核岛燃料贮存格架自动引入系统的应用研究

刘琪琳，李云峰，潘国祥，杨泽宇，朱全友

（中国核工业二三建设有限公司红沿河项目部，辽宁 瓦房店 116300）

1 概述

基于核岛燃料厂房乏燃料贮存格架自身结构特点及燃料厂房环境的局限性，为满足乏燃料贮存格架的顺利引入，特研发格架自动引入装置。通过舵轮结构的电动行走平台搭载一台大型齿圈结构的翻转机，配以由SICK感应器等构成的安全控制系统，通过操纵无线工业遥控器或线控手柄，实现格架的自动引入，在减少人力投入的同时，提高工作效率，降低质量安全风险，实现机械安装自动化。同时不局限于乏燃料贮存格架的引入，达到多个项目、多种设备通用的目的。

2 结构组成

这种移动机构应用在乏燃料的贮存格架下面，用于格架引入时实现自动移动和行走，主要由移动平台车、控制系统、安全系统、动力系统组成（见图1）。

此外，整机尺寸满足区域条件限制，在对乏燃料贮存格架引入及翻转装置的设计时，考虑到扩展区入口宽和高的条件限制自动引入装置的设计尺寸应避免与其干涉，保证有足够的空间使得该装置在搭载格架的条件下顺利自动通过扩展区入口到达0米吊装孔下。

图1 整体结构图

3 工作原理

自动引入装置可通过操纵无线、有线工业遥控器或人机界面3种方式来控制4个舵轮行驶。行驶方式有前进，后退，180°左右平移、左转，右转。可通过切换3挡开关选择低速，中速，高速模式。通过摇杆控制小车的前进、后退。摇杆设有五档，三种速度模式下的每种速度均可以5挡调速。

人机对话采用三种方式实现，操作员可分别通过手持有线或无线遥控器按键、操控台按键、触摸屏运行界面中按键输入指令信息。通过触摸屏来设置小车运行参数，包括运行速度、运行方向、电池保护值等内容。监控显示小车运行速度、运行方向、电池电压状态、监控电机运行电流、伺服控制器运行状态、故障报警、显示故障代码等内容。

移动平台车采用对角驱动，同时车体前方设有转向桥架，转向桥架通过翘板结构与车体连接，当地面出现凹凸不平时，通过翘板结构达到车体台面与地面之间的水平状态，后轮轮组独立固定在车体上，后面两个独立的轮组与前面一套转向桥架组成一套承载系统，根据三点成一平面原理，保证四个轮子稳定接触地面，不会出现轮组悬空的状况发生。

移动平台车头与车尾车体四周装有8台障碍物超声波雷达检测传感器作为避障保护机制，当行驶方向内有障碍物持续存在时，移动小车减速运行，如果障碍物在1秒内不解除，移动平台车立即停车并发出障碍警报，等待障碍物消失后，自动启动，继续执行停车前的工作。此外，自动引入装置设有防撞安全触边，当安全触边与外物发生碰撞时，移动小车立刻停车，并发出障碍报警，待外物从到航线上移开后，为了安全性需要人工按下确认按钮，移动小车才会继续运行。最后，车体上还装有8个急停装置，预防翻转机在任何情况下都可以紧急停车。

驱动输出与翻转机构程序互锁，实现移动平台车与翻转机构之间的闭锁。在90°翻转后的限位保护功能，确保格架翻转位置准确，格架翻转过程中可在任意位置停机，并停车自锁。突然断电、停车自锁保护功能，格架保持平稳不移动，安全可靠。

采用蓄电池组为其提供动力来源。电池组充放电寿命长，电压特性平稳，可快速充电，单次充电使用时间长。随车还配备380V手动充电站，配备标准工业插头与电池对接。

4 结构特点

舵轮组通过回转支承外圈将车轮组与车体螺栓连接在一起，通过转向伺服电机减速机带动小齿轮，小齿轮带动回转支承外圈，因为外圈和车体固定在一起，因此，小齿轮在与回转支承外圈作相对旋转运动的时候，从而实现小齿轮带动整个车轮组进行360度旋转，进而实现车体的转向以及平移功能。回转支承内圈与车轮安装架螺栓连接在一起，通过驱动伺服电机减速机带动聚氨酯车轮进行前进后退运动。

翘板组主要由翘板结构架、主动舵轮组、从动舵轮组、翘板轴承座等组成，其中翘板组通过翘板轴承座与车体螺栓连接在一起，实现中间固定，两边可以根据地面凹凸情况进行制动调整功能。主动舵轮组提供翘板组直线运动动力和转向功能，从动舵轮组提供转向功能，以实现翘板前进后退转向平移功能，从而实现整个车的前进、后退、左转、右转、180°左右平移功能。

电气控制部分组成主要是以西门子PLC S7-200 SMART 可编程控制器ST60为核心CPU，扩展了2块16路数字量输入模块、1块8路模拟量输入模块，1块4路模拟量输出模块；驱动小车舵轮前进后退用的2台牵引伺服控制器；驱动小车转向用的4台转向伺服控制器；驱动平台翻转电机用的1台变频器；配有12路4个舵轮到位位置传感器；4路模拟量旋转角度传感器；2路翻转用的到位传感器；工业级手持无线1台；有线遥控器1台；1台10寸人机界面触摸液晶屏显示信息；8路障碍物超声波雷达检测传感器。

48块动力电池及2台逆变器作为电源供给。

采用西门子S7系列PLC，扩展能力强，有强大的模块系统，支持无线串口，无线以太网的通讯功能。功能强大，结构紧凑并且经济。西门子SIMATIC S7通用控制器，可以节省安装空间并且具有模块化设计的特点。

大量的模块可根据手头的任务被用于扩展集中系统或创建分散结构的系统，并促进备件成本效益的经济性。PLC完成的任务：在正常操作过程中，接收操作员通过有线或无线遥控器进行所有的指令操作，驱动触摸屏监控运行状态。实时监测安全系统中的保护命令，输出命令驱动电动传动装置运行或停机。监测电池放电情况，提示充电声光报警。驱动输出翻转机构运行，实现移动平台车与翻转机构之间的闭锁。

5 工作流程

（1）格架由大件堆场通过平板车运输至K区0米扩展区外；

（2）通过汽车吊将乏燃料贮存格架吊装至自动引入系统移动平台车的承载台面A面上，并用格架固定绑带固定；

（3）操作人员将移动平台车的所有急停按钮复位，当控制屏上显示移动平台车可以移动后，操作人员方可操作遥控器进行平台车的移动工作（此时，翻转机构形成闭锁，无法实现动作）；

（4）操作人员通过平台车的前进、后退、180°平移等操作，将乏燃料贮存格架移动到指定的待翻转位置；

（5）操作人员通过操作翻转机构进行格架翻转，翻转机构进行格架翻转时移动平台车自动锁定，无法进行前进、后退、180°左右平移等曹操作，以保证格架翻转过程中的安全性；

（6）当格架翻转90°时，翻转机构自动停机并保持稳定，此时，格架垂直坐立于承载台面B面上，操作人员将K区燃料厂房的辅助吊车10t钩通过专用吊索具与格架相连，并拆除格架固定绑带；

（7）起升辅助吊车10t钩，将格架引入之K区+20米燃料厂房，并最终通过辅助吊车将格架就位在乏燃料水池内进行位置和标高调整；

（8）操作人员操作翻转机构逆时针旋转回到初始位置；

（9）操作人员操作遥控器通过平台车的前进、后退、180°左右平移等功能将移动平台车移动至K区0米扩展区外最初接收格架的位置进行下一循环操作。

6 结语

核岛燃料贮存格架自动引入系统技术的应用实现了格架的自动引入，在减少人力物力投入的同时，提高了工作效率，降低了质量安全风险，实现了机械安装自动化。并进行了实际应用，取得了良好的应用效果，具有良好的推广使用效果。

此外，充分响应国家关于做好“新基建”技术研究与综合能力建设有关工作的号召，以技术创新为驱动，面向高质量发展需要，提供智能升级、融合创新等服务的基础设施体系，提高核岛安装市场竞争力，适时开展新技术创新与研究，在原有核电与大型基础设施建造经验与成套技术的基础上，主动对接自动化、智能化、信息化技术的应用，针对核工程“数字化管理”与“智能建造”两个领域加快掌握关键技术，提升创新融合能力，增强各单位的市场竞争力。