PLC 補(bǔ)償裝置在燃料操作系統(tǒng)的應(yīng)用

茍 海，靳瀚博

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江嘉興 314300）

1 軸編碼器功能介紹

1.1 軸編碼器結(jié)構(gòu)

軸編碼器采用AECL 提供的由Blenkhorn&Sawle 公司生產(chǎn)的多位信號(hào)軸編碼器。該軸編器是把角位移轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的一種裝置，分辨率達(dá)到256 counts/r，有效量程32 圈，可提供量程范圍0～8192 counts，對(duì)應(yīng)八進(jìn)制的0～17 777，可以無(wú)限循環(huán)。由電刷和旋轉(zhuǎn)電極的斷開和接通，輸出0 或1 的開關(guān)量信號(hào)。軸編碼器內(nèi)部由20 個(gè)電刷和2 個(gè)圓柱形電極組成，1 個(gè)電極與輸入軸連接，直接反映輸入軸的角位移信號(hào)，稱為高速電極；另一個(gè)電極通過(guò)1∶32 的齒輪減速后跟隨輸入軸旋轉(zhuǎn)，稱為低速電極。

1.2 軸編碼器在燃料操作系統(tǒng)中的應(yīng)用

目前，秦山重水堆燃料操作系統(tǒng)的軸編碼器按監(jiān)測(cè)種類有9 類，包括新燃料推桿位置監(jiān)測(cè)，新燃料料倉(cāng)位置監(jiān)測(cè)，乏燃料升降斗位置監(jiān)測(cè)，乏燃料小車位置監(jiān)測(cè)，橋架Y 向位置監(jiān)測(cè)，裝卸料機(jī)滑車X，Y，Z 向位置監(jiān)測(cè)，懸鏈小車位置監(jiān)測(cè)。按照不同的連接方式，軸編碼器監(jiān)測(cè)方式有軸位移監(jiān)測(cè)和角位移監(jiān)測(cè)兩類，且每count（位）的大小也不相同。

2 軸編碼器補(bǔ)償裝置介紹

PLC 補(bǔ)償裝置最初設(shè)計(jì)思路是用于滑車X 向軸編碼器的讀數(shù)補(bǔ)償。主要功能是加減軸編碼器讀數(shù)，然后將讀數(shù)反饋給計(jì)算機(jī)，達(dá)到補(bǔ)償計(jì)算機(jī)設(shè)定點(diǎn)的要求。除此之外，裝置還設(shè)計(jì)了以下一些特殊工況時(shí)的功能。

（1）CW/CCW。這個(gè)旋鈕用來(lái)選擇是增方式還是減方式計(jì)數(shù)。該功能是為診斷軸編碼器情況而設(shè)置，CW+CCW=17 777。通常情況下無(wú)需使用。

（2）正常/應(yīng)急。這個(gè)旋鈕用來(lái)選擇工作模式。正常情況下可從軸編碼器讀取數(shù)值，然后通過(guò)內(nèi)部修正進(jìn)行輸出。在應(yīng)急情況下，輸出為計(jì)數(shù)模式，最初輸出值將被置于X 位值，然后通過(guò)Bit0 位的變化來(lái)逐次累加。

（3）報(bào)警解除/開啟。這個(gè)旋鈕用于開啟和關(guān)閉報(bào)警功能。當(dāng)開啟報(bào)警功能時(shí)，達(dá)到報(bào)警條件，系統(tǒng)將報(bào)警。當(dāng)關(guān)閉報(bào)警功能時(shí)，即使達(dá)到報(bào)警條件也不會(huì)觸發(fā)報(bào)警功能。但此開關(guān)無(wú)法消除當(dāng)前已經(jīng)存在的報(bào)警。為不影響正常使用，平時(shí)將報(bào)警關(guān)閉。

3 橋架軸編碼器失效分析及處理

在燃料操作系統(tǒng)中橋架區(qū)域?qū)儆诓豢蛇_(dá)區(qū)域，在一個(gè)大修周期內(nèi)，人員不能到達(dá)。因此橋架區(qū)域的設(shè)備一般都有冗余，確保一個(gè)信號(hào)失去后，橋架仍可正常動(dòng)作。橋架軸編碼器在兩端各有1 個(gè)，軸編碼器的同步性用于判斷橋架是否出現(xiàn)傾斜，以及精準(zhǔn)檢測(cè)橋架位置。因此，橋架軸編碼器失效分析應(yīng)該包括1 個(gè)軸編碼器失效和2 個(gè)軸編碼器失效情況。2 個(gè)軸編碼器如果均發(fā)生失效，必須停堆處理。本文主要介紹1 個(gè)軸編碼器失效后的處理方法。1 個(gè)軸編碼器失效模式包括讀數(shù)漂移、讀數(shù)缺位和亂碼。

3.1 軸編碼器讀數(shù)漂移

軸編碼器讀數(shù)漂移指在運(yùn)行一段時(shí)間后，由于橋架運(yùn)行軌道打滑或軸編碼器安裝不牢靠及其他情況，致使軸編碼器讀數(shù)發(fā)生漂移，軸編碼器本身功能正常。例如，橋架在完全下降位置為100，但是其中1 個(gè)軸編碼器為102，此時(shí)橋架會(huì)出現(xiàn)傾斜報(bào)警。由于2 個(gè)軸編碼器讀數(shù)相差2 counts，默認(rèn)橋架傾斜。此時(shí)，可以利用PLC 補(bǔ)償裝置，將102 補(bǔ)償?shù)?00 后輸入計(jì)算機(jī)，從而解決問(wèn)題，界面如圖1 所示。

圖1 PLC 裝置補(bǔ)償界面

3.2 軸編碼器讀數(shù)缺位

軸編碼器讀數(shù)缺位指軸編碼器本身功能出現(xiàn)異常，某一位或多位出現(xiàn)故障（非Select）。此狀況下，軸編碼器的讀數(shù)方向不會(huì)發(fā)生變化，即增大一直是增大，減小一直是減小，只是其中某些數(shù)值將不顯示。

軸編碼器插針與顯示模塊關(guān)聯(lián)位Bit0～Bit2 對(duì)應(yīng)個(gè)位A，Bit3～Bit5 對(duì)應(yīng)十位B，Bit6～Bit8 對(duì)應(yīng)百位C，Bit9～Bit11 對(duì)應(yīng)千位D，Bit12 對(duì)應(yīng)萬(wàn)位E。以個(gè)位A 為例，某一位電極或多位缺失后，狀態(tài)見(jiàn)表1。

表1 軸編碼器缺位狀態(tài)

如果是高速極（Bit7～Bit12）出現(xiàn)故障，故障現(xiàn)象會(huì)有所不同，因?yàn)楦咚賲^(qū)的電極均由3 路信號(hào)確定，例如，BIT7=BIT7LAG* +BIT7LEAD*S（設(shè)S 為SELECT 的值）。因此分析高速區(qū)電極故障比較復(fù)雜，本文暫不敘述。

（1）利用PLC 補(bǔ)償裝置判斷故障現(xiàn)象。將軸編碼器回路接入PLC 裝置，利用CW+CCW=17 777 原理，判斷是否軸編碼器故障。如果CW+CCW≠17 777，則軸編碼器故障。

（2）利用PLC 補(bǔ)償裝置解決故障。利用PLC 的計(jì)數(shù)功能，采取累加/累減的方式彌補(bǔ)缺位。同時(shí)在應(yīng)急狀態(tài)下將觸發(fā)另一個(gè)界面——計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)界面?？梢酝ㄟ^(guò)方向箭頭上下來(lái)切換，計(jì)數(shù)輸出界面和計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)界面。

Bit0 每次改變狀態(tài)時(shí)，十進(jìn)制變化了2 個(gè)數(shù)；Bit1 每次改變狀態(tài)時(shí)，十進(jìn)制變化了4 個(gè)數(shù)；Bit2 每次改變狀態(tài)時(shí)，十進(jìn)制變化了8 個(gè)數(shù)；以此類推，Bitx 每次改變狀態(tài)時(shí)，十進(jìn)制變化了2x+1 個(gè)數(shù)。每一位Bit 循環(huán)周期均為2x 個(gè)0，2x+1 個(gè)1，2x 個(gè)0。

3.3 軸編碼器讀數(shù)亂碼

軸編碼器讀數(shù)亂碼指電機(jī)在一個(gè)方向驅(qū)動(dòng)時(shí)，軸編碼器的讀數(shù)時(shí)大時(shí)小，沒(méi)有規(guī)律可循。通過(guò)經(jīng)驗(yàn)判斷，這種狀況多為Select 位缺失。此位缺失，直接影響B(tài)it7～Bit12。假如Select=0，則Bit7=Bit7Lag；Bit8=Bit8Lead；Bit9=Bit9Lead；Bit10=Bit10Lead；Bit11=Bit11Lead；Bit12=Bit12Lead。

這種情況下，只能從另一個(gè)互補(bǔ)的軸編碼器引入Select 輸出位。當(dāng)軸編碼器分別正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時(shí)，Select 的電平圖剛好相反，也就是當(dāng)CW 為1 時(shí)，CCW 為0。因此，如果需要引入另一個(gè)軸編碼器的Select 位到PLC，需要取反后再輸出，可以解決此問(wèn)題。

4 總結(jié)

介紹利用PLC 補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償、計(jì)數(shù)和故障判斷功能，分析橋架軸編碼器、滑車軸編碼器和乏燃料升降斗軸編碼器故障應(yīng)急的方法及可行性，指導(dǎo)以后工作中的實(shí)際問(wèn)題。本文講述的軸編碼器在燃料操作系統(tǒng)中具有較強(qiáng)代表性，PLC 補(bǔ)償裝置的功能適用于本系統(tǒng)的所有軸編碼器，故不再逐一論述。