基于核电站应用的数控起重机特点浅析

摘要：本篇文章就围绕三门核电废物暂存库数控起重机为例对数控起重机的特性进行阐述说明，结合实际制造情况主要介绍了其防辐射、高自动化、高定位精度、高安全性的特点。旨在加强对数控起重机应用的认知。

关键词： 核电站 数控起重机 定位精度 自动化 防辐射 安全

中图分类号： F407 文献标识码： A

引言

随着时代的发展，目前已经进入了信息化社会。有人会问：何谓信息化？信息化是指培养、发展以计算机为主的智能化工具为代表的新生产力，并使之造福于社会的历史过程。当前的时代，信息化可谓无孔不入，已经渗透了社会的方方面面，如工业、农业等。

作为传统基础行业的机械行业也没法“设身世外”，上世纪国外就有了数控机床、机器人等等信息化利用技术。而起重机作为物料搬运的重要机械设备，一直给人的感觉就是"笨重"、"粗犷"、"低端"等等。然而，随着工业化的发展，对曾经的“傻、大、笨”起重机有了新的需求，从需求上，倒逼起重机行业进行变革。在这种背景下，数控起重机姗姗登场...

一般来讲，对数控起重机有需求的地方，无外乎数字化仓库、核电特定场所等等有特殊环境或需求的地方。本篇文章就围绕核电环境的数控起重机（三门核电AP1000项目废物暂存库数控起重机）为例对数控起重机的特性进行阐述说明。

一、废物暂存库中的数控起重机特点

数控起重机用现在时髦的话来讲就是起重机行业的“高、富、帅”。其主要特点如下：配置高端，选材优异，性能先进、品质优良，安全性高。

SRTF（厂址废物处理厂房）系统废物暂存库中的数控起重机因其所处的环境有辐射性，人员不宜长时间进入，故操作员只能在远距离的与辐射环境隔离的控制间进行操作。而废物暂存库是用来放置受污染的废料（桶装），这些废料放置于库内的几千个暂存架内，这就要求起重机能够自动的精确定位（±5mm），并进行抓取、输送操作，而且在此过程中，人员可以不进行干涉，完全由起重机自己判断、完成。

这就对数控起重机提出了如下要求：

1.防辐射；

2.高自动化；

3.高定位精度；

4.高安全性；

二、防辐射

一般的材质受到辐射后，都会产生性能变异，譬如会脆化，易碎，且产生内应力，造成隐患。故在辐射环境中，需要使用防护措施对关键设备或部件进行保护，如SRTF中的摄像头就增加了保护罩；钢结构油漆采用的是防辐射的油漆；主要的电气元器件都进行了防辐射屏蔽；电缆也采用的防辐射电缆（K3电缆）。这样就有效的降低了辐射对零部件的损害，延长了设备在辐射环境中的寿命。

注：SRTF中的起重机设备设计寿命为60年。

三、高自动化

起重机的主控系统主要由控制系统、调速系统、人机界面组成。

控制系统采用15”的触摸屏作为系统的上级机，采用SIEMENS大型PLC进行逻辑控制，其中由大型PLC作为主控站，经PROFIBUS数据控制总线与提升、桥架和小车的驱动器相连，同时与提升、桥架和小车的绝对地址编码器，及提升机构的电子秤相连，实现对提升、桥架和小车装置的各个方向的驱动及定位进行控制，并进行全面的保护。

触摸屏为操作人员对设备运行状态进行实时监控以及数据交换和处理提供了一个良好的人机界面。触摸屏将显示大、小车及提升机构的当前坐标和目标坐标、工作状态、故障显示等信号，并显示所选目标的地址，抓具的当前地址等重要数据，进行自动或手动，点动，慢速等的操作。并在界面上显示废料桶装卸的动态过程，废料的堆放状态等。

起重机的调速系统采用的是变频控制，可以对速度进行精确控制，最低频率可以为0.1级数，可以有效、精确的控制起重机的运行速度。

主控系统图

四、高定位精度

从结构上来讲，起重机的主梁垂直刚性达到1/1200、水平刚性达到1/2000，制作过程中严格控制主梁的水平旁弯，有效保证了起重机负载时的主梁垂直和水平的变形；且主端梁通过定位销+高强度螺栓连接，保证了连接的精度，使起重机运行时，精度不受变形影响。

端梁示意图

从机构上来讲，起重机大小车运行轨道都经过了机械加工，保证了轨道的水平度及直线度，且起重机的大、小车运行机构都加装了导向轮装置，保持起重机绝对按照轨道直线运行，不会发生偏斜运行，保证了大、小车方向的运行精度。

从电控方面来讲，起重机所用为变频电机，电机上装有增量编码器，用来向PLC精确反馈电机当前的转速，从而为其利用变频器控制输出频率从而控制电机输出转速进而控制起重机各机构速度提供有力支持。

起重机大车方向通过激光测距仪进行大车距离测定，精度可达0.1毫米级；小车方向利用拉线绝对地址编码器来对小车运行距离进行精确控制，精度同样可达0.1毫米级；起升机构方向采用拉线绝对地址编码器来对起升机构运行距离进行精确控制；同时，起升机构采用了刚性导向系统，使起升过程强制执行垂直运动，不允许发生晃动或偏斜运行。

此外，加上系统的冗余设计，保证了系统的定位可靠、稳定，精度有保证。重复精度高。

绝对地址拉线编码器

五、高安全性

如上述，起重机的垂直刚性控制在1/1200，且材料的强度校核较普通起重机保守，安全系数可以达到3倍以上，主要受力焊缝（受拉区）要进行100%RT无损检测，且达到GB3323-87 II级标准.这样就从结构上来讲，保证了安全性。其次，电机、减速器、钢丝绳等的选型，普遍比普通同型号起重机大一个级别，例如，M5工作制的钢丝绳，国标（GB/T3811-2008）规定安全系数为4.5倍，但数控起重机的钢丝绳安全系数可达6倍以上，甚至更高。

起重机的起升机构采用的是双制动器型式，一台为工作制动器，另外一台则为安全制动器，当工作制动器发生故障时，安全制动器就会进行紧急制动，避免状况发生。

从电控系统来讲，各种保护可谓无以复加，介绍如下：

在起重机总电源回路中设有能切断所有电源的主隔离开关及总进线自动空气开关，配有短路、过载保护。

配有紧急停止保护，控制电源钥匙锁定保护，失压保护，零位保护以及相序保护。

起升机构：设有过电流保护，短路保护，失压及零位保护，缺相保护，超速保护，制动器保护，起升重量限制保护以及限位保护。起升机构在最高位置设两套行程开关，当第一套行程开关失效时，第二套超行程开关起作用。两套行程开关采用不同结构形式和控制不同的断路装置。在最低位置处装设1个低位行程开关。

大小车运行机构：设有过电流保护，断路保护，失压及零位保护，缺相保护及限位保护。限位保护设有两级行程开关。第一级开关从高速切换至低速，第二级切断低速并停止运动。

再有就是起重机设有监视系统，操作人员在控制室可以通过屏幕直观的了解现场的情况，随时随地的监控现场起重机运行状况，可以避免意外发生。

在大、小车上共设置 4 台 耐辐照摄像头，分别用于：

1、监视大车方向用摄像头一台（变焦）；

2、 监视小车方向用摄像头一台（变焦）；

3、 监视起升运动用摄像头一台（变焦，带云台）

4、 监视厂房全景摄像头一台（变焦，带云台）

摄像头具有下述功能：

1、在 8m 的范围内看清 1cm×1cm的物体，且清晰可见；

2、 自带光源，被摄物体的反射照度不低于 50lux ；

3、 被摄物体在监视器显示的图像可占据整个屏幕面积的三分之一以上；

4、 彩色液晶监视器，监视器与吊车控制台设计在同一控制柜内，监视器布置在上方，控制台操作手柄/按钮布置在下方，便于操作人员随时观察和控制。

视频监控系统

结语

综上述，数控起重机作为起重机行业的高尖产品，以其高自动化、高性能、高安全性、高操控性，必将引领起重机的发展方向，为国家的生产建设贡献越来越大的力量。

参考文献：

[1]杨志达，刘少有，齐雪峰.核废物库吊车自动控制精确定位技术[J].核动力工程，2006（6）：94-98.

[2]赵德安，张宝余，马莉明.核废物固化物库自动吊车控制系统的研制[J].电气传动，1999（3）：34-37.

[3]中国核工业集团公司 AP1000核电厂系统与设备 原子能出版社，2010