清洗手套箱配套转运设备自动控制方案

李哲宇 温 毅 康文凯 李 龙 张

（中国辐射防护研究院，山西 太原030006）

1 系统说明

挂片清洗手套箱配套转运设备分为三部分，分别是防护容器手动运输小车、转运接口开关盖装置及其控制系统和单轨吊车及其控制系统。

1.1 防护容器手动运输小车主要承担防护容器的运输功能并能够在转运接口处实现定位锁紧功能，将小车位置固定在吊运接口处，以便后续操作；

1.2 转运接口开关盖装置主要用于实现转运接口的开关盖功能，并保证无转运操作时转运接口处的密封；

1.3 单轨吊车用于实现手套箱内对带挂片防护容器盖的吊运操作；

1.4 控制柜主要用于安装开关盖装置和吊车的控制系统，并设有操作面板。

2 防护容器手动运输小车

手动运输小车主要包括轨道和运输车两部分。

轨道用于对小车进行导向，并在两端设置限位块，防止小车推拉出轨道。

小车主要承担屏蔽防护容器的运输功能，并设置有推拉扶手及定位锁紧装置，以便于人员拉出小车，且保证小车能够稳定停靠在转运接口位置。

手动运输小车示意图如图1。

3 转运接口开关盖装置及其控制系统

转运接口开关盖装置主要包括驱动电机、安装支撑板、联接贯穿轴、密封管套、联轴器、旋转臂和转运接口盖。

转运接口开关盖装置中电机为开关盖提供动力；电机支架用于支撑电机；联接贯穿轴用于联接电机输出端和联轴器；密封套管主要用于密封传动轴以及套管和手套箱之间的固定孔；联轴器用于联接贯穿轴和旋转开盖装置；旋转开盖为开关盖的执行机构。

图1 防护容器手动运输小车

图2 转运接口开关盖装置

开关盖装置的控制系统能够实现开关盖的位置控制，并根据密封要求实现一定的预紧力控制，并设置有急停开关、报警指示灯、误操作钥匙，同时配有遥控手柄，便于远程控制，且控制柜操作面板上能够显示开关盖位置。转运接口开关盖装置示意图如图2。

4 单轨吊车及其控制系统

单轨吊车包括支腿、横梁轨道、起吊装置和安全装置。支腿为起吊装置提供支撑作用；横梁为起吊装置滑动用轨道，通过机械设计保证起吊和运输过程的平稳；起吊装置包括定位系统、吊钩、电缆及拖链，起吊装置做模块化设计，便于后期整体更换；安全装置包括缓冲装置以及制动装置，缓冲装置防止起吊装置与轨道两端碰撞，制动装置保证起吊装置在轨道上自由滑动。

单轨吊车控制系统能够实现吊钩高度控制、吊车水平位置控制的操作，并进行精确定位，能够在操作面板上实时显示位置。控制系统设置有急停开关、报警指示灯及误操作钥匙，且能够远程操作，同时具有锁紧功能，保证了系统断电后吊钩不会自由掉落、起吊装置启动及停止过程的平稳，尽可能的减小了运行过程中的晃动。

单轨吊车示意图如图3。

5 控制柜及遥控面板

控制柜以外形尺寸最小，强弱电分开设计以及便于操作为原则设计。

控制柜示意图如图4。

转运接口开关盖装置遥控与单轨吊车遥控合二为一，遥控器为无线形式。

遥控面板示意图如图5。

6 超声波清洗器

超声波清洗器放置于手套箱中，手套箱内的吊车将容器盖连同挂片吊装至超声波清洗器中，利用超声波的清洗作用对挂片进行清洗去污，清洗后将容器盖及挂片吊离清洗器。

超声波清洗器主要由设备主体

（包括超声波清洗池，超声波振盒，液位检测显示部分，清洗液进出口管），超声波发生器，电缆，控制系统组成。

超声波清洗器的控制系统具备以下功能：

①能显示清洗总功率、每个振盒功率、电压、电流和工作频率，实现功率可调；

②当某个振盒因内部振子故障或其它原因导致功率低于某值时，可进行故障诊断，以便实现检修或更换；

③控制操作人性化，显示部分清晰明了；

图3 单轨吊车

图4 控制柜

图5 遥控面板

图6 超声波清洗器

④设置有液位监测系统对池内液位进行连续监测，显示装置上设置有液位最低点、液位正常点、液位最高点三个特殊显示标志。

超声波清洗器示意图如图6。

7 控制系统硬件配置

开关盖装置控制主要通过开关量与PLC 进行交互，其中DI共计6 个，包括4 个按钮+2 个行程开关；DO 共计4 个，包括4个指示灯+2 个继电器/交流接触器输出。开盖电机选用750W交流伺服电机加直角减速装置。

单轨吊车的自动控制由可移动控制箱和有线遥控手柄组成，其中可移动控制箱里安装有电机驱动器、PLC主机和I/O 模块、系统供电部分，并配距离反馈装置。平移电机选用400W交流伺服电机；垂直升降采用750W伺服电机+减速机+链条式传动装置。

为了减少单吊行车在在垂直升降过程中出现的晃动，整个运行过程中以不同的速度运行，其中启动为第一速度，过程为第二速度，邻近目标位置时以第三速度减速运行。

8 控制柜操作界面

操作界面共由5 个页面组成，分别为初始化界面、超声波界面、单轨吊车界面、参数设置界面以及自动模式位置设置界面。

初始化界面示意图如图7。

在初始化界面，可对设备进行初始化设置。

超声波界面示意图如图8。

在超声波界面，可以对超声波清洗池中的三个超声波发声装置分别进行控制，并观测超声波清洗池中的液位。

单轨吊车界面示意图如图9。

在单轨吊车界面，可以对行车、吊具、密封盖进行控制，并观测行车、吊具的实时位置。

参数设置界面示意图如图10。

在参数设置界面，可以分别对超声波发生装置的电流、吊具升降电机的速度、行车水平电机的速度进行设置，使这些参数满足设备运行的需求。

自动模式位置设置界面示意图如图11。

在自动模式位置设置界面，可对行车和吊具自动移动到物料口、清洗池、淋洗池的位置进行精确设定，使设备运行精度达到产品设计需求。

9 系统运行测试结果

设备接通电源后，分别对转运接口开关盖装置、单轨吊车以及超声波清洗器进行测试。经检测，转运接口开关盖装置的4 个按钮、2 个行程开关、开盖交流伺服电机以及直角减速装置均可正常工作，且均能有效按照既定的工作模式运行，完成设定的工作任务。单轨吊车的距离反馈装置、平移交流伺服电机、垂直升降伺服电机、减速机以及链条式传动装置均可正常工作，且均能有效按照既定的工作模式运行，完成设定的工作任务。超声波清洗器的3个超声波振盒、液位监测系统以及3 个超声波发生器均可正常工作，且均能有效按照既定的工作模式运行，完成设定的工作任务。控制柜的电机驱动器、PLC 主机、I/O 模块、系统供电部分、4 个指示灯、2 个继电器/交流接触器、触摸屏以及设备配套的无线遥控系统（包括遥控器）均可正常工作，且均能有效按照既定的工作模式运行，完成设定的工作任务。各个装置之间协作运行、配套使用时，联动工作模式均可正常运行，满足设计要求。

图7 初始化界面

图8 超声波界面

图9 单轨吊车界面

图10 参数设置界面

图11 自动模式位置设置界面