清洗手套箱配套轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備自動(dòng)控制方案

李哲宇 溫 毅 康文凱 李 龍 張

（中國(guó)輻射防護(hù)研究院，山西 太原030006）

1 系統(tǒng)說明

掛片清洗手套箱配套轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備分為三部分，分別是防護(hù)容器手動(dòng)運(yùn)輸小車、轉(zhuǎn)運(yùn)接口開關(guān)蓋裝置及其控制系統(tǒng)和單軌吊車及其控制系統(tǒng)。

1.1 防護(hù)容器手動(dòng)運(yùn)輸小車主要承擔(dān)防護(hù)容器的運(yùn)輸功能并能夠在轉(zhuǎn)運(yùn)接口處實(shí)現(xiàn)定位鎖緊功能，將小車位置固定在吊運(yùn)接口處，以便后續(xù)操作；

1.2 轉(zhuǎn)運(yùn)接口開關(guān)蓋裝置主要用于實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)運(yùn)接口的開關(guān)蓋功能，并保證無轉(zhuǎn)運(yùn)操作時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)接口處的密封；

1.3 單軌吊車用于實(shí)現(xiàn)手套箱內(nèi)對(duì)帶掛片防護(hù)容器蓋的吊運(yùn)操作；

1.4 控制柜主要用于安裝開關(guān)蓋裝置和吊車的控制系統(tǒng)，并設(shè)有操作面板。

2 防護(hù)容器手動(dòng)運(yùn)輸小車

手動(dòng)運(yùn)輸小車主要包括軌道和運(yùn)輸車兩部分。

軌道用于對(duì)小車進(jìn)行導(dǎo)向，并在兩端設(shè)置限位塊，防止小車推拉出軌道。

小車主要承擔(dān)屏蔽防護(hù)容器的運(yùn)輸功能，并設(shè)置有推拉扶手及定位鎖緊裝置，以便于人員拉出小車，且保證小車能夠穩(wěn)定停靠在轉(zhuǎn)運(yùn)接口位置。

手動(dòng)運(yùn)輸小車示意圖如圖1。

3 轉(zhuǎn)運(yùn)接口開關(guān)蓋裝置及其控制系統(tǒng)

轉(zhuǎn)運(yùn)接口開關(guān)蓋裝置主要包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、安裝支撐板、聯(lián)接貫穿軸、密封管套、聯(lián)軸器、旋轉(zhuǎn)臂和轉(zhuǎn)運(yùn)接口蓋。

轉(zhuǎn)運(yùn)接口開關(guān)蓋裝置中電機(jī)為開關(guān)蓋提供動(dòng)力；電機(jī)支架用于支撐電機(jī)；聯(lián)接貫穿軸用于聯(lián)接電機(jī)輸出端和聯(lián)軸器；密封套管主要用于密封傳動(dòng)軸以及套管和手套箱之間的固定孔；聯(lián)軸器用于聯(lián)接貫穿軸和旋轉(zhuǎn)開蓋裝置；旋轉(zhuǎn)開蓋為開關(guān)蓋的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

圖1 防護(hù)容器手動(dòng)運(yùn)輸小車

圖2 轉(zhuǎn)運(yùn)接口開關(guān)蓋裝置

開關(guān)蓋裝置的控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)蓋的位置控制，并根據(jù)密封要求實(shí)現(xiàn)一定的預(yù)緊力控制，并設(shè)置有急停開關(guān)、報(bào)警指示燈、誤操作鑰匙，同時(shí)配有遙控手柄，便于遠(yuǎn)程控制，且控制柜操作面板上能夠顯示開關(guān)蓋位置。轉(zhuǎn)運(yùn)接口開關(guān)蓋裝置示意圖如圖2。

4 單軌吊車及其控制系統(tǒng)

單軌吊車包括支腿、橫梁軌道、起吊裝置和安全裝置。支腿為起吊裝置提供支撐作用；橫梁為起吊裝置滑動(dòng)用軌道，通過機(jī)械設(shè)計(jì)保證起吊和運(yùn)輸過程的平穩(wěn)；起吊裝置包括定位系統(tǒng)、吊鉤、電纜及拖鏈，起吊裝置做模塊化設(shè)計(jì)，便于后期整體更換；安全裝置包括緩沖裝置以及制動(dòng)裝置，緩沖裝置防止起吊裝置與軌道兩端碰撞，制動(dòng)裝置保證起吊裝置在軌道上自由滑動(dòng)。

單軌吊車控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)吊鉤高度控制、吊車水平位置控制的操作，并進(jìn)行精確定位，能夠在操作面板上實(shí)時(shí)顯示位置。控制系統(tǒng)設(shè)置有急停開關(guān)、報(bào)警指示燈及誤操作鑰匙，且能夠遠(yuǎn)程操作，同時(shí)具有鎖緊功能，保證了系統(tǒng)斷電后吊鉤不會(huì)自由掉落、起吊裝置啟動(dòng)及停止過程的平穩(wěn)，盡可能的減小了運(yùn)行過程中的晃動(dòng)。

單軌吊車示意圖如圖3。

5 控制柜及遙控面板

控制柜以外形尺寸最小，強(qiáng)弱電分開設(shè)計(jì)以及便于操作為原則設(shè)計(jì)。

控制柜示意圖如圖4。

轉(zhuǎn)運(yùn)接口開關(guān)蓋裝置遙控與單軌吊車遙控合二為一，遙控器為無線形式。

遙控面板示意圖如圖5。

6 超聲波清洗器

超聲波清洗器放置于手套箱中，手套箱內(nèi)的吊車將容器蓋連同掛片吊裝至超聲波清洗器中，利用超聲波的清洗作用對(duì)掛片進(jìn)行清洗去污，清洗后將容器蓋及掛片吊離清洗器。

超聲波清洗器主要由設(shè)備主體

（包括超聲波清洗池，超聲波振盒，液位檢測(cè)顯示部分，清洗液進(jìn)出口管），超聲波發(fā)生器，電纜，控制系統(tǒng)組成。

超聲波清洗器的控制系統(tǒng)具備以下功能：

①能顯示清洗總功率、每個(gè)振盒功率、電壓、電流和工作頻率，實(shí)現(xiàn)功率可調(diào)；

②當(dāng)某個(gè)振盒因內(nèi)部振子故障或其它原因?qū)е鹿β实陀谀持禃r(shí)，可進(jìn)行故障診斷，以便實(shí)現(xiàn)檢修或更換；

③控制操作人性化，顯示部分清晰明了；

圖3 單軌吊車

圖4 控制柜

圖5 遙控面板

圖6 超聲波清洗器

④設(shè)置有液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)池內(nèi)液位進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，顯示裝置上設(shè)置有液位最低點(diǎn)、液位正常點(diǎn)、液位最高點(diǎn)三個(gè)特殊顯示標(biāo)志。

超聲波清洗器示意圖如圖6。

7 控制系統(tǒng)硬件配置

開關(guān)蓋裝置控制主要通過開關(guān)量與PLC 進(jìn)行交互，其中DI共計(jì)6 個(gè)，包括4 個(gè)按鈕+2 個(gè)行程開關(guān)；DO 共計(jì)4 個(gè)，包括4個(gè)指示燈+2 個(gè)繼電器/交流接觸器輸出。開蓋電機(jī)選用750W交流伺服電機(jī)加直角減速裝置。

單軌吊車的自動(dòng)控制由可移動(dòng)控制箱和有線遙控手柄組成，其中可移動(dòng)控制箱里安裝有電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、PLC主機(jī)和I/O 模塊、系統(tǒng)供電部分，并配距離反饋裝置。平移電機(jī)選用400W交流伺服電機(jī)；垂直升降采用750W伺服電機(jī)+減速機(jī)+鏈條式傳動(dòng)裝置。

為了減少單吊行車在在垂直升降過程中出現(xiàn)的晃動(dòng)，整個(gè)運(yùn)行過程中以不同的速度運(yùn)行，其中啟動(dòng)為第一速度，過程為第二速度，鄰近目標(biāo)位置時(shí)以第三速度減速運(yùn)行。

8 控制柜操作界面

操作界面共由5 個(gè)頁(yè)面組成，分別為初始化界面、超聲波界面、單軌吊車界面、參數(shù)設(shè)置界面以及自動(dòng)模式位置設(shè)置界面。

初始化界面示意圖如圖7。

在初始化界面，可對(duì)設(shè)備進(jìn)行初始化設(shè)置。

超聲波界面示意圖如圖8。

在超聲波界面，可以對(duì)超聲波清洗池中的三個(gè)超聲波發(fā)聲裝置分別進(jìn)行控制，并觀測(cè)超聲波清洗池中的液位。

單軌吊車界面示意圖如圖9。

在單軌吊車界面，可以對(duì)行車、吊具、密封蓋進(jìn)行控制，并觀測(cè)行車、吊具的實(shí)時(shí)位置。

參數(shù)設(shè)置界面示意圖如圖10。

在參數(shù)設(shè)置界面，可以分別對(duì)超聲波發(fā)生裝置的電流、吊具升降電機(jī)的速度、行車水平電機(jī)的速度進(jìn)行設(shè)置，使這些參數(shù)滿足設(shè)備運(yùn)行的需求。

自動(dòng)模式位置設(shè)置界面示意圖如圖11。

在自動(dòng)模式位置設(shè)置界面，可對(duì)行車和吊具自動(dòng)移動(dòng)到物料口、清洗池、淋洗池的位置進(jìn)行精確設(shè)定，使設(shè)備運(yùn)行精度達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求。

9 系統(tǒng)運(yùn)行測(cè)試結(jié)果

設(shè)備接通電源后，分別對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)接口開關(guān)蓋裝置、單軌吊車以及超聲波清洗器進(jìn)行測(cè)試。經(jīng)檢測(cè)，轉(zhuǎn)運(yùn)接口開關(guān)蓋裝置的4 個(gè)按鈕、2 個(gè)行程開關(guān)、開蓋交流伺服電機(jī)以及直角減速裝置均可正常工作，且均能有效按照既定的工作模式運(yùn)行，完成設(shè)定的工作任務(wù)。單軌吊車的距離反饋裝置、平移交流伺服電機(jī)、垂直升降伺服電機(jī)、減速機(jī)以及鏈條式傳動(dòng)裝置均可正常工作，且均能有效按照既定的工作模式運(yùn)行，完成設(shè)定的工作任務(wù)。超聲波清洗器的3個(gè)超聲波振盒、液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及3 個(gè)超聲波發(fā)生器均可正常工作，且均能有效按照既定的工作模式運(yùn)行，完成設(shè)定的工作任務(wù)?？刂乒竦碾姍C(jī)驅(qū)動(dòng)器、PLC 主機(jī)、I/O 模塊、系統(tǒng)供電部分、4 個(gè)指示燈、2 個(gè)繼電器/交流接觸器、觸摸屏以及設(shè)備配套的無線遙控系統(tǒng)（包括遙控器）均可正常工作，且均能有效按照既定的工作模式運(yùn)行，完成設(shè)定的工作任務(wù)。各個(gè)裝置之間協(xié)作運(yùn)行、配套使用時(shí)，聯(lián)動(dòng)工作模式均可正常運(yùn)行，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖7 初始化界面

圖8 超聲波界面

圖9 單軌吊車界面

圖10 參數(shù)設(shè)置界面

圖11 自動(dòng)模式位置設(shè)置界面