專利名稱：核電站主螺栓中心孔超聲檢測的水位控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種主螺栓中心孔超聲檢測的水位控制，特別是核電站主螺栓中心孔超聲檢測的水位控制方法，屬核工程的檢測。
背景技術(shù)：
核電站現(xiàn)場壓力容器主螺栓長期在高溫高壓輻照環(huán)境下工作，易于疲勞損傷，屬相應(yīng)規(guī)范要求的必檢部件。一般采用對螺栓中心孔進(jìn)行超聲檢測，耦合劑為去離子水。由于主螺栓屬于核一級部件，故檢測用的水屬于污染源。所以在檢測過程中，如何控制水位平穩(wěn)變化，確保耦合效果，同時(shí)避免水位溢出是值得研討關(guān)注的。在超聲檢測過程中，由于超聲檢測探頭需要根據(jù)檢測要求反復(fù)運(yùn)動(dòng)，造成水位的變化。如果不對水位進(jìn)行控制，在導(dǎo)桿上升過程中，會(huì)造成水位不能跟上探頭的高度，耦合效果不好，影響檢測信號。在導(dǎo)桿下降過程中，會(huì)使得水位迅速溢出螺栓中心孔，為現(xiàn)場帶來污染，影響現(xiàn)場清潔。同時(shí)導(dǎo)桿的上下運(yùn)動(dòng)會(huì)帶來水位的快速波動(dòng)，如果水位變化不平穩(wěn)，會(huì)造成氣泡，影響耦合效果。目前，針對超聲檢測的水位處理通常是手動(dòng)加水，根據(jù)目視和時(shí)間估計(jì)，確定是否加水。這樣就無法判斷當(dāng)前水位，只能依靠經(jīng)驗(yàn)估計(jì)。檢測過程中需要不斷的手動(dòng)補(bǔ)水，降低檢測工作效率。如果沒有及時(shí)補(bǔ)水，造成檢測信號不理想，需要重新定位并再次檢測。手動(dòng)加水容易帶來氣泡，無法保證水位高度的平穩(wěn)變化。隨著核電站在建項(xiàng)目的增加，壓力容器主螺栓的檢查也會(huì)越來越多。為提高檢測效率，避免由于人為失誤帶來的重復(fù)檢測，避免出現(xiàn)現(xiàn)場水污染，提高檢測自動(dòng)化水平， 有必要研發(fā)核電站主螺栓中心孔超聲檢測水位的自動(dòng)控制方法，以提高檢測人員的工作效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種核電站主螺栓中心孔超聲檢測用的水位自動(dòng)控制方法。 該方法能使水位高度實(shí)時(shí)跟蹤探頭高度，確保水位始終淹沒探頭；實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前水位高度及探頭位置；對水位高度進(jìn)行監(jiān)控，在接近預(yù)先設(shè)定値時(shí)進(jìn)行相應(yīng)流量的控制，避免水溢出螺栓，造成現(xiàn)場污染。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的它包括控制柜、含導(dǎo)桿編碼器的現(xiàn)場設(shè)備、485總線、串口 RS232及水位控制方法，所述的控制柜由工控機(jī)、485接口卡、I/O控制器、閥驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成的，所述的現(xiàn)場設(shè)備還包括由水箱、給水閥、泄水閥、信號采集模塊、壓力傳感器、供水泵構(gòu)成的，所述的工控機(jī)經(jīng)所述的串口 RS232連接到所述的I/O控制器，I/O控制器的輸出端經(jīng)所述閥驅(qū)動(dòng)電路連接到所述現(xiàn)場設(shè)備中所述的給水閥、泄水閥及所述水箱中的供水泵，所述壓力傳感器是安裝在所述水箱的底部，壓力傳感器的輸出端連接到所述信號采集模塊， 信號采集模塊的輸出端經(jīng)所述485總線連接到所述485接口卡，485接口卡是插入在所述工控機(jī)的槽內(nèi)，所述導(dǎo)桿編碼器是安裝在導(dǎo)桿上的，導(dǎo)桿編碼器的輸出端連接到所述I/O控制器；
所述的水位控制方法是采用模糊控制算法對水位控制，而模糊控制算法是通過模糊運(yùn)算規(guī)則實(shí)現(xiàn)的。
所述的模糊運(yùn)算規(guī)則是IF偏差is正大AND偏差變化is正大THEN泄水閥開關(guān)頻率is正大
IF偏差is正大AND偏差變化is正小THEN泄水閥開關(guān)頻率is正大
IF偏差is正大AND偏差變化is零THEN泄水閥開關(guān)頻率is正小；
IF偏差is正大AND偏差變化is負(fù)小THEN泄水閥開關(guān)頻率is正小
IF偏差is正大AND偏差變化is負(fù)大THEN泄水閥開關(guān)頻率is零；
IF偏差is正/、AND偏差變化is正大THEN泄水閥開關(guān)頻率is正大
IF偏差is正/、AND偏差變化is正小THEN泄水閥開關(guān)頻率is正小
IF偏差is正/、AND偏差變化is零THEN泄水閥開關(guān)頻率is正??；
IF偏差is正/、AND偏差變化is負(fù)小THEN泄水閥開關(guān)頻率is零；
IF偏差is正/、AND偏差變化is負(fù)大THEN泄水閥開關(guān)頻率is負(fù)小
IF偏差is負(fù)/、AND偏差變化is正大THEN給水閥開關(guān)頻率is零；
IF偏差is負(fù)/、AND偏差變化is正小THEN給水閥開關(guān)頻率is零；
IF偏差is負(fù)/、AND偏差變化is零THEN給水閥開關(guān)頻率is正??；
IF偏差is負(fù)/、AND偏差變化is負(fù)小THEN給水閥開關(guān)頻率is正小
IF偏差is負(fù)/、AND偏差變化is負(fù)大THEN給水閥開關(guān)頻率is正小
IF偏差is負(fù)大AND偏差變化is正大THEN給水閥開關(guān)頻率is零；
IF偏差is負(fù)大AND偏差變化is正小THEN給水閥開關(guān)頻率is正小
IF偏差is負(fù)大AND偏差變化is零THEN給水閥開關(guān)頻率is正大；
IF偏差is負(fù)大AND偏差變化is負(fù)小THEN給水閥開關(guān)頻率is正大
IF偏差is負(fù)大AND偏差變化is負(fù)大THEN給水閥開關(guān)頻率is正大。
本發(fā)明的水位控制方法由于采用了上述的設(shè)備及方法，就能實(shí)現(xiàn)核電站主螺栓中心孔超聲檢測的水位自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了水位實(shí)時(shí)跟蹤探頭高度變化，避免由于手動(dòng)給水造成的人為操作失誤，造成現(xiàn)場水污染或檢測信號不理想等不足，提高檢測效率。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)方框圖。圖2為本發(fā)明的控制柜結(jié)構(gòu)方框圖。圖3為本發(fā)明的現(xiàn)場設(shè)備結(jié)構(gòu)方框圖。圖4為本發(fā)明的水位控制方法的模糊控制算法示意圖。圖1-圖3中1.控制柜、2.工控機(jī)、3. 485接口卡、4. I/O控制器、5.閥驅(qū)動(dòng)電路、 6.現(xiàn)場設(shè)備、7.水箱、8.給水閥、9泄水閥、10.信號采集模塊、11.導(dǎo)桿編碼器、12.壓力傳感器、13.供水泵
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。如圖1所示，控制柜1和現(xiàn)場設(shè)備6是實(shí)現(xiàn)核電站主螺栓中心孔超聲檢測的水位自動(dòng)控制必備裝置。控制柜1是由工控機(jī)2、485接口卡3、1/0控制器4、閥驅(qū)動(dòng)電路5構(gòu)成的，現(xiàn)場設(shè)備6是由水箱7、給水閥8、泄水閥9、信號采集模塊10、導(dǎo)桿編碼器11、壓力傳感器12、供水泵13構(gòu)成的，其中工控機(jī)2通過串口 RS232 (圖1中沒有標(biāo)出)連接到I/O控制器4，I/O控制器4的I/O信號經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路5連接到現(xiàn)場設(shè)備6中的給水閥8、泄水閥9和供水泵13，壓力傳感器12安裝在水箱7的底部，其輸出信號連接到信號采集模塊10，信號采集模塊10的輸出端經(jīng)485總線(圖1中沒有標(biāo)出)連接到工控機(jī)2內(nèi)的485接口卡3， 導(dǎo)桿編碼器11輸出端連接到I/O控制器4。如圖2所示，控制柜1中的工控機(jī)2的槽內(nèi)插入485接口卡3，工控機(jī)2通過串口 RS232與I/O控制器4相連接，I/O控制器4的輸出I/O信號經(jīng)閥驅(qū)動(dòng)電路5后連接到現(xiàn)場設(shè)備6中的給水閥8、泄水閥9和供水泵13(圖2中沒有標(biāo)出)。這樣，工控機(jī)2上就運(yùn)行水位控制程序，即通過485接口卡3不斷實(shí)時(shí)獲得現(xiàn)場設(shè)備6中傳遞來的水位信息，以及導(dǎo)桿編碼器11反饋的當(dāng)前探頭高度信息，計(jì)算得到期望水位。根據(jù)當(dāng)前水位和期望水位的偏差，偏差的變化量，采用模糊算法對相應(yīng)調(diào)整開關(guān)閥的形狀頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，并將控制信號通過串口 RS232輸出到I/O控制器4，I/O控制器4進(jìn)而將I/O點(diǎn)的輸出狀態(tài)輸送到閥驅(qū)動(dòng)電路5驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的泵和電磁閥動(dòng)作。如圖3所示，現(xiàn)場設(shè)備6包括有水箱7、信號采集模塊10、供水泵13、給水閥8、泄水閥9、壓力傳感器12、導(dǎo)桿編碼器11。導(dǎo)桿編碼器11安裝在現(xiàn)場導(dǎo)桿上，導(dǎo)桿編碼器11 的信號通過屏蔽線纜傳輸?shù)娇刂乒?內(nèi)的I/O控制器4。壓力傳感器12安裝在水箱7底部，用于檢測主螺栓中心孔內(nèi)的水位高度，并將模擬信號輸出到信號采集模塊10。信號采集模塊10將水位信息通過485總線傳輸?shù)娇刂乒?。由控制柜1內(nèi)閥驅(qū)動(dòng)電路5的輸出點(diǎn)連接到水箱7內(nèi)對應(yīng)的泵或閥。給水閥8和泄水閥9都是高速開關(guān)閥，可通過閥驅(qū)動(dòng)電路 5進(jìn)行高速切換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)流量的無級調(diào)節(jié)。水位控制的目的是為了確保水位高度能夠跟蹤探頭的高度，并高出一定范圍。為達(dá)到此目的，水位控制的方法采用控制算法，而控制算法采取模糊算法，如圖4所示。模糊輸入量為當(dāng)前水位高度和期望水位高度的偏差，以及偏差變化量。偏差和偏差變化量的模糊域?yàn)檎?、正小、零、?fù)小、負(fù)大。模糊輸出量為給水閥8和泄水閥9的開關(guān)頻率。圖中的模糊化，是指對模糊輸入量，確定其相應(yīng)于各語言值的隸屬度，隸屬度根據(jù)隸屬函數(shù)求得， 隸屬函數(shù)采用三角形隸屬函數(shù)。圖中的去模糊化，是指對模糊輸出量，根據(jù)模糊規(guī)則經(jīng)過模糊運(yùn)算得到的結(jié)論，轉(zhuǎn)化為一個(gè)具體的數(shù)值，采用重心法實(shí)現(xiàn)。圖中的模糊運(yùn)算推理，根據(jù)各模糊規(guī)則的結(jié)論，采用最大-最小合成的方式進(jìn)行決策。模糊控制算法通過模糊運(yùn)算規(guī)則實(shí)現(xiàn)。模糊運(yùn)算規(guī)則是IF偏差is正大AND偏差變化is正大THEN泄水閥開關(guān)頻率is 正大；IF偏差is正大AND偏差變化is正小THEN泄水閥開關(guān)頻率is正大；IF偏差is正大AND偏差變化is零THEN泄水閥開關(guān)頻率is正?。籌F偏差is正大AND偏差變化is負(fù)小THEN泄水閥開關(guān)頻率is正?。籌F偏差is正大AND偏差變化is負(fù)大THEN泄水閥開關(guān)頻率is零；IF偏差is正小AND偏差變化is正大THEN泄水閥開關(guān)頻率is正大；IF偏差 is正小AND偏差變化is正小THEN泄水閥開關(guān)頻率is正??；IF偏差is正小AND偏差變化 is零THEN泄水閥開關(guān)頻率is正??；IF偏差is正小AND偏差變化is負(fù)小THEN泄水閥開關(guān)頻率is零；IF偏差is正小AND偏差變化is負(fù)大THEN泄水閥開關(guān)頻率is負(fù)小；IF偏差is負(fù)小AND偏差變化is正大THEN給水閥開關(guān)頻率is零；IF偏差is負(fù)小AND偏差變化is正小THEN給水閥開關(guān)頻率is零；IF偏差is負(fù)小AND偏差變化is零THEN給水閥開關(guān)頻率is正?。籌F偏差is負(fù)小AND偏差變化is負(fù)小THEN給水閥開關(guān)頻率is正?。籌F偏差is負(fù)小AND偏差變化is負(fù)大THEN給水閥開關(guān)頻率is正?。籌F偏差is負(fù)大AND偏差變化is正大THEN給水閥開關(guān)頻率is零；IF偏差is負(fù)大AND偏差變化is正小THEN給水閥開關(guān)頻率is正??；IF偏差is負(fù)大AND偏差變化is零THEN給水閥開關(guān)頻率is正大；IF 偏差is負(fù)大AND偏差變化is負(fù)小THEN給水閥開關(guān)頻率is正大；IF偏差is負(fù)大AND偏差變化is負(fù)大THEN給水閥開關(guān)頻率is正大。模糊輸出使用泄水閥9或給水閥8，取決于當(dāng)前的水位偏差。如果偏差為正，則對泄水閥開關(guān)頻率進(jìn)行控制，關(guān)斷給水閥8。如果偏差為負(fù)，則對給水閥8開關(guān)頻率進(jìn)行控制， 關(guān)斷泄水閥9。下面結(jié)合圖1-圖4闡述主螺栓中心孔超聲檢測水位自動(dòng)控制方法的實(shí)施過程首先將導(dǎo)桿編碼器11安裝在導(dǎo)桿上，將壓力傳感器12安裝在水箱7底部。然后布置信號采集模塊10、水箱7、控制柜1等。連接控制柜1和現(xiàn)場各模塊的線纜連接，并連接供水、供電及信號線纜。確認(rèn)無誤后，啟動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)，并進(jìn)行導(dǎo)桿編碼器11零點(diǎn)標(biāo)定，配置控制參數(shù)。在配置完畢后，啟動(dòng)控制柜1和現(xiàn)場模塊的485通信。至此，系統(tǒng)配置完畢。控制柜1內(nèi)工控機(jī)2啟動(dòng)相應(yīng)程序，接收來自導(dǎo)桿編碼器11的導(dǎo)桿位置信息，接收來自水箱7底部壓力傳感器12的水位高度信息，將其在界面上以圖形仿真界面顯示。同時(shí)，控制程序根據(jù)導(dǎo)桿信息和水位信息，計(jì)算當(dāng)前水位和期望水位的水位偏差和偏差變化量，通過模糊運(yùn)算規(guī)則，計(jì)算相應(yīng)的輸出量，進(jìn)而控制I/O點(diǎn)的切換，控制相應(yīng)開關(guān)閥的開關(guān)頻率，使得水位相應(yīng)變化。同樣，新的水位信息會(huì)及時(shí)更新到工控機(jī)2程序，由此形成水位閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)水位高度的實(shí)時(shí)跟蹤，這樣就達(dá)到水位控制的目的。
權(quán)利要求
1.一種核電站主螺栓中心孔超聲檢測的水位控制方法，包括控制柜(1)、含導(dǎo)桿編碼器(11)的現(xiàn)場設(shè)備(6)、485總線、串口 RS232及水位控制方法，其特征在于a.所述的控制柜(1)由工控機(jī)(2)、485接口卡(3)、1/0控制器G)、閥驅(qū)動(dòng)電路(5)構(gòu)成的，所述的現(xiàn)場設(shè)備(6)還包括由水箱(7)、給水閥(8)、泄水閥(9)、信號采集模塊(10)、 壓力傳感器(12)、供水泵(1 構(gòu)成的，其中所述的工控機(jī)( 經(jīng)所述的串口 RS232連接到所述的I/O控制器(4)，I/O控制器(4)的輸出端經(jīng)所述閥驅(qū)動(dòng)電路( 連接到所述現(xiàn)場設(shè)備(6)中所述的給水閥(8)、泄水閥(9)及所述水箱(7)中的供水泵(13)，所述壓力傳感器 (12)是安裝在所述水箱(7)的底部，壓力傳感器(1 的輸出端連接到所述信號采集模塊(10)，信號采集模塊(10)的輸出端經(jīng)所述485總線連接到所述485接口卡(；3)，485接口卡 (3)是插入在所述工控機(jī)( 的槽內(nèi)，所述導(dǎo)桿編碼器(11)是安裝在導(dǎo)桿上的，導(dǎo)桿編碼器(11)的輸出端連接到所述I/O控制器(4)；b.所述的水位控制方法是采用模糊算法對水位控制，而模糊算法是通過模糊運(yùn)算規(guī)則實(shí)現(xiàn)的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核電站主螺栓中心孔超聲檢測的水位控制方法，其特征在于所述的模糊運(yùn)算規(guī)則是IF偏差is正大AND偏差變化is正大THEN泄水閥開關(guān)頻率is正大； IF偏差is正大AND偏差變化is正小THEN泄水閥開關(guān)頻率is正大； IF偏差is正大AND偏差變化is零THEN泄水閥開關(guān)頻率is正??； IF偏差is正大AND偏差變化is負(fù)小THEN泄水閥開關(guān)頻率is正??； IF偏差is正大AND偏差變化is負(fù)大THEN泄水閥開關(guān)頻率is零； IF偏差is正小AND偏差變化is正大THEN泄水閥開關(guān)頻率is正大； IF偏差is正小AND偏差變化is正小THEN泄水閥開關(guān)頻率is正??； IF偏差is正小AND偏差變化is零THEN泄水閥開關(guān)頻率is正??； IF偏差is正小AND偏差變化is負(fù)小THEN泄水閥開關(guān)頻率is零； IF偏差is正小AND偏差變化is負(fù)大THEN泄水閥開關(guān)頻率is負(fù)??； IF偏差is負(fù)小AND偏差變化is正大THEN給水閥開關(guān)頻率is零； IF偏差is負(fù)小AND偏差變化is正小THEN給水閥開關(guān)頻率is零； IF偏差is負(fù)小AND偏差變化is零THEN給水閥開關(guān)頻率is正??； IF偏差is負(fù)小AND偏差變化is負(fù)小THEN給水閥開關(guān)頻率is正?。?IF偏差is負(fù)小AND偏差變化is負(fù)大THEN給水閥開關(guān)頻率is正??； IF偏差is負(fù)大AND偏差變化is正大THEN給水閥開關(guān)頻率is零； IF偏差is負(fù)大AND偏差變化is正小THEN給水閥開關(guān)頻率is正小； IF偏差is負(fù)大AND偏差變化is零THEN給水閥開關(guān)頻率is正大； IF偏差is負(fù)大AND偏差變化is負(fù)小THEN給水閥開關(guān)頻率is正大； IF偏差is負(fù)大AND偏差變化is負(fù)大THEN給水閥開關(guān)頻率is正大。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種核電站主螺栓中心孔超聲檢測的水位控制方法，主要包括由工控機(jī)、485接口卡、I/O控制器，閥驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成的控制柜，由水箱、供水泵、給水閥、泄水閥、信號采集模塊、壓力傳感器、導(dǎo)桿編碼器構(gòu)成的現(xiàn)場設(shè)備及水位控制方法，其中工控機(jī)經(jīng)串口RS232與I/O控制器相接，I/O控制器經(jīng)閥驅(qū)動(dòng)電路與給水閥、泄水閥、供水泵相接，壓力傳感器與信號采集模塊相接，信號采集模塊的輸出端經(jīng)485總線連接到485接口卡，485接口卡是插入在工控機(jī)的槽內(nèi)，編碼器的輸出端與I/O控制器相接，水位控制是采用模糊運(yùn)算規(guī)則實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明的方法適用于各種核電站主螺栓中心孔超聲檢測的水位控制，也可用于相類似的水位控制。
文檔編號G05D9/12GK102419602SQ201110243190
公開日2012年4月18日 申請日期2011年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月23日
發(fā)明者嚴(yán)智, 劉呈則, 周路生, 孫茂榮, 張國豐, 張寶軍, 林明峰, 陶澤勇 申請人:國核電站運(yùn)行服務(wù)技術(shù)有限公司