換料機(jī)PLC重新啟動后主提升機(jī)構(gòu)速度突變問題的分析與處理

張寶田　張健　宋煒

【摘 要】針對某核電站大修卸料期間發(fā)生的換料機(jī)主PLC重新啟動后主提升機(jī)構(gòu)速度突變問題，進(jìn)行了根本原因分析，并給出了相應(yīng)的處理建議。

【關(guān)鍵詞】核電站；換料機(jī)；PMC；PLC

0 引言

換料機(jī)屬于壓水堆核電站燃料操作與貯存系統(tǒng)（簡稱PMC）的關(guān)鍵設(shè)備之一，在反應(yīng)堆安全殼內(nèi)換料水池上方，進(jìn)行水下燃料組件的操作，在對燃料組件進(jìn)行操作時(shí)主要有大車縱向運(yùn)動、小車橫向運(yùn)動，主提升機(jī)構(gòu)升降運(yùn)動。換料機(jī)所要求的運(yùn)行路徑、互鎖邏輯、位置測量、定位精度、速度控 制等較為復(fù)雜，所以采用了可編程控制器（簡稱PLC）、工業(yè)組態(tài)軟件等較為可靠的、靈活的電氣控制系統(tǒng)。

某核電站大修在堆芯卸第1組組件，換料機(jī)抓取燃料組件后主提升機(jī)構(gòu)以1m/min的低速提升至Z=7561.5mm時(shí)，報(bào)超載故障。將換料機(jī)PLC程序中的超載保護(hù)設(shè)定值由80kg調(diào)整到105kg，下載程序并重啟PLC后，繼續(xù)卸料，燃料組件的上升速度竟然不是原來的低速，而是自動變?yōu)楦咚?，該組件四周均與堆芯相鄰燃料組件或圍板直接接觸，大于1m/min的卸料速度很容易造成燃料組件損壞。操作人員發(fā)現(xiàn)速度異常，立刻停止燃料操作，設(shè)備保駕人員將速度臨時(shí)強(qiáng)制為低速，該組件得以從堆芯安全卸出。

1 原因分析

換料機(jī)堆芯卸料根據(jù)當(dāng)前所操作組件與周圍組件或圍板的距離分為“開闊區(qū)”與“非開闊區(qū)”兩種工況，當(dāng)前所操作組件的大、小車位置距相鄰有燃料組件或圍板位置約50mm開外且不超過當(dāng)前所在堆芯位置的區(qū)域被定義為開闊區(qū)，除開闊區(qū)外均定義為非開闊區(qū)，考慮到燃料組件安全，當(dāng)組件處于開闊區(qū)時(shí)可以高速運(yùn)動，處于非開闊區(qū)時(shí)只能以低速運(yùn)動。

堆芯在卸第1組組件時(shí)，該組件四周均與堆芯相鄰燃料組件或圍板直接接觸，屬非開闊區(qū)域，主提升機(jī)構(gòu)應(yīng)該以低速運(yùn)行，但在PLC重啟后，主提升機(jī)構(gòu)變成高速運(yùn)行，說明換料機(jī)PLC控制系統(tǒng)誤認(rèn)為當(dāng)前組件處于開闊區(qū)，所以下面重點(diǎn)分析開闊區(qū)出現(xiàn)的條件。

（1）開闊區(qū)對應(yīng)的變量為O_WATER，其輸出線圈在程序塊OFFINDX中，其控制邏輯主要由代表當(dāng)前位置及周圍位置是否有組件或有圍板的變量CCL、ACL1、ACL2、ACL3、ACL4、ACL5、ACL6、ACL7、ACL8，及代表當(dāng)前大車、小車位置所處在區(qū)域的變量SECTOR1、SECTOR2、SECTOR3、SECTOR4、SECTOR5、SECTOR6、SECTOR7、SECTOR8、SECTOR9相結(jié)合來進(jìn)行判定當(dāng)前區(qū)域是否處于真正的開闊區(qū)。

（2）代表當(dāng)前大車、小車位置所處在區(qū)域的變量SECTOR1～SECTOR9輸出線圈在程序塊CPCALC中，其中變量SECTOR1～SECTOR8表示通過操作大小車使當(dāng)前組件偏移相鄰周圍組件或圍板一定距離約50mm開外時(shí)的情況，變量SECTOR9表示當(dāng)前大小車還處在當(dāng)前堆芯位置中心約50mm以內(nèi)的情況，堆芯卸第1組組件時(shí)，提升過程中均未操作大小車，可以得出變量SECTOR1～ECTOR8值都不具備為1的條件，只有變量SECTOR9滿足要求即變量SECTOR9值為1。

（3）變量CCL、ACL1～CL8代表當(dāng)前位置及周圍位置是否有組件或有圍板的情況，1代表有組件或圍板，0代表無組件，堆芯卸第1組組件時(shí)周圍均有組件或圍板，ACL3、ACL4、ACL5位置是圍板，ACL1、ACL2、ACL6、ACL7、ACL8位置是燃料組件，正常相應(yīng)的變量CCL值為0，而變量ACL1～CL8值均為1。

（4）根據(jù)PLC判定邏輯，要使開闊區(qū)變量O_WATER為1，除了要求變量SECTOR9值為1，還要求變量“CCL、ACL1～CL8”值均為0，變量CCL、ACL1～CL8的輸出線圈均在程序塊OPN_WTR中。

（5）程序塊COREMAP、OFFINDX每個掃描周期均被主程序_MAIN調(diào)用，程序塊CPCALC在程序塊COREMAP中也一直被調(diào)用，而程序塊OPN_WTR分別在程序塊COREMAP、OFFINDX中則被有條件的調(diào)用，調(diào)用條件有以下3種情況：

1）程序塊COREMAP中：當(dāng)判定有一組燃料組件放入堆芯時(shí)（注：主提升機(jī)構(gòu)下降到8680mm時(shí)夾爪有組件，主提升機(jī)構(gòu)提升到8680mm時(shí)夾爪無組件），會觸發(fā)調(diào)用程序塊OPN_WTR。

2）程序塊COREMAP中：當(dāng)判定有一組燃料組件從堆芯取出時(shí)（注：主提升機(jī)構(gòu)上升到8680mm時(shí)，夾爪有組件），也會觸發(fā)調(diào)用程序塊OPN_WTR。

3）程序塊OFFINDX中：從傾翻機(jī)抓取組件并選擇堆芯為目標(biāo)位后；手動模式下當(dāng)前堆芯位置有改變時(shí)或當(dāng)偏移操作畫面剛關(guān)閉時(shí)，也會觸發(fā)調(diào)用程序塊OPN_WTR。

PLC重啟時(shí)，主提升機(jī)構(gòu)在Z=7561.5mm附近位置（但小于8680mm高度），同時(shí)沒有在傾翻機(jī)進(jìn)行堆芯目標(biāo)重新選擇，大小車位置也沒有移動，均不滿足上述3個條件，變量CCL、ACL1～CL8狀態(tài)與實(shí)際不符的根本原因?yàn)镻LC重啟時(shí)程序塊OPN_WTR沒有及時(shí)調(diào)用掃描，導(dǎo)致其狀態(tài)都為0，加上變量SECTOR9值為1，最終導(dǎo)致判定當(dāng)前位置是否處于開闊區(qū)的變量O_WATER值為1，主提升機(jī)構(gòu)由低速變?yōu)楦咚佟?/p>

2 處理措施

考慮到程序塊OPN_WTR一般都跟隨在程序塊CPCALC后調(diào)用（注：程序塊CPCALC為當(dāng)前位置堆芯指針計(jì)算），所以決定在程序塊COREMAP調(diào)用后程序塊CPCALC后增加PLC上電后接通一個掃描周期的系統(tǒng)變量來調(diào)用程序塊OPN_WTR，確保變量CCL、ACL1～CL8狀態(tài)與實(shí)際相符，避免類似問題再次發(fā)生。

3 結(jié)論

PLC程序設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致組件當(dāng)前位置實(shí)際非開闊區(qū)但被誤認(rèn)為是開闊區(qū)；在進(jìn)行燃料操作時(shí)還是應(yīng)盡量避免PLC重新啟動，重啟后內(nèi)存數(shù)據(jù)會初始化導(dǎo)致很多變量狀態(tài)跟重啟前不一致；通過PLC編程軟件在線修改超欠載對應(yīng)的變量值，而非離線修改；長期來看，應(yīng)該在上位機(jī)軟件界面中設(shè)計(jì)超載值、欠載值設(shè)定畫面，以方便操作人員使用，并且可以避免修改PLC變量值帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張桂香.電氣控制與PLC應(yīng)用[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

[2]黃潛.VVER-1000核電廠換料機(jī)結(jié)構(gòu)及操作[M].中國原子能出版社，2014.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]