裝卸料機(jī)電控系統(tǒng)硬件調(diào)試經(jīng)驗(yàn)介紹

舒艷榮，李波

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

裝卸料機(jī)電控系統(tǒng)硬件調(diào)試經(jīng)驗(yàn)介紹

舒艷榮1，李波2

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

介紹了方家山核電工程項(xiàng)目裝卸料機(jī)電控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)硬件調(diào)試的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，包括現(xiàn)場(chǎng)硬件安裝遇到的問(wèn)題及解決方法，各傳感器部件、電氣裝置、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、閉路電視系統(tǒng)的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)等，總結(jié)了現(xiàn)場(chǎng)安裝和調(diào)試問(wèn)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

裝卸料機(jī)；電控系統(tǒng)；硬件調(diào)試；實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)

1 概述

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，其操作對(duì)象是反應(yīng)堆燃料組件。目前國(guó)內(nèi)運(yùn)行、在建核電站裝卸料機(jī)電控系統(tǒng)一直都由外國(guó)供貨商壟斷。為實(shí)現(xiàn)核電站裝卸料機(jī)國(guó)產(chǎn)化的目標(biāo)并確保國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，必須根據(jù)技術(shù)規(guī)格書(shū)的要求，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)具有國(guó)際水平的裝卸料機(jī)數(shù)字化全自動(dòng)控制系統(tǒng)。方家山核電工程項(xiàng)目自主供貨裝卸料機(jī)采用了CNPE自主研發(fā)的裝卸料機(jī)控制系統(tǒng)，該項(xiàng)目裝卸料機(jī)已順利通過(guò)產(chǎn)品及成果鑒定，是國(guó)內(nèi)第一臺(tái)自主研發(fā)并用于百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站工程的全自動(dòng)數(shù)字化控制裝卸料機(jī)產(chǎn)品。

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

2 安裝實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)：電氣安裝條件準(zhǔn)備

2.1 安裝前電氣設(shè)備的準(zhǔn)備

方家山一號(hào)機(jī)組裝卸料機(jī)在電氣安裝時(shí)，對(duì)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(chǎng)指導(dǎo)安裝的時(shí)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(yán)重劃痕等問(wèn)題，造成現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法施工，延誤工期。發(fā)現(xiàn)此問(wèn)題后，技術(shù)人員要求現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)設(shè)備管理者提高對(duì)電氣設(shè)備管理的重視度，加強(qiáng)與廠家的溝通，在設(shè)備出廠前與到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后一一對(duì)照發(fā)貨清單，檢查是否齊全、設(shè)備有無(wú)損壞。

2.2 技術(shù)準(zhǔn)備

（1）技術(shù)交流。2013年2月6號(hào)，為了縮短工期，應(yīng)方家山現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目部的要求，CNPE派技術(shù)人員前往現(xiàn)場(chǎng)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(duì)、業(yè)主前往方家山一號(hào)機(jī)組核島內(nèi)進(jìn)行技術(shù)交流、踏勘。對(duì)電氣安裝時(shí)核島內(nèi)的環(huán)境、電纜托盤的安裝位置、電源柜與控制臺(tái)的安裝位置，如何布線、電纜端接進(jìn)行充分溝通與交流，確保電氣安裝能夠順利進(jìn)行。

（2）設(shè)計(jì)文件核對(duì)。安裝公司需要根據(jù)電纜次托盤圖來(lái)確定電纜托盤的安裝位置，因此在安裝前期需要對(duì)出版的文件進(jìn)行審查與核對(duì)，以防發(fā)生安裝錯(cuò)誤等問(wèn)題。裝卸料機(jī)在廠家調(diào)試期間曾出現(xiàn)過(guò)電纜托盤安裝位置與設(shè)計(jì)文件不一致的情況，后來(lái)發(fā)現(xiàn)是因?yàn)閺S家用舊版的圖紙進(jìn)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(wèn)題及解決方法

電纜托盤在安裝時(shí)，由于連接到控制臺(tái)001PP處的電纜過(guò)多而且很重，而控制臺(tái)是放在裝卸料機(jī)小車臺(tái)面上的，需要跟設(shè)備一起移動(dòng)，電纜在小車往180°方向運(yùn)動(dòng)的時(shí)候會(huì)發(fā)生彎曲，因此需要更改此處電纜托盤的設(shè)計(jì)，由原來(lái)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(huì)由于過(guò)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(guò)大的壓力而損壞。

在配合機(jī)械進(jìn)行主提升回轉(zhuǎn)精度試驗(yàn)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)塔架在小車位于0°方向極限位置時(shí)無(wú)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(huì)跟其發(fā)生纏繞，再繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的就會(huì)扯斷電纜，因此需要改進(jìn)電纜的走線，具體方法是把接線箱004CR下部的進(jìn)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(wèn)題，解決方法同上。

3.2 硬件調(diào)試經(jīng)驗(yàn)及問(wèn)題

3.2.1 傳感器

方家山一號(hào)機(jī)組裝卸料機(jī)在設(shè)備調(diào)試期間發(fā)生了載荷傳感器信號(hào)不穩(wěn)定的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)各種模擬環(huán)境試驗(yàn)，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(shí)的問(wèn)題只會(huì)出在傳感器本身或是機(jī)械設(shè)備題。通過(guò)更換新的傳感器進(jìn)行測(cè)試，找到了問(wèn)題的原因，是機(jī)械平衡重安裝的問(wèn)題所致（圖1）。

圖1 載荷傳感器

在調(diào)試大車防撞限位開(kāi)關(guān)時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)傳感器觸發(fā)時(shí)沒(méi)有輸出信號(hào)，而到傳感器未觸發(fā)時(shí)卻有信號(hào)輸出，后根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)對(duì)此光電傳感器進(jìn)行設(shè)置，解決了問(wèn)題。

3.2.2 空氣閥門

裝卸料機(jī)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(wèn)題，導(dǎo)致抓具在嚙合的時(shí)候不能開(kāi)到位，無(wú)法牢固的抓取燃料組件。技術(shù)人員在排查問(wèn)題時(shí)發(fā)現(xiàn)，供氣氣源在壓力閥門進(jìn)口處的壓力是滿足條件的，工控機(jī)人機(jī)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(méi)有空氣排出，經(jīng)過(guò)安裝人員的確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)是壓力閥門裝倒所致。在排查過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)了從電磁閥到抓具這段的氣管位置接錯(cuò)的問(wèn)題。在排查完畢后抓具恢復(fù)正常使用。

3.2.3 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器（圖2）

在調(diào)試電視桿的過(guò)程中發(fā)生過(guò)電視桿電機(jī)驅(qū)動(dòng)器故障，報(bào)警處顯示電流過(guò)載，控制盒電纜發(fā)生短路，后經(jīng)過(guò)斷電測(cè)量，發(fā)現(xiàn)電機(jī)制動(dòng)器控制盒的短接線連接錯(cuò)誤，導(dǎo)致短路。

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

圖2 大車伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

在調(diào)試期間發(fā)生過(guò)裝卸料機(jī)主提升機(jī)構(gòu)無(wú)法動(dòng)作的問(wèn)題，在檢查軟件程序后發(fā)現(xiàn)PLC沒(méi)有接收到主提升電機(jī)制動(dòng)器閘閥打開(kāi)的信號(hào)，起初懷疑其沒(méi)有收到打開(kāi)命令，但通過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)PLC已經(jīng)輸出了打開(kāi)命令，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷問(wèn)題出自電機(jī)的制動(dòng)器。經(jīng)過(guò)檢查、咨詢廠家后發(fā)現(xiàn)主提升電機(jī)制動(dòng)器在接受閘閥打開(kāi)信號(hào)后有動(dòng)作，但是由于其表面附著一層潤(rùn)滑油，由于現(xiàn)場(chǎng)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(kāi)后無(wú)法觸碰內(nèi)部的限位開(kāi)關(guān)，導(dǎo)致制動(dòng)器無(wú)法發(fā)送閘閥打開(kāi)的信號(hào)給控制系統(tǒng)。解決方法是將主提升電機(jī)整體拆下來(lái)，清理制動(dòng)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(jī)的基礎(chǔ)，它主要用于主提升系統(tǒng)對(duì)燃料組件的抓取和釋放過(guò)程的在線觀察和記錄，同時(shí)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(tái)左側(cè)的監(jiān)控畫(huà)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(wèn)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(dòng)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(duì)應(yīng)燃料組件的一個(gè)角，允許同時(shí)觀察燃料組件的兩個(gè)面。

3.2.5 電磁兼容

電磁干擾的產(chǎn)生會(huì)降低設(shè)備或系統(tǒng)的性能，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起爆炸。在調(diào)試階段，閉路電視顯示器就曾因?yàn)殡姶鸥蓴_而使顯示的畫(huà)面非常模糊，有許多條紋，影響監(jiān)控。解決方法是通過(guò)使用帶有屏蔽層的電纜來(lái)消除電磁干擾。

在裝卸料機(jī)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(jī)驅(qū)動(dòng)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(diǎn)主要用于伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器處，電機(jī)的動(dòng)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(hào)的傳輸線均使用雙屏蔽的雙絞線。不同的模擬信號(hào)線均獨(dú)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(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)動(dòng)力電纜需要獨(dú)立于其他電纜走線，同時(shí)要避免電機(jī)電纜與其它電纜長(zhǎng)距離平行走線，以減少驅(qū)動(dòng)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(jìn)線電抗器來(lái)降低驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的諧波。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，方家山項(xiàng)目裝卸料機(jī)作為國(guó)內(nèi)第一臺(tái)自主研發(fā)并用于百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站工程的全自動(dòng)數(shù)字化控制裝卸料機(jī)產(chǎn)品，為今后的設(shè)計(jì)工作積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

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

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