基于PLC技術(shù)的田灣核電燃料轉(zhuǎn)運控制系統(tǒng)

劉偉 李平

摘要：田灣核電燃料轉(zhuǎn)運裝置是燃料運輸和貯存系統(tǒng)（PMC）的重要組成部分，是反應(yīng)堆停堆換料的關(guān)鍵設(shè)備之一。其控制系統(tǒng)采用西門子PLC（可編程邏輯控制器），這個系統(tǒng)包括：控制臺、控制柜、現(xiàn)場設(shè)備及接線盒。以上組成部分，相互協(xié)調(diào)，完成整個系統(tǒng)的運動控制、信號連鎖、報警、人機接口。

關(guān)鍵詞：PLC（可編程邏輯控制器）；工業(yè)控制；燃料轉(zhuǎn)運裝置

中圖分類號：TP301 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）11-0260-02

Abstract： Tianwan nuclear power fuel transfer device is an important part of the fuel transport and storage system （PMC）， and is one of the key equipment for reactor shutdown and refueling. The control system adopts Siemens PLC （programmable logic controller）， which includes console， control cabinet， field equipment and junction box. The above components coordinate with each other to complete the motion control， signal interlocking， alarm and man-machine interface of the whole system.

Key words： PLC （programmable logic controller） ； industrial control； fuel transfer device

1 引言

燃料轉(zhuǎn)運裝置是壓水堆停堆換料的關(guān)鍵設(shè)備之一，在反應(yīng)堆換料期間使用，屬于燃料運輸和貯存系統(tǒng)（PMC）。田灣核電5、6號機組燃料轉(zhuǎn)運裝置控制系統(tǒng)采用PLC（可編程邏輯控制器）技術(shù)。 PLC作為當(dāng)代主流的工業(yè)控制技術(shù)，具有控制功能全面（邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等）、控制實時性強、可靠性高、易組態(tài)、易擴展的特點，廣泛應(yīng)用于冶金、能源、化工等工業(yè)領(lǐng)域。田灣核電5、6號機組燃料轉(zhuǎn)運裝置，以PLC作為其控制系統(tǒng)的核心，完成對燃料組件轉(zhuǎn)運的自動化控制。

2 田灣核電燃料轉(zhuǎn)運控制系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

田灣核電5、6號機組燃料轉(zhuǎn)運裝置配置在反應(yīng)堆廠房（RX）與燃料廠房（KX）換料水池下，在水下進行燃料組件裝卸操作。一次完整的乏燃料卸料操作有以下環(huán)節(jié)：

? 反應(yīng)堆廠房裝卸料機將乏燃料吊入空的豎直位置的燃料承載器中；

? 傾翻架將乏燃料組件從垂直位置翻轉(zhuǎn)至水平位置；

? 運輸小車承載乏燃料組件經(jīng)轉(zhuǎn)運通道向燃料廠房轉(zhuǎn)運；

? 到達燃料廠房側(cè)后，傾翻架從水平傾翻燃料組件到豎直位置；

? 燃料廠房乏燃料水池吊車吊出乏燃料組件。

新燃料的安裝過程與此基本相同，只是轉(zhuǎn)運方向相反。系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)需要通過燈光、音響、圖像等方式進行轉(zhuǎn)運全程監(jiān)控。控制系統(tǒng)具體功能如下：

? 對燃料轉(zhuǎn)運小車的運動控制（啟動、停止、運行速度及定位）功能；

? 對傾翻架（R側(cè)、K側(cè)）的運動控制（啟動、停止、運行速度及定位）功能；

? 燃料轉(zhuǎn)運各環(huán)節(jié)的控制聯(lián)鎖功能；

? 燃料轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的人機界面功能；

? 燃料轉(zhuǎn)運系統(tǒng)安全保護功能，包括對操作人員、設(shè)備及燃料組件的保護功能。

3 田灣核電燃料轉(zhuǎn)運控制系統(tǒng)的組成

田灣核電燃料轉(zhuǎn)運控制系統(tǒng)組成包括：控制臺、控制柜、接線箱及現(xiàn)場設(shè)備（電機、編碼器、限位開關(guān)等）。系統(tǒng)示意圖如下。

3.1 控制臺

控制臺作為系統(tǒng)的主要人機界面，操作員通過它獲取整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)及報警信息，并通過它對系統(tǒng)進行操作。控制臺上安裝有觸模屏、按鈕指示燈等設(shè)備。觸摸屏顯示操作燃料轉(zhuǎn)運所需要的信息，包括：傾翻架、轉(zhuǎn)運小車運行的全部信息、故障報警顯示、傾翻架和小車運行示意圖、聯(lián)鎖及旁路操作畫面、幫助信息顯示等。同時完成系統(tǒng)操作時的所有信息輸入，例如：系統(tǒng)配置參數(shù)、控制指令、選擇、確認(rèn)等。控制臺上的安裝的按鈕指示燈作為觸模屏的補充及備份。

3.2 控制柜

控制柜柜內(nèi)安裝有：

? PLC邏輯控制器，包括電源模塊、CPU模塊、IO模塊等；

? 控制繼電器、中間繼電器；

? 配電設(shè)備，包括：變壓器、斷路器、直流電源等；

? 伺服驅(qū)動器；

? 輔助設(shè)備，包括：端子排、照明燈等。

控制柜接收控制臺控制命令，實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的控制操作。

3.3接線箱及現(xiàn)場設(shè)備

接線箱負(fù)責(zé)將轉(zhuǎn)運裝置上的各種設(shè)備的連接電纜匯總后接入控制系統(tǒng)。

現(xiàn)場設(shè)備包括：電機（轉(zhuǎn)運小車、傾翻架電機）、抱閘裝置、編碼器（絕對值編碼器、增量編碼器）、位置傳感器、漏水檢查裝置等。

4 田灣核電燃料轉(zhuǎn)運裝置小車運動控制原理描述

燃料轉(zhuǎn)運的小車采用雙閉環(huán)運動控制，具體如下：小車驅(qū)動電機安裝有增量轉(zhuǎn)速編碼器用于測量電機轉(zhuǎn)速，將電機轉(zhuǎn)速信號反饋給驅(qū)動變頻器，變頻器比較電機轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的偏差，依據(jù)偏差值確定驅(qū)動電機的供電頻率。以上電機、增量轉(zhuǎn)速編碼器、變頻器構(gòu)成運動控制的內(nèi)環(huán)，起到穩(wěn)定電機轉(zhuǎn)速、消除擾動的作用。小車本體上安裝有絕對值位置編碼器，通過位置編碼器小車實時位置，并將位置信息反饋給PLC控制器，由控制器根據(jù)小車的實時位置與目標(biāo)位置之間的偏差，確定電機轉(zhuǎn)速的高低。

參考文獻：

[1] 劉振全.西門子PLC從入門到精通[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2018.

【通聯(lián)編輯：梁書】