Введение к работе
Актуальность работы. Важнейшей задачей проектирования и эксплуатации объектов атомной промышленности является обеспечение необходимого /ровня безопасности их работы во всех режимах функционирования. Сушест-$енная роль в решении этой задачи отводится внедрению средств автоматиза-. щи и роботизации основных и вспомогательных технологических процессов. Трименение робототехнических средств, предназначенных для автоматизации шспекционньгх, транспортных и различных ремонтных операций в условиях ювышенной радиации, позволяет помимо решения задачи повышения уровня 5езопасности вывести человека из зоны жесткого радиационного контроля и :ем самым значительно сократить коллективную дозу облучения эксплуатаци- даного персонала
Во всём многообразии задач автоматизации в атомной промышленности >собое место занимает проблема роботизации операций обслуживания зоны щерного реактора атомных электростанций (АЭС) и разбраковки тепловыде-шюших сборок (ТВС) с целью их аттестации для утилизации или дальнейшего «^пользования на заводах по переработке ядерного топлива. Основная техно-югическая операция при этом заключается в перегрузке и соответствующей юдаче ТВС. Эти процессы являются одними из наиболее аварийно-опасных, гго обусловливает актуальность работ по совершенствованию таких операций t целях повышения надёжности и безаварийности в части комплексной автоматизации соответствующих технологических процессов.
Решение задачи автоматизации обслуживания как самих реакторов, так і вспомогательного оборудования робототехническими устройствами, подоб-шми перегрузочным манипуляторам или реализованным на их основе роботи-ированным технологическим комплексам (РТК) рассматривалось в работах >течественных учёных под руководством С.Н. Андреенко, B.C. Кулешова, ТА. Лакоты, В.П. Дорохова, И.Н. Егорова, Б.А. Петрова, А.И. Шиянова, Ї.И. Юревича и зарубежных специалистов. В системах управления созданных 'ТК в основном использовались позиционные и контурные алгоритмы управ-іения для организации движения в транспортной н инструментальной систе-іах координат в условиях стационарности расположения и геометрических .арактеристик ТВС.
Однако рассматриваемые операции подачи ТВС (а это, как правило, вы-юлнение цепочки действіиі: извлечение ТВС из контейнера - транспортное [еремещение - контроль состояния - транспортное перемещение - установка в ктивную зону или в другой контейнер), особенно выполняемые на заводах по гереработке ядерного топлива характеризуются нестационарным расположе-
"о и технологического инструмента. Управление манипулятором комплекса вдлжно выполняться в автоматическом, дистанционном и интерактивном режимах.
Цель и задачи работы. Целью работы является создание системы управ-тения многофункционального роботгаированного технологического комплекса тодачи тепловыделяющих сборок на объектах атомной промышленности и даергетики, позволяющей обеспечить выполнение технологических операций в штоматическом режиме под водой на глубинах до десяти метров в условиях «стационарности расположения контейнеров, неопределенности геометрии и :убтильности сборок.
Для достижения указанной цели в работе решаются следующие основами задачи:
-
Проведение анализа алгоритмов работы и структур как РТК подачи ГВС в атомной промышленности и энергетике, так и принципов построения ;истем управления такими комплексами.
-
Разработка метода определения координат ячеек транспортного кон-ейнера и сборок в условиях несоответствия истинного расположения объектов ірограммно-задашому.
-
Разработка алгоритмов и структур системы управления электроприво-ими РТК при определении координат ячеек контейнера и ТВС, извлечении борок го ячеек контейнера и установке их в ячейки контейнера.
-
Синтез структуры и определение параметров исполнительных двухка-іальньїх электроприводов системы связного и несвязного позиционно-млового управления РТК при выполнении операций подачи ТВС.
-
Разработка принципов построения и программно-аппаратной реализа-ши микропроцессорной системы позищюнно-силового управления электро-фиводами РТК подачи сборок.
Методы исследований. В работе используются методы теории автомати-іеского управления линейных и нелинейных систем, аппарат теории дискретних систем и алгебры логики, численные методы математического анализа. Экспериментальные исследования проводятся на основе методов цифрового юделировання и натурных испытаний.
Научная новизна. В процессе проведенных теоретических и эксперимен-альных исследований получены следующие новые научные результаты:
-
Разработана структурно-алгоритмическая и программно-аппаратная еалшация многопроцессорной универсальной системы позищюнно-силового правления многофункционального РТК подачи тепловыделяющих сборок на томных электростанциях, заводах по переработке ядерного топлива как в гоячих камерах, так и зонах по обслуживанию загрязнённого оборудования,
-
Разработана структура двухканальной системы связного позшшонно-
силового управления исполнительными электроприводами с нелинейными функциональными регуляторами в каналах положения и силы, исключающая возникновение разрушающих сил и моментов при контактном взаимодействии ТВС с ячейкой контейнера.
-
Разработано унифицированное структурно-алгоритмическое и программно-аппаратное обеспечение систем позиционно-силового управления, которое обеспечивает как выполнение операций определения коордішат ячеек контейнера на основе новых поисковых позишюнно-силовых методов определения координат ячеек контейнера и ТВС, формирующих управляющие позиционные сигналы на основе тактильно-силовой информации в условиях нестационарности расположения контейнеров, так и извлечение и установку сборок.
-
Разработана специализированная система автоматизированного программирования (САПР) в части обеспечения возможности гибкого изменения программно-алгоритмической структуры без перезагрузки программного обеспечения, которая позволяет автоматизировать процесс разработки и модификации управляющих программ.
Практическая ценность. Практическая ценность работы заключается в том, что применение концепции позишюнно-силового управления вследствие силомоментного очувствления комплекса, наличия программного режима работы и совмещения поисковых и технологических перемещений ТВС позволяет обеспечить безопасность выполнения технологических контактных операций с субтильными объектами, полностью исключить человека-оператора из зоны радиоактивного излучения и повысить производительность РТК подачи сборок. На основании предложенных атгоритмов и структур разработаны многопроцессорные распределённые системы позиционно-силового управления электроприводами, обеспечивающие безаварийное выполнение операций подачи сборок в автоматическом режиме в условиях нестационарности расположения и неопределенности положения объектов работ.
Реализация результатов работы.'Реализация результатов диссертационной работы осуществлялась следующим образом: структурно-атгоритмическое и программно-аппаратное обеспечение системы позишюнно-силового управления -электроприводами использовались при создании системы управления гибкого автоматизированного комплекса подачи сборок «УАПС -1»(п/я 7631), системы управления маннпуляционным ремонтно-технологическим роботом для ускорителя заряженных частиц мезонной фабрики (ИЯИ РАН), в технических системах, эксплуатирующихся в условиях позишюнно-силового взаимодействия рабочего органа с внешней средой и объектом работ, в задачах управления машнноетротельным оборудованием, испытательными системами и медицинской техникой.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы неоднократно докладывались и обсуждались на кафедре «Автоматизация технологических процессов» Владимирского государственного университета;. научно-технической конференции «Использование ВТ и САПР в научно-исследовательских и опытных работах» (Владимир, 1987 г.); научно-практической конференции «Проблемы и пути повышения уровня автоматизации производства на машиностроительных предприятиях» (Владимир, 1987 г.); научно-техническом семинаре «Повышение эффективности испытания приборных устройств» (Суздаль, 1989 г.); Всесоюзной научно-технической конференции «Моделирование САПР АСНИ и ГАЇЇ» (Тамбов, 1989 г.У, Всесоюзной научно-технической конференции «Перспективы развития и применения средств вычислительной техники для моделирования и автоматизированного исследования» (Москва, 1991 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Актуаль-ные проблемы машиностроения на современном этапе» (Владимир, 1995 г.); VI и VIII Международных научно-технических конференциях «Экстремальная робототехника» (Санкт-Петербург, 1995 г., 1997 г.); Международной научно-технической конференции «Системы управления - конверсия - проблемы» (Ковров, 1996 г.): Международной научно-технической конференции «Конверсия, приборостроение, рынок» (Владимир, 1997 г.); Международной научно-технической конференции «Управление в технических системах» (Ковров, 1998 г.)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, получены два авторских свидетельства.
Объём рзботы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений. Обший объём диссертации 291 страница. Работа содержит 158 страниц машинописного текста, 113 рисунков и 6 таблиц, 2 приложения на 47 лрагешах и библиографический список, включающий 182 наименования.