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PLC在核電站蒸汽發生器沖洗系統中的應用

時間:2018-03-08 10:31:40來源:網絡轉載

導語:?步進電機單次步進行程完成后,若位置偏差計數器內的剩余脈沖數在設定范圍內時,位置到達信號(coin)就被送入控制器。位置偏差計數器大小由伺服驅動模塊內參數pr60適當設置。

1引言

蒸汽發生器(steamgenerator,sg)是核島內的三大設備之一,核電廠功率損失中有80%是由其損壞引起的。核電廠運行期間二回路系統材料的腐蝕產物進入sg二次側,蒸發、濃集沉積在傳熱管、管板和支撐板上及支撐板與傳熱管隙縫之間,形成硬狀泥渣,嚴重影響了sg的傳熱管的完整性、傳熱效率和sg的水位控制,必須得到有效的去除。

2系統組成

2.1系統描述

用于sg的水力沖洗裝置可以抽象為一個具有兩自由度的機器手臂。如圖1中所示,圖1中:m1:步進交流伺服電機、g1:步進運動減速器、m2:旋轉直流電機、g2:旋轉運動減速器、en:增量式編碼器、jk:接近開關。沖洗機器手臂頂端噴嘴在旋轉電機m2的帶動下,將內部的高壓水射向遠近距離不同的傳熱管處。為防止旋轉部分與sg內部構件發生碰撞導致堵轉,設置了接近開關jk進行狀態監視。整個機器手臂在交流伺服步進電機m1和plc的控制下,將噴嘴定位到每排管間處。光電編碼器模塊en和控制器plc組成高精度步進運動,防止高壓水長時間沖擊傳熱管管壁,危機蒸汽發生器設備安全。整個控制系統根據設計要求,能進行各種參數設定、運行狀態顯示和系統自診斷。在故障狀態下,具有報警功能和緊急停止功能。根據系統的控制要求,整個硬件的配置和分布如下:

(1)核島內高輻射區域(sg旁)

沖洗機器手臂本體:包括松下minasa系列伺服步進電機m1、旋轉直流電機m2、接近開關jk和編碼器en;

(2)核島內低輻射區域(距sg10m處)

現場手操控制箱一個,是整個控制系統的核心部分。包括siemenss7-200系列cpu224plc、交流伺服電

機驅動模塊、直流電機驅動模塊、24v直流電源和控制繼電器等;

(3)核島外非輻射區域

人機界面siemenstp7觸摸屏、高壓供水子系統、泥渣收集子系統;

2.2plc與電機驅動模塊的連接

控制器plc側和伺服電機側連接設計的好壞,直接影響整個高精度伺服運動控制系統。cpu224plc為14路數字量輸入/10路數字量輸出,q0.0和q0.1產生兩路獨立的20khz高速脈沖,輸入伺服驅動模塊進行經功率放大,控制步進電機工作。輸入/輸出端口定義如表1和表2所示。根據伺服驅動模塊的相關控制信號,形成邏輯判斷。

步進電機單次步進行程完成后,若位置偏差計數器內的剩余脈沖數在設定范圍內時,位置到達信號(coin)就被送入控制器。位置偏差計數器大小由伺服驅動模塊內參數pr60適當設置。設定值太小,送出coin信號時間會過長或造成抖動。設定值過大導致無法完成精度要求。驅動器側的電機控制時序圖如圖2所示。

3軟件設計

西門子s7-200microplc提供了上位機編程軟件step7-micro/win。其強大的功能提供了兩種指令集(simatic或iec1131-3)和三種程序編輯器(語句表stl,梯形圖lad和功能塊圖fbd)。然后利用pc/ppi電纜建立s7-200cpu與個人計算機之間的通訊,將上位機的組態程序下裝到plc中獨立運行。為順應目前圖形化編程的趨勢,程序中采用了梯形圖的編程方式。整個沖洗程序流程圖如圖3所示??刂葡到y的人機界面(hmi)采用siemenstp7觸摸屏,易于實現,操作簡單,運行可靠。

4精度控制

松下伺服交流電機帶有一個增量式編碼器(2500p/r)進行位置監控。當起停頻率超出時,通過步數丟失可以檢測到位置錯誤。一旦檢測出位置誤差,就以較低頻率進行位置校正,從而構成一個高精度的運動控制系統。

槍體步進一次控制器plc發出脈沖個數計算:

(1)已知條件:減速器減速比i:45;步進長度:25mm;伺服電機編碼器精度:2500p/r;倍頻比(驅動模塊內電子齒輪比):45:2;減速器輸出端齒輪分度圓直徑d:20mm。

(2)計算:plc應發出脈沖個數b=25/a=3979(脈沖)電機脈沖當量a=22.5πd/5000i=0.006283mm/p(毫米/脈沖)對控制系統而言,沖洗機器手臂的運動精度主要依賴于槍體的步進運動精度。由以上計算可知步進傳動精度0.006283mm/p(脈沖),采用光電編碼器模塊,極大程度上克服了步進過程中失步現象產生的運動誤差,因此系統總的誤差主要由于機械裝配誤差和機械傳動誤差。在調試的過程中,應根據實際的步進長度,調整伺服電機理論計算出的脈沖個數,從而補償機械部分產生的誤差。

5結束語

本文設計的水力沖洗系統穩定性好、精度高、易于維護,已經多次在國內各核電站現場服務。在秦山一期核電站某次正常停堆中,從兩臺sg共沖出泥渣約120.5kg,能較好滿足業主的要求,提高了核電站的運行和管理水平。

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