舒艷榮，李波

（1.北京航天自動控制研究所，北京 100854；2.中國核電工程有限公司，北京 100035）

裝卸料機電控系統(tǒng)硬件調(diào)試經(jīng)驗介紹

舒艷榮1，李波2

（1.北京航天自動控制研究所，北京 100854；2.中國核電工程有限公司，北京 100035）

介紹了方家山核電工程項目裝卸料機電控系統(tǒng)現(xiàn)場硬件調(diào)試的實踐經(jīng)驗，包括現(xiàn)場硬件安裝遇到的問題及解決方法，各傳感器部件、電氣裝置、伺服電機驅(qū)動器、閉路電視系統(tǒng)的調(diào)試經(jīng)驗等，總結(jié)了現(xiàn)場安裝和調(diào)試問題的預(yù)防、解決和優(yōu)化辦法，以及提高電磁兼容的相關(guān)手段等實踐經(jīng)驗。

裝卸料機；電控系統(tǒng)；硬件調(diào)試；實踐經(jīng)驗

1 概述

裝卸料機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，其操作對象是反應(yīng)堆燃料組件。目前國內(nèi)運行、在建核電站裝卸料機電控系統(tǒng)一直都由外國供貨商壟斷。為實現(xiàn)核電站裝卸料機國產(chǎn)化的目標并確保國產(chǎn)化產(chǎn)品的市場競爭力，必須根據(jù)技術(shù)規(guī)格書的要求，設(shè)計開發(fā)具有國際水平的裝卸料機數(shù)字化全自動控制系統(tǒng)。方家山核電工程項目自主供貨裝卸料機采用了CNPE自主研發(fā)的裝卸料機控制系統(tǒng)，該項目裝卸料機已順利通過產(chǎn)品及成果鑒定，是國內(nèi)第一臺自主研發(fā)并用于百萬千瓦級核電站工程的全自動數(shù)字化控制裝卸料機產(chǎn)品。

方家山核電工程項目是中核集團首批EPC總承包項目，方家山項目部也經(jīng)歷了從成立、成長到成熟的發(fā)展過程。本文僅從核電廠眾多設(shè)備之一的裝卸料機設(shè)備的安裝與調(diào)試階段入手，總結(jié)調(diào)試的經(jīng)驗及遇到問題的解決方法。

2 安裝實踐經(jīng)驗：電氣安裝條件準備

2.1 安裝前電氣設(shè)備的準備

方家山一號機組裝卸料機在電氣安裝時，對前期電氣設(shè)備的管理不夠重視，導(dǎo)致技術(shù)人員去現(xiàn)場指導(dǎo)安裝的時候發(fā)現(xiàn)電纜托盤固定其用的螺母丟失、電源箱格蘭頭丟失，控制柜表面有嚴重劃痕等問題，造成現(xiàn)場無法施工，延誤工期。發(fā)現(xiàn)此問題后，技術(shù)人員要求現(xiàn)場相關(guān)設(shè)備管理者提高對電氣設(shè)備管理的重視度，加強與廠家的溝通，在設(shè)備出廠前與到達現(xiàn)場后一一對照發(fā)貨清單，檢查是否齊全、設(shè)備有無損壞。

2.2 技術(shù)準備

（1）技術(shù)交流。2013年2月6號，為了縮短工期，應(yīng)方家山現(xiàn)場項目部的要求，CNPE派技術(shù)人員前往現(xiàn)場指導(dǎo)電氣設(shè)備安裝工作。技術(shù)人員與CNCS、安裝公司、調(diào)試隊、業(yè)主前往方家山一號機組核島內(nèi)進行技術(shù)交流、踏勘。對電氣安裝時核島內(nèi)的環(huán)境、電纜托盤的安裝位置、電源柜與控制臺的安裝位置，如何布線、電纜端接進行充分溝通與交流，確保電氣安裝能夠順利進行。

（2）設(shè)計文件核對。安裝公司需要根據(jù)電纜次托盤圖來確定電纜托盤的安裝位置，因此在安裝前期需要對出版的文件進行審查與核對，以防發(fā)生安裝錯誤等問題。裝卸料機在廠家調(diào)試期間曾出現(xiàn)過電纜托盤安裝位置與設(shè)計文件不一致的情況，后來發(fā)現(xiàn)是因為廠家用舊版的圖紙進行安裝導(dǎo)致的。

3 硬件調(diào)試

3.1 硬件安裝

3.1.1 硬件安裝遇到的問題及解決方法

電纜托盤在安裝時，由于連接到控制臺001PP處的電纜過多而且很重，而控制臺是放在裝卸料機小車臺面上的，需要跟設(shè)備一起移動，電纜在小車往180°方向運動的時候會發(fā)生彎曲，因此需要更改此處電纜托盤的設(shè)計，由原來90°直角改成平緩有弧度的彎曲角度，保證電纜在彎曲處不會由于過大的彎曲弧度而折斷或損壞，也避免了電纜托盤上部承受過大的壓力而損壞。

在配合機械進行主提升回轉(zhuǎn)精度試驗的時候，發(fā)現(xiàn)塔架在小車位于0°方向極限位置時無法旋轉(zhuǎn)到270°的位置，原因是接入小車塔架上方接線箱004CR的電纜在塔架旋轉(zhuǎn)180°以后就會跟其發(fā)生纏繞，再繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的就會扯斷電纜，因此需要改進電纜的走線，具體方法是把接線箱004CR下部的進線電纜與其上方的大車門架固定在一起，使電纜不跟旋轉(zhuǎn)的塔架接觸。

主提升下部的水下燈電纜也有此問題，解決方法同上。

3.2 硬件調(diào)試經(jīng)驗及問題

3.2.1 傳感器

方家山一號機組裝卸料機在設(shè)備調(diào)試期間發(fā)生了載荷傳感器信號不穩(wěn)定的問題。經(jīng)過各種模擬環(huán)境試驗，從傳感器到PLC這段路徑一一排查，所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)均正常，此時的問題只會出在傳感器本身或是機械設(shè)備題。通過更換新的傳感器進行測試，找到了問題的原因，是機械平衡重安裝的問題所致（圖1）。

圖1 載荷傳感器

在調(diào)試大車防撞限位開關(guān)時發(fā)現(xiàn)當傳感器觸發(fā)時沒有輸出信號，而到傳感器未觸發(fā)時卻有信號輸出，后根據(jù)產(chǎn)品說明書對此光電傳感器進行設(shè)置，解決了問題。

3.2.2 空氣閥門

裝卸料機在硬件調(diào)試期間遇到了控制抓具嚙合脫扣的氣源供氣不足的問題，導(dǎo)致抓具在嚙合的時候不能開到位，無法牢固的抓取燃料組件。技術(shù)人員在排查問題時發(fā)現(xiàn)，供氣氣源在壓力閥門進口處的壓力是滿足條件的，工控機人機界面中顯示的供氣壓力也是正常的，然而壓力閥門的出口卻沒有空氣排出，經(jīng)過安裝人員的確認，發(fā)現(xiàn)是壓力閥門裝倒所致。在排查過程中還發(fā)現(xiàn)了從電磁閥到抓具這段的氣管位置接錯的問題。在排查完畢后抓具恢復(fù)正常使用。

3.2.3 伺服電機驅(qū)動器（圖2）

在調(diào)試電視桿的過程中發(fā)生過電視桿電機驅(qū)動器故障，報警處顯示電流過載，控制盒電纜發(fā)生短路，后經(jīng)過斷電測量，發(fā)現(xiàn)電機制動器控制盒的短接線連接錯誤，導(dǎo)致短路。

在調(diào)試裝卸料機大車的時候經(jīng)常發(fā)生大車跑偏的問題，尤其在慢速的時候兩臺電機的轉(zhuǎn)速偏差會非常大。根據(jù)經(jīng)驗，技術(shù)人員修改了編碼器糾偏程序，但是問題并沒有解決。在觀察大車兩臺驅(qū)動器運行時的參數(shù)后發(fā)現(xiàn)，兩臺電機在速度給定信號一致的情況下，輸出的轉(zhuǎn)速卻不一樣，當電機停止時檢測驅(qū)動器的輸出電流，發(fā)現(xiàn)兩臺驅(qū)動器存在明顯差異（理論上此時輸出電流應(yīng)為0A左右，而其中一臺電機的電流此時達到了0.19A），而轉(zhuǎn)速的偏差過大就是因此而來的。根據(jù)原理圖進行排查，從驅(qū)動器供電到驅(qū)動器給PLC發(fā)送信號這段路徑并沒有發(fā)現(xiàn)問題，手柄發(fā)送速度命令給驅(qū)動器的信號也是正常的，因此判斷問題出自驅(qū)動器本身，在聯(lián)系驅(qū)動器廠家后發(fā)現(xiàn)是驅(qū)動器內(nèi)部的電路板短路造成的，在更換驅(qū)動器后問題得到了解決。

圖2 大車伺服電機驅(qū)動器

在調(diào)試期間發(fā)生過裝卸料機主提升機構(gòu)無法動作的問題，在檢查軟件程序后發(fā)現(xiàn)PLC沒有接收到主提升電機制動器閘閥打開的信號，起初懷疑其沒有收到打開命令，但通過測量發(fā)現(xiàn)PLC已經(jīng)輸出了打開命令，根據(jù)經(jīng)驗判斷問題出自電機的制動器。經(jīng)過檢查、咨詢廠家后發(fā)現(xiàn)主提升電機制動器在接受閘閥打開信號后有動作，但是由于其表面附著一層潤滑油，由于現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣，閘閥的邊緣位置沾了很厚的一層污垢，閘閥打開后無法觸碰內(nèi)部的限位開關(guān)，導(dǎo)致制動器無法發(fā)送閘閥打開的信號給控制系統(tǒng)。解決方法是將主提升電機整體拆下來，清理制動器閘閥的污垢，保證不堵塞傳感器。

3.2.4 閉路電視系統(tǒng)

閉路電視系統(tǒng)是操作員控制裝卸料機的基礎(chǔ)，它主要用于主提升系統(tǒng)對燃料組件的抓取和釋放過程的在線觀察和記錄，同時也可以作為各種水下操作的觀察手段。因此閉路電視系統(tǒng)的穩(wěn)定性是十分重要的。如圖3所示，控制臺左側(cè)的監(jiān)控畫面就是其中一部分。

圖3

閉路電視系統(tǒng)在硬件調(diào)試期間并未出現(xiàn)什么問題，但有些方面需要注意，例如為了觀察各種操作，攝像頭的移動必須與主提升平行，位于固定套筒的底部，攝像頭的安裝角度應(yīng)對應(yīng)燃料組件的一個角，允許同時觀察燃料組件的兩個面。

3.2.5 電磁兼容

電磁干擾的產(chǎn)生會降低設(shè)備或系統(tǒng)的性能，嚴重時會引起爆炸。在調(diào)試階段，閉路電視顯示器就曾因為電磁干擾而使顯示的畫面非常模糊，有許多條紋，影響監(jiān)控。解決方法是通過使用帶有屏蔽層的電纜來消除電磁干擾。

在裝卸料機控制系統(tǒng)中，最需要注意電磁干擾的設(shè)備就是伺服電機驅(qū)動器，它是主要的干擾源。消除電磁干擾的途徑包括以下方面。

（1）利用屏蔽技術(shù)消除電磁干擾。這點主要用于伺服電機驅(qū)動器處，電機的動力電纜均選用帶有屏蔽層的電纜，并且屏蔽層必須可靠接地。模擬信號的傳輸線均使用雙屏蔽的雙絞線。不同的模擬信號線均獨立走線，并且擁有各自的屏蔽層。

（2）利用接地技術(shù)消除電磁干擾?？刂乒衽c電源柜中的所有設(shè)備要保持良好接地，5臺電機驅(qū)動器之間必須相互共地。

（3）利用布線技術(shù)改善電磁干擾。電機動力電纜需要獨立于其他電纜走線，同時要避免電機電纜與其它電纜長距離平行走線，以減少驅(qū)動器輸出電壓快速變化而產(chǎn)生的電磁干擾。

（4）利用濾波技術(shù)降低電磁干擾。此方法需要利用進線電抗器來降低驅(qū)動器產(chǎn)生的諧波。

4 結(jié)語

綜上所述，方家山項目裝卸料機作為國內(nèi)第一臺自主研發(fā)并用于百萬千瓦級核電站工程的全自動數(shù)字化控制裝卸料機產(chǎn)品，為今后的設(shè)計工作積累了寶貴的經(jīng)驗。

[1]朱文立.電磁兼容-設(shè)計與整改對策及案例分析[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2012.

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