清洗手套箱配套轉運設備自動控制方案

李哲宇 溫 毅 康文凱 李 龍 張

（中國輻射防護研究院，山西 太原030006）

1 系統說明

掛片清洗手套箱配套轉運設備分為三部分，分別是防護容器手動運輸小車、轉運接口開關蓋裝置及其控制系統和單軌吊車及其控制系統。

1.1 防護容器手動運輸小車主要承擔防護容器的運輸功能并能夠在轉運接口處實現定位鎖緊功能，將小車位置固定在吊運接口處，以便后續操作；

1.2 轉運接口開關蓋裝置主要用于實現轉運接口的開關蓋功能，并保證無轉運操作時轉運接口處的密封；

1.3 單軌吊車用于實現手套箱內對帶掛片防護容器蓋的吊運操作；

1.4 控制柜主要用于安裝開關蓋裝置和吊車的控制系統，并設有操作面板。

2 防護容器手動運輸小車

手動運輸小車主要包括軌道和運輸車兩部分。

軌道用于對小車進行導向，并在兩端設置限位塊，防止小車推拉出軌道。

小車主要承擔屏蔽防護容器的運輸功能，并設置有推拉扶手及定位鎖緊裝置，以便于人員拉出小車，且保證小車能夠穩定停靠在轉運接口位置。

手動運輸小車示意圖如圖1。

3 轉運接口開關蓋裝置及其控制系統

轉運接口開關蓋裝置主要包括驅動電機、安裝支撐板、聯接貫穿軸、密封管套、聯軸器、旋轉臂和轉運接口蓋。

轉運接口開關蓋裝置中電機為開關蓋提供動力；電機支架用于支撐電機；聯接貫穿軸用于聯接電機輸出端和聯軸器；密封套管主要用于密封傳動軸以及套管和手套箱之間的固定孔；聯軸器用于聯接貫穿軸和旋轉開蓋裝置；旋轉開蓋為開關蓋的執行機構。

圖1 防護容器手動運輸小車

圖2 轉運接口開關蓋裝置

開關蓋裝置的控制系統能夠實現開關蓋的位置控制，并根據密封要求實現一定的預緊力控制，并設置有急停開關、報警指示燈、誤操作鑰匙，同時配有遙控手柄，便于遠程控制，且控制柜操作面板上能夠顯示開關蓋位置。轉運接口開關蓋裝置示意圖如圖2。

4 單軌吊車及其控制系統

單軌吊車包括支腿、橫梁軌道、起吊裝置和安全裝置。支腿為起吊裝置提供支撐作用；橫梁為起吊裝置滑動用軌道，通過機械設計保證起吊和運輸過程的平穩；起吊裝置包括定位系統、吊鉤、電纜及拖鏈，起吊裝置做模塊化設計，便于后期整體更換；安全裝置包括緩沖裝置以及制動裝置，緩沖裝置防止起吊裝置與軌道兩端碰撞，制動裝置保證起吊裝置在軌道上自由滑動。

單軌吊車控制系統能夠實現吊鉤高度控制、吊車水平位置控制的操作，并進行精確定位，能夠在操作面板上實時顯示位置。控制系統設置有急停開關、報警指示燈及誤操作鑰匙，且能夠遠程操作，同時具有鎖緊功能，保證了系統斷電后吊鉤不會自由掉落、起吊裝置啟動及停止過程的平穩，盡可能的減小了運行過程中的晃動。

單軌吊車示意圖如圖3。

5 控制柜及遙控面板

控制柜以外形尺寸最小，強弱電分開設計以及便于操作為原則設計。

控制柜示意圖如圖4。

轉運接口開關蓋裝置遙控與單軌吊車遙控合二為一，遙控器為無線形式。

遙控面板示意圖如圖5。

6 超聲波清洗器

超聲波清洗器放置于手套箱中，手套箱內的吊車將容器蓋連同掛片吊裝至超聲波清洗器中，利用超聲波的清洗作用對掛片進行清洗去污，清洗后將容器蓋及掛片吊離清洗器。

超聲波清洗器主要由設備主體

（包括超聲波清洗池，超聲波振盒，液位檢測顯示部分，清洗液進出口管），超聲波發生器，電纜，控制系統組成。

超聲波清洗器的控制系統具備以下功能：

①能顯示清洗總功率、每個振盒功率、電壓、電流和工作頻率，實現功率可調；

②當某個振盒因內部振子故障或其它原因導致功率低于某值時，可進行故障診斷，以便實現檢修或更換；

③控制操作人性化，顯示部分清晰明了；

圖3 單軌吊車

圖4 控制柜

圖5 遙控面板

圖6 超聲波清洗器

④設置有液位監測系統對池內液位進行連續監測，顯示裝置上設置有液位最低點、液位正常點、液位最高點三個特殊顯示標志。

超聲波清洗器示意圖如圖6。

7 控制系統硬件配置

開關蓋裝置控制主要通過開關量與PLC 進行交互，其中DI共計6 個，包括4 個按鈕+2 個行程開關；DO 共計4 個，包括4個指示燈+2 個繼電器/交流接觸器輸出。開蓋電機選用750W交流伺服電機加直角減速裝置。

單軌吊車的自動控制由可移動控制箱和有線遙控手柄組成，其中可移動控制箱里安裝有電機驅動器、PLC主機和I/O 模塊、系統供電部分，并配距離反饋裝置。平移電機選用400W交流伺服電機；垂直升降采用750W伺服電機+減速機+鏈條式傳動裝置。

為了減少單吊行車在在垂直升降過程中出現的晃動，整個運行過程中以不同的速度運行，其中啟動為第一速度，過程為第二速度，鄰近目標位置時以第三速度減速運行。

8 控制柜操作界面

操作界面共由5 個頁面組成，分別為初始化界面、超聲波界面、單軌吊車界面、參數設置界面以及自動模式位置設置界面。

初始化界面示意圖如圖7。

在初始化界面，可對設備進行初始化設置。

超聲波界面示意圖如圖8。

在超聲波界面，可以對超聲波清洗池中的三個超聲波發聲裝置分別進行控制，并觀測超聲波清洗池中的液位。

單軌吊車界面示意圖如圖9。

在單軌吊車界面，可以對行車、吊具、密封蓋進行控制，并觀測行車、吊具的實時位置。

參數設置界面示意圖如圖10。

在參數設置界面，可以分別對超聲波發生裝置的電流、吊具升降電機的速度、行車水平電機的速度進行設置，使這些參數滿足設備運行的需求。

自動模式位置設置界面示意圖如圖11。

在自動模式位置設置界面，可對行車和吊具自動移動到物料口、清洗池、淋洗池的位置進行精確設定，使設備運行精度達到產品設計需求。

9 系統運行測試結果

設備接通電源后，分別對轉運接口開關蓋裝置、單軌吊車以及超聲波清洗器進行測試。經檢測，轉運接口開關蓋裝置的4 個按鈕、2 個行程開關、開蓋交流伺服電機以及直角減速裝置均可正常工作，且均能有效按照既定的工作模式運行，完成設定的工作任務。單軌吊車的距離反饋裝置、平移交流伺服電機、垂直升降伺服電機、減速機以及鏈條式傳動裝置均可正常工作，且均能有效按照既定的工作模式運行，完成設定的工作任務。超聲波清洗器的3個超聲波振盒、液位監測系統以及3 個超聲波發生器均可正常工作，且均能有效按照既定的工作模式運行，完成設定的工作任務。控制柜的電機驅動器、PLC 主機、I/O 模塊、系統供電部分、4 個指示燈、2 個繼電器/交流接觸器、觸摸屏以及設備配套的無線遙控系統（包括遙控器）均可正常工作，且均能有效按照既定的工作模式運行，完成設定的工作任務。各個裝置之間協作運行、配套使用時，聯動工作模式均可正常運行，滿足設計要求。

圖7 初始化界面

圖8 超聲波界面

圖9 單軌吊車界面

圖10 參數設置界面

圖11 自動模式位置設置界面