燃料转运装置及其运输小车接力驱动的控制系统及方法

摘要

本发明公开了一种燃料转运装置，及燃料转运装置运输小车接力驱动的控制系统及方法，本发明的燃料转运装置在现有燃料厂房侧驱动齿轮组件的基础上，在反应堆厂房侧增加了一套相同的驱动齿轮组件，实现了运输小车的双向接力驱动，并提出了基于该燃料转运装置的转运过程中运输小车接力驱动的控制系统及方法，该系统及方法通过燃料厂房侧与反应堆厂房侧的PLC控制器的共同控制，避免了转运时齿轮齿条初始啮合阶段可能出现的冲击和两个驱动齿轮同时驱动运输小车期间可能出现的因两个驱动齿轮不能完全同步造成的小车运行不平稳问题。

说明书

技术领域

本发明属于核电站双安全壳燃料转运装置的控制领域，具体涉及一种燃 料转运装置，及燃料转运装置运输小车接力驱动的控制系统及方法。

背景技术

双安全壳燃料转运装置是反应堆换料的关键设备，在反应堆厂房（以下 简称：RX侧）和燃料厂房（以下简称：KX侧）之间水下运输燃料组件。从 国内外核电站的运行经验来看，转运装置的综合性能对核电站的经济性和燃 料组件操作的安全性会产生直接影响。ACP1000堆型相对于二代改进型的核 岛厂房布置发生了诸多的变化，其中燃料转运通道加长后，受限于燃料转运 舱长度的限制，现有的运输小车驱动机构及小车手动应急机构已经不能满足 使用要求，运输小车无法达到预定的工作位置，需要设计一种新型的燃料转 运装置及其控制系统，使运输小车能够到达指定的工作位置。

发明内容

针对现有技术不能满足ACP1000堆型燃料转运装置的工艺需求，本发明 的目的在于提供一种燃料转运装置，及其运输小车接力驱动的控制系统及方 法，提高转运装置运输小车转运的安全性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种燃料转运装置，包括运输小车和设置在燃料厂房KX侧的用于驱动运 输小车的KX侧驱动齿轮组件，该装置还包括设置在反应堆厂房RX侧的用于 驱动运输小车的RX侧驱动齿轮组件，KX侧驱动齿轮组件的伞齿轮与驱动齿 轮之间以及RX侧驱动齿轮组件的伞齿轮与驱动齿轮之间分别设有超越离合 器，伞齿轮与超越离合器的动力输入轴连接，驱动齿轮与超越离合器的输出 轴连接，运输小车上设有小车绝对位置编码器，运输小车的KX侧驱动电机侧 与RX侧驱动电机侧还分别设有用于控制运输小车速度的增量编码器；KX侧 驱动齿轮上与RX侧驱动齿轮上还分别设有用于判断接力驱动位置的水下限 位开关。

进一步，如上所述的一种燃料转运装置，所述的小车绝对位置编码器包 括小车主编码器和小车冗余编码器。

一种燃料转运装置运输小车接力驱动的控制系统，包括分别设置在KX 侧和RX侧的控制台，X侧控制台通过KX侧交换机与KX侧PLC控制器连接， KX侧PLC控制器通过KX侧伺服驱动器与KX侧驱动电机连接、通过水下限位 开关、小车绝对位置编码器和增量编码器控制运输小车的速度；RX侧控制台 通过RX侧交换机与RX侧PLC控制器连接，RX侧PLC控制器通过RX侧伺服 驱动器与RX侧驱动电机连接、通过水下限位开关、RX侧的小车绝对位置编 码器和增量编码器控制运输小车的速度；RX侧PLC控制器分别通过以太网和 硬接线方式与KX侧PLC控制器连接。

进一步，如上所述的一种燃料转运装置运输小车接力驱动的控制系统， RX侧PLC控制器通过现场总线方式与RX侧伺服驱动器连接;KX侧PLC控制器 通过现场总线方式KX侧伺服驱动器连接。

再进一步，如上所述的一种燃料转运装置运输小车接力驱动的控制系统， RX侧PLC控制器通过现场总线方式与RX侧的小车绝对位置编码器连接；KX 侧PLC控制器通过现场总线方式与KX侧的小车绝对位置编码器连接。

一种燃料转运装置运输小车接力驱动的控制方法，包括以下步骤：

（1）当运输小车由KX侧向RX侧转运时，KX侧控制台向KX侧PLC控制 器发出启动指令，KX侧PLC控制器根据接收到的启动指令控制启动KX侧驱 动电机，使运输小车向RX侧运动；

（2）当运输小车与RX侧超越离合器的距离达到设定值时，KX侧PLC控 制器控制运输小车减速；

（3）运输小车的驱动齿条与RX侧驱动齿轮啮合时，KX侧PLC控制器与 RX侧PLC控制器分别控制两侧的驱动电机速度，使两侧驱动电机的驱动速度 一致；

（4）运输小车的驱动齿条与KX侧驱动齿轮脱离时，RX侧PLC控制器控 制RX侧驱动电机加速完成转运，KX侧PLC控制器控制KX侧驱动电机停止。

进一步，如上所述的一种燃料转运装置运输小车接力驱动的控制方法， 步骤（3）中，所述的设定值为300mm。

一种燃料转运装置运输小车接力驱动的控制方法，包括以下步骤：

1）当运输小车由RX侧向KX侧转运时，RX侧控制台向RX侧PLC控制器 发出启动指令，RX侧PLC控制器根据接收到的启动指令控制启动RX侧驱动 电机，使运输小车向KX侧运动；

2）当运输小车与KX侧超越离合器的距离达到设定值时，RX侧PLC控制 器控制运输小车减速；

3）运输小车的驱动齿条与KX侧驱动齿轮啮合时，RX侧PLC控制器与KX 侧PLC控制器分别控制两侧的驱动电机速度，使两侧驱动电机的驱动速度一 致；

4）运输小车的驱动齿条与RX侧驱动齿轮脱离时，KX侧PLC控制器控 制KX侧驱动电机加速完成转运，RX侧PLC控制器控制RX侧驱动电机停止。

进一步，如上所述的一种燃料转运装置运输小车接力驱动的控制方法， 步骤3）中，所述的设定值为300mm。

本发明的有益效果在于：本发明所述的转运装置很好的能够满足燃料转 运通道加长后燃料的安全转运，小车接力驱动的控制系统及方法能够实现运 输小车的双向接力驱动，避免齿轮齿条初始啮合阶段可能出现的冲击及两个 驱动齿轮不能完全同步造成的小车运行不平稳的问题，保证了燃料组件转运 的安全和效率。

附图说明

图1为本发明一种燃料转运装置的部分结构示意图；

图2为本发明一种燃料转运装置运输小车接力驱动的控制系统的示意 图；

图3和图4为本发明一种燃料转运装置运输小车接力驱动的控制方法的 流程图；

图5为具体实施方式中燃料转运装置运输小车接力驱动的控制方法中协 调控制算法的流程图；

图6和图7为齿轮齿条准备啮合时的示意图；

图8为齿轮齿条完成啮合的示意图；

图9为运输小车齿条与KX侧驱动齿轮脱离的示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

本发明采用的接力驱动方案以不增加现有运输小车长度为设计出发点， 在保持原来的燃料转运舱侧驱动齿轮组件的基础上，在反应堆厂房的换料水 池0°一侧再增加一套相同的驱动齿轮组件，由两套驱动齿轮组件相继接力 驱动运输小车运动，使运输小车完成在反应堆厂房和燃料厂房之间转运燃料 组件的任务。

图1示出了本发明一种燃料转运装置的一侧的结构示意图，该燃料转运 装置包括运输小车A、设置在燃料厂房KX侧的用于驱动运输小车运动的KX 侧驱动齿轮组件和设置在反应堆厂房RX侧的用于驱动运输小车运动RX侧驱 动齿轮组件，驱动齿轮组件通过一个万向轴E将驱动电机的动力从水上传递 到水下，在水下再通过驱动齿轮组件的伞齿轮B换向后将动力传递到驱动齿 轮组件的驱动齿轮C直接驱动运输小车运动。其中，KX侧驱动齿轮组件的伞 齿轮B与驱动齿轮C之间,以及RX侧驱动齿轮组件的伞齿轮B与驱动齿轮C 之间分别设有超越离合器D，伞齿轮B与超越离合器D的动力输入轴(不具备 超越能力)连接，运输小车的驱动齿轮C与超越离合器D的输出轴（具有超越 能力）连接，运输小车上设有小车绝对位置编码器，小车绝对位置编码器包 括小车主编码器和小车冗余编码器，主控程序通过小车绝对位置编码器来测 量运输小车的位置。运输小车的KX侧驱动电机侧以及RX侧驱动电机侧还分 别设有增量编码器，通过增量编码器来实现运输小车速度的控制KX侧驱动齿 轮上与RX侧驱动齿轮上还分别设有水下限位开关，通过水下限位开关来判断 运输小车正常的接力驱动位置，进行运输小车加减速的控制。

在转运过程中，以运输小车由燃料厂房侧向反应堆厂房侧运动为例（由 KX侧向RX侧运动）：首先是燃料厂房侧的驱动齿轮通过驱动安装在运输小 车上的齿条F使运输小车向反应堆厂房RX侧运动，在燃料厂房侧的驱动齿轮 与齿条脱开前，反应堆厂房侧的驱动齿轮先与齿条完成啮合，之后接力驱动 齿条，使运输小车向反应堆厂房继续运动，直至将运输小车驱动到反应堆厂 房的预定位置后停止运动。燃料厂房侧驱动齿轮与齿条脱离后，驱动电动机 停止转动。

图2示出了基于图1中一种燃料转运装置的一种燃料转运装置运输小车 接力驱动的控制系统的示意图，由图中可以看出，该系统包括分别设置在KX 侧的控制台（人机界面1），设置在RX侧的控制台（人机界面2），KX侧控 制台通过KX侧交换机（以太网交换机11）与KX侧PLC控制器10连接，KX 侧PLC控制器10通过KX侧伺服驱动器9与KX侧驱动电机8连接，PLC控制 器10通过水下限位开关、KX侧的小车绝对位置编码器（小车主编码器7和 小车冗余编码器6）以及增量编码器控制运输小车的速度；RX侧控制台通过 RX侧交换机（以太网交换机12）与RX侧PLC控制器3连接，RX侧PLC控制 器3通过RX侧伺服驱动器4与RX侧驱动电机5连接、PLC控制器3通过水 下限位开关、RX侧的小车绝对位置编码器（小车主编码器13和小车冗余编 码器14）以及增量编码器控制运输小车的速度；RX侧PLC控制器3分别通过 以太网和硬接线方式与KX侧PLC控制器10通信连接。两侧的PLC控制器均 通过现场总线方式分别与其伺服驱动器、小车绝对位置编码器13连接。

图3和图4分别示出了基于图2中运输小车接力驱动控制系统的一种燃 料转运装置运输小车接力驱动的控制方法的流程图，图3为运输小车由燃料 厂房侧向反应堆厂房侧转运的流程图，图4为运输小车由反应堆厂房侧向燃 料厂房侧转运的流程图。运输小车由燃料厂房侧向反应堆厂房侧转运时，该 控制方法包括以下步骤：

（1）当运输小车由KX侧向RX侧转运时，KX侧控制台向KX侧PLC控制 器发出启动指令，KX侧PLC控制器根据接收到的启动指令控制启动KX侧驱 动电机，使运输小车向RX侧运动；

（2）当运输小车与RX侧超越离合器的距离达到设定值时，KX侧PLC控 制器控制运输小车减速；

（3）运输小车的驱动齿条与RX侧驱动齿轮啮合时，KX侧PLC控制器与 RX侧PLC控制器分别控制两侧的驱动电机速度，使两侧驱动电机的驱动速度 一致；

（4）运输小车的驱动齿条与KX侧驱动齿轮脱离时，RX侧PLC控制器控 制RX侧驱动电机加速完成转运，KX侧PLC控制器控制KX侧驱动电机停止。

运输小车由反应堆厂房侧向燃料厂房侧转运时，该控制方法包括以下步 骤：

1）当运输小车由RX侧向KX侧转运时，RX侧控制台向RX侧PLC控制 器发出启动指令，RX侧PLC控制器根据接收到的启动指令控制启动RX侧驱 动电机，使运输小车向KX侧运动；

2）当运输小车与KX侧超越离合器的距离达到设定值时，RX侧PLC控制 器控制运输小车减速；

3）运输小车的驱动齿条与KX侧驱动齿轮啮合时，RX侧PLC控制器与KX 侧PLC控制器分别控制两侧的驱动电机速度，使两侧驱动电机的驱动速度一 致；

4）运输小车的驱动齿条与RX侧驱动齿轮脱离时，KX侧PLC控制器控 制KX侧驱动电机加速完成转运，RX侧PLC控制器控制RX侧驱动电机停止。

其中，上述两种控制方法中，步骤（3）和步骤3）中的设定值可以根据 需要进行设置，本实施方式中的设定值为300mm。

在运输小车转运的接力驱动的过程中，两侧的PLC控制器采用协调控制 算法，实现运输小车的速度平稳控制，避免速度不同步带来的齿轮卡齿现象。 其中协调算法的流程示意图如图5所示：

以KX向RX侧运动为例：在实现整个接力驱动的过程中，KX侧小车首先 在KX侧驱动电机驱动下高速运行，当小车绝对位置编码器系统检测到KX侧 小车距离RX侧超越离合器一定距离（本实施方式中为300mm）时，KX侧驱动 电机控制运输小车减速并以低速运行，小车齿条与RX侧超越离合器所带驱动 齿轮（RX侧驱动齿轮）啮合，运输小车保持低速运行，在此过程中，两侧的 PLC控制器协调RX、KX侧电机速度以及力矩参数，保证两侧电机驱动力矩一 致，同步运行。当小车齿条与KX侧超越离合器所带齿轮脱离后，RX侧电机 高速驱动转运小车运行。在网络通信故障的情况下，由于编码器的信号不能 通过网络传输，采用硬接线的方式进行通信，PLC采集齿轮靠近开关和齿条 靠近开关的位置，全程慢速驱动运输小车，确保小车能安全到达KX侧厂房， 保证燃料组件转运安全。

图6-图9示出了运输小车由燃料厂房侧向反应堆厂房侧转运的整个过程 示意图，在转运时，运输小车首先在KX侧驱动电机的驱动下，由驱动齿轮组 件的驱动齿轮驱动小车的齿条，使运输小车在KX侧驱动电机驱动下高速运 行，当小车编码器系统检测到运输小车与RX侧超越离合器300mm的距离时， KX驱动电机减速，小车低速运行，当小车齿条与RX侧超越离合器所带的驱 动齿轮啮合时，如图6和图7所示，运输小车由KX侧驱动电机驱动低速运行， 在此过程中，两侧的PLC控制器协调RX侧与KX侧驱动电机速度以及力矩参 数，使两侧的驱动电机同步运行，RX侧驱动齿轮超越完成齿轮齿条啮合，如 图8所示，此时，RX侧驱动齿轮尚未主动旋转。最后，当运输小车的齿条与 KX侧超越离合器所带的齿轮脱离后，如图9所示，RX侧驱动电机高速驱动运 输小车运行，完成转运，停止KX侧驱动电机。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本 发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要 求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。