1引言

蒸汽發(fā)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(tǒng)材料的腐蝕產(chǎn)物進入sg二次側，蒸發(fā)、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(tǒng)組成

2.1系統(tǒng)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(fā)生碰撞導致堵轉，設置了接近開關jk進行狀態(tài)監(jiān)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(fā)生器設備安全。整個控制系統(tǒng)根據(jù)設計要求，能進行各種參數(shù)設定、運行狀態(tài)顯示和系統(tǒng)自診斷。在故障狀態(tài)下，具有報警功能和緊急停止功能。根據(jù)系統(tǒng)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(qū)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(qū)域（距sg10m處）

現(xiàn)場手操控制箱一個，是整個控制系統(tǒng)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(qū)域

人機界面siemenstp7觸摸屏、高壓供水子系統(tǒng)、泥渣收集子系統(tǒng);

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(tǒng)。cpu224plc為14路數(shù)字量輸入/10路數(shù)字量輸出，q0.0和q0.1產(chǎn)生兩路獨立的20khz高速脈沖，輸入伺服驅動模塊進行經(jīng)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(jù)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(shù)器內的剩余脈沖數(shù)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(shù)器大小由伺服驅動模塊內參數(shù)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(tài)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(tǒng)的人機界面（hmi）采用siemenstp7觸摸屏，易于實現(xiàn)，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(jiān)控。當起停頻率超出時，通過步數(shù)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(tǒng)。

槍體步進一次控制器plc發(fā)出脈沖個數(shù)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(fā)出脈沖個數(shù)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(tǒng)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(xiàn)象產(chǎn)生的運動誤差，因此系統(tǒng)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(jù)實際的步進長度，調整伺服電機理論計算出的脈沖個數(shù)，從而補償機械部分產(chǎn)生的誤差。

5結束語

本文設計的水力沖洗系統(tǒng)穩(wěn)定性好、精度高、易于維護，已經(jīng)多次在國內各核電站現(xiàn)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(yè)主的要求，提高了核電站的運行和管理水平。