專利名稱：應(yīng)用集成運(yùn)動(dòng)控制功能plc的核電站裝卸料機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于核電站裝卸料機(jī)的控制領(lǐng)域，具體為一種應(yīng)用集成運(yùn)動(dòng)控制功能PLC 的核電站裝卸料機(jī)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
裝卸料機(jī)是核電站停堆換料期間完成反應(yīng)堆換料的關(guān)鍵設(shè)備，它們的操作對(duì)象是反應(yīng)堆燃料組件。從國(guó)內(nèi)外核電站的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來看，裝卸料機(jī)的綜合性能對(duì)核電站的經(jīng)濟(jì)性和燃料組件操作的安全性會(huì)產(chǎn)生直接影響。實(shí)現(xiàn)裝卸料機(jī)的全自動(dòng)數(shù)字化控制可以進(jìn)一步提高換料效率、提高燃料操作的安全性和可靠性。對(duì)比國(guó)產(chǎn)裝卸料機(jī)只提供單一手動(dòng)操作的現(xiàn)狀，新型全自動(dòng)數(shù)字化的裝卸料機(jī)優(yōu)化提高了各機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度；提供了半自動(dòng)和全自動(dòng)操作模式，實(shí)現(xiàn)了大、小車的精確自動(dòng)定位；并在半自動(dòng)、全自動(dòng)操作模式下能夠采用偏移法操作，提高了裝卸料效率；增強(qiáng)了人機(jī)界面的交互功能，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)數(shù)字化控制和運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化，從而提高裝卸料機(jī)的安全可靠性能和經(jīng)濟(jì)性，是當(dāng)今世界核電站裝卸料系統(tǒng)主要發(fā)展方向?？s短裝卸料機(jī)更換燃料組件時(shí)間關(guān)鍵在于1)高效、可靠的驅(qū)動(dòng)設(shè)備和優(yōu)化的工藝運(yùn)行路徑；2)采用快速度自動(dòng)定位系統(tǒng)；3)安全、快速度提取及放下核燃料組件控制、檢測(cè)系統(tǒng)；4)具有優(yōu)秀人機(jī)界面、高度容錯(cuò)性能控制系統(tǒng)；5) 一個(gè)簡(jiǎn)化操作，又能自動(dòng)遠(yuǎn)距離操作程序及簡(jiǎn)化維護(hù)、維修程序。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一套全新的控制系統(tǒng)解決裝卸料機(jī)的全自動(dòng)數(shù)字化控制的技術(shù)問題，在提高裝卸料機(jī)運(yùn)行效率的同時(shí)進(jìn)一步增強(qiáng)其自身的安全可靠性。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種應(yīng)用集成運(yùn)動(dòng)控制功能PLC的核電站裝卸料機(jī)控制系統(tǒng)，包括操作控制臺(tái)、具有人機(jī)界面的觸摸屏計(jì)算機(jī)和PLC控制器，所述的PLC控制器為運(yùn)行PLC和安全PLC組成的雙PLC系統(tǒng)。其中運(yùn)行PLC為集成運(yùn)動(dòng)控制功能的PLC控制器，負(fù)責(zé)裝卸料機(jī)的數(shù)據(jù)采集、邏輯控制、聯(lián)鎖保護(hù)、運(yùn)動(dòng)解算和伺服驅(qū)動(dòng)等方面的功能；安全PLC為通用型PLC，負(fù)責(zé)裝卸料機(jī)的安全保護(hù)系統(tǒng)功能。操作臺(tái)上的各操作按鈕、顯示信號(hào)燈和數(shù)顯表與運(yùn)行PLC控制器連接，觸摸屏計(jì)算機(jī)與運(yùn)行PLC控制器通過總線連接；集成運(yùn)動(dòng)控制功能的PLC控制器通過接口模塊采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)字I/O信號(hào)、編碼器和載荷傳感器的信息，進(jìn)行計(jì)算處理后，再通過接口模塊將控制指令發(fā)送給伺服驅(qū)動(dòng)器，使其完成對(duì)伺服電機(jī)的精準(zhǔn)控制；集成運(yùn)動(dòng)控制功能的PLC控制器與接口模塊之間采用高速總線連接，組成分布式的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。裝卸料機(jī)的安全保護(hù)系統(tǒng)信號(hào)與安全 PLC相聯(lián)。
進(jìn)一步，如上所述的應(yīng)用集成運(yùn)動(dòng)控制功能的PLC的核電站裝卸料機(jī)控制系統(tǒng)， 其中，運(yùn)行PLC為集成運(yùn)動(dòng)控制功能的PLC，將工藝技術(shù)與運(yùn)動(dòng)控制集成在一起，使用成熟的工藝模塊，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制任務(wù)；集成運(yùn)動(dòng)控制功能的PLC與伺服驅(qū)動(dòng)器之間通過接口模塊聯(lián)接，運(yùn)行PLC與接口模塊之間通過DP(Drive)總線通信，DP (Drive)具有時(shí)鐘同步特性，確保定時(shí)向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)送控制指令，實(shí)現(xiàn)定周期控制；同時(shí)通過接口模塊，可以實(shí)現(xiàn)不同廠家驅(qū)動(dòng)器，即可以連接伺服驅(qū)動(dòng)器(控制伺服電機(jī))，連接變頻驅(qū)動(dòng)器(控制異步電機(jī))，連接步進(jìn)電機(jī)(控制步進(jìn)電機(jī))。既可實(shí)現(xiàn)速度控制，也可以實(shí)現(xiàn)精確的位置控制，具有良好的可擴(kuò)展性。進(jìn)一步，如上所述的應(yīng)用運(yùn)動(dòng)型PLC的核電站裝卸料機(jī)控制系統(tǒng)，其中，所述的集成運(yùn)動(dòng)控制功能的PLC控制器的控制功能模塊包括a)循環(huán)調(diào)用模塊，實(shí)現(xiàn)子程序模塊的調(diào)用；b)固定周期調(diào)用模塊，為保證對(duì)大小車、主提升的實(shí)時(shí)控制，運(yùn)行PLC控制器與伺服驅(qū)動(dòng)的接口模塊之間通過DP (DRIVE)總線通信，DP (DRIVE)具有時(shí)鐘同步特性，確保定時(shí)向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)送控制指令，實(shí)現(xiàn)定周期控制；c)編碼器、伺服驅(qū)動(dòng)器初始值設(shè)置模塊，用于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化設(shè)置；d)堆芯柵格維護(hù)管理模塊，實(shí)現(xiàn)堆芯柵格裝卸料記錄和管理；e)大車行走、速度控制模塊，用于根據(jù)實(shí)時(shí)的大車位置，判斷允許大車向前、向后運(yùn)行條件，根據(jù)不同的操作模式，對(duì)大車運(yùn)行的方向和速度進(jìn)行控制；f)小車行走、速度控制模塊，用于根據(jù)實(shí)時(shí)的小車位置，判斷允許小車向左、向右運(yùn)行條件，根據(jù)不同的操作模式，對(duì)小車運(yùn)行的方向和速度進(jìn)行控制；g)主提升升降、速度控制模塊，用于根據(jù)實(shí)時(shí)的主提升位置，判斷允許主提升向上、向下運(yùn)行條件，根據(jù)不同的操作模式，對(duì)主提升運(yùn)行的方向和速度進(jìn)行控制；h)電視桿升降、速度控制模塊，用于根據(jù)實(shí)時(shí)的電視桿位置，判斷允許電視桿上升、下降運(yùn)行條件，根據(jù)不同的操作模式，對(duì)電視桿運(yùn)行的方向和速度進(jìn)行控制；i)大車驅(qū)動(dòng)模塊，接收大車行走、速度控制模塊的指令，進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)指令的解算，對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制；j)小車驅(qū)動(dòng)模塊，接收小車行走、速度控制模塊的指令，進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)指令的解算，對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制；k)主提升驅(qū)動(dòng)模塊，接收主提升行走、速度控制模塊的指令，進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)指令的解算，對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制；1)電視桿驅(qū)動(dòng)模塊，接收電視桿行走、速度控制模塊的指令，進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)指令的解算，對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制；m)抓具嚙合和脫扣控制模塊，用于判斷允許抓具嚙合和脫扣的條件，對(duì)抓具的嚙合和脫扣操作進(jìn)行控制；η)故障處理模塊，用于故障檢測(cè)以及故障復(fù)位；ο)保護(hù)系統(tǒng)模塊，用于系統(tǒng)的安全保護(hù)功能；ρ)顯示模塊，用于顯示大、小車、主提升的位置坐標(biāo)以及載荷重量；q)自動(dòng)、半自動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)裝卸料機(jī)的自動(dòng)、半自動(dòng)操作；r)偏移法換料模塊，實(shí)現(xiàn)在選擇偏移法換料時(shí)，控制系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前堆芯燃料組件的排列情況，自動(dòng)計(jì)算大小車正確的偏移位置，不需要操作員人工計(jì)算和干預(yù)進(jìn)一步，如上所述的應(yīng)用集成運(yùn)動(dòng)控制功能PLC的核電站裝卸料機(jī)控制系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)通過PLC控制器的自動(dòng)、半自動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)操作模式和全自動(dòng)操作模式；通過PLC控制器的保護(hù)系統(tǒng)模塊在對(duì)設(shè)備運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的同時(shí)執(zhí)行安全運(yùn)動(dòng)保護(hù)聯(lián)鎖功能。進(jìn)一步，如上所述的應(yīng)用集成運(yùn)動(dòng)控制功能的PLC的核電站裝卸料機(jī)控制系統(tǒng)， 其中，控制系統(tǒng)在半自動(dòng)操作模式和全自動(dòng)操作模式下，能夠采用偏移法換料操作，顯著提高主提升在全運(yùn)動(dòng)行程的速度，同時(shí)避免燃料組件之間的摩擦和碰撞，實(shí)現(xiàn)快速裝卸料操作。本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明通過集成運(yùn)動(dòng)控制功能的PLC控制器的邏輯處理單元實(shí)時(shí)地采集和監(jiān)測(cè)由現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備反饋來的位移和重量等信息，加以計(jì)算實(shí)時(shí)地得到運(yùn)動(dòng)控制指令并發(fā)送至PLC控制器的工藝功能模塊，使其對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制。集成運(yùn)動(dòng)控制功能的PLC控制器可以根據(jù)操作員的操作變化做出超快速響應(yīng)，提高了裝卸料機(jī)動(dòng)作的精準(zhǔn)性。本發(fā)明完全實(shí)現(xiàn)了裝卸料機(jī)的半、全自動(dòng)操作；大車同步運(yùn)動(dòng)；大、小車協(xié)調(diào)精確自動(dòng)定位；電視攝像桿的手、自動(dòng)運(yùn)行等技術(shù)難點(diǎn)。在實(shí)現(xiàn)裝卸料機(jī)各部件精準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，還提供了全面可靠的聯(lián)鎖保護(hù)功能。


圖1為本發(fā)明控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖；圖2為大、小車自動(dòng)運(yùn)行控制程序流程圖；圖3為大、小車協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)程序流程圖；圖4為凸輪傳動(dòng)程序流程圖；圖5為電視桿的程序流程圖；圖6為電視桿驅(qū)動(dòng)程序流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。如圖1所示，本發(fā)明所提供的裝卸料機(jī)控制系統(tǒng)包括操作控制臺(tái)、具有人機(jī)界面的觸摸屏計(jì)算機(jī)和PLC控制器，所述的PLC控制器為運(yùn)行PLC和安全PLC組成的雙PLC系統(tǒng)。其中，運(yùn)行PLC為集成運(yùn)動(dòng)控制功能的PLC控制器，負(fù)責(zé)裝卸料機(jī)的數(shù)據(jù)采集、邏輯控制、聯(lián)鎖保護(hù)、運(yùn)動(dòng)解算和伺服驅(qū)動(dòng)等方面的功能；安全PLC為通用型PLC，負(fù)責(zé)裝卸料機(jī)的安全保護(hù)系統(tǒng)功能。操作臺(tái)上的各操作按鈕、顯示信號(hào)燈和數(shù)顯表與運(yùn)行PLC控制器連接， 觸摸屏計(jì)算機(jī)與運(yùn)行PLC控制器通過總線連接；集成運(yùn)動(dòng)控制功能的PLC控制器通過接口模塊采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)字I/O信號(hào)、編碼器和載荷傳感器的信息，進(jìn)行計(jì)算處理后，再通過接口模塊將控制指令發(fā)送給伺服驅(qū)動(dòng)器，使其完成對(duì)伺服電機(jī)的精準(zhǔn)控制；集成運(yùn)動(dòng)控制功能的PLC控制器與接口模塊之間采用高速總線連接，組成分布式的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。裝卸料機(jī)的安全保護(hù)系統(tǒng)信號(hào)與安全PLC相聯(lián)。操作人員利用操作控制臺(tái)和人機(jī)界面觸摸屏按鈕對(duì)裝卸料機(jī)進(jìn)行操作，集成運(yùn)動(dòng)控制功能的PLC控制器接收控制臺(tái)和觸摸屏的控制指令信息，經(jīng)過邏輯和控制運(yùn)算處理后發(fā)送運(yùn)動(dòng)指令控制大小車、主提升、電視桿伺服驅(qū)動(dòng)器和抓具動(dòng)作，并將大小車、主提升、電視桿和抓具等運(yùn)動(dòng)狀態(tài)反饋到控制臺(tái)、觸摸屏畫頁上顯示。小車的平臺(tái)上設(shè)置控制臺(tái)對(duì)裝卸料機(jī)進(jìn)行操作。控制臺(tái)上設(shè)有一個(gè)傾斜操縱面板和一個(gè)垂直的顯示面板。操縱面板設(shè)有控制操作按鈕，電源開關(guān)，抓具開關(guān)和抓具指示燈，燃料選擇開關(guān)。垂直面板上設(shè)有指示燈， 按鈕，報(bào)警，起升載荷高度，電腦監(jiān)控器，位置顯示器，載荷單元開關(guān)，邊界旁路按鈕，關(guān)鍵互鎖開關(guān)，切斷電源開關(guān)等。在實(shí)際的應(yīng)用中，可以采用的集成運(yùn)動(dòng)控制功能的PLC控制器，如西門子的 CPU315T-2DP，MICR0B0X420等，接口模塊如西門子的IM174接口模塊或其他同類型接口模塊。集成運(yùn)動(dòng)控制功能的PLC控制器通過接口模塊采集編碼器和載荷傳感器等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信息進(jìn)行計(jì)算處理后，再通過接口模塊將控制指令發(fā)送給伺服驅(qū)動(dòng)器，使其完成對(duì)電機(jī)的精準(zhǔn)控制。集成運(yùn)動(dòng)控制功能PLC與接口模塊之間采用高速總線連接，組成了分布式的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。集成運(yùn)動(dòng)控制功能PLC在對(duì)設(shè)備運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的同時(shí)還負(fù)責(zé)執(zhí)行安全運(yùn)動(dòng)保護(hù)聯(lián)鎖功能，其控制功能模塊包括a)循環(huán)調(diào)用模塊，實(shí)現(xiàn)子程序模塊的調(diào)用；b)固定周期調(diào)用模塊，為保證對(duì)大小車、主提升的實(shí)時(shí)控制，運(yùn)行PLC控制器與伺服驅(qū)動(dòng)的接口模塊之間通過DP (DRIVE)總線通信，DP (DRIVE)具有時(shí)鐘同步特性，確保定時(shí)向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)送控制指令，實(shí)現(xiàn)定周期控制；c)編碼器、伺服驅(qū)動(dòng)器初始值設(shè)置模塊，用于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化設(shè)置；d)堆芯柵格維護(hù)管理模塊，實(shí)現(xiàn)堆芯柵格裝卸料記錄和管理；e)大車行走、速度控制模塊，用于根據(jù)實(shí)時(shí)的大車位置，判斷允許大車向前、向后運(yùn)行條件，根據(jù)不同的操作模式，對(duì)大車運(yùn)行的方向和速度進(jìn)行控制；f)小車行走、速度控制模塊，用于根據(jù)實(shí)時(shí)的小車位置，判斷允許小車向左、向右運(yùn)行條件，根據(jù)不同的操作模式，對(duì)小車運(yùn)行的方向和速度進(jìn)行控制；g)主提升升降、速度控制模塊，用于根據(jù)實(shí)時(shí)的主提升位置，判斷允許主提升向上、向下運(yùn)行條件，根據(jù)不同的操作模式，對(duì)主提升運(yùn)行的方向和速度進(jìn)行控制；h)電視桿升降、速度控制模塊，用于根據(jù)實(shí)時(shí)的電視桿位置，判斷允許電視桿上升、下降運(yùn)行條件，根據(jù)不同的操作模式，對(duì)電視桿運(yùn)行的方向和速度進(jìn)行控制；i)大車驅(qū)動(dòng)模塊，接收大車行走、速度控制模塊的指令，進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)指令的解算，對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制；j)小車驅(qū)動(dòng)模塊，接收小車行走、速度控制模塊的指令，進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)指令的解算，對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制；k)主提升驅(qū)動(dòng)模塊，接收主提升行走、速度控制模塊的指令，進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)指令的解算，對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制；1)電視桿驅(qū)動(dòng)模塊，接收電視桿行走、速度控制模塊的指令，進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)指令的解算，對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制；m)抓具嚙合和脫扣控制模塊，用于判斷允許抓具嚙合和脫扣的條件，對(duì)抓具得嚙合和脫扣操作進(jìn)行控制；
η)故障處理模塊，用于故障檢測(cè)以及故障復(fù)位；ο)保護(hù)系統(tǒng)模塊，用于系統(tǒng)的安全保護(hù)功能；ρ)顯示模塊，用于顯示大、小車、主提升的位置坐標(biāo)以及載荷重量；q)自動(dòng)、半自動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)裝卸料機(jī)的自動(dòng)、半自動(dòng)操作；r)偏移法換料模塊，控制系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前堆芯燃料組件的排列情況，自動(dòng)計(jì)算大小車正確的偏移位置，不需要操作員人工計(jì)算和干預(yù)控制系統(tǒng)為裝卸料機(jī)設(shè)置了半自動(dòng)操作模式和全自動(dòng)操作模式。半自動(dòng)操作在半自動(dòng)模式下，操作員手動(dòng)輸入目標(biāo)坐標(biāo)的位置(堆芯區(qū)、傾翻區(qū)、或可以選擇的區(qū)域(一般為試驗(yàn)狀態(tài)的位置)。半自動(dòng)模式下，可以同時(shí)移動(dòng)大小車，提高換料的速度。主起升的運(yùn)動(dòng)可以根據(jù)特定的情況選擇手動(dòng)、半自動(dòng)或全自動(dòng)模式操作。但是抓具的閉合、釋放，初始起升操作，最終的裝載操作都必須手動(dòng)運(yùn)行。自動(dòng)和半自動(dòng)操作減少了啟動(dòng)和定位時(shí)間， 裝卸料機(jī)大小車、主起升的加減速控制，速度平滑控制都是根據(jù)集成運(yùn)動(dòng)控制功能PLC設(shè)定值進(jìn)行自動(dòng)控制。全自動(dòng)操作在大小車自動(dòng)定位控制上，自動(dòng)模式和半自動(dòng)模式相似。 但是自動(dòng)模式增加了從工控機(jī)讀取換料數(shù)據(jù)庫文件的功能。換料數(shù)據(jù)庫文件描述了每個(gè)燃料組件的信息，如序號(hào)、燃料類型、步數(shù)、方向等。此燃料數(shù)據(jù)庫文件可以在觸摸屏上顯示。 操作員僅需要根據(jù)燃料組件的移動(dòng)順序選擇“確認(rèn)”或“自動(dòng)運(yùn)行”，裝卸料機(jī)自動(dòng)定位在堆芯或傾翻架區(qū)域等。關(guān)于大、小車的自動(dòng)運(yùn)行問題。在半自動(dòng)及自動(dòng)模式下，由裝換料數(shù)據(jù)庫根據(jù)燃料組件的類型提供要裝卸料的堆芯目標(biāo)位置，偏移換料子程序根據(jù)堆芯位置計(jì)算其偏移位置，裝卸料機(jī)可在安全區(qū)域的任何位置，按一定地插補(bǔ)軌跡曲線，協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)到指定位置。具體流程如圖2所示。自動(dòng)控制子程序開始后，先對(duì)大小車協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)子程序中的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行初始化以及生成插補(bǔ)點(diǎn)表數(shù)據(jù)塊，然后判斷是裝料過程還是卸料過程，是否有偏移操作， 以及是向堆芯方向移動(dòng)還是向傾翻區(qū)位置移動(dòng)，待移動(dòng)條件滿足后，調(diào)用大小車協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)子程序進(jìn)行大小車協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)(給定Move2D的速度、方向和啟動(dòng)信號(hào))，并返回運(yùn)動(dòng)已完成信號(hào)。關(guān)于大、小車協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的問題。大小車協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制命令開始后，調(diào)用相應(yīng)工藝功能刪除原凸輪(運(yùn)行軌跡)所定義的插補(bǔ)點(diǎn)，為生成新的凸輪做準(zhǔn)備，根據(jù)工藝對(duì)象所要求的運(yùn)動(dòng)軌跡，產(chǎn)生插補(bǔ)點(diǎn)，并將插補(bǔ)點(diǎn)添加到凸輪中去，以及通過相應(yīng)工藝功能塊指定插補(bǔ)類型并填補(bǔ)凸輪插補(bǔ)點(diǎn)之間的間隙，完成凸輪的生成，并可開始凸輪傳動(dòng)。如圖3所示。 在大小車協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)子程序中，當(dāng)完成凸輪的生成后，大小車已具備完成其運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)條件，此時(shí)調(diào)用凸輪傳動(dòng)子程序(軸同步和插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)功能塊)，并返回凸輪傳動(dòng)已完成信號(hào)。凸輪傳動(dòng)開始后，當(dāng)主從軸的同步已建立后，調(diào)用絕對(duì)定位工藝功能塊，移動(dòng)主軸 (大車)，從軸(小車)跟隨主軸運(yùn)動(dòng)，在大小車運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位置后，返回變量值，以示凸輪傳動(dòng)已結(jié)束，并復(fù)位相應(yīng)子程序塊。如果運(yùn)動(dòng)過程中，軸故障報(bào)警，則將大小車協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)停止。程序流程如圖4所示。將T-CPU的工藝對(duì)象應(yīng)用到裝卸料機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制中，并通過采用軸控制的工藝功能塊，以實(shí)現(xiàn)大小車在一平面內(nèi)沿X、Y方向上協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，并完成堆芯或傾翻處的準(zhǔn)確定位。關(guān)于電視桿的手、自動(dòng)運(yùn)行問題。基于集成運(yùn)動(dòng)控制功能PLC的工作特性，根據(jù)控制功能的不同，將電視桿程序分為電視桿控制子程序、電視桿載荷和高度控制子程序、電視桿超速監(jiān)測(cè)子程序、電視桿運(yùn)行區(qū)域子程序、電視桿超速監(jiān)測(cè)子程序電視桿驅(qū)動(dòng)子程序，具體程序流程如圖5所示。電視桿控制子程序是整個(gè)程序框架的中間樞紐，其主要功能是根據(jù)來自其他子程序的聯(lián)鎖條件信號(hào)，進(jìn)行全面的邏輯判斷處理，最終發(fā)出控制指令給驅(qū)動(dòng)子程序。驅(qū)動(dòng)子程序采用了全新的組織結(jié)構(gòu)，利用集成運(yùn)動(dòng)控制功能PLC的工藝控制模塊對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制，程序流程圖如圖6所示。首先是電視桿的使能，在驅(qū)動(dòng)子程序中定義了軸使能的概念，即電視桿運(yùn)動(dòng)稱之為一個(gè)軸運(yùn)動(dòng)，任何運(yùn)動(dòng)功能塊的操作都必須以軸使能這個(gè)條件為前提。軸使能的Enable信號(hào)對(duì)應(yīng)控制子程序的使能信號(hào)。使能信號(hào)實(shí)現(xiàn)的全部聯(lián)鎖均是通過這個(gè)功能塊來操作驅(qū)動(dòng)器動(dòng)作。在使能狀態(tài)為1且其他功能模塊均沒有故障的情況下，可以進(jìn)入到運(yùn)行暫停模塊的判斷過程。這個(gè)模塊與下面要用的速度控制模塊和位置控制模塊相互使用。在手動(dòng)命令發(fā)來時(shí)通過暫停模塊和速度控制模塊實(shí)現(xiàn)速度控制； 在自動(dòng)命令發(fā)出時(shí)通過暫停模塊和位置控制模塊實(shí)現(xiàn)定位控制。手、自動(dòng)操作之間的切換是通過暫停模塊完成的，即先暫停原有的動(dòng)作再觸發(fā)新的動(dòng)作。當(dāng)手動(dòng)或者自動(dòng)命令消失后，也將自動(dòng)觸發(fā)暫停模塊停止電視桿運(yùn)動(dòng)。當(dāng)速度和位置控制模塊運(yùn)行故障時(shí)會(huì)立即觸發(fā)運(yùn)動(dòng)故障模塊，禁止電視桿運(yùn)動(dòng)，在故障復(fù)位后，方可繼續(xù)運(yùn)行。編碼器復(fù)位模塊的使用是為編碼器數(shù)值的調(diào)整所用。在使能狀態(tài)為1的前提下，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)編碼器數(shù)值的設(shè)定。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對(duì)本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其同等技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用集成運(yùn)動(dòng)控制功能PLC的核電站裝卸料機(jī)控制系統(tǒng)，包括操作控制臺(tái)、具有人機(jī)界面的觸摸屏計(jì)算機(jī)和PLC控制器，其特征在于所述的PLC控制器為運(yùn)行PLC和安全PLC組成的雙PLC系統(tǒng)；其中運(yùn)行PLC為集成運(yùn)動(dòng)控制功能的PLC控制器，負(fù)責(zé)裝卸料機(jī)的數(shù)據(jù)采集、邏輯控制、聯(lián)鎖保護(hù)、運(yùn)動(dòng)解算和伺服驅(qū)動(dòng)方面的功能；安全PLC為通用型PLC，負(fù)責(zé)裝卸料機(jī)的安全保護(hù)系統(tǒng)功能；操作臺(tái)上的各操作按鈕、顯示信號(hào)燈和數(shù)顯表與運(yùn)行PLC連接，觸摸屏計(jì)算機(jī)與運(yùn)行PLC通過總線連接；集成運(yùn)動(dòng)控制功能的PLC控制器通過接口模塊采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)字I/O信號(hào)、編碼器和載荷傳感器的信息，進(jìn)行計(jì)算處理后，再通過接口模塊將控制指令發(fā)送給伺服驅(qū)動(dòng)器，使其完成對(duì)伺服電機(jī)的精準(zhǔn)控制；集成運(yùn)動(dòng)控制功能的PLC控制器與接口模塊之間采用高速總線連接，組成分布式的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)；裝卸料機(jī)的安全保護(hù)系統(tǒng)信號(hào)與安全PLC相聯(lián)。
2.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用集成運(yùn)動(dòng)控制功能PLC的核電站裝卸料機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于集成運(yùn)動(dòng)控制功能的PLC控制器與伺服驅(qū)動(dòng)器之間通過接口模塊聯(lián)接，集成運(yùn)動(dòng)控制功能的PLC控制器與接口模塊之間通過DP Drive總線通信，DP Drive具有時(shí)鐘同步特性，確保定時(shí)向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)送控制指令，實(shí)現(xiàn)定周期控制；同時(shí)通過接口模塊控制伺服電機(jī)、控制異步電機(jī)、控制步進(jìn)電機(jī)，既可實(shí)現(xiàn)速度控制，也可以實(shí)現(xiàn)精確的位置控制，具有良好的可擴(kuò)展性。
3.如權(quán)利要求1或2所述的應(yīng)用集成運(yùn)動(dòng)控制功能PLC的核電站裝卸料機(jī)控制系統(tǒng)， 其特征在于所述的集成運(yùn)動(dòng)控制功能的PLC控制器的控制功能模塊包括 a)循環(huán)調(diào)用模塊，實(shí)現(xiàn)子程序模塊的調(diào)用；b)固定周期調(diào)用模塊，為保證對(duì)大小車、主提升的實(shí)時(shí)控制，PLC控制器定時(shí)向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)送控制指令，實(shí)現(xiàn)定周期控制；c)編碼器、伺服驅(qū)動(dòng)器初始值設(shè)置模塊，用于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化設(shè)置；d)堆芯柵格維護(hù)管理模塊，實(shí)現(xiàn)堆芯柵格裝卸料記錄和管理；e)大車行走、速度控制模塊，用于根據(jù)實(shí)時(shí)的大車位置，判斷允許大車向前、向后運(yùn)行條件，根據(jù)不同的操作模式，對(duì)大車運(yùn)行的方向和速度進(jìn)行控制；f)小車行走、速度控制模塊，用于根據(jù)實(shí)時(shí)的小車位置，判斷允許小車向左、向右運(yùn)行條件，根據(jù)不同的操作模式，對(duì)小車運(yùn)行的方向和速度進(jìn)行控制；g)主提升升降、速度控制模塊，用于根據(jù)實(shí)時(shí)的主提升位置，判斷允許主提升向上、向下運(yùn)行條件，根據(jù)不同的操作模式，對(duì)主提升運(yùn)行的方向和速度進(jìn)行控制；h)電視桿升降、速度控制模塊，用于根據(jù)實(shí)時(shí)的電視桿位置，判斷允許電視桿上升、下降運(yùn)行條件，根據(jù)不同的操作模式，對(duì)電視桿運(yùn)行的方向和速度進(jìn)行控制；i)大車驅(qū)動(dòng)模塊，接收大車行走、速度控制模塊的指令，進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)指令的解算，對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制；j)小車驅(qū)動(dòng)模塊，接收小車行走、速度控制模塊的指令，進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)指令的解算，對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制；k)主提升驅(qū)動(dòng)模塊，接收主提升行走、速度控制模塊的指令，進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)指令的解算，對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制；1)電視桿驅(qū)動(dòng)模塊，接收電視桿行走、速度控制模塊的指令，進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)指令的解算，對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制；m)抓具嚙合和脫扣控制模塊，用于判斷允許抓具嚙合和脫扣的條件，對(duì)抓具得嚙合和脫扣操作進(jìn)行控制；η)故障處理模塊，用于故障檢測(cè)以及故障復(fù)位；ο)保護(hù)系統(tǒng)模塊，用于系統(tǒng)的安全保護(hù)功能；P)顯示模塊，用于顯示大、小車、主提升的位置坐標(biāo)以及載荷重量；q)自動(dòng)、半自動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)裝卸料機(jī)的自動(dòng)、半自動(dòng)操作；r)偏移法換料模塊，實(shí)現(xiàn)在選擇偏移法換料時(shí)，提供大小車正確的偏移位置。
4.如權(quán)利要求3所述的應(yīng)用集成運(yùn)動(dòng)控制功能PLC的核電站裝卸料機(jī)控制系統(tǒng)，其中， 該系統(tǒng)通過集成運(yùn)動(dòng)控制功能的PLC控制器的自動(dòng)、半自動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)操作模式和全自動(dòng)操作模式；通過集成運(yùn)動(dòng)控制功能的PLC控制器的保護(hù)系統(tǒng)模塊在對(duì)設(shè)備運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的同時(shí)執(zhí)行安全運(yùn)動(dòng)保護(hù)聯(lián)鎖功能。
5.如權(quán)利要求4所述的應(yīng)用集成運(yùn)動(dòng)控制功能PLC的核電站裝卸料機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)在半自動(dòng)操作模式和全自動(dòng)操作模式下，能夠采用偏移法換料操作，顯著提高主提升在全運(yùn)動(dòng)行程的速度，同時(shí)避免燃料組件之間的摩擦和碰撞，實(shí)現(xiàn)快速裝卸料操作。
全文摘要
本發(fā)明屬于核電站裝卸料機(jī)的控制領(lǐng)域，具體為一種應(yīng)用集成運(yùn)動(dòng)控制功能PLC的核電站裝卸料機(jī)控制系統(tǒng)，包括操作控制臺(tái)、具有人機(jī)界面的觸摸屏計(jì)算機(jī)和PLC控制器，所述的PLC控制器為運(yùn)行PLC和安全PLC組成的雙PLC系統(tǒng)；其中運(yùn)行PLC為集成運(yùn)動(dòng)控制功能的PLC控制器，負(fù)責(zé)裝卸料機(jī)的數(shù)據(jù)采集、邏輯控制、聯(lián)鎖保護(hù)、運(yùn)動(dòng)解算和伺服驅(qū)動(dòng)方面的功能；安全PLC為通用型PLC，負(fù)責(zé)裝卸料機(jī)的安全保護(hù)系統(tǒng)功能。本發(fā)明完全實(shí)現(xiàn)了裝卸料機(jī)的半、全自動(dòng)操作；大車同步運(yùn)動(dòng)；大、小車協(xié)調(diào)精確自動(dòng)定位；電視攝像桿的手、自動(dòng)運(yùn)行等技術(shù)難點(diǎn)。在實(shí)現(xiàn)裝卸料機(jī)各部件精準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，還提供了全面可靠的聯(lián)鎖保護(hù)功能。
文檔編號(hào)G05B19/418GK102360201SQ201110196758
公開日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2011年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月14日
發(fā)明者何志軍, 呂冬寶, 常宗虎, 張磊, 張鵬, 徐思敏, 王強(qiáng), 肖代云 申請(qǐng)人:中國(guó)核電工程有限公司