换料机PLC重新启动后主提升机构速度突变问题的分析与处理

张宝田　张健　宋炜

【摘 要】针对某核电站大修卸料期间发生的换料机主PLC重新启动后主提升机构速度突变问题，进行了根本原因分析，并给出了相应的处理建议。

【关键词】核电站；换料机；PMC；PLC

0 引言

换料机属于压水堆核电站燃料操作与贮存系统（简称PMC）的关键设备之一，在反应堆安全壳内换料水池上方，进行水下燃料组件的操作，在对燃料组件进行操作时主要有大车纵向运动、小车横向运动，主提升机构升降运动。换料机所要求的运行路径、互锁逻辑、位置测量、定位精度、速度控 制等较为复杂，所以采用了可编程控制器（简称PLC）、工业组态软件等较为可靠的、灵活的电气控制系统。

某核电站大修在堆芯卸第1组组件，换料机抓取燃料组件后主提升机构以1m/min的低速提升至Z=7561.5mm时，报超载故障。将换料机PLC程序中的超载保护设定值由80kg调整到105kg，下载程序并重启PLC后，继续卸料，燃料组件的上升速度竟然不是原来的低速，而是自动变为高速，该组件四周均与堆芯相邻燃料组件或围板直接接触，大于1m/min的卸料速度很容易造成燃料组件损坏。操作人员发现速度异常，立刻停止燃料操作，设备保驾人员将速度临时强制为低速，该组件得以从堆芯安全卸出。

1 原因分析

换料机堆芯卸料根据当前所操作组件与周围组件或围板的距离分为“开阔区”与“非开阔区”两种工况，当前所操作组件的大、小车位置距相邻有燃料组件或围板位置约50mm开外且不超过当前所在堆芯位置的区域被定义为开阔区，除开阔区外均定义为非开阔区，考虑到燃料组件安全，当组件处于开阔区时可以高速运动，处于非开阔区时只能以低速运动。

堆芯在卸第1组组件时，该组件四周均与堆芯相邻燃料组件或围板直接接触，属非开阔区域，主提升机构应该以低速运行，但在PLC重启后，主提升机构变成高速运行，说明换料机PLC控制系统误认为当前组件处于开阔区，所以下面重点分析开阔区出现的条件。

（1）开阔区对应的变量为O_WATER，其输出线圈在程序块OFFINDX中，其控制逻辑主要由代表当前位置及周围位置是否有组件或有围板的变量CCL、ACL1、ACL2、ACL3、ACL4、ACL5、ACL6、ACL7、ACL8，及代表当前大车、小车位置所处在区域的变量SECTOR1、SECTOR2、SECTOR3、SECTOR4、SECTOR5、SECTOR6、SECTOR7、SECTOR8、SECTOR9相结合来进行判定当前区域是否处于真正的开阔区。

（2）代表当前大车、小车位置所处在区域的变量SECTOR1～SECTOR9输出线圈在程序块CPCALC中，其中变量SECTOR1～SECTOR8表示通过操作大小车使当前组件偏移相邻周围组件或围板一定距离约50mm开外时的情况，变量SECTOR9表示当前大小车还处在当前堆芯位置中心约50mm以内的情况，堆芯卸第1组组件时，提升过程中均未操作大小车，可以得出变量SECTOR1～ECTOR8值都不具备为1的条件，只有变量SECTOR9满足要求即变量SECTOR9值为1。

（3）变量CCL、ACL1～CL8代表当前位置及周围位置是否有组件或有围板的情况，1代表有组件或围板，0代表无组件，堆芯卸第1组组件时周围均有组件或围板，ACL3、ACL4、ACL5位置是围板，ACL1、ACL2、ACL6、ACL7、ACL8位置是燃料组件，正常相应的变量CCL值为0，而变量ACL1～CL8值均为1。

（4）根据PLC判定逻辑，要使开阔区变量O_WATER为1，除了要求变量SECTOR9值为1，还要求变量“CCL、ACL1～CL8”值均为0，变量CCL、ACL1～CL8的输出线圈均在程序块OPN_WTR中。

（5）程序块COREMAP、OFFINDX每个扫描周期均被主程序_MAIN调用，程序块CPCALC在程序块COREMAP中也一直被调用，而程序块OPN_WTR分别在程序块COREMAP、OFFINDX中则被有条件的调用，调用条件有以下3种情况：

1）程序块COREMAP中：当判定有一组燃料组件放入堆芯时（注：主提升机构下降到8680mm时夹爪有组件，主提升机构提升到8680mm时夹爪无组件），会触发调用程序块OPN_WTR。

2）程序块COREMAP中：当判定有一组燃料组件从堆芯取出时（注：主提升机构上升到8680mm时，夹爪有组件），也会触发调用程序块OPN_WTR。

3）程序块OFFINDX中：从倾翻机抓取组件并选择堆芯为目标位后；手动模式下当前堆芯位置有改变时或当偏移操作画面刚关闭时，也会触发调用程序块OPN_WTR。

PLC重启时，主提升机构在Z=7561.5mm附近位置（但小于8680mm高度），同时没有在倾翻机进行堆芯目标重新选择，大小车位置也没有移动，均不满足上述3个条件，变量CCL、ACL1～CL8状态与实际不符的根本原因为PLC重启时程序块OPN_WTR没有及时调用扫描，导致其状态都为0，加上变量SECTOR9值为1，最终导致判定当前位置是否处于开阔区的变量O_WATER值为1，主提升机构由低速变为高速。

2 处理措施

考虑到程序块OPN_WTR一般都跟随在程序块CPCALC后调用（注：程序块CPCALC为当前位置堆芯指针计算），所以决定在程序块COREMAP调用后程序块CPCALC后增加PLC上电后接通一个扫描周期的系统变量来调用程序块OPN_WTR，确保变量CCL、ACL1～CL8状态与实际相符，避免类似问题再次发生。

3 结论

PLC程序设计缺陷导致组件当前位置实际非开阔区但被误认为是开阔区；在进行燃料操作时还是应尽量避免PLC重新启动，重启后内存数据会初始化导致很多变量状态跟重启前不一致；通过PLC编程软件在线修改超欠载对应的变量值，而非离线修改；长期来看，应该在上位机软件界面中设计超载值、欠载值设定画面，以方便操作人员使用，并且可以避免修改PLC变量值带来的风险。

【参考文献】

[1]张桂香.电气控制与PLC应用[M].化学工业出版社，2013.

[2]黄潜.VVER-1000核电厂换料机结构及操作[M].中国原子能出版社，2014.

[责任编辑：朱丽娜]