施例控制装置通过在铅铋堆换料装置各个子设备上均安装高精度绝对值编码器，而驱动各个子设备的多个驱动电机均内置有绝对值编码器，通过可编程逻辑控制器11对多个绝对值编码器的测量数值进行处理，换算成各子设备状态信息以及对应的驱动电机状态信息，通过驱动电机内部反馈结合外部子设备编码器测量，实现系统的冗余设置；所述可编程逻辑控制器11根据子设备状态信息以及对应的驱动电机状态信息来进一步控制相应驱动电机驱动相应子设备执行相应动作，实现燃料组件23的装卸。

本实施例控制装置可以应用于如图2所示的换料装置，其中，图2中所述换料装置具体包括反应堆主容器21、栅格板22、燃料组件23、大转盘24、换料机25、升降机26、换料机抓头27和升降机燃料组件接收装置28，以上各部件位置及连接关系可以参阅图2获得，以上相关设备的工作原理为本领域技术人员所熟知，本实施例仅对控制装置做出改进，因此换料装置的具体部件结构不做详述。

需说明的是，图2的换料装置仅为一种示例装置，本实施例控制装置的应用并不限于图2的示例装置，还可以应用于其他类型的换料装置，其中，所述大转盘24、换料机25、升降机26为换料装置所必不可少的部件。

具体而言，如图-所示，以装料过程为例，当新的燃料组件23从升降机上方导入堆芯时，先由所述升降机带载（即升降机燃料组件接收装置28接收新的燃料组件23）下降至指定高度，然后旋转至对接位置等待换料机抓头27进行抓取，所述换料机为同心偏转臂直动式结构，所述抓头抓取燃料组件23后，通过所述大转盘24的旋转运动可以将堆内换料机初步定位到堆芯需换料位置的附近，再通过所述换料机的旋转运动将燃料组件23与所述栅格板22的中心定位在一条直线上，由于燃料组件23的特殊性，燃料组件23和栅格板22均为正六边形，最后通过所述换料机抓头27的旋转，将所述燃料组件23与所述栅格板22的正六边形调整至平行状态，所述燃料组件23落下，所述换料机上升至安全位置，设备完成一次装料过程，卸料过程与装料过程相反。

在一些实施例中，所述换料机上设置有位移检测单元12，所述位移检测单元12用于测量所述换料机的位移信息；所述可编程逻辑控制器11用于接收并根据所述位移信息确定所述换料机的高度信息，并将高度信息发送至上位机14进行显示。

具体而言，本实施例中，所述位移检测单元12包括拉绳器和模拟量模块，所述模拟量模块与所述PLC的输入端连接，其中，所述拉绳器用于测量换料机的位移，本实施例中将拉绳器测得的模拟量信号接入模拟量模块，通过在PLC中进行一定的系数转化转成换料机对应的高度，而后将这个高度信息添加进入上位机14的脚本，在上位机14上进行显示。

在一些实施例中，所述换料机包括换料机主轴和换料机抓取装置，所述换料机上设置有称重传感器13，所述称重传感器13用于换料机主轴加上换料机抓取装置的重量信息，即载荷信息，所述可编程逻辑控制器11用于接收并根据所述称重传感器13测量得到的载荷信息确定燃料组件23是否安装到位。

具体而言，当组件下落到位置的时候，重量会有很明显的变化，根据这个载荷值，进行燃料组件23是否到位的判断，以此对比，进行相应程序的保护编写。

在一些实施例中，所述上位机14与所述可编程逻辑控制器11通过以太网连接，所述上位机14用于设置所述可编程逻辑控制器11的控制参数以及显示各个子设备当前状态信息。

在一些实施例中，所述多个驱动电机包括大转盘旋转电机15、换料机旋转电机16、换料机抓头27旋转电机17、换料机升降电机18、升降机升降电机19和升降机旋转电机110，所述多个驱动电机均与所述可编程逻辑控制器11连接，所述可编程逻辑控制器11用于控制所述大转盘旋转电机15、换料机旋转电机16、换料机抓头27旋转电机17、换料机升降电机18、升降机升降电机19和升降机旋转电机110转动。

具体而言，所述大转盘旋转电机15用于驱动所述大转盘24旋转；所述换料机旋转电机16用于驱动所述换料机旋转，所述换料机抓头27旋转电机17用于驱动所述换料机抓头27旋转，所述换料机升降电机18用于驱动所述换料机升降，所述升降机升降电机19用于驱动所述升降机升降，所述升降机旋转电机110用于驱动所述升降机旋转。

在一些实施例中，所述多个绝对值编码器具体包括设置于所述大转盘24上的大转盘旋转编码器111、设置于所述换料机本体上的换料机升降编码器112、换料机旋转编码器113和抓头机旋转编码器114、以及设置于所述升降机上的升降机升降编码器115和升降机旋转编码器116。

具体而言，本实施例中所述大转盘旋转编码器111用于实时测量所述大转盘24的位置信息，并通过可编程逻辑控制器11对所述大转盘旋转编码器111测量数值进行处理换算成大转盘24的旋转角度。

本实施例中所述换料机升降编码器112用于实时测量所述换料机的位置信息，所述换料机旋转编码器113用于实时测量所述换料机的旋转状态信息，所述抓头机旋转编码器114用于实时测量所述换料机抓手的旋转状态信息，并通过可编程逻辑控制器11对所述换料机升降编码器112、换料机旋转编码器113和抓头机旋转编码器114的测量数值分别进行处理换算成对应的换料机的高度、换料机的旋转角度和换料机抓手的旋转角度。

本实施例中所述升降机升降编码器115用于实时测量所述升降机的位置信息，所述升降机旋转编码器116用于实时测量所述升降机旋转状态信息，并通过可编程逻辑控制器11对所述升降机升降编码器115和升降机旋转编码器116的测量数值进行处理换算成升降机的高度和旋转角度。

在一些实施例中，所述多个绝对值编码器分别通过DeviceNet现场总线118与所述可编程逻辑控制器11连接。

在一些实施例中，所述多个驱动电机分别通过DeviceNet现场总线118与所述可编程逻辑控制器11连接。

本实施例通过利用单个AB PLC将各个子设备串入一个系统，利用兼容性好，通讯速度快，抗干扰能力强的DeviceNet通讯协议实现各个子设备编码器、电机等外部设备的远程操作控制，极大地简化了设备控制架构，为操作提供便捷。

在一些实施例中，所述控制装置还包括报警单元，所述报警单元用于当子设备出现故障时进行报警。

更具体地，本实用新型实施例控制装置通过以太网实现PLC与工控机信息传输，共同协调完成燃料组件23的装卸料过程，具体网络架构可参阅图1。

针对换料机系统的运动特点，本实用新型实施例设计相应的上位机14的人机界面，用于实现设备的远程操作控制，操作员可根据需求在人机界面上进行操作以及查看各个子设备当前状态、速度、载荷信息，设定不同位置的参数，其中，速度为转动相应设备动作的时候，驱动电机对应的速度大小，操作便捷、直观，极大的提高了换料效率。

本实用新型实施例所述人机主要涵盖如下功能：

1）控制功能

设置三种控制方式：全自动、半自动和手动：全自动是指系统按照控制程序自动地完成装料和卸料的全部过程；半自动是指系统将一根组件的装卸料过程分成单步进行；由于参加换料运行的设备较多、换料过程比较复杂, 采用全自动、半自动控制可以有效提高设备运行效率, 减小人为操作的失误, 保障换料过程地安全运行。

2）数据采集、记录、显示功能

所述上位机14与所述可编程逻辑控制器11通信连接，通过所述可编程逻辑控制器11获取采集各个子设备的位置、状态、报警等信息,并自动记录在上位机14的数据库中。

3）报警功能

当设备在运行中发生故障时,上位机14报警界面自动报警, 并自动在上位机14界面中显示报警原因，设备自动暂停换料运行, 确保换料设备的安全。

具体而言，一种可选方式中，当设备未正常到某个指定对接位置或者设备异常显示则判定为发生故障，可以在PLC程序中已经写入了相应的报警条件以及在上位机14上写入了报警脚本来实现，当可编程逻辑控制器11接收到相应的子设备状态信息，根据子设备状态信息和预期子设备状态信息比较确定是否正常执行相应指令，预期子设备状态信息即为可编程逻辑控制器11发出相应控制指令控制对应子设备执行相应动作所达到的预期效果，此过程中，编码器实时测量子设备的状态信息，以此来判定设备是否出现故障，并在设备出现故障情况下生成相应报警信号并发至所述上位机14，所述上位机14接收并根据报警信号进行报警，并自动在上位机14界面中显示报警原因。

在一些实施例中，可以设置多个上位机14，所述多个上位机14均通过一交换机117与所述可编程逻辑控制器11连接。具体地，所述可编程逻辑控制器11与所述交换机117通过以太网连接，所述多个上位机14与所述交换机117通过以太网连接。

通过以上实施例的描述可知，本实用新型实施例的控制装置的集成化设计极大地降低了铅铋堆换料机控制装置发生故障的概率，充分利用了现有的PLC以及计算机网络通讯的优势，在传统的通过主控PLC和单机PLC程序控制的方式基础上，本实用新型实施例对铅铋堆换料机控制装置统进行优化，利用单个 PLC来组织实施进行大转盘24、升降机等现场各个子设备的动作，在大转盘24、换料机、升降机等各个子设备上均安装高精度绝对值编码器，而驱动各个子设备的多个驱动电机均内置有绝对值编码器，通过可编程逻辑控制器11对多个绝对值编码器的测量数值进行处理，换算成大转盘24、换料机、换料机抓头27、升降机的旋转角度以及升降机的高度等子设备状态信息以及对应的驱动电机状态信息，通过驱动电机内部反馈结合外部子设备编码器测量，实现系统的冗余设置；所述可编程逻辑控制器11根据子设备状态信息以及对应的驱动电机状态信息来进一步控制相应驱动电机驱动相应子设备执行相应动作，实现燃料组件23的装卸，从而提高堆内换料系统的效率及安全性，更好地满足铅铋堆功能、工艺以及安全的换料需求。

在本说明书的描述中，参考术语“一些实施例”等的描述意指结合所述实施例或示例描述的具体特征包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种铅铋堆换料机控制装置，其特征在于，包括可编程逻辑控制器、多个子设备以及与所述多个子设备对应的多个驱动电机；所述多个子设备以及多个驱动电机均设置有绝对值编码器；其中，多个绝对值编码器分别用于实时测量相应子设备和驱动电机的状态信息；所述可编程逻辑控制器用于接收并根据所述多个绝对值编码器实时反馈的相应子设备和驱动电机的状态信息控制相应驱动电机驱动相应的子设备执行相应动作。

2.如权利要求1所述的铅铋堆换料机控制装置，其特征在于，所述多个子设备至少包括大转盘、换料机和升降机。

3.如权利要求2所述的铅铋堆换料机控制装置，其特征在于，所述换料机上设置有位移检测单元，所述位移检测单元用于测量所述换料机的位移信息；所述可编程逻辑控制器用于接收并根据所述位移信息确定所述换料机的高度信息，并将高度信息发送至上位机进行显示。

4.如权利要求3所述的铅铋堆换料机控制装置，其特征在于，所述换料机包括换料机主轴和换料机抓头，所述换料机上设置有称重传感器，所述称重传感器用于换料机主轴加上换料机抓头的重量信息，所述可编程逻辑控制器用于接收并根据所述重量信息确定燃料组件是否安装到位。

5.如权利要求3所述的铅铋堆换料机控制装置，其特征在于，所述上位机与所述可编程逻辑控制器通过以太网连接，所述上位机用于设置所述可编程逻辑控制器的控制参数以及显示各个子设备当前状态信息。

6.如权利要求2所述的铅铋堆换料机控制装置，其特征在于，所述多个驱动电机包括大转盘旋转电机、换料机旋转电机、换料机抓头旋转电机、换料机升降电机、升降机升降电机和升降机旋转电机；

所述大转盘旋转电机用于驱动所述大转盘旋转；

所述换料机旋转电机用于驱动所述换料机旋转；

所述换料机抓头旋转电机用于驱动所述换料机抓头旋转；

所述换料机升降电机用于驱动所述换料机升降；

所述升降机升降电机用于驱动所述升降机升降；

所述升降机旋转电机用于驱动所述升降机旋转。

7.如权利要求6所述的铅铋堆换料机控制装置，其特征在于，所述多个绝对值编码器具体包括设置于所述大转盘上的大转盘旋转编码器、设置于所述换料机本体上的换料机升降编码器、换料机旋转编码器和抓手旋转编码器、以及设置于所述升降机上的升降机升降编码器和升降机旋转编码器。

8.如权利要求1或7所述的铅铋堆换料机控制装置，其特征在于，所述多个绝对值编码器分别通过DeviceNet现场总线与所述可编程逻辑控制器连接。

9.如权利要求1所述的铅铋堆换料机控制装置，其特征在于，所述多个驱动电机分别通过DeviceNet现场总线与所述可编程逻辑控制器连接。

10.如权利要求5所述的铅铋堆换料机控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括报警单元，所述报警单元用于当子设备出现故障时进行报警并在所述上位机界面显示报警信息。