PLC 補償裝置在燃料操作系統的應用

茍 海，靳瀚博

（中核核電運行管理有限公司，浙江嘉興 314300）

1 軸編碼器功能介紹

1.1 軸編碼器結構

軸編碼器采用AECL 提供的由Blenkhorn&Sawle 公司生產的多位信號軸編碼器。該軸編器是把角位移轉換成數字信號的一種裝置，分辨率達到256 counts/r，有效量程32 圈，可提供量程范圍0～8192 counts，對應八進制的0～17 777，可以無限循環。由電刷和旋轉電極的斷開和接通，輸出0 或1 的開關量信號。軸編碼器內部由20 個電刷和2 個圓柱形電極組成，1 個電極與輸入軸連接，直接反映輸入軸的角位移信號，稱為高速電極；另一個電極通過1∶32 的齒輪減速后跟隨輸入軸旋轉，稱為低速電極。

1.2 軸編碼器在燃料操作系統中的應用

目前，秦山重水堆燃料操作系統的軸編碼器按監測種類有9 類，包括新燃料推桿位置監測，新燃料料倉位置監測，乏燃料升降斗位置監測，乏燃料小車位置監測，橋架Y 向位置監測，裝卸料機滑車X，Y，Z 向位置監測，懸鏈小車位置監測。按照不同的連接方式，軸編碼器監測方式有軸位移監測和角位移監測兩類，且每count（位）的大小也不相同。

2 軸編碼器補償裝置介紹

PLC 補償裝置最初設計思路是用于滑車X 向軸編碼器的讀數補償。主要功能是加減軸編碼器讀數，然后將讀數反饋給計算機，達到補償計算機設定點的要求。除此之外，裝置還設計了以下一些特殊工況時的功能。

（1）CW/CCW。這個旋鈕用來選擇是增方式還是減方式計數。該功能是為診斷軸編碼器情況而設置，CW+CCW=17 777。通常情況下無需使用。

（2）正常/應急。這個旋鈕用來選擇工作模式。正常情況下可從軸編碼器讀取數值，然后通過內部修正進行輸出。在應急情況下，輸出為計數模式，最初輸出值將被置于X 位值，然后通過Bit0 位的變化來逐次累加。

（3）報警解除/開啟。這個旋鈕用于開啟和關閉報警功能。當開啟報警功能時，達到報警條件，系統將報警。當關閉報警功能時，即使達到報警條件也不會觸發報警功能。但此開關無法消除當前已經存在的報警。為不影響正常使用，平時將報警關閉。

3 橋架軸編碼器失效分析及處理

在燃料操作系統中橋架區域屬于不可達區域，在一個大修周期內，人員不能到達。因此橋架區域的設備一般都有冗余，確保一個信號失去后，橋架仍可正常動作。橋架軸編碼器在兩端各有1 個，軸編碼器的同步性用于判斷橋架是否出現傾斜，以及精準檢測橋架位置。因此，橋架軸編碼器失效分析應該包括1 個軸編碼器失效和2 個軸編碼器失效情況。2 個軸編碼器如果均發生失效，必須停堆處理。本文主要介紹1 個軸編碼器失效后的處理方法。1 個軸編碼器失效模式包括讀數漂移、讀數缺位和亂碼。

3.1 軸編碼器讀數漂移

軸編碼器讀數漂移指在運行一段時間后，由于橋架運行軌道打滑或軸編碼器安裝不牢靠及其他情況，致使軸編碼器讀數發生漂移，軸編碼器本身功能正常。例如，橋架在完全下降位置為100，但是其中1 個軸編碼器為102，此時橋架會出現傾斜報警。由于2 個軸編碼器讀數相差2 counts，默認橋架傾斜。此時，可以利用PLC 補償裝置，將102 補償到100 后輸入計算機，從而解決問題，界面如圖1 所示。

圖1 PLC 裝置補償界面

3.2 軸編碼器讀數缺位

軸編碼器讀數缺位指軸編碼器本身功能出現異常，某一位或多位出現故障（非Select）。此狀況下，軸編碼器的讀數方向不會發生變化，即增大一直是增大，減小一直是減小，只是其中某些數值將不顯示。

軸編碼器插針與顯示模塊關聯位Bit0～Bit2 對應個位A，Bit3～Bit5 對應十位B，Bit6～Bit8 對應百位C，Bit9～Bit11 對應千位D，Bit12 對應萬位E。以個位A 為例，某一位電極或多位缺失后，狀態見表1。

表1 軸編碼器缺位狀態

如果是高速極（Bit7～Bit12）出現故障，故障現象會有所不同，因為高速區的電極均由3 路信號確定，例如，BIT7=BIT7LAG* +BIT7LEAD*S（設S 為SELECT 的值）。因此分析高速區電極故障比較復雜，本文暫不敘述。

（1）利用PLC 補償裝置判斷故障現象。將軸編碼器回路接入PLC 裝置，利用CW+CCW=17 777 原理，判斷是否軸編碼器故障。如果CW+CCW≠17 777，則軸編碼器故障。

（2）利用PLC 補償裝置解決故障。利用PLC 的計數功能，采取累加/累減的方式彌補缺位。同時在應急狀態下將觸發另一個界面——計數統計界面。可以通過方向箭頭上下來切換，計數輸出界面和計數統計界面。

Bit0 每次改變狀態時，十進制變化了2 個數；Bit1 每次改變狀態時，十進制變化了4 個數；Bit2 每次改變狀態時，十進制變化了8 個數；以此類推，Bitx 每次改變狀態時，十進制變化了2x+1 個數。每一位Bit 循環周期均為2x 個0，2x+1 個1，2x 個0。

3.3 軸編碼器讀數亂碼

軸編碼器讀數亂碼指電機在一個方向驅動時，軸編碼器的讀數時大時小，沒有規律可循。通過經驗判斷，這種狀況多為Select 位缺失。此位缺失，直接影響Bit7～Bit12。假如Select=0，則Bit7=Bit7Lag；Bit8=Bit8Lead；Bit9=Bit9Lead；Bit10=Bit10Lead；Bit11=Bit11Lead；Bit12=Bit12Lead。

這種情況下，只能從另一個互補的軸編碼器引入Select 輸出位。當軸編碼器分別正轉和反轉時，Select 的電平圖剛好相反，也就是當CW 為1 時，CCW 為0。因此，如果需要引入另一個軸編碼器的Select 位到PLC，需要取反后再輸出，可以解決此問題。

4 總結

介紹利用PLC 補償裝置的補償、計數和故障判斷功能，分析橋架軸編碼器、滑車軸編碼器和乏燃料升降斗軸編碼器故障應急的方法及可行性，指導以后工作中的實際問題。本文講述的軸編碼器在燃料操作系統中具有較強代表性，PLC 補償裝置的功能適用于本系統的所有軸編碼器，故不再逐一論述。