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CN111949453A - 一种池式供热堆换料机冗余系统及切换方法 - Google Patents

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CN111949453A
CN111949453A CN202010673024.9A CN202010673024A CN111949453A CN 111949453 A CN111949453 A CN 111949453A CN 202010673024 A CN202010673024 A CN 202010673024A CN 111949453 A CN111949453 A CN 111949453A
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CN
China
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equipment
programmable logic
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effective
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CN202010673024.9A
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刘涛
钱艳平
李莉
刘强
彭谊宏
蒋兴福
杨斌
王俊兰
明平良
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China Nuclear Power Operation Technology Corp Ltd
Original Assignee
China Nuclear Power Operation Technology Corp Ltd
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Abstract

本发明涉及池式供热堆换料机可靠性技术领域，具体公开了一种池式供热堆换料机冗余系统及切换方法。该系统包括电源、人机交互设备、可编程逻辑控制器、传感器以及电机，其中，所述的人机交互设备通过以太网与若干个互为冗余的可编程逻辑控制器连接形成局域网；若干个互为冗余的传感器同时与每个所述的可编程逻辑控制器相连接；每个所述可编程逻辑控制器通过总线与换料机中的每个执行机构上的电机相连接；互为冗余的若干电源接入冗余系统，为其他设备提供电源。该系统及切换方法，可以充分利用硬件资源，突破系统单元之间的绑定显著，根据故障状态自由选择单元设备组成完整系统，极大提高换料机的可靠性。

Description

一种池式供热堆换料机冗余系统及切换方法
技术领域
本发明属于池式供热堆换料机可靠性技术领域，具体涉及一种池式供热堆换料机冗余系统及切换方法。
背景技术
池式供热堆属于低温核能供热技术，以核裂变产生的能量为热源向城市提供集中供热。基本原理是利用深水压力提高供热参数，同时依靠自然循环实现热量交换，具有成本低、本质安全、清洁等优点。
与传统压水堆不同，池式低温堆换料机由水上装卸料机和水下辅助装卸料平台组成。水上装卸料机位于堆芯水池及乏燃料水池上方，水下辅助装卸料平台安装于堆芯水池底部水下约19m处的检修平台。由于换料机结构复杂且位置特殊，现场故障检修难度大、耗时较长，在换料作业过程中一旦发生故障，换料作业将暂停，换料时间大大增加，甚至影响燃料组件安全。因此，必须通过冗余方法保证换料机正常功能。
传统冗余方法是配置两套完全相同系统(包括硬件和软件)，每个时刻只有一套为主系统，另一套为冗余系统，检测主系统的运行状态，根据实时状态决定是否切换为冗余系统。该方法虽然能实现整体冗余切换，但是无法实现两套系统组成单元的切换，即当前有效的系统不能由主系统部分单元和冗余系统部分单元任意搭配组成。在一定程度上，这种冗余方法造成资源浪费，主系统和冗余系统不同单元同时发生故障可使设备故障失效。对于复杂系统，传统冗余方法无法满足高可靠性要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种池式供热堆换料机冗余系统及切换方法，解决换料机可靠、实时运行的问题，确保换料作业过程中换料机运行不出现故障，保证安全、稳定运行。
本发明的技术方案如下：一种池式供热堆换料机冗余系统，该系统包括电源、人机交互设备、可编程逻辑控制器、传感器以及电机，其中，所述的人机交互设备通过以太网与若干个互为冗余的可编程逻辑控制器连接形成局域网；若干个互为冗余的传感器同时与每个所述的可编程逻辑控制器相连接；每个所述可编程逻辑控制器通过总线与换料机中的每个执行机构上的电机相连接；互为冗余的若干电源接入冗余系统，为其他设备提供电源。
所述的执行机构通过2套互为冗余的驱动器和电机与每个所述可编程逻辑控制器相连接。
所述人机交互设备包括互为冗余的第一人机交互设备和第二人机交互设备，所述第一人机交互设备和第二人机交互设备通过以太网与两个互为冗余的可编程逻辑控制器连接。
每个所述的可编程逻辑控制器之间通过总线进行相互连接。
所述的传感器包括但不限于编码器、磁尺、光栅尺或者接近开关。
所述的电源包括直流电源和交流电源，其中，直流电源包括互为冗余的第一直流电源和第二直流电源，交流电源包括互为冗余的第一交流电源和第二交流电源，其中，第一直流电源与第二直流电源并联接入冗余系统，第一交流电源与第二交流电源并联接入冗余系统。
一种池式供热堆换料机冗余切换方法，该方法包括：
S1、对如权利要求1所述冗余系统处于生效状态的设备进行故障检测；
利用当前生效的可编程逻辑控制器为控制中心，对冗余系统中其他处于生效状态的设备进行故障检测；
S2、对产生故障的处于生效状态的设备进行冗余设备切换，形成新的完整控制系统。
所述步骤S1中对冗余系统进行故障检测具体包括：
S11、对具备本体故障诊断功能的设备，利用生效的可编程逻辑控制器与其他生效的具备本体故障诊断功能设备之间的周期状态信息交互，对具备本体故障诊断功能的设备进行故障状态监控；
S12、对无本体故障诊断功能的设备，利用互为冗余两个设备工作输入、输出数值的差异进行设备故障状态监控。
一种池式供热堆换料机冗余切换方法，该方法包括：
S1、对如权利要求1所述冗余系统处于生效状态设备的连续工作时间和累积工作时间进行统计；
S2、在生效设备连续工作时间超过设定的阈值，或者互为冗余设备累积工作时间之差超过设定阈值，则进行冗余设备切换。
所述的步骤S2具体包括：
S21、在生效设备连续工作时间超过设置的阈值，则进行冗余设备切换；
S22、计算互为冗余两设备之间的累积工作时间之差，如其大于设定的阈值，并且当前生效设备为非较小累积工作时间的设备，则进行冗余设备切换。
本发明的显著效果在于：本发明所述的一种池式供热堆换料机冗余系统及切换方法，可以充分利用硬件资源，突破系统单元之间的死板绑定，根据故障状态自由选择单元设备组成完整系统，极大提高换料机的可靠性；同时，切换方法可以克服连续长时间工作或累计长时间工作而大幅增加故障概率的风险，使设备及时获得休息，提高换料机的使用寿命和可靠性。
附图说明
图1为本发明所述的一种池式供热堆换料机冗余系统连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种池式供热堆换料机冗余系统，包括电源、人机交互设备、可编程逻辑控制器(PLC)、传感器以及电机，其中，人机交互设备包括互为冗余的第一人机交互设备和第二人机交互设备，其同时通过工业以太网与包括互为冗余的第一可编程逻辑控制器和第二可编程逻辑控制器的可编程逻辑控制器相连接，构成局域网；人机交互设备包括PC或平板电脑或触摸屏，其位于水上更换容易，或者仅用于观察设备状态，可根据实际需求，取消人机交互设备冗余配置；第一可编程逻辑控制器和第二可编程逻辑控制器之间通过工业总线连接，或者直接利用工业以太网连接；传感器包括互为冗余的第一传感器和第二传感器，其同时与第一可编程逻辑控制器和第二可编程逻辑控制器相连接，其中，传感器可以具体为编码器、磁尺、光栅尺或者接近开关；换料机中的每个执行机构通过2套互为冗余的驱动器和电机，利用工业总线与第一可编程逻辑控制器和第二可编程逻辑控制器相连接；电源包括直流电源和交流电源，其接入冗余系统，为整个系统提供电源供给，其中，直流电源包括互为冗余的第一直流电源和第二直流电源，交流电源包括互为冗余的第一交流电源和第二交流电源，其中，第一直流电源与第二直流电源并联接入冗余系统，第一交流电源与第二交流电源并联接入冗余系统，实现单一电源故障不影响设备正常工作；
实施例1
一种池式供热堆换料机冗余切换方法，该方法包括：
S1、对整体系统设备状态进行检测；
以当前生效的可编程逻辑控制器为控制中心，对冗余系统中处于生效状态的设备进行故障检测；
S11、对具备本体故障诊断功能的设备进行设备故障状态监控；
对于如可编程逻辑控制器、人机交互设备、驱动器等具备本体故障诊断功能的设备，在第一可编程逻辑控制器与第二可编程逻辑控制器之间、生效人机交互设备与生效可编程逻辑控制器之间、生效驱动器与生效可编程逻辑控制器之间，进行周期性状态信息交互，在生效的可编程逻辑控制器接收到生效设备的故障信息或者通信失败后，则发出故障设备切换命令；
S12、对无本体故障诊断功能的设备进行设备故障状态监控；
对如传感器等无本体故障诊断功能的设备，两个互为冗余传感器同时生效运行，实时比较第一传感器和第二传感器输入信号差异，对于数字量输入不同，或者模拟量绝对差超过限制，通过人机交互设备发出报警提示，由人工检查确认故障设备；对于模拟量绝对差未超过限制，则计算互为冗余两设备平均值作为控制系统有效值；
S2、对产生故障的生效设备进行冗余设备切换，形成新的控制系统；
将任意处于生效状态而发生故障的设备与其冗余设备进行切换，重新构成一个完整系统；
S21、对于具备本体故障诊断功能的设备，在生效的可编程逻辑控制器接收到故障设备切换命令，则控制其冗余设备连入系统；
S22、对于无本体故障诊断功能的设备，在互为冗余的两设备数字量输入不同，或者模拟量绝对差超过限制，则人工手动选择无故障设备接入系统；对于模拟量绝对差未超过限制，则取互为冗余两设备的处理结果平均值或者其中一个处理值直接作为该设备在系统中的处理结果；例如，对于互为冗余的第一传感器和第二传感器，可取两个传感器的平均值或取其中一个传感器的数值作为正确值进行位置计算。
实施例2
一种池式供热堆换料机冗余切换方法，该方法包括：
S1、对整体系统设备的连续工作时间和累积工作时间进行统计；
利用生效的可编程逻辑控制器，对系统各生效设备的连续工作时间和累积工作时间进行统计；
S2、在生效设备连续工作时间超过设定的阈值，或者互为冗余设备累积工作时间之差超过设定阈值，则进行冗余设备切换；
S21、在生效设备连续工作时间超过设置的阈值，则进行冗余设备切换；
S22、计算互为冗余两设备之间的累积工作时间之差，如其大于设定的阈值，并且当前生效设备为非较小累积工作时间的设备，则进行冗余设备切换。

Claims (10)

1.一种池式供热堆换料机冗余系统，其特征在于，该系统包括电源、人机交互设备、可编程逻辑控制器、传感器以及电机，其中，所述的人机交互设备通过以太网与若干个互为冗余的可编程逻辑控制器连接形成局域网；若干个互为冗余的传感器同时与每个所述的可编程逻辑控制器相连接；每个所述可编程逻辑控制器通过总线与换料机中的每个执行机构上的电机相连接；互为冗余的若干电源接入冗余系统，为其他设备提供电源。
2.根据权利要求1所述的一种池式供热堆换料机冗余系统，其特征在于，所述的执行机构通过2套互为冗余的驱动器和电机与每个所述可编程逻辑控制器相连接。
3.根据权利要求1所述的一种池式供热堆换料机冗余系统，其特征在于，所述人机交互设备包括互为冗余的第一人机交互设备和第二人机交互设备，所述第一人机交互设备和第二人机交互设备通过以太网与两个互为冗余的可编程逻辑控制器连接。
4.根据权利要求1所述的一种池式供热堆换料机冗余系统，其特征在于，每个所述的可编程逻辑控制器之间通过总线进行相互连接。
5.根据权利要求1所述的一种池式供热堆换料机冗余系统，其特征在于，所述的传感器为编码器、磁尺、光栅尺或者接近开关。
6.根据权利要求1所述的一种池式供热堆换料机冗余系统，其特征在于，所述的电源包括直流电源和交流电源，其中，直流电源包括互为冗余的第一直流电源和第二直流电源，交流电源包括互为冗余的第一交流电源和第二交流电源，其中，第一直流电源与第二直流电源并联接入冗余系统，第一交流电源与第二交流电源并联接入冗余系统。
7.一种池式供热堆换料机冗余切换方法，其特征在于，该方法包括：
S1、对如权利要求1所述冗余系统处于生效状态的设备进行故障检测；
利用当前生效的可编程逻辑控制器为控制中心，对冗余系统中其他处于生效状态的设备进行故障检测；
S2、对产生故障的处于生效状态的设备进行冗余设备切换，形成新的完整控制系统。
8.根据权利要求7所述的一种池式供热堆换料机冗余切换方法，其特征在于，所述步骤S1中对冗余系统进行故障检测具体包括：
S11、对具备本体故障诊断功能的设备，利用生效的可编程逻辑控制器与其他生效的具备本体故障诊断功能设备之间的周期状态信息交互，对具备本体故障诊断功能的设备进行故障状态监控；
S12、对无本体故障诊断功能的设备，利用互为冗余两个设备工作输入、输出数值的差异进行设备故障状态监控。
9.一种池式供热堆换料机冗余切换方法，其特征在于，该方法包括：
S1、对如权利要求1所述冗余系统处于生效状态设备的连续工作时间和累积工作时间进行统计；
S2、在生效设备连续工作时间超过设定的阈值，或者互为冗余设备累积工作时间之差超过设定阈值，则进行冗余设备切换。
10.根据权利要求9所述的一种池式供热堆换料机冗余切换方法，其特征在于，所述的步骤S2具体包括：
S21、在生效设备连续工作时间超过设置的阈值，则进行冗余设备切换；
S22、计算互为冗余两设备之间的累积工作时间之差，如其大于设定的阈值，并且当前生效设备为非较小累积工作时间的设备，则进行冗余设备切换。
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