DE2909384A1

DE2909384A1 - Regelanordnung fuer den regelstabantrieb von siedewasserreaktoren

Info

Publication number: DE2909384A1
Application number: DE19792909384
Authority: DE
Inventors: Takao Sato
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-03-10
Filing date: 1979-03-09
Publication date: 1979-09-20
Also published as: US4777010A

Description

BESCiIREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelanordnung für den Regelstabantrieb von Kernreaktoren, insbesondere für einen Regelstabantrieb mit Schrittmotoren.

Die Reaktorleistung und die Leistungsverteilung von Leistungs-Kernreaktoren werden durch Einstellung von etwa 200 Regelstäben geregelt oder eingestellt, die im Kernreaktor vorgesehen sind, indem sie in den Kernreaktor eingeschoben bzw. aus dem Kernreaktor herausgezogen werden. Die Positionierung der Regelstäbe erfolgt im allgemeinen durch Magnetklinken oder hydraulische Antriebe. Arbeitet der Reaktor mit hoher Leistung, so soll die EinheitsschrittbewegLing des Regelstabs zu seiner Positionierung so klein wie möglich sein. Zur Feineinstellung der Regelstäbe wird die Drehbewegung eines Antriebsmotors durch einen Schraubmechanismus in eine geradlinige Bewegung umgewandelt. Diese Feineinstellung wird insbesondere bei der numerischen Steuerung von Werkzeugmaschinen angewendet. Die Positionierungsregelung der Regelstäbe; ist sicherheitstechnisch äußerst wichtig. Beispielsweise sollten die folgenden Fälle zur Gewährleistung der Sicherheit des Kernkraftwerks vermieden werden: Erstens daß sich der Regelstab automatisch bewegt, auch wenn dem Regelstab kein Betätigungssignal zugeführt wird, zweitens, daß sich der Regelstab entgegengesetzt der Richtung des Befehlssignals bewegt.

Derartige Fehler treten bei Fehlern von Bauteilen, äußeren Störungen in der Regeleinheit oder dergleichen ein. Bei herkömmlichen numerischen Regelanordnungen wird ein Kompromiß zwischen einer möglichst geringen Fehlerhäufigkeit bei vertretbaren Kosten geschlossen. Diese Lösung des Problems ist jedoch unbefriedigend.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Regelanordnung

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für den Regelstabantrieb von Siedewasserreaktoren anzugeben, bei der die Mangel und Nachteile des Standes der Technik beseitigt sind. Insbesondere soll eine Regelanordnung angegeben werden, die möglichst einfach aufgebaut ist und möglichst zuverlässig arbeitet und Fehler erfaßt,bevor ein Regelstab angetrieben wird.

Die erfindungsgemäße Regelanordnung für den Regelstabantrieb von Siedewasserreaktoren enthält mehrere Schrittmotoren zum Einschieben und Herausziehen der im Reaktor angeordneten Regelstäbe, wobei je Regelstab ein Schrittmotor vorgesehen ist, Anschlußeinheiten je Schrittmotor, die je mit einem Schrittmotorregler versehen sind, der auf ein Antriebssignal in einem Befehlssignal anspricht, ein Schrittmotor-Antriebssignal erzeugt und auf ein Testsignal das Arbeitsverhalten eines Schrittmotors prüft und ein Quittungs- oder Anerkenntnissignal zurücksendet, das den Zustand des arbeiteten Motors wiedergibt, eine zentrale Verarbeitungseinheit mit ersten Einrichtungen zur abwechselnden Übertragung eines Befehls- und eines Testsignals zu den Schrittmotorreglern, eine zweite Einrichtung, die das der Anschlußeinheit zugeführte Testsignal mit dem von der Anschlußeinheit zurückkehrenden Quittungssignal vergleicht, zum Erfassen eines Fehlers der Anschlußeinheit, eine dritte Einrichtung zur Überlagerung des Antriebssignals des Schrittmotors auf das Befehlssignal zu gegebenen Zeitintervallen und eine vierte Einrichtung zur Änderung des gegebenen Intervalls der dritten Einrichtung entsprechend einer Arbeitsweise eines Regelstabes, und Übertragungsleitungen zwischen der zentralen Verarbeitungseinheit und den Anschlußeinheiten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 in einem Diagramm die Arbeitskennlinie eines Schrittmotors,

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Figur 2 das Blockschaltbild einer erfindungsgenäßen Regelanordnung ,

Figur 3A und 3B Formate von Arbeitssignalen, Figur 4 die Art der Bildung eines Befehlssignals,

Figur 5 schematisch die Art der Steuerung bzw. Regelung der Drehzahl eines Schrittmotors,

Figur 6 das Schaltbild einer zentralen Verarbeitungs- und Steuereinheit zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Regelanordnung,

Figur 7 den Verlauf von Signalen in der zentralen Verarbeitungseinheit der Figur 6,

Figur 8 eine Reihe von Signaldiagrammen zur Erläuterung der Arbeitsweise der zentralen Verarbeitungseinheit der Figur 6,

Figur 9 schematisch die Drehzahleinstellung eines Schrittmotors,

Figur 10 das Schaltbild einer der in Figur 2 gezeigten Anschlußeinheiten,

Figur 11 das Schaltbild einer Schrittmotor-Überwachungsschaltung,

Figur 12 und 13 Signaldiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schrittmotor-Überwachungsschaltung der Figur 11,

Figur 14 das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Multiplexers in der Schaltung der Figur 2,

Figur 15 das Format eines Regelstab-Positionssignals, Figur 16 eine Reihe von Signaldiagrammen zur Erläuterung der

Arbeitsweise des Multiplexers der Figur 14 und Figur 17 das Fließbild eines Testprogramms der Anschlußeinheit.

Zunächst sei eine Haupteigenschaft des Schrittmotors kurz erläutert. Bei Schrittmotoren dreht sich der Läufer synchron zum Schalten des Stroms in der Statorwicklung. Er erzeugt ein Drehmoment nur bei Synchrondrehzahl. Da dem Rotor ein Trägheitsmoment innewohnt, ist die Startdrehzahl auf eine maximal zulässige Startdrehzahl begrenzt, die durch die Größe des Trägheitsmoments und das Ausgangs-Drehmoment bestimmt wird. Bei Beschleunigung des Motors auf eine bestimmte Drehzahl fällt der Motor aus bzw. außer Tritt, wenn die Beschleunigung nicht auf einen Wert unterhalb eines bestimmten Werts eingestellt ist. Dieset Zustand des

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Schrittmotors ist in Figur 1 dargestellt.

In Figur 1 ist mit Ns die maximal zulässige Startdrehzahl und mit Nx die maximale Betriebsdrehzahl bezeichnet, (Nx-Ns)/t2-tl) ist die zulässige Beschleunigung. Der Schrittmotor muß innerhalb der Grenzen des schraffierten Bereichs mit den geneigten Seitenlinien in Figur 1 betrieben werden. In einer Anordnung mit einem solchen Schrittmotor müssen daher die Motordrehzahl und die Drehrichtung innerhalb dieser Grenzen entsprechend geregelt werden.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regelanordnung für Regelstabantriebe wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Figur 2 zeigt den Gesamtaufbau der Regelanordnung. In der Warte befindet sich ein Schalt- und Bedienungspult 10 mit drei Schaltern 12, 13 und 14 und einer Reihe von Regelstab-Wählschaltern 11. Die Wählschalter 11 dienen zur Wahl des zu steuernden Regelstabes. Der Schalter 12 gibt einen Befehl zum Einsetzen eines Regelstabes in den Reaktorkern, der Schalter 13 einen Befehl zum Ziehen des Regelstabs aus dem Reaktorkern. Der Schalter 14 wird sequentiell zusammen mit dem Schalter 12 oder 13 betätigt. Durch den Schalter 14 wird das in Figur 3A gezeigte Betriebssignal erzeugt. Das Betriebssignal umfaßt ein Synchronisiersignal S1, ein Adressensignal S2 (durch einen Wählschalter 11 bestimmt), ein Richtungssignal S3 (bestimmt durch den Einführschalter 12 oder den Ziehschalter 13) und ein Drehzahlsignal S4 (bestimmt durch die Schalter 12, 13 und 14). Dieses Betriebssignal kann auf herkömmliche Weise gebildet werden, eine nähere Erläuterung erübrigt sich daher.

Das Betriebssignal wird gemäß Figur 2 über eine Leitung 100 einer zentralen Verarbeitungseinheit 20 zugeführt, die aus einem Eingaberegister 21, einem Speicherregister 22, einem Testadressengenerator 23 und einer Fehleranzeigeeinrichtung 24 besteht. Das Betriebs- oder Operationssignal 100 und ein Testbefehl, das Ausgangssignal des Testadressengenerators 23, werden abwechselnd

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in das Eingaberegister 21 eingegeben. Der Testbefehl bedeutet ein Signal zur Feststellung, ob der Erregungszustand des Motors normal ist oder nicht. Der Inhalt des Eingaberegisters 21 wird dann in das Speicherregister 22 übertragen (hierbei wird der In-' halt des Eingaberegisters 21 nicht gelöscht) und im nächsten Zyklus als Befehlssignal über eine Leitung 200 den Anschlußeinheiten 31 bis 3i zugeführt. Das in Figur 3B gezeigte Befehlssignal umfaßt ein Synchronisiersignal SI, ein Adressensignal S2, ein Richtungssignal S3 und ein Drehimpulssignal SS. Falls der Inhalt des Befehlssignals ein Testsignal anzeigt, wird nur das Adressensignal S2 bezeichnet oder bestimmt, die Signale S3 und S4 sind sämtlich auf 0 oder 1.

Wie oben erwähnt, besteht das Befehlssignal aus dem Betriebssignal und dem Testsignal (Figur 4). In dieser Figur bezeichnet das Betriebssignal 100 die Adresse des i-ten Regelstabs (es sei angenommen, daß die den Regelstäben zugeordneten Nummern als ihre Adressen behandelt werden) und ein Testsignal 202 bezeichnet während einer Zeit ti bis t2 die Adresse des j-ten Regelstabs und während einer Zeit t2 bis t3 die Adresse des (j+1)-ten Regelstabs. Diese werden abwechselnd als Befehlssignal ausgegeben. In der sequentiellen Folge ändert sich das Drehimpulssignal S5 des Betriebssignals Oi im Befehlssignal 200,das von der zentralen Verarbeitungseinheit 20 abgegeben wird. Dieser Zustand wird anhand Figur 5 näher erläutert.

Während der Zeit t' bis t¹ ₁ wird ein Regelstab um einen einheitlichen Abstand betätigt und der Motor läuft mit einer konstanten Drehzahl N1, die etwas unter der maximal zulässigen Startdrehzahl Ns (Figur 1) liegt. Während einer Zeit t'2 bis t'4 wird kontinuierlich ein sequentieller Betriebsbefehl erzeugt. Während einer Zeit t'2 bis t'3 beschleunigt der Motor mit einer Beschleunigung, die kleiner ist als die zulässige, und dreht sich für eine bestimmte Zeit mit der maximalen Drehzahl Nx. Vom Zeitpunkt t'4 an wird der Motor abgebremst und zum Zeitpunkt t^l5 gestoppt. .

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Jede Anschlußeinheit 31 bis 3i empfängt das so aufgebaute Signal und beurteilt, ob die Adresse im empfangenen Befehlssignal der Adresse der Anschlußeinheit selbst entspricht. Ist dies der Fall, so treibt die Anschlußeinheit den zugehörigen Schrittmotor mit ei.ier bestimmten Drehzahl. Ferner wird der Ausschlußeinheit ein Betriebs- oder Testbefehlssignal zugeführt; sie erfaßt . den magnetischen Erregungszustand des Motors oder dergleichen und sendet den Befehl als Quittungssignal zurück zur zentralen Verarbeitungseinheit 20. Dieser Zustand ist in Figur 4 gezeigt. Wie daraus ersichtlich ist, wird ein Quittungssignal mit einem dem Befehlssignal entsprechenden Inhalt, gegenüber den Befehlssignalen etwas verzögert, zurück zur zentralen Verarbeitungseinheit 20 gesandt.

Die zentrale Verarbeitungseinheit 20 vergleicht den Inhalt des Speicherregisters 22 mit dem ihm entsprechenden Quittungssignal. Ist das Quittungssignal im Vergleich zum Inhalt des Befehlssignals unrichtig, so wird der Fehlerzustand an der Fehleranzeigeeinrichtung 24 angezeigt. Die Stellung der durch die zugehörigen Schrittmotoren 41 bis 4i angetriebenen Regelstäbe 81 bis 8i wird durch einen Stellungsdetektor, beispielsweise einen Wellencodierer angezeigt, der mit dem entsprechenden Übertragungsmechanismus 51 bis 5i gekuppelt ist. Der Stellungsdetektor erzeugt ein Ausgangssignal zur übertragung zum entsprechenden Multiplexer 61 bis 6i. Im Multiplexer 61 bis 6i werden die Adresse des Regeistabes und die Regeistabstellungsdaten in ein Datenwort mit fester Länge, beispielsweise 32 Bits gebracht. Dieses Datenwort wird durch einen Taster 70 zeitlich unterteilt und einer Anzeigeeinheit 90 und der zentralen Verarbeitungseinheit 20 zugeführt. Die Anzeigeeinheit 90 zeigt die Stellung des Regelstabes digital an.

Die einzelnen Abschnitte der anhand Figur 2 beschriebenen Regelanordnung werden anhand der Zeichnung noch näher erläutert.

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Figur 6 zeigt in einem Schaltbild die Einzelheiten der zentralen Verarbeitungseinheit 20 (Figur 2) der Regelanordnung. Im Betrieb wird von der in Figur 2 gezeigten Schalttafel 10 ein Operationssignal erzeugt und dem Anschluß 100 in Figur 6 zugeführt. Der Testadressengenerator 23 liefert ein Testsignal mit der Adresse eines zu testenden Regelstabes zum Eingaberegister 21. Genauer, das Betriebssignal wird einem Eingang eines UND-Gatters 154 und das Testsignal einem Eingang eines UND-Gatters 155 zugeführt. Das Ausgangssignal b eines Steuergenerators 167 wird direkt dem anderen Eingang des UND-Gatters 154 und über eine Umkehrstufe 161 dem anderen Eingang des UND-Gatters 155 zugeführt. Bei dieser Verbindung werden das Betriebssignal 100 und das Testsignal 202 für jeden Maschinenzyklus abwechselnd über ein ODER-Gatter 159 dem Eingaberegister 21 zugeführt.

Wenn der Schalter 12 oder 13 (Figur 2) eingeschaltet wird, wird das Drehzahlsignalbit in dem in das Eingaberegister 21 eingegebenen Betriebssignal gleich 1. Dieses Signal wird vom Eingaberegister 21 den beiden Eingängen 171 und 172 eines ODER-Gatters 174 über eine nicht gezeigte Klemmschaltung zugeführt. Ähnlich erscheint am Anschluß 170 eine logische Λ, wenn der sequentielle Betriebsschalter 14 in Figur 2 eingeschaltet wird.

Es sei nun angenommen, daß der Regelstab mit konstanter geringer Geschwindigkeit bewegt wird (Regelung während der Perioden t'O bis t¹1 in Figur 5). Diese Betriebsweise ist nicht sequentiell. Daher ist der Anschluß 170 auf 0, so daß das Ausgangssignal eines Auf/Ab-Zählers 164 konstant ist. Zu dieser Zeit liegt das Signal am Anschluß 171 oder 172 auf 1. Wenn daher der Ausgangsimpuls a des Steuergenerators 167 dem UND-Gatter 151 zugeführt wird, verringert ein Drehzahlprograinmzähler 165 seinen Zählerstand um 1. Im Zähler 165 wurde beispielsweise ein Binärsignal entsprechend der Dezimalzahl 100 eingestellt.

Immer wenn die in den Zähler 165 eingegebene Zahl, beispielsweise

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100, gleich O wird, wird mit dem Drehzahlimpulsbit S5 gleich ein Befehlssignal (O3 in Figur 8) abgegeben. Daher werden, wenn die Zeitdauer (Maschinenzyklus) eines Befehlswortes 100 us beträgt, die Impulse zum Antreiben des Schrittmotors mit einer Periode von 100 χ 100 ys = 10 ms wiederholt. Der beschriebene Befehl wird verwendet, wenn der Schrittmotor mit geringer Drehzahl läuft. Auf diese Weise wird der Regelstabbetrieb für einen Einheitsabstand ausgeführt.

Es sei nun der Fall erläutert, daß der Schrittmotor zur Ausführung einer sequentiellen Operation mit variabler Drehzahl betrieben wird. Der einzige Unterschied in diesem Fall vom zuvor beschriebenen besteht darin, daß an der Klemme 170 eine logische 1 erscheint. In dem Augenblick, zu dem der Inhalt des Zählers gleich O und das Ausgangssignal des NOR-Gatters 166 gleich 1 wird, wird das Ausgangssignal des UND-Gatters 153 1. Dieses wird der Ab-Klemme D des Zählers 164 zugeführt, so daß dessen Inhalt um 1 vermindert wird.

Danach wird das Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung 163 gleich 1, das seinerseits der Klemme L des Zählers 165 zugeführt wird, so daß eine Zahl eine Zahl, die um 1 kleiner ist als im vorigen Fall, in den Zähler 165 eingegeben wird. Ebenso wird das Ausgangssignal des Zählers 164 immer dann um 1 vermindert, wenn das Ausgangssignal des NOR-Gatters 166 gleich 1 wird und das Ausgangssignal des Zählers 164 wird in den Zähler 165 eingegeben.

Wie beschrieben, wird der Inhalt des Programmzählers 165 schritt^ weise jedes Mal dann vermindert, wenn das Ausgangssignal des NOR-Gatters 166 abgegeben wird. Infolgedessen wird gemäß Figur die Zeit zwischen zwei benachbarten Drehimpulsbits allmählich verkürzt und der Schrittmotor auf der Basis der verkürzten Zeitperiode allmählich beschleunigt.

Gemäß Figur 8 oder 9 werden der der Klemme 100 zugeführte Betriebsbefehl und der auf der Leitung 202 zugeführte Testbefehl

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mit der Periode des Steuersignals a über das ODER-Gatter 159 abwechselnd dem Eingaberegister 21 zugeführt. Aus diesem Grunde sollte das Motor-Speisesignal "1", das das Ausgangssignal des NOR-Gatters 166 ist, nicht die gleiche zeitliche Steuerung aufweisen wie der Testbefehl. Daher ist der unterste Biteingang des Zählers 165 an Masse gelegt und damit stets O, so daß das Drehimpulsbit nur 1 wird, wenn der Inhalt des Zählers geradzahlig und daher nur der Betriebsbefehl aktiv ist.

Somit bestimmt also die Bitzahl des Drehzahlprogrammzählers oder der Auf/Ab-Zähler 164 und die Verbindung der beiden Zähler die Beschleunigung des Motors. Die Motorbeschleunigung kann daher auf einen zulässigen Wert eingestellt werden.

Im Beispiel der Figur 6 ist der unterste Ausgang des Auf/Ab-Zählers 164 an den zweiten Biteingang des Programmzählers 165 angeschlossen. Wenn die Ausgangsbits mit Ausnahme des untersten Bits sämtlich gleich O sind, wird der Ausgang des ODER-Gatters 157 gleich 0, so daß das UND-Gatter 153 die Eingabe der Zählimpulse in den Zähler 164 sperrt.

In diesem Zustand ist die in den Zähler 165 eingegebene Nummer stets 2 und das Bit des Drehimpulses wird jedes Mal 1, wenn das Betriebssignal ausgegeben wird. Dieser Zustand liegt vor, wenn der Motor mit Maximaldrehzahl umläuft. Er dauert an, bis das sequentielle Betriebssignal verschwindet. Da die maximale Motordrehzahl durch eine in den Drehzahlprogrammzähler eingegebene Zahl bestimmt wird, kann die Motordrehzahl durch Änderung der eingegebenen Zahl eingestellt werden.

Im folgenden wird die Motorbremsung oder -verzögerung beschrieben. Wenn der sequentielle Betriebsschalter 14 ausgeschaltet wird, wird das Signal der Klemme 170 gleich 0 und ein Zeitgeber 150 wird so getriggert, daß an seinem Ausgang eine 1 erscheint. Hierdurch wird das UND-Gatter 152 durchgeschaltet, so daß der Zähler 164 jedes Mal dann aufwärts zählt, wenn das Ausgangssignal des

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NOR-Gatters 166 gleich 1 wird. Mit anderen Worten, die Zeit zwischen zwei benachbarten Bits des Drehzahlimpulses nimmt zeitlich zu, im Gegensatz zum Betrieb bei Beschleunigung des Motors. Auf diese Weise wird der Motor abgebremst. Wenn sämtliche Bits des Zählers 164 auf 1 sind (Minimaldrehzahl), wird das Ausgangssignal des NAND-Gatters 173 gleich O, wodurch ein weiteres Zählen blockiert wird und der Motor mit konstanter Drehzahl weiterläuft. Ist zu dieser Zeit das Betriebssignal am Eingang 171 oder 172 des ODER-Gatters 174 auf 1, so läuft der Motor weiter. Ist es auf 0, so läuft der Motor weiter, bis das Ausgangssignal des Zeitgebers 150 gleich O wird, worauf der Motor stillgesetzt wird. Die Motordrehzahl wird in der erfindungsgemäßen Regelanordnung in der oben beschriebenen Weise gesteuert.

Es sei nun der Vergleichsbetrieb in der zentralen Verarbeitungsoder Steuereinheit 20 beschrieben. Ein einmal im Eingaberegister

21 gespeichertes Befehlssignal wird über den Decoder 169 teilweise in das Speicherregister 22 eingegeben, wenn vom Steuerimpulsgenerator 167 ein Signal erzeugt wird. Das heißt, der gleiche Inhalt wie ein vorbestinuntes Quittungssignal wird im Speicherregister

22 gespeichert. Der Inhalt des Speicherregisters 22 und ein von der Anschlußeinheit zugeführtes Quittungssignal werden durch ein EXCLUSIVES ODER-Gatter 168 hinsichtlich der Adressen und des Betriebsinhalts Bit um Bit miteinander verglichen. Stimmen die beiden Signale nicht überein, so wird das Flip-Flop 174' so gesetzt, daß es die weitere Abgabe der Befehle vom UND-Gatter 156 sperrt und die Fehleranzeigeeinrichtung 24 zur Anzeige des Fehlerzustandes speist. Ein solcher Vergleich durch die zentrale Verarbeitungseinheit ist als Rückkehrvergleich bekannt.

Ein drei- oder vierphasiger Motor enthält ein ein- bis zweiphasiges magnetisches Erregersystem, ein fünfphasiger Motor ein zweibis dreiphasiges magnetisches Erregersystem. Hierbei wechselt die erregende Phasenwindungszahl bei jedem Impuls. Beispielsweise bei einem drei- oder vierphasigen Motor wird eine Phase auf den

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ersten Eingangsimpuls erregt, während die beiden anderen Phasen auf den zweiten Impuls hin erregt werden.

Wenn die erregende Phasenwicklungszahl erfaßt wird, um zu prüfen, ob der Schrittmotor normal arbeitet oder nicht, indem das Rückkehrvergleichsverfahren angewendet wird, muß die erregende Phasenzahl bekannt sein, bevor und nachdem der Drehimpuls zugeführt wird. Bisher ist eine Schrittmotor-Positioniereinrichtung mit einer derartigen Funktion nicht bekannt.

Nach dem bei der erfindungsgemäßen Regelanordnung angewendeten Vergleichs- oder Prüfverfahren wird die magnetische Erregung des Motors als normal beurteilt, wenn bei einem dreiphasigen Motor ein oder zwei von drei Phasen, bei einem vierphasigen Motor ein oder zwei von vier Phasen und bei einem fünfphasigen Motor zwei oder drei von fünf Phasen erregt werden.

Hierzu werden das Adressensignal und das Drehrichtungssignal direkt in das Speicherregister 22 eingegeben. Zur Erfassung der erregenden Phase werden diese mit den stets auf 1 liegenden Bits eingegeben. Inder Anschlußeinheit werden die entsprechenden Bits auf 1 gesetzt, wenn der Erregungszustand erfüllt ist.

Im folgenden wird die Anschlußeinheit beschrieben. Diese Schaltung stellt fest, ob die Adresse der Anschlußeinheit, die einen Betriebsbefehl empfangen hat, die Arbeitsrichtung bzw. die Anzahl der erregenden Phasen des Schrittmotors richtig ist oder nicht.

Im folgenden wird eine Anschlußeinheit beschrieben, die einen Arbeitsbefehl oder einen Testbefehl gemäß Figur 7 empfängt und entsprechend dem Befehl einen Schrittmotor antreibt. Jede Anschlußeinheit ist für je einen Regelstab vorgesehen. Die Gesamtzahl der Anschlußeinheiten ist daher gleich der der Regelstäbe.

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Ein Beispiel einer Anschlußeinheit ist in Figur 10 gezeigt. Wird dem Anschluß 190 der Betriebsbefehl zugeführt, so prüft die Anschlußeinheit, ob die Adresse im Betriebsbefehl mit der Adresse der Anschlußeinheit selbst übereinstimmt oder nicht, und zwar auf folgende Weise: Ein Signal vom Steuerimpulsgenerator 181 veranlaßt einen Adressenspeicher 183 die Adresse der Anschlußeinheit zu einem Rückkehrregister 182 zu übertragen. Die vom Register 182 ausgeschobene Anschlußeinheitsadresse und die Adresse in dem von einem Steuerregister 180 ausgegebenen Befehl werden durch ein EXCLUSIVES ODER-Gatter 184 verglichen. Wird in den beiden Adressen ein nicht übereinstimmendes Bitpaar gefunden, so wird das Flip-Flop 185 rückgesetzt. Stimmen die entsprechenden Bits zwischen den beiden Adressen vollständig überein, so bleibt das Ausgangssignal des Flip-Flops 185 auf 1. Demzufolge wird das in das Steuerregister 180 eingegebene Drehrichtungssignal (Leitungen 300, 301) einem Schrittmotor-Speisekreis 188 und ein Drehimpulsbit (Leitung 302) einem UND-Gatter 187 zugeführt.

Im richtigen Zeitaugenblick erzeugt der Steuerimpulsgenerator 181 am Anschluß c einen Impuls. Ist dann das Drehzahlimpulsbit 1, so wird der Motor 41 durch die Schrittmotor-Speisestufe um einen Schritt gedreht. Ist umgekehrt das Drehimpulsbit 0, so dreht sich der Motor nicht.

Gleichzeitig werden die Daten im Rückkehrregister 182 über ein UND-Gatter 186 zu einer Klemme 201 übertragen. Diese Daten werden über die Klemme 201 als Quittungssignal zur Vergleichsschaltung übertragen. Entsprechend erfassen die Daten des Quittungssignals die gleiche Adresse wie die des Befehlssignals, der Drehrichtung (Klemmen d und e) und die Erregerphasen-Wicklungszahl des Schrittmotors und werden über einen Codierer 189 ausgesandt. Wie oben erwähnt, hat die Anschlußeinheit die Aufgabe des Ädressenvergleichs, der Erzeugung des Quittungssignals und der Motorspeisung. Sie ist einfach aufgebaut, da sie keine prehzahlregelschaltung enthält.

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Anhand Figur 1.1 wird ein Überwachungsdetektor 190 in der Anschlußeinheit näher erläutert. Der Einfachheit halber ist der Codierer 189 in der Schaltung 11 weggelassen. Ein Stellungsdetektor 221 liefert ein Signal auf Leitungen 254 und 255, das die auf die Drehrichtung des Motors bezogenen Phasendaten enthält, wenn der Motor um einen gegebenen Winkel umläuft.

Stellungsdetektoren werden im allgemeinen in zwei Arten unterteilt, nämlich in solche, die digitale, und in solche, die analoge Signale erzeugen. Die letztere Detektorart ist für den Uberwachungsdetektor anwendbar, wenn das analoge Ausgangssignal mittels einer bekannten Schaltung in ein entsprechendes Ditigalsignal umgewandelt wird.

In Figur 11 sind mit 222 bis 225 UND-Gatter, mit 226 ein ODER-Gatter und mit 227 ein Zähler bezeichnet, der einen Drehimpuls empfängt. Wird dem Rücksetzanschluß 228 ein Signal 1 zugeführt, so wird der Zähler 227 gelöscht. Mit 229 ist ein SR-Flip-Flop, mit 330 und 331 sind JK-Flip-Flops, mit 232 ein ODER-Gatter und mit 7 eine magnetische Bremse bezeichnet. Die magnetische Bremse 7, die direkt mit der Welle des Motors 41 gekuppelt ist, erzeugt ein Bremsmoment, wenn das Ausgangssignal des ODER-Gatters 232 gleich 1 wird und wenn die Spannungsquelle des Motors abgeschaltet wird.

Anhand Figur 12 wird die Betriebsweise der überwachungsschaltung 190 beschrieben. Es sei angenommen, daß der Klemme 300 in der Schaltung der Figur 11 ein Vorwärts-Befehlssignal 1 und einer Klemme 302 das in Figur 12(A) gezeigte Impulssignal zugeführt wird und der Motor 41 umläuft.

Dabei zählt der Zähler 227 Drehimpulse. Wird der Klemme 228 ein Löschsignal zugeführt, so erzeugt er auf den Leitungen 256 und 257 alle vier oder fünf Impulse (n sei gleich 5) ein Signal 1. Folgt die Drehung des Motors 41 den Drehimpulsen, ohne außer Tritt zu fallen, so erzeugt ein Detektor 221 zur Erfassung der Dreh-

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stellung des Motors Positionssignale, wie sie in Figur 12(D) und (E) gezeigt sind. Daher erscheint am n-Bit-Anschiuß 257 des Zählers 227 kein Signal.

Der Stellungsdetektor 221, der in diesem Ausführungsbeispiel ein bekannter Wellencodierer ist, erzeugt derartige Ausgangssignale, daß das Ausgangssignal an der Klemme 254 (255) dem Ausgangssignal an der Klemme 255 (254) um etwa 90° vorauseilt, wenn der Motor vorwärts (rückwärts) läuft. Der unterschiedliche Phasenwinkel ist nicht auf 90° begrenzt, vielmehr kann ein beliebiger Phasenwinkel angewendet werden, wenn nur die Drehrichtung des Motors unterscheidbar ist. Daher wird das Ausgangssignal des EXCLUSIVEN ODER-Gatters 234 wie in Figur 12(F) und das Ausgangssignal des UND-Gatters 224 wie in Figur 12(G) gezeigt.

Somit wird mit Sicherheit dem Zähler 227 alle fünf Impulse ein klares Signal zugeführt. Zur Zeit t2, die in Figur 12(C) mit einer gestrichelten Linie angedeutet ist,wird kein Impuls erzeugt und der Zähler startet von 0.

Wenn der Motor außer Tritt fällt und die Drehzahl geringer ist als die durch die Frequenz des Eingangsimpulssignals bestimmte, so erzeugt der Stellungdetektor zu den Zeiten t3 oder t4 in Figur 12 kein Ausgangssignal, so daß der Zähler 227 der Leitung 257 ein Signal 1 zuführt, wenn er fünf Impulse empfängt. Daher wird der Ausgang Q des Flip-Flops 229 auf 1 geschaltet.

Das heißt, die überwachungsschaltung erfaßt das Außertrittfallen des Motors selbst, wenn bestimmte Impulse dem Motor zugeführt werden und die Motordrehung den gegebenen Impulsen nicht folgt.

Anhand Figur 13 wird ein anderer Grund des Außertrittfaliens des Motors erläutert, daß nämlich sich der Motor durch eine äußere Kraft mit einer höheren Drehzahl als der durch die

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Frequenz des Eingangsimpulssignals bestimmten dreht.

Läuft der Motor normal um, d.h., daß er nicht außer Tritt läuft, so wird das Ausgangssignal am (n-1)-ten Bit des Zählers 227 notwendigerweise gleich 1, bevor zwei Positionssignale in den Zähler 227 einlaufen. Durch das 1-Bit-Ausgangssignal werden daher die Flip-Flops 230 und 231 gelöscht und am Ausgang Q des Flip-Flops 231 erscheint unter keinen Umständen ein Signal 1.

Fällt der Motor außer Tritt und läuft er mit höherer Drehzahl als der Synchrondrehzahl um, so ist während der Zeit von ti bis t4 (Figur 13(B)) das(n-1 )-te Bit des Ausgangs des Zählers 227 nicht auf 1. Vielmehr erzeugt der Stellungdetektor 221 gemäß Figur 13(C) und (D) zu den Zeiten t2 und t3 zwei Ausgangssignale. Diese Stellungsdetektorsignale werden die AusgangssignaIe der UND-Gatter 224 und 225 und dienen ferner als Taktsignale für die JK-Flip-Flops 230 und 231. Zur Zeit t2 bzw. t3 wird das Ausgangssignal am Ausgang Q des Flip-Flops 230 bzw.231 gleich 1. Im Ergebnis wird ein Außertrittfallen des Motors erfaßt.

Wie erwähnt, muß die Bitzahl η des Zählers 227 auf der Basis der Drehung des Stellungsdetektors bestimmt werden. Erzeugt beispielsweise der Zähler 227 einen einzelnen Stellungsimpuls, wenn er, wie im gegebenen Ausführungsbeispiel fünf Drehimpulse eiupfängt, so wird die Bitzahl η zu fünf gewählt, d.h. η = 5.

Ist η größer als 5, so tritt der Fall ein, daß die Überwachungsstufe 190 das Außertrittfallen des Motors nicht erfaßt, selbst wenn er sich langsamer als mit der Synchrondrehzahl dreht. Wird η kleiner als 5 gewählt, so erzeugt es ein das Außertrittfallen darstellendes Signal auch dann, wenn der Motor normal umläuft.

Nachdem das Außertrittfallen auf diese Weise erfaßt ist, wird die elektromagnetische Bremse 7 eingeschaltet, so daß der betreffende Bremsstab sicherheitshalber in der gegebenen Stellung gehalten wird.

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Wenn der Motor normal umläuft oder wenn er bei Gleichstroinerregung ein Haltemoment erzeugt, wird die Bremse 7 durch die gleiche nicht gezeigte Spannungsquelle eingeschaltet, so daß sie sich in einem Lösezustand befindet. Wird unter diesen Umständen die Spannungsquelle abgeschaltet, so erzeugt die Bremse 7 automatisch ein Bremsmoment, um zu verhindern, daß der Regelstab infolge seines Eigengewichts herabfällt.

Wie oben beschrieben, ermöglicht es die Überwachungsschaltung der Figur 11, die Bremse 7 automatisch einzuschalten, um so den Bremsstab in der gegebenen Stellung zu halten, wenn der Motor außer Tritt fällt oder wenn die Speisequelle ausgeschaltet wird, so daß der Motor kein Drehmoment erzeugt. Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die JK-Flip-Flops zur Erfassung des Außertrittfaliens verwendet, wenn der Motor mit einer höheren Drehzahl als der Synchrondrehzahl umläuft. Sie können jedoch auch durch einen Zähler ersetzt werden.

Anhand der Figuren 14, 15 und 16 wird der Multiplexer 61 der Figur 2 näher erläutert. Figur 14 zeigt ein Beispiel des erfindungsgemäßen Multiplexers. Das vom Stellungsdetektor abgegebene Stellungssignal 340 (Figur 16(A)) wird in ein Speicherregister 347 und ein Stelungsdatenregister 341 eingegeben, und zwar auf einen Schiebeimpuls 350 (Figur 16(B)). Erreichen die in das Speicherregister 347 eingegebenen Stellungsdaten P_Q/ so erzeugt ein Impulsgenerator 348 einen Ladeimpuls (Figur 16(C)) und die Stellungsinformation Po und die Leerbits So und S1 werden im Stellungsdatenregister 341 gespeichert. Die zu übertragenden Stellungsdaten P1 und die im Stellungsdatenregister 341 gerade gespeicherte Stellungsinformation Po werden kontinuierlich in ein Schieberegister 343 (Figur 16(D)) eingegeben und durch Schiebeimpulse 353 verschoben, die vom Impulsgenerator 348 erzeugt werden. Die maximale Anzahl von X und Y-Adressenbits, die es erlauben, diese Bits dauernd auf dem gleichen Pegel, beispielsweise 1 zu halten,ist gleich 5. Da die Regelstäbe symme-

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trisch angeordnet sind, ist diese maximale Zahl die gleiche, nämlich 5, wenn die X- und Y-Adressenordnungen umgekehrt werden. Daher sind zur Unterscheidung zwischen den Synchronisier- und den Adressensignalen, die durch feste Logiken gebildet werden, 6 oder mehr Bits für das Synchronisiersignal notwendig.

Wie erwähnt, benötigt das Stellungsinformationsfeld in Figur wenigstens 12 Bits. Zur Unterscheidung zwischen dem Synchronisiersignal und dem Stellungsinformationsfeld ist das Stellungssignal entsprechend in zwei Abschnitte unterteilt und es sind die Leerbits So und S1 vorgesehen, die fest auf 0 liegen, indem das Synchronisiersignal auf das Stellungsinformationsfeld bezogen ist, um die Beziehungen Po<PI - 1 und P1<PI zu erfüllen, worin PI' die Bitzahl· des Synchronisiersignals bezeichnet und Po und P1 die unterteilten Stellungsinformationsbeträge sind.

Das Synchronisiersignal für die Synchronisiersteuereinheiten, die in einem Reihenübertragungssystem asynchron arbeiten, das Adressensignal des Regelstabs und das Stellungssignal des Regelstabs können klar unterschieden werden, wenn die soeben erwähnten Beziehungen des Synchronisiersignals zu den Regelstab-Stellungssignalen erfüllt werden.

Wird eine solche Bedingung zur Erfüllung der Beziehungen eingeführt, so sind die Kopfadressen der X- und Y-Koordinatenachsen der Regelstabgruppe nicht notwendig fest den Köpfen der jeweiligen Adressensignale zugeordnet.

Anhand Figur 17, die ein Fließbild eines Programms für den Test der Anschlußeinheiten zeigt, wird ein Testverfahren der Anschlußeinheiten beschrieben. Ein Programmschritt 10 bestimmt die Adresse der zu testenden Anschlußeinheit und bringt die Vergleichsschaltung der Figur 3 dazu, einen Befehl zur Erfassung eines Erregungszustandes des mit der Anschlußeinheit gekuppelten Motors zu erfassen. Wird ein von der Anschlußeinheit zurückkehrendes Quittungssignal erfaßt, so speichert zu dieser Zeit

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die Vergleichsschaltung den Erregungszustand. Da sich während des Betriebs bis jetzt der Erregungszustand nicht geändert hat, läuft der Motor unter keinen Umständen um. Bei einem Programmschritt 40 wird ein Befehl zur magnetischen Erregung sämtlicher Erregerwicklungen des Rotors und Stators abgegeben und geprüft/ ob sämtliche Statorwicklungen erregt sind oder nicht. Sind sämtliche Statorwicklungen in normaler Weise erregt, so wird in einem Programmschritt 60 ein Befehl zur Entregung der Erregerwicklungen gegeben. Bei einem Programmschritt 70 wird in ähnlicher Weise geprüft, ob sämtliche Wicklungen , entregt sind oder nicht. Sind sämtliche Wicklungen in normaler Weise entregt, so wird der Erregungszustand der Anschlußeinheit in einem Programmschritt 80 auf den anfänglichen Zustand rückgesetzt und die Adresse wird vervollständigt, um den Test in ähnlicher Weise zu wiederholen. Wird ein anomaler Zustand erfaßt, ein geöffneter Schaltkreis oder ein Kurzschluß, so wird die Adresse der anormalen oder Schwierigkeiten verursachenden Anschlußeinheit angezeigt und der Testbetrieb angehalten.

Bei der Erregung oder Entregung sämtlicher Wicklungen ist das Motordrehmoment gleich 0 (bei einem Permanentmagnetmotor nimmt das Drehmoment ab). Die Zeit, während der das Drehmoment gleich 0 ist, beträgt jedoch höchstens 400 ys, so daß sich der Regelstab nie bewegt. Zusätzlich wird im Programmschritt 80 nach Vollendung des Tests der Erregungszustand in den anfänglichen Zustand zurückgebracht, so daß sich der Motor nicht drehen kann.

Wie beschrieben, ist die Testroutine für den geöffneten Zustand und den Kurzschlußzustand möglich, ohne daß der Motor umläuft. Dies vermeidet Schwierigkeiten hinsichtlich der Abnutzung. Zusätzlich werden bei auftretenden Schwierigkeiten diese und ihr Zustand und die Adresse der Schwierigkeiten verursachenden Stelle angezeigt. Dies erleichtert die notwendigen Reparaturen. Somit ist das Testverfahren gut geeignet für die Regelstabregelung von Kernreaktoren.

Bei dem Testverfahren der Figur 17 wird nach Erregung sämtlicher Wicklungen der Erregungszustand nicht in den Anfangszustand zurückgesetzt. Wenn aber der Maschinenzyklus lang oder die mechanische Zeitkonstante eines zu testenden Gegenstandes kurzer ist, kann der Erregungszustand unmittelbar nach Vollendung des Tests in den anfänglichen Zustand rückgesetzt werden, so daß sich der Regelstab nicht bewegt.

Wird ein Fehler festgestellt, so wird der fehlerhafte Regelstab unter Verwendung der Magnetbremse in seiner Stellung festgesetzt. Es ist klar, daß sowohl die Erregung sämtlicher Wicklungen als auch die Entregung zuerst starten können.

Wie oben beschrieben, prüft die erfindungsgemäße Regelanordnung, ob die Anschlußeinheit richtig arbeitet oder nicht, unter Verwendung des Rückkehrvergleichs oder der Überprüfung; es wird stets ein On-Line-Test der Anschlußeinheiten mit den bestimmten Adressen durchgeführt. Wenn daher ein Fehler oder Schwierigkeiten auftreten, so können diese unverzögert festgestellt werden, so daß ein fehlerhafter Betrieb des Regelstabes infolge des Fehlers wirksam verhindert werden kann. Ferner ist der Schaltungsaufbau der Anschlußeinheit äußerst einfach. Durch die Verwendung des Multiplex-Digitalsignals werden Signalleitungen eingespart, die die Regeleinheit mit den Anschlußeinheiten verbinden.

Die bei dem oben beschriebenen Beispiel verwendeten Schrittmotoren können durch andere geeignete Motoren, beispielsweise durch Gleichstrom- oder Induktionsmotoren ersetzt werden.

Wie beschrieben, hat die erfindungsgemäße Regelanordnung die Funktion, On-Line zu prüfen, und benötigt eine kleine Anzahl von Kabeln und eine kleine Anzahl von Teilen der Anschlußeinheiten. Sie eignet sich daher gut als Regelanordnung für den Regelstabantrieb von Kernreaktoren.

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Claims

PATENTANWÄLTE
SCHI-" ν. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINGHAUS FINCK

MARIAHILFPLATZ a A3, MÖNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 6O D-8OOO MÖNCHEN 95

PROFESS ONAL REPfVESe¹WT ATiVES ALSO BEFORE THE EUROPEAN PATENT ÜPPIGE

KARL LUDWIG SCHIFF {19G-1 - IJ~U)

DlHL. CHEM. OS ALEXAMDEO _v. FÜN£i3

DIPL. ING. PETER STIlEHl.

DIPL. CHEM. DR. URSULA SCHÜ3EL-HOPF

DIPL. ING. DIETE« EBBir.&HAUS

DR. ING. DIETER KINCK

HITACHI, LTD. DEA-14 416

TELEFON (Οβθ) 4B 2O 54 TELEX S-23S6S AURO D TELEGRAMME AUROMARCPAT MÜNCHEN

9. März 19 79

Regelanordnung für den Regelstabantrieb von Siedewasserreaktoren

PATENTANSPRÜCHE

/i, Regelanordnung für den Regelstabantrieb von Siedewasserreaktoren, gekennzeichnet durch mehrere Schrittmotoren (41 bis 4i) zum Einschieben und Herausziehen der im Reaktor (80) befindlichen Regelstäbe (81 bis 8i), wobei je Regelstab ein Schrittmotor vorgesehen ist, durch je Schrittmotor vorgesehene Anschlußeinheiten (31 bis 3i) für je einen Schrittmotorregler, die auf ein Antriebssignal in einem Befehlssignal ein Schrittmotor-Speisesignal zum Antreiben des zugehörigen Schrittmotors erzeugen und auf ein Testsignal· den Betrieb des zugehörigen Schrittmotors prüfen und ein Quittungssignal zurücksenden, das den Zustand des zugehörigen Schrittmotors darstellt,

durch eine zentrale Verarbeitungseinheit (20) mit einer ersten Einrichtung zur abwechselnden Übertragung eines Befehlssignals und eines Testsignals zu jedem der Schrittmotorregler, mit einer

zweiten Einrichtung, die das der Anschlußeinheit zugeführte Testsignal mit dem von der zugehörigen Anschlußeinheit zurückkehrenden Quittungssignal auf das zugehörige Testsignal zur Feststellung eines Fehlers der zugehörigen Anschlußeinheit vergleicht, einer dritten Einrichtung zur Überlagerung des Speisesignals auf das dem Schrittmotor zugeführte Befehlssignal zu einem gegebenen Zeitintervall und eine vierte Einrichtung zur Änderung des gegebenen Zeitintervalls der dritten Einrichtung entsprechend der Betriebsart des zugehörigen Regelstabes, und

durch Übertragungsleitungen (200, 201) zwischen der zentralen Verarbeitungseinheit und den Anschlußeinheiten.
2. Regelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Anschlußeinheiten (31 bis 3i) eine erste Einrichtung zum Vergleichen der Adresse in einem zu einer Anschlußeinheit kommenden Befehlssignal mit der Adresse der Anschlußeinheit selbst, eine zweite Einrichtung zur Bildung des Quittungssignals und eine dritte Einrichtung zur Speisung des zugehörigen Schrittmotors enthält, wenn beide Adressen übereinstimmen.
3. Regelanordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine vierte Einrichtung (190) zur Erfassung eines anomalen Betriebszustandes des Schrittmotors, die ein Signal zum Sperren des Betriebs des Schrittmotors auf der Basis eines Drehimpulssignals, das im Befehlssignal enthalten ist, und ein

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Signal erzeugt, das eine Winkelstellung des umlaufenden Motors wiedergibt. /

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