專利名稱:燃料轉運裝置及其運輸小車接力驅動的控制系統及方法
技術領域：
本發明屬于核電站雙安全殼燃料轉運裝置的控制領域，具體涉及一種燃料轉運裝置，及燃料轉運裝置運輸小車接力驅動的控制系統及方法。
背景技術：
雙安全殼燃料轉運裝置是反應堆換料的關鍵設備，在反應堆廠房(以下簡稱:RX偵D和燃料廠房(以下簡稱:κχ側)之間水下運輸燃料組件。從國內外核電站的運行經驗來看，轉運裝置的綜合性能對核電站的經濟性和燃料組件操作的安全性會產生直接影響。ACP1000堆型相對于二代改進型的核島廠房布置發生了諸多的變化，其中燃料轉運通道加長后，受限于燃料轉運艙長度的限制，現有的運輸小車驅動機構及小車手動應急機構已經不能滿足使用要求，運輸小車無法達到預定的工作位置，需要設計一種新型的燃料轉運裝置及其控制系統，使運輸小車能夠到達指定的工作位置。

發明內容
針對現有技術不能滿足ACP1000堆型燃料轉運裝置的工藝需求，本發明的目的在于提供一種燃料轉運裝置，及其運輸小車接力驅動的控制系統及方法，提高轉運裝置運輸小車轉運的安全性。
為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下:
一種燃料轉運裝置，包括運輸小車和設置在燃料廠房KX側的用于驅動運輸小車的KX側驅動齒輪組件，該裝置還包括設置在反應堆廠房RX側的用于驅動運輸小車的RX側驅動齒輪組件，KX側驅動齒輪組件的傘齒輪與驅動齒輪之間以及RX側驅動齒輪組件的傘齒輪與驅動齒輪之間分別設有超越離合器，傘齒輪與超越離合器的動力輸入軸連接，驅動齒輪與超越離合器的輸出軸連接，運輸小車上設有小車絕對位置編碼器，運輸小車的KX側驅動電機側與RX側驅動電機側還分別設有用于控制運輸小車速度的增量編碼器；ΚΧ側驅動齒輪上與RX側驅動齒輪上還分別設有用于判斷接力驅動位置的水下限位開關。
進一步，如上所述的一種燃料轉運裝置，所述的小車絕對位置編碼器包括小車主編碼器和小車冗余編碼器。
一種燃料轉運裝置運輸小車接力驅動的控制系統，包括分別設置在KX側和RX側的控制臺，X側控制臺通過KX側交換機與KX側PLC控制器連接，KX側PLC控制器通過KX側伺服驅動器與KX側驅動電機連接、通過水下限位開關、小車絕對位置編碼器和增量編碼器控制運輸小車的速度；RX側控制臺通過RX側交換機與RX側PLC控制器連接，RX側PLC控制器通過RX側伺服驅動器與RX側驅動電機連接、通過水下限位開關、RX側的小車絕對位置編碼器和增量編碼器控制運輸小車的速度；RX側PLC控制器分別通過以太網和硬接線方式與KX側PLC控制器連接。
進一步，如上所述的一種燃料轉運裝置運輸小車接力驅動的控制系統，RX側PLC控制器通過現場總線方式與RX側伺服驅動器連接；KX側PLC控制器通過現場總線方式KX側伺服驅動器連接。
再進一步，如上所述的一種燃料轉運裝置運輸小車接力驅動的控制系統，RX側PLC控制器通過現場總線方式與RX側的小車絕對位置編碼器連接；KX側PLC控制器通過現場總線方式與KX側的小車絕對位置編碼器連接。
一種燃料轉運裝置運輸小車接力驅動的控制方法，包括以下步驟:
(I)當運輸小車由KX側向RX側轉運時，KX側控制臺向KX側PLC控制器發出啟動指令，KX側PLC控制器根據接收到的啟動指令控制啟動KX側驅動電機，使運輸小車向RX側運動；
(2)當運輸小車與RX側超越離合器的距離達到設定值時，KX側PLC控制器控制運輸小車減速；
(3)運輸小車的驅動齒條與RX側驅動齒輪嚙合時，KX側PLC控制器與RX側PLC控制器分別控制兩側的驅動電機速度，使兩側驅動電機的驅動速度一致；
(4)運輸小車的驅動齒條與KX側驅動齒輪脫離時，RX側PLC控制器控制RX側驅動電機加速完成轉運，KX側PLC控制器控制KX側驅動電機停止。
進一步，如上所述的一種燃料轉運裝置運輸小車接力驅動的控制方法，步驟(3)中，所述的設定值為300mm。
一種燃料轉運裝置運輸小車接力驅動的控制方法，包括以下步驟:
I)當運輸小車由RX側向KX側轉運時，RX側控制臺向RX側PLC控制器發出啟動指令，RX側PLC控制器根據接收到的啟動指令控制啟動RX側驅動電機，使運輸小車向KX側運動；
2)當運輸小車與KX側超越離合器的距離達到設定值時，RX側PLC控制器控制運輸小車減速；
3)運輸小車的驅動齒條與KX側驅動齒輪嚙合時，RX側PLC控制器與KX側PLC控制器分別控制兩側的驅動電機速度，使兩側驅動電機的驅動速度一致；
4)運輸小車的驅動齒條與RX側驅動齒輪脫離時，KX側PLC控制器控制KX側驅動電機加速完成轉運，RX側PLC控制器控制RX側驅動電機停止。
進一步，如上所述的一種燃料轉運裝置運輸小車接力驅動的控制方法，步驟3)中，所述的設定值為300mm。
本發明的有益效果在于:本發明所述的轉運裝置很好的能夠滿足燃料轉運通道加長后燃料的安全轉運，小車接力驅動的控制系統及方法能夠實現運輸小車的雙向接力驅動，避免齒輪齒條初始嚙合階段可能出現的沖擊及兩個驅動齒輪不能完全同步造成的小車運行不平穩的問題，保證了燃料組件轉運的安全和效率。


圖1為本發明一種燃料轉運裝置的部分結構示意圖；
圖2為本發明一種燃料轉運裝置運輸小車接力驅動的控制系統的示意圖；
圖3和圖4為本發明一種燃料轉運裝置運輸小車接力驅動的控制方法的流程圖；
圖5為具體實施方式
中燃料轉運裝置運輸小車接力驅動的控制方法中協調控制算法的流程圖；[0027]圖6和圖7為齒輪齒條準備嚙合時的示意圖；
圖8為齒輪齒條完成嚙合的示意圖；
圖9為運輸小車齒條與KX側驅動齒輪脫離的示意圖。
具體實施方式
下面結合
與具體實施方式
對本發明做進一步的詳細說明。
本發明采用的接力驅動方案以不增加現有運輸小車長度為設計出發點，在保持原來的燃料轉運艙側驅動齒輪組件的基礎上，在反應堆廠房的換料水池0° —側再增加一套相同的驅動齒輪組件，由兩套驅動齒輪組件相繼接力驅動運輸小車運動，使運輸小車完成在反應堆廠房和燃料廠房之間轉運燃料組件的任務。
圖1示出了本發明一種燃料轉運裝置的一側的結構示意圖，該燃料轉運裝置包括運輸小車A、設置在燃料廠房KX側的用于驅動運輸小車運動的KX側驅動齒輪組件和設置在反應堆廠房RX側的用于驅動運輸小車運動RX側驅動齒輪組件，驅動齒輪組件通過一個萬向軸E將驅動電機的動力從水上傳遞到水下，在水下再通過驅動齒輪組件的傘齒輪B換向后將動力傳遞到驅動齒輪組件的驅動齒輪C直接驅動運輸小車運動。其中，KX側驅動齒輪組件的傘齒輪B與驅動齒輪C之間，以及RX側驅動齒輪組件的傘齒輪B與驅動齒輪C之間分別設有超越離合器D，傘齒輪B與超越離合器D的動力輸入軸(不具備超越能力)連接，運輸小車的驅動齒輪C與超越離合器D的輸出軸(具有超越能力)連接，運輸小車上設有小車絕對位置編碼器，小車絕對位置編碼器包括小車主編碼器和小車冗余編碼器，主控程序通過小車絕對位置編碼器來測量運輸小車的位置。運輸小車的KX側驅動電機側以及RX側驅動電機側還分別設有增量編碼器，通過增量編碼器來實現運輸小車速度的控制KX側驅動齒輪上與RX側驅動齒輪上還分別設有水下限位開關，通過水下限位開關來判斷運輸小車正常的接力驅動位置，進行運輸小車加減速的控制。
在轉運過程中，以運輸小車由燃料廠房側向反應堆廠房側運動為例(由KX側向RX側運動):首先是燃料廠房側的驅動齒輪通過驅動安裝在運輸小車上的齒條F使運輸小車向反應堆廠房RX側運動，在燃料廠房側的驅動齒輪與齒條脫開前，反應堆廠房側的驅動齒輪先與齒條完成嚙合，之后接力驅動齒條，使運輸小車向反應堆廠房繼續運動，直至將運輸小車驅動到反應堆廠房的預定位置后停止運動。燃料廠房側驅動齒輪與齒條脫離后，驅動電動機停止轉動。
圖2示出了基于圖1中一種燃料轉運裝置的一種燃料轉運裝置運輸小車接力驅動的控制系統的示意圖，由圖中可以看出，該系統包括分別設置在KX側的控制臺(人機界面I )，設置在RX側的控制臺(人機界面2)，KX側控制臺通過KX側交換機(以太網交換機11)與KX側PLC控制器10連接，KX側PLC控制器10通過KX側伺服驅動器9與KX側驅動電機8連接，PLC控制器10通過水下限位開關、KX側的小車絕對位置編碼器(小車主編碼器7和小車冗余編碼器6)以及增量編碼器控制運輸小車的速度；RX側控制臺通過RX側交換機(以太網交換機12)與RX側PLC控制器3連接，RX側PLC控制器3通過RX側伺服驅動器4與RX側驅動電機5連接、PLC控制器3通過水下限位開關、RX側的小車絕對位置編碼器(小車主編碼器13和小車冗余編碼器14)以及增量編碼器控制運輸小車的速度；RX側PLC控制器3分別通過以太網和硬接線方式與KX側PLC控制器10通信連接。兩側的PLC控制器均通過現場總線方式分別與其伺服驅動器、小車絕對位置編碼器13連接。
圖3和圖4分別示出了基于圖2中運輸小車接力驅動控制系統的一種燃料轉運裝置運輸小車接力驅動的控制方法的流程圖，圖3為運輸小車由燃料廠房側向反應堆廠房側轉運的流程圖，圖4為運輸小車由反應堆廠房側向燃料廠房側轉運的流程圖。運輸小車由燃料廠房側向反應堆廠房側轉運時，該控制方法包括以下步驟:
(I)當運輸小車由KX側向RX側轉運時，KX側控制臺向KX側PLC控制器發出啟動指令，KX側PLC控制器根據接收到的啟動指令控制啟動KX側驅動電機，使運輸小車向RX側運動；
(2)當運輸小車與RX側超越離合器的距離達到設定值時，KX側PLC控制器控制運輸小車減速；
(3)運輸小車的驅動齒條與RX側驅動齒輪嚙合時，KX側PLC控制器與RX側PLC控制器分別控制兩側的驅動電機速度，使兩側驅動電機的驅動速度一致；
(4)運輸小車的驅動齒條與KX側驅動齒輪脫離時，RX側PLC控制器控制RX側驅動電機加速完成轉運，KX側PLC控制器控制KX側驅動電機停止。
運輸小車由反應堆廠房側向燃料廠房側轉運時，該控制方法包括以下步驟:
I)當運輸小車由RX側向KX側轉運時，RX側控制臺向RX側PLC控制器發出啟動指令，RX側PLC控制器根據接收到的啟動指令控制啟動RX側驅動電機，使運輸小車向KX側運動；
2)當運輸小車與KX側超越離合器的距離達到設定值時，RX側PLC控制器控制運輸小車減速；
3)運輸小車的驅動齒條與KX側驅動齒輪嚙合時，RX側PLC控制器與KX側PLC控制器分別控制兩側的驅動電機速度，使兩側驅動電機的驅動速度一致；
4)運輸小車的驅動齒條與RX側驅動齒輪脫離時，KX側PLC控制器控制KX側驅動電機加速完成轉運，RX側PLC控制器控制RX側驅動電機停止。
其中，上述兩種控制方法中，步驟(3)和步驟3)中的設定值可以根據需要進行設置，本實施方式中的設定值為300_。
在運輸小車轉運的接力驅動的過程中，兩側的PLC控制器采用協調控制算法，實現運輸小車的速度平穩控制，避免速度不同步帶來的齒輪卡齒現象。其中協調算法的流程示意圖如圖5所示:
以KX向RX側運動為例:在實現整個接力驅動的過程中，KX側小車首先在KX側驅動電機驅動下高速運行，當小車絕對位置編碼器系統檢測到KX側小車距離RX側超越離合器一定距離(本實施方式中為300mm)時，KX側驅動電機控制運輸小車減速并以低速運行，小車齒條與RX側超越離合器所帶驅動齒輪(RX側驅動齒輪)嚙合，運輸小車保持低速運行，在此過程中，兩側的PLC控制器協調RX、KX側電機速度以及力矩參數，保證兩側電機驅動力矩一致，同步運行。當小車齒條與KX側超越離合器所帶齒輪脫離后，RX側電機高速驅動轉運小車運行。在網絡通信故障的情況下，由于編碼器的信號不能通過網絡傳輸，采用硬接線的方式進行通信，PLC采集齒輪靠近開關和齒條靠近開關的位置，全程慢速驅動運輸小車，確保小車能安全到達KX側廠房，保證燃料組件轉運安全。
圖6-圖9示出了運輸小車由燃料廠房側向反應堆廠房側轉運的整個過程示意圖，在轉運時，運輸小車首先在KX側驅動電機的驅動下，由驅動齒輪組件的驅動齒輪驅動小車的齒條，使運輸小車在KX側驅動電機驅動下高速運行，當小車編碼器系統檢測到運輸小車與RX側超越離合器300mm的距離時，KX驅動電機減速，小車低速運行，當小車齒條與RX側超越離合器所帶的驅動齒輪嚙合時，如圖6和圖7所示，運輸小車由KX側驅動電機驅動低速運行，在此過程中，兩側的PLC控制器協調RX側與KX側驅動電機速度以及力矩參數，使兩側的驅動電機同步運行，RX側驅動齒輪超越完成齒輪齒條嚙合，如圖8所示，此時，RX側驅動齒輪尚未主動旋轉。最后，當運輸小車的齒條與KX側超越離合器所帶的齒輪脫離后，如圖9所示，RX側驅動電機高速驅動運輸小車運行，完成轉運，停止KX側驅動電機。
顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求
及其同等技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種燃料轉運裝置，包括運輸小車和設置在燃料廠房KX側的用于驅動運輸小車的KX側驅動齒輪組件，其特征在于:該裝置還包括設置在反應堆廠房RX側的用于驅動運輸小車的RX側驅動齒輪組件，KX側驅動齒輪組件的傘齒輪與驅動齒輪之間以及RX側驅動齒輪組件的傘齒輪與驅動齒輪之間分別設有超越離合器，傘齒輪與超越離合器的動力輸入軸連接，驅動齒輪與超越離合器的輸出軸連接，運輸小車上設有小車絕對位置編碼器，運輸小車的KX側驅動電機側與RX側驅動電機側還分別設有用于控制運輸小車速度的增量編碼器；KX側驅動齒輪上與RX側驅動齒輪上還分別設有用于判斷接力驅動位置的水下限位開關。
2.如權利要求
1所述的一種燃料轉運裝置，其特征在于:所述的小車絕對位置編碼器包括小車主編碼器和小車冗余編碼器。
3.—種權利要求
1或2所述的燃料轉運裝置的運輸小車接力驅動的控制系統，包括分別設置在KX側和RX側的控制臺，其特征在于:KX側控制臺通過KX側交換機與KX側PLC控制器連接，KX側PLC控制器通過KX側伺服驅動器與KX側驅動電機連接、通過水下限位開關、小車絕 對位置編碼器和增量編碼器控制運輸小車的速度；RX側控制臺通過RX側交換機與RX側PLC控制器連接，RX側PLC控制器通過RX側伺服驅動器與RX側驅動電機連接、通過水下限位開關、RX側的小車絕對位置編碼器和增量編碼器控制運輸小車的速度；RX側PLC控制器分別通過以太網和硬接線方式與KX側PLC控制器連接。
4.如權利要求
3所述的一種燃料轉運裝置運輸小車接力驅動的控制系統，其特征在于:RX側PLC控制器通過現場總線方式與RX側伺服驅動器連接；KX側PLC控制器通過現場總線方式KX側伺服驅動器連接。
5.如權利要求
4所述的一種燃料轉運裝置運輸小車接力驅動的控制系統，其特征在于:RX側PLC控制器通過現場總線方式與RX側的小車絕對位置編碼器連接；KX側PLC控制器通過現場總線方式與KX側的小車絕對位置編碼器連接。
6.一種權利要求
1或2所述的燃料轉運裝置的運輸小車接力驅動的控制方法，包括以下步驟: (O當運輸小車由KX側向RX側轉運時，KX側控制臺向KX側PLC控制器發出啟動指令，KX側PLC控制器根據接收到的啟動指令控制啟動KX側驅動電機，使運輸小車向RX側運動； (2)當運輸小車與RX側超越離合器的距離達到設定值時，KX側PLC控制器控制運輸小車減速； (3)運輸小車的驅動齒條與RX側驅動齒輪嚙合時，KX側PLC控制器與RX側PLC控制器分別控制兩側的驅動電機速度，使兩側驅動電機的驅動速度一致； (4)運輸小車的驅動齒條與KX側驅動齒輪脫離時，RX側PLC控制器控制RX側驅動電機加速完成轉運，KX側PLC控制器控制KX側驅動電機停止。
7.如權利要求
6所述的一種燃料轉運裝置運輸小車接力驅動的控制方法，其特征在于:步驟(3)中，所述的設定值為300mm。
8.—種權利要求
1或2所述的燃料轉運裝置的運輸小車接力驅動的控制方法，包括以下步驟: I)當運輸小車由RX側向KX側轉運時，RX側控制臺向RX側PLC控制器發出啟動指令，RX側PLC控制器根據接收到的啟動指令控制啟動RX側驅動電機，使運輸小車向KX側運動；2)當運輸小車與KX側超越離合器的距離達到設定值時，RX側PLC控制器控制運輸小車減速； 3)運輸小車的驅動齒條與KX側驅動齒輪嚙合時，RX側PLC控制器與KX側PLC控制器分別控制兩側的驅動電機速度，使兩側驅動電機的驅動速度一致； 4)運輸小車的驅動齒條與RX側驅動齒輪脫離時，KX側PLC控制器控制KX側驅動電機加速完成轉運，RX側PLC控制器控制RX側驅動電機停止。
9.如權利要求
8所述的一種燃料轉運裝置運輸小車接力驅動的控制方法，其特征在于:步驟3)中， 所述的設定值為300mm。
專利摘要
本發明公開了一種燃料轉運裝置，及燃料轉運裝置運輸小車接力驅動的控制系統及方法，本發明的燃料轉運裝置在現有燃料廠房側驅動齒輪組件的基礎上，在反應堆廠房側增加了一套相同的驅動齒輪組件，實現了運輸小車的雙向接力驅動，并提出了基于該燃料轉運裝置的轉運過程中運輸小車接力驅動的控制系統及方法，該系統及方法通過燃料廠房側與反應堆廠房側的PLC控制器的共同控制，避免了轉運時齒輪齒條初始嚙合階段可能出現的沖擊和兩個驅動齒輪同時驅動運輸小車期間可能出現的因兩個驅動齒輪不能完全同步造成的小車運行不平穩問題。
文檔編號G21F5/008GKCN103219056SQ201310106049
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月29日
發明者常宗虎, 張磊, 徐思敏, 馬寧, 李波, 何志軍 申請人:中國核電工程有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan