CN210348263U - 一种核燃料装卸料机控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种核燃料装卸料机控制系统，包括操作控制台、触摸屏、PLC控制器、视频监控系统、称重系统，抓具系统、载荷保护测量系统，PLC控制器负责装卸料机的数据采集、逻辑控制、联锁保护、运动解算和伺服驱动方面的功能；PLC控制器通过总线连接，并通过各种模块采集现场设备的数字I/O信号、编码器和载荷传感器的信息，进行计算处理后，再通过接口模块将控制指令发送给伺服驱动器，使其完成对伺服电机的精准控制；载荷保护测量系统在抓具系统调试及定期试验中，对抓具系统超载、欠载保护功能触发后，提供载荷保护制动距离的精确测量。本实用新型增加载荷保护测量系统能够解决无法直接、精确地检测核燃料起重设备载荷保护后制动距离的问题。

Description

一种核燃料装卸料机控制系统

【技术领域】

本实用新型涉及控制系统的技术领域，特别是一种核燃料装卸料机控制系统。

【背景技术】

核燃料装卸料机是核电站燃料操作与贮存系统的关键设备，它通过与燃料转运装置的配合，完成反应堆核燃料组件的装料、换料和卸料。而核燃料装卸料机的控制系统则是装卸料机的大脑中枢，它必须满足高效、灵活、准确、安全和可靠。燃料组件在反应堆中的装载和卸出的更换工作主要利用燃料操作与贮存系统(简称PMC系统)来完成，装卸料机、人桥吊车是核燃料组件的抓具系统，也是PMC系统的核心设备，其工作的安全可靠性与核安全直接相关。

燃料组件在反应堆堆芯与相邻组件间隙只有1mm，燃料棒包壳厚度仅为0.8mm，因此燃料组件起升及下降过程中，与相邻组件存在较大挂碰风险。挂碰会产生载荷变化，触发抓具系统的超载或欠载保护系统动作，停止主提升运动，避免因组件挂碰后继续运动导致燃料组件破损，甚至燃料棒包壳破裂，突破第一道核安全屏障。

从载荷发生突变，到燃料组件停止运动，期间燃料组件运动的距离称为制动距离。制动距离由电控系统响应时间，机械制动器性能及状态共同决定。制动距离的大小直接决定燃料组件挂碰后组件的损坏程度，甚至称为燃料棒包壳是否破损，发生核泄漏的关键因素，现提出一种核燃料装卸料机控制系统。

【实用新型内容】

本实用新型的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种核燃料装卸料机控制系统，能够在核燃料组件抓具系统调试及定期试验中，对核燃料抓具系统超载、欠载保护功能触发后，提供了核燃料抓具系统载荷保护制动距离的精确测量的解决方案。

为实现上述目的，本实用新型提出了一种核燃料装卸料机控制系统，包括操作控制台、触摸屏、PLC控制器、视频监控系统、称重系统，抓具系统、载荷保护测量系统，

所述PLC控制器负责装卸料机的数据采集、逻辑控制、联锁保护、运动解算和伺服驱动方面的功能；

所述操作控制台上的各操作按钮、显示信号灯和数显表与PLC控制器相连接；

所述PLC控制器、触摸屏通过总线连接，并通过各种模块采集现场设备的数字I/O信号、编码器和载荷传感器的信息，进行计算处理后，再通过接口模块将控制指令发送给伺服驱动器，使其完成对伺服电机的精准控制；

所述视频监控系统提供直观的位置图像；

所述称重系统接入自动化网络，对重量信号实时监测，提供更完善的失重，超重，剐蹭等保护；

所述抓具系统用于对核燃料进行提升与释放，所述抓具系统具有超载、欠载保护功能；

所述载荷保护测量系统在抓具系统调试及定期试验中，对抓具系统超载、欠载保护功能触发后，提供载荷保护制动距离的精确测量。

作为优选，所述PLC控制器的逻辑处理单元实时地采集和监测由现场级设备反馈来的位移和重量信息，通过控制器内部逻辑程序，输出逻辑控制命令给各运动控制单元，通过位置编码器，实时获取各驱动电机的转速及行程，直接反馈到直流变频器中，通过变频器的内置计算回路，精确控制各运行部件的位置，实现投卸料操作。

作为优选，所述载荷保护测量系统的制动距离测量装置包括顶板、底板、支撑架、基础重量模块、欠载配重模块、超载配重模块、提升架、第一锁紧机构和第二锁紧机构，所述顶板与底板之间通过两个对称设置的支撑架相连，所述支撑架自下至上依次设置有分别用以支撑基础重量模块、欠载配重模块、超载配重模块的第一安装承重架、第二安装承重架、第三安装承重架，所述支撑基础重量模块、欠载配重模块、超载配重模块均为环形结构，且内、外径依次增大，所述提升架的顶部设有与抓具系统相适配的抓取架，所述提升架的中部依次贯穿顶板、超载配重模块、欠载配重模块、基础重量模块，所述提升架的底部连接有承托架，所述承托架位于基础重量模块的下方，在提升架的作用下，承托架可控制基础重量模块向上移动，所述第二安装承重架、第三安装承重架的两侧分别对称设置有第一锁紧机构和第二锁紧机构，所述第一锁紧机构和第二锁紧机构分别用于对欠载配重模块、超载配重模块进行锁定。

作为优选，所述第一锁紧机构和第二锁紧机构的结构相同，所述第二锁紧机构包括固定于支撑架上的安装框架、呈对称设置于一个支撑架两侧且结构相同的前压紧支架和后压紧支架、安装于前压紧支架和后压紧支架之间的压紧板，所述支撑架上开设有与压紧板相适配的矩形槽，所述压紧板远离支撑架的端面为弧形面，所述前压紧支架内设有调节螺杆，在调节螺杆的作用下，驱动压紧板向远离支撑架的一端移动，将超载配重模块压紧。

作为优选，所述安装框架的截面形状近似为“几”字形，所述安装框架的两端对称延伸有向外弯折的第一安装翼，所述前压紧支架包括自上之下安装于第一安装翼上的第一滑杆、调节螺杆、第二滑杆和调节安装架，所述调节安装架的两端延伸有向外弯折的第二安装翼，所述第二安装翼通过弹簧活动安装于第一滑杆、第二滑杆上，所述调节螺杆的端部与调节安装架相抵靠。

作为优选，所述第二安装承重架、第三安装承重架内均设置有十字测量槽，所述十字测量槽的交叉点与第二安装承重架、第三安装承重架的中心处相重合，所述十字测量槽的截面形状为矩形。

作为优选，所述第一安装承重架、第二安装承重架、第三安装承重架为圆环形支撑架，所述第二安装承重架的内径大于支撑基础重量模块的外径，小于欠载配重模块的外径，所述第三安装承重架的内径大于欠载配重模块的外径，小于超载配重模块的外径，所述超载配重模块、欠载配重模块、基础重量模块的中心处均开设有与提升架相适配的圆形滑槽。

本实用新型的有益效果：本实用新型通过设置载荷保护测量系统，可在抓具系统调试及定期试验中，对抓具系统超载、欠载保护功能触发后，提供载荷保护制动距离的精确测量。其中提升架、基础重量模块载荷相加为燃料组件欠载载荷，下降过程中触发抓具系统欠载报警，此时基础重量模块与欠载配重模块之间的间隙即为欠载制动距离，通过第二安装承重架上的十字测量槽测出；

提升架、基础重量模块、欠载配重模块载荷相加，为燃料组件实际载荷，用于抓具系统的称重传感器载荷标定；

提升架、基础重量模块、欠载配重模块、超载配重模块相加，为燃料组件超载载荷，上升过程中触发抓具系统超载报警，此时超载配重模块与第三安装承重架之间的间隙即为超载制动距离，通过第三安装承重架的十字测量槽测出；

其中两个锁紧机构能够在测量的过程中分别对欠载配重模块和超载配重模块进行锁定，保证测量的精准度。

本实用新型的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

【附图说明】

图1是本实用新型一种核燃料装卸料机控制系统的制动距离测量装置的结构示意图；

图2是本实用新型一种核燃料装卸料机控制系统的A处放大示意图；

图3是本实用新型一种核燃料装卸料机控制系统的B处放大示意图；

图4是本实用新型一种核燃料装卸料机控制系统的第二锁紧机构的部分结构俯视图。

【具体实施方式】

参阅图1至图4本实用新型一种核燃料装卸料机控制系统，包括操作控制台、触摸屏、PLC控制器、视频监控系统、称重系统，抓具系统、载荷保护测量系统，

所述PLC控制器负责装卸料机的数据采集、逻辑控制、联锁保护、运动解算和伺服驱动方面的功能；所述操作控制台上的各操作按钮、显示信号灯和数显表与PLC控制器相连接；所述PLC控制器、触摸屏通过总线连接，并通过各种模块采集现场设备的数字I/O信号、编码器和载荷传感器的信息，进行计算处理后，再通过接口模块将控制指令发送给伺服驱动器，使其完成对伺服电机的精准控制；所述视频监控系统提供直观的位置图像；所述称重系统接入自动化网络，对重量信号实时监测，提供更完善的失重，超重，剐蹭等保护；所述抓具系统用于对核燃料组件进行提升与释放，所述抓具系统具有超载、欠载保护功能；所述载荷保护测量系统在抓具系统调试及定期试验中，对抓具系统超载、欠载保护功能触发后，提供载荷保护制动距离的精确测量。

所述PLC控制器的逻辑处理单元实时地采集和监测由现场级设备反馈来的位移和重量信息，通过控制器内部逻辑程序，输出逻辑控制命令给各运动控制单元，通过位置编码器，实时获取各驱动电机的转速及行程，直接反馈到直流变频器中，通过变频器的内置计算回路，精确控制各运行部件的位置，实现投卸料操作；所述PLC控制器包括如下功能模块：

1)循环调用模块，实现子程序模块的调用；可通过脚本，模拟器实现脱机模拟运行。

2)固定周期调用模块，保证对大小车、主提升的实时控制，PLC控制器定时向伺服驱动器发送控制指令，实现定周期控制；

3)编码器、伺服驱动器初始值设置模块，用于对系统进行初始化设置；设置编码器复位对位操作，任何时候可以实际对设备的位置校0操作。

4)堆芯栅格维护管理模块，实现堆芯栅格装卸料记录和管理；通过移动储存可永久存档保存；通过后期处理，可提供与办公软件数据接口，实现报表的图形化。

5)大车行走、速度控制模块，用于根据实时的大车位置，判断允许大车向前、向后运行条件，根据不同的操作模式，对大车运行的方向和速度进行控制；对速度控制实现无极调速。

6)小车行走、速度控制模块，用于根据实时的小车位置，判断允许小车向左、向右运行条件，根据不同的操作模式，对小车运行的方向和速度进行控制；对速度控制实现无极调速。

7)主提升升降、速度控制模块，用于根据实时的主提升位置，判断允许主提升向上、向下运行条件，根据不同的操作模式，对主提升运行的方向和速度进行控制；对速度控制实现无极调速。

8)鱼眼彩色视频监控系统系统，更大角度，更宽景深，光圈自动调节，监视器可按现场实际情况实现90度，180度，270度翻转。

9)大车驱动模块，接收大车行走、速度控制模块的指令，进行伺服驱动器驱动指令的解算，对驱动器进行控制；

10)小车驱动模块，接收小车行走、速度控制模块的指令，进行伺服驱动器驱动指令的解算，对驱动器进行控制；

11)主提升驱动模块，接收主提升行走、速度控制模块的指令，进行伺服驱动器驱动指令的解算，对驱动器进行控制；

12)抓具啮合和脱扣控制模块，用于判断允许抓具啮合和脱扣的条件，对抓具得啮合和脱扣操作进行控制；

13)故障处理模块，用于故障检测以及故障复位；

14)保护系统模块，用于系统的安全保护功能；

15)显示模块，用于显示大、小车、主提升的位置坐标以及载荷重量；

16)手动、半自动、全自动模块，实现装卸料机的手动、半自动、全自动操作；

17)报警和趋势记录模块，提供文本报警，自动模式下，运行轨迹的描绘。

18)PLC控制器的保护系统模块在对设备运动进行实时监控的同时执行安全运动保护联锁功能。在PLC系统故障紧急情况下，系统安全停车。

进一步地，所述载荷保护测量系统的制动距离测量装置包括顶板1、底板2、支撑架3、基础重量模块4、欠载配重模块5、超载配重模块6、提升架7、第一锁紧机构8和第二锁紧机构9，所述顶板1与底板2之间通过两个对称设置的支撑架3相连，所述支撑架3自下至上依次设置有分别用以支撑基础重量模块4、欠载配重模块5、超载配重模块6的第一安装承重架31、第二安装承重架32、第三安装承重架33，所述支撑基础重量模块4、欠载配重模块5、超载配重模块6均为环形结构，且内、外径依次增大，所述提升架7的顶部设有与抓具系统相适配的抓取架71，所述提升架7的中部依次贯穿顶板1、超载配重模块6、欠载配重模块5、基础重量模块4，所述提升架7的底部连接有承托架72，所述承托架72位于基础重量模块4的下方，在提升架7的作用下，承托架72可控制基础重量模块4向上移动，所述第二安装承重架32、第三安装承重架33的两侧分别对称设置有第一锁紧机构8和第二锁紧机构9，所述第一锁紧机构8和第二锁紧机构9分别用于对欠载配重模块5、超载配重模块6进行锁定。所述第一锁紧机构8和第二锁紧机构9的结构相同，所述第二锁紧机构9包括固定于支撑架3上的安装框架91、呈对称设置于一个支撑架3两侧且结构相同的前压紧支架92和后压紧支架93、安装于前压紧支架92和后压紧支架93之间的压紧板94，所述支撑架3上开设有与压紧板94相适配的矩形槽34，所述压紧板94远离支撑架3的端面为弧形面940，所述前压紧支架92内设有调节螺杆924，在调节螺杆924的作用下，驱动压紧板94向远离支撑架3的一端移动，将超载配重模块6压紧。所述安装框架91的截面形状近似为“几”字形，所述安装框架91的两端对称延伸有向外弯折的第一安装翼910，所述前压紧支架92包括自上之下安装于第一安装翼910上的第一滑杆921、调节螺杆924、第二滑杆922和调节安装架923，所述调节安装架923的两端延伸有向外弯折的第二安装翼9230，所述第二安装翼9230通过弹簧活动安装于第一滑杆921、第二滑杆922上，所述调节螺杆924的端部与调节安装架923相抵靠。所述第二安装承重架32、第三安装承重架33内均设置有十字测量槽30，所述十字测量槽30的交叉点与第二安装承重架32、第三安装承重架33的中心处相重合，所述十字测量槽30的截面形状为矩形。所述第一安装承重架31、第二安装承重架32、第三安装承重架33为圆环形支撑架，所述第二安装承重架32的内径大于支撑基础重量模块4的外径，小于欠载配重模块5的外径，所述第三安装承重架33的内径大于欠载配重模块5的外径，小于超载配重模块6的外径，所述超载配重模块6、欠载配重模块5、基础重量模块4的中心处均开设有与提升架7相适配的圆形滑槽。

制动距离测量装置的工作过程：抓具系统对该装置进行精确定位并下降抓具与抓取架71连接；起升抓具，通过提升架7带动基础重量模块4上升。此时抓具系统处于欠载状态，但提升过程中，不会触发欠载报警；继续起升抓具，基础重量模块4穿过第二安装承重架32，并带起欠载配重模块5，此时附加在抓具上的载荷等于燃料组件载荷；继续起升抓具，基础重量模块4、欠载配重模块5依次穿过第三安装承重架33，并带起超载配重模块6，此时抓具系统处于超载状态，触发超载报警，提升动作终止；然后通过调节螺杆924控制压紧支架93移动，两侧的压紧支架93能够将超载配重模块6压紧，然后在第三安装承重架33的十字测量槽30处使用塞尺，测量超载配重模块6与第三安装承重架33之间的间隙。测量过程中，要在四个位置取测量点，并计算平均值，即为超载制动距离，完成测量后，调节螺杆924控制压紧支架93复位，松开超载配重模块6；下降抓具，超载配重模块6重新放置于第三安装承重架33，此时附加在抓具上的载荷等于燃料组件载荷；继续下降抓具，当欠载配重模块5与第二安装承重架32接触后，抓具系统处于欠载状态，触发欠载报警，下降动作终止；同理，控制第一锁紧机构8将欠载配重模块5进行锁定，然后在十字测量槽30，使用塞尺测量支撑基础重量模块4、欠载配重模块5之间的间隙。测量过程中，要在四个位置取测量点，并计算平均值，即为欠载制动距离。

上述实施例是对本实用新型的说明，不是对本实用新型的限定，任何对本实用新型简单变换后的方案均属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种核燃料装卸料机控制系统，其特征在于：包括操作控制台、触摸屏、PLC控制器、视频监控系统、称重系统，抓具系统、载荷保护测量系统，

所述PLC控制器负责装卸料机的数据采集、逻辑控制、联锁保护、运动解算和伺服驱动方面的功能；

所述操作控制台上的各操作按钮、显示信号灯和数显表与PLC控制器相连接；

所述PLC控制器、触摸屏通过总线连接，并通过各种模块采集现场设备的数字I/O 信号、编码器和载荷传感器的信息，进行计算处理后，再通过接口模块将控制指令发送给伺服驱动器，使其完成对伺服电机的精准控制；

所述视频监控系统提供直观的位置图像；

所述称重系统接入自动化网络，对重量信号实时监测，提供更完善的失重，超重，剐蹭保护；

所述抓具系统用于对核燃料组件进行提升与释放，所述抓具系统具有超载、欠载保护功能；

所述载荷保护测量系统在抓具系统调试及定期试验中，对抓具系统超载、欠载保护功能触发后，提供载荷保护制动距离的精确测量。

2.如权利要求1所述的一种核燃料装卸料机控制系统，其特征在于：所述PLC 控制器的逻辑处理单元实时地采集和监测由现场级设备反馈来的位移和重量信息，通过控制器内部逻辑程序，输出逻辑控制命令给各运动控制单元，通过位置编码器，实时获取各驱动电机的转速及行程，直接反馈到直流变频器中，通过变频器的内置计算回路，精确控制各运行部件的位置，实现投卸料操作。

3.如权利要求1所述的一种核燃料装卸料机控制系统，其特征在于：所述载荷保护测量系统的制动距离测量装置包括顶板（1）、底板（2）、支撑架（3）、基础重量模块（4）、欠载配重模块（5）、超载配重模块（6）、提升架（7）、第一锁紧机构（8）和第二锁紧机构（9），所述顶板（1）与底板（2）之间通过两个对称设置的支撑架（3）相连，所述支撑架（3）自下至上依次设置有分别用以支撑基础重量模块（4）、欠载配重模块（5）、超载配重模块（6）的第一安装承重架（31）、第二安装承重架（32）、第三安装承重架（33），所述支撑基础重量模块（4）、欠载配重模块（5）、超载配重模块（6）均为环形结构，且内、外径依次增大，所述提升架（7）的顶部设有与抓具系统相适配的抓取架（71），所述提升架（7）的中部依次贯穿顶板（1）、超载配重模块（6）、欠载配重模块（5）、基础重量模块（4），所述提升架（7）的底部连接有承托架（72），所述承托架（72）位于基础重量模块（4）的下方，在提升架（7）的作用下，承托架（72）可控制基础重量模块（4）向上移动，所述第二安装承重架（32）、第三安装承重架（33）的两侧分别对称设置有第一锁紧机构（8）和第二锁紧机构（9），所述第一锁紧机构（8）和第二锁紧机构（9）分别用于对欠载配重模块（5）、超载配重模块（6）进行锁定。

4.如权利要求3所述的一种核燃料装卸料机控制系统，其特征在于：所述第一锁紧机构（8）和第二锁紧机构（9）的结构相同，所述第二锁紧机构（9）包括固定于支撑架（3）上的安装框架（91）、呈对称设置于一个支撑架（3）两侧且结构相同的前压紧支架（92）和后压紧支架（93）、安装于前压紧支架（92）和后压紧支架（93）之间的压紧板（94），所述支撑架（3）上开设有与压紧板（94）相适配的矩形槽（34），所述压紧板（94）远离支撑架（3）的端面为弧形面（940），所述前压紧支架（92）内设有调节螺杆（924），在调节螺杆（924）的作用下，驱动压紧板（94）向远离支撑架（3）的一端移动，将超载配重模块（6）压紧。

5.如权利要求4所述的一种核燃料装卸料机控制系统，其特征在于：所述安装框架（91）的截面形状近似为“几”字形，所述安装框架（91）的两端对称延伸有向外弯折的第一安装翼（910），所述前压紧支架（92）包括自上之下安装于第一安装翼（910）上的第一滑杆（921）、调节螺杆（924）、第二滑杆（922）和调节安装架（923），所述调节安装架（923）的两端延伸有向外弯折的第二安装翼（9230），所述第二安装翼（9230）通过弹簧活动安装于第一滑杆（921）、第二滑杆（922）上，所述调节螺杆（924）的端部与调节安装架（923）相抵靠。

6.如权利要求3所述的一种核燃料装卸料机控制系统，其特征在于：所述第二安装承重架（32）、第三安装承重架（33）内均设置有十字测量槽（30），所述十字测量槽（30）的交叉点与第二安装承重架（32）、第三安装承重架（33）的中心处相重合，所述十字测量槽（30）的截面形状为矩形。

7.如权利要求3所述的一种核燃料装卸料机控制系统，其特征在于：所述第一安装承重架（31）、第二安装承重架（32）、第三安装承重架（33）为圆环形支撑架，所述第二安装承重架（32）的内径大于支撑基础重量模块（4）的外径，小于欠载配重模块（5）的外径，所述第三安装承重架（33）的内径大于欠载配重模块（5）的外径，小于超载配重模块（6）的外径，所述超载配重模块（6）、欠载配重模块（5）、基础重量模块（4）的中心处均开设有与提升架（7）相适配的圆形滑槽。

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