換料機PLC重新啟動后主提升機構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生的換料機主PLC重新啟動后主提升機構速度突變問題，進行了根本原因分析，并給出了相應的處理建議。

【關鍵詞】核電站；換料機；PMC；PLC

0 引言

換料機屬于壓水堆核電站燃料操作與貯存系統（簡稱PMC）的關鍵設備之一，在反應堆安全殼內換料水池上方，進行水下燃料組件的操作，在對燃料組件進行操作時主要有大車縱向運動、小車橫向運動，主提升機構升降運動。換料機所要求的運行路徑、互鎖邏輯、位置測量、定位精度、速度控 制等較為復雜，所以采用了可編程控制器（簡稱PLC）、工業組態軟件等較為可靠的、靈活的電氣控制系統。

某核電站大修在堆芯卸第1組組件，換料機抓取燃料組件后主提升機構以1m/min的低速提升至Z=7561.5mm時，報超載故障。將換料機PLC程序中的超載保護設定值由80kg調整到105kg，下載程序并重啟PLC后，繼續卸料，燃料組件的上升速度竟然不是原來的低速，而是自動變為高速，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。操作人員發現速度異常，立刻停止燃料操作，設備保駕人員將速度臨時強制為低速，該組件得以從堆芯安全卸出。

1 原因分析

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

堆芯在卸第1組組件時，該組件四周均與堆芯相鄰燃料組件或圍板直接接觸，屬非開闊區域，主提升機構應該以低速運行，但在PLC重啟后，主提升機構變成高速運行，說明換料機PLC控制系統誤認為當前組件處于開闊區，所以下面重點分析開闊區出現的條件。

（1）開闊區對應的變量為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，及代表當前大車、小車位置所處在區域的變量SECTOR1、SECTOR2、SECTOR3、SECTOR4、SECTOR5、SECTOR6、SECTOR7、SECTOR8、SECTOR9相結合來進行判定當前區域是否處于真正的開闊區。

（2）代表當前大車、小車位置所處在區域的變量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前組件偏移相鄰周圍組件或圍板一定距離約50mm開外時的情況，變量SECTOR9表示當前大小車還處在當前堆芯位置中心約50mm以內的情況，堆芯卸第1組組件時，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，正常相應的變量CCL值為0，而變量ACL1～CL8值均為1。

（4）根據PLC判定邏輯，要使開闊區變量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調用，程序塊CPCALC在程序塊COREMAP中也一直被調用，而程序塊OPN_WTR分別在程序塊COREMAP、OFFINDX中則被有條件的調用，調用條件有以下3種情況：

1）程序塊COREMAP中：當判定有一組燃料組件放入堆芯時（注：主提升機構下降到8680mm時夾爪有組件，主提升機構提升到8680mm時夾爪無組件），會觸發調用程序塊OPN_WTR。

2）程序塊COREMAP中：當判定有一組燃料組件從堆芯取出時（注：主提升機構上升到8680mm時，夾爪有組件），也會觸發調用程序塊OPN_WTR。

3）程序塊OFFINDX中：從傾翻機抓取組件并選擇堆芯為目標位后；手動模式下當前堆芯位置有改變時或當偏移操作畫面剛關閉時，也會觸發調用程序塊OPN_WTR。

PLC重啟時，主提升機構在Z=7561.5mm附近位置（但小于8680mm高度），同時沒有在傾翻機進行堆芯目標重新選擇，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狀態與實際不符的根本原因為PLC重啟時程序塊OPN_WTR沒有及時調用掃描，導致其狀態都為0，加上變量SECTOR9值為1，最終導致判定當前位置是否處于開闊區的變量O_WATER值為1，主提升機構由低速變為高速。

2 處理措施

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

3 結論

PLC程序設計缺陷導致組件當前位置實際非開闊區但被誤認為是開闊區；在進行燃料操作時還是應盡量避免PLC重新啟動，重啟后內存數據會初始化導致很多變量狀態跟重啟前不一致；通過PLC編程軟件在線修改超欠載對應的變量值，而非離線修改；長期來看，應該在上位機軟件界面中設計超載值、欠載值設定畫面，以方便操作人員使用，并且可以避免修改PLC變量值帶來的風險。

【參考文獻】

[1]張桂香.電氣控制與PLC應用[M].化學工業出版社，2013.

[2]黃潛.VVER-1000核電廠換料機結構及操作[M].中國原子能出版社，2014.

[責任編輯：朱麗娜]