[发明专利]一种基于FPGA的装卸料机运动控制系统及方法

说明书

本发明属于核电站装卸料机控制系统领域，具体涉及一种基于FPGA的装卸料机运动控制系统及方法，用于对核电站的装卸料机进行运动控制，控制系统包括主控制器(1)及与主控制器(1)相连的FPGA装置(2)，FPGA装置(2)用于根据主控制器(1)发出的运动指令选择与运动指令相应的运动模式，并采用该运动模式控制装卸料机的运动。本发明在满足高度功能自定义的同时实现高速并行处理，最大程度减少系统的不确定性，确保在危险发生时及时采取必要措施，较以往的控制系统具有更好的可靠性和安全性。在FPGA装置(2)上独立运行的联锁旁路运行操作，保证了对装卸料机的控制灵活性最佳，实现了装卸料机的大车双轴同步控制，避免出现大车走偏导致运动受阻停止。

技术领域

本发明属于核电站装卸料机控制系统领域，具体涉及一种基于FPGA的装卸料机运动控制系统及方法。

背景技术

装卸料机是压水堆核电站停堆换料期间完成反应堆换料的关键设备，在反应堆芯与燃料转运系统之间按规定的路径进行燃料组件的装卸工作。从核电站的装卸料机使用经验来看，装卸料机的运动控制系统是设备的关键组成部分，所有设备功能的实现都直接依靠运动控制是否能可靠，高效的运行。所有运动控制相关的信号采集，处理，输出被系统完整，快速、正确无误的执行。针对装卸料机在压水堆核电站大修换料中的重要性，运动控制系统显得至关重要。目前公开数据显示的装卸料机控制系统都是基于PLC（可编程逻辑控制器）的技术，基于循环扫描的方法，依赖软件操作系统，无法实现同时精确可靠地控制不同机构运行，出现了机械设备运行中偏差，卡死、挤压等问题。运动控制存在性能低、系统封闭、可靠性不佳的问题，导致系统的稳健性不好，会影响设备持续可靠运行的时间，造成直接经济损失，最典型的就是导致装卸料机的大车的两侧电机在联锁旁路运行的情况下不能同步运行，导致大车运行时受到机械阻力过大，机械机构卡死，发生系统故障直接停车。“大车”是装卸料机在水平方向执行纵向（核反应堆水池的长度方向）运行功能的部件。“小车”是装卸料机在水平方向执行横向（核反应堆水池的宽度方向）运行功能的部件；还包括设置小车上的主提升机构，用于核反应堆水池内的提升操作；其中大车有两个轴，小车有一个轴。

发明内容

针对基于PLC的运动控制系统的上述不足，本发明采用一种全新的设计思路实现装卸料机运动控制功能，将主控制器和FPGA装置整合在同一控制平台下，基于FPGA的并行处理，硬件电路无操作系、高度开放的特点，将FPGA技术应用于装卸料机的运动控制，利用软件可以灵活部署硬件控制电路，实现硬件电路层并行数据处理、逻辑判断和决策，在危险发生工况时立刻做出正确响应，确保运动控制的性能和可靠性达到新的高度。兼顾功能定制，性能卓越，稳定可靠的多种特性。同时不依赖主控制器，FPGA能独立完成控制功能，解决在原来PLC控制下，联锁旁路运行的大车两侧电机不能同步运行的问题。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种基于FPGA的装卸料机运动控制系统，用于对核电站的装卸料机进行运动控制，所述装卸料机由若干不同的运行机构构成，所述装卸料机的所述运行机构包括大车、小车和主提升机构，其中，包括主控制器及与所述主控制器相连的FPGA装置，所述FPGA装置用于根据所述主控制器发出的运动指令选择与所述运动指令相应的运动模式，并采用所述运动模式控制所述装卸料机的运动。

进一步，

所述主控制器用于根据操作人员的输入和选择以及所述装卸料机的各个所述运行机构的状态进行逻辑判断，针对各个所述运行机构发出不同的所述运动指令；所述主控制器发出的所述运动指令包含运动相关的参数，所述参数包括如速度、加速度、方向、目标位置；

所述FPGA装置为设置有FPGA芯片的FPGA控制平台，所述FPGA装置包括与所述主控制器相连的数据通讯模块，还包括依次串联的运动模式选择模块、运动执行模块、结果输出模块，所述数据通讯模块还分别连接所述运动模式选择模块和所述运动执行模块，还包括与所述运动执行模块相连的高速信号采集模块；