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X射线防护铅门控制装置的电气系统改进设计

发表时间:2017-10-10 作者: 邹宇强  宗小青   来源: 互联网
关键字: 防护铅门 变频器 PLC 
本文简要介绍了x射线防护铅门改造前的状态、运行原理、使用中存在的问题并针对性的提出解决办法;重点介绍了铅门控制系统的PLC改造方案、各模块及元件选型、I/0地址分配、控制系统电气原理图;简要介绍了软件系统的开发、应急及实时监控设施的配置。解决了原铅门防护装置对操作人员的人身安全构成极大威胁的问题,并为企业节约了经费。

0 前言

    中核建中核燃料元件有限公司的是我国核电燃料组件制造基地,被誉为核电粮仓。为保障核燃料组件的制造质量,需要对其中的燃料棒焊缝进行x射线透照检查,以确保核燃棒在反应堆内不破损泄漏。x光射线对人体的辐射将极大的影响人的生命健康,因此防护铅门在x光透照工作过程中的正确开关及铅门的完全密闭至关重要。

1 透照室X射线防护铅门的现状

    该x射线防护铅门控制装置于1980年投入使用,距今已三十多年。它采用传统继电器控制方式,又经过多次维护更改,内部线路凌乱,标识不清,各种元器件老化、磨损严重,故障率高,防护门之间关闭不严,门问缝隙较大,存在x射线外泄风险,对岗位操作人员的人身安全构成极大的威胁。

    为彻底杜绝x射线外泄,降低故障率,保障室外操作人员的人身安全,受使用单位委托,决定对其进行改进。

2 透照室X射线防护铅门控制装置的改进设计要求

    (1)选用适合的控制系统,实现开、关门过程自动化,系统稳定可靠,操作简便,便于维护。

    (2)原防护主体(两扇对开铅门)保留,继续使用。

    (3)应具有急停控制功能、室内适时状态视频监视功能。

3 透照室原X射线防护铅门的结构及动作过程

    (1)x射线防护铅门的结构

    x光检验岗位x射线防护铅门为对开电动推拉门,由门板、行走机构、限位装置、以及缓冲器组成,防护铅门的内框均选用钢质骨架结构,门扇装于外墙外侧的轨道上,采用上轨道悬挂门扇、下导向运行方式。电动射线防护门上有配套的门机连锁、工作指示灯、电离辐射标志牌等安全装置。

    (2)X射线防护铅门的动作过程防护铅门采用传统继电器加减速齿轮的方式驱动两台异步电动机工作,进而带动铅门的开、关,控制方式为手动。进行X光透照检验前,首先驱动电机通过减速齿轮实现减速运行,带动铅门运动到关闭位置,限位装置发出信号,工作指示灯亮,提醒岗位操作人员x光机可以工作,并且告知室外人员房间内有x射线装置正在工作,请勿靠近。

4 原X射线防护铅门装置故障原因分析及解决方案

    (1)电机传动机构及行走轨道存在问题及解决方法

    原x射线防护铅门装置的电机传动机构是南两台功率0.75KW的三相异步电动机分别通过减速齿轮减速后,分别带动两扇防护铅门通过悬挂在行走轨道上进行运动,实现铅门打开和关闭功能。

    存在问题:南于使用年限很长,且维护保养未跟上,导致电机轴承、减速齿轮、行走轨道都有一定程度的磨损,磨损状况并不严重。

    解决方法:对传动电机及减速齿轮,行走轨道进行一次细致全面的维护保养及修磨工作,可以达到良好的传动、行走效果。

    (2)行程开关存在问题及解决方法

    原装置中使用的行程开关为滚动式,控制精度较低,微调难度大,不能满足铅门密闭的较高要求。

    解决方法:选择精度较高、寿命长新型行程开关对其进行替代。

    (3)电机行走速度存在问题及解决方法

    原X射线防护铅门装置的电机行走速度是南齿轮减速器实现控制的,不可进行调节。

    存在问题:通过现场观察分析,即便通过齿轮减速器减速后,铅门的相对关门速度也较快,在门闭合瞬间造成撞击,然后反弹,导致铅门关闭不严。

    解决方法:选取合适的变频器,对两台电机进行控制,控制其运行速度,降低铅门闭合瞬间的撞击力度,消除反弹影响,使其较好闭合。

    (4)电气控制装置存在问题及解决方法

    存在问题:原x射线防护铅门装置的电器控制采用传统继电控制,元器件老化严重,性能下降。接线端子锈蚀松动,内部线路混乱。解决方法:重新对其控制系统进行设计、替换。采用性能稳定,价格便宜的小型PLC作为其控制核心,执行元件一并替换,使控制系统能够稳定运行。

    (5)紧急状态下的应对措施存在问题及解决方法

    原x射线防护铅门装置在透照室内门侧装有唯一一个转换开关,作为紧急状态下的应急控制。

    存在问题:一旦该转换开关失效,将不能有效切断透照允许条件而造成重大人身伤害事件。

    解决方法:在透照室内多点位串联安装专用急停按钮,可使室内人员迅速、可靠切断透照允许条件并打开铅门;另外安装室内可视屏,实时多角度监控室内情况,防止重大人身伤害事件的发生。

5 透照室X射线防护铅门电气控制系统的设计

    (1)控制系统的方案选择

    针对x射线防护铅门装置所需控制点较少,无需数据采集处理功能,也不需要很强的抗干扰能力的特点,可以选择体积小、抗干扰性能强、通用性好、性价比高的PLC作为x射线防护铅门装置的控制系统。

    (2)控制系统的方案设计

    根据x射线防护铅门装置电气控制系统的改进要求,该装置的电气控制系统采用三菱型FX1N-14MR型PLC、欧姆龙$82K型电源模块、天正TVFE9型变频单元、低压电器单元、三菱GX DEVELOPER8.52编程软件。

6 系统软件设计

    本着满足工艺要求、操作方便、安全可靠的设计原则。将控制系统程序为半自动控制。软件采用梯形图用i菱GX DEVELOPER 8.52编程软件编写。

7 透照室X射线防护铅门电气控制系统的安全性设计

    (1)室内应急按钮的设置

    在透照室内三处墙壁上安装了三套应急按钮,在任何紧急情况下,室内人员按下其中任何一个应急按钮,则透照不被允许且铅门自动打开。

    (2)室内可视视频的设置

    在透照室内两个方向位置安装了两套摄像头,在透照室外工作台外侧安装一部显示器,实时显示室内情况。

8 实施效果

    (1)提高了该系统的整体安全性能

    改进实施完成后,实现了防护铅门动作准确到位,铅门关闭严密,指示灯、警示灯正确显示,应急开关动作正确,且实现了透照室内情况的实时监控,提高了系统的整体安全性能。

    (2)经济效益

    在改进之前公司计划将防护铅门和控制系统进行整体换新,预算费用在12万元左右,而本次改进仅花费金额7000元左右,为公司节约11万余元。