Вертикальное поступательное перемещение штанги регулирующего органа РО водо-водяного энергетического реактора ВВЭР обеспечивает электропривод в виде шаговой электрической машины ШЭМ.

Измерение положения поступательно перемещающейся штанги РО является необходимым условием безопасной и эффективной работы реактора. Применяемые на АЭС электроприводы ШЭМ-3 и ШЭМ-2 оснащены датчиками положения штанги, которые вырабатывают сигналы положения за счёт чувствительных органов, имеющих механическую связь с перемещающейся штангой.

Привод ШЭМ-3 имеет датчик положения ДПШ, фиксирующий каждый шаг и определяющий положение штанги с дискретностью шага. Датчик работает в стеснённых условиях при повышенной температуре и практически недоступен для механического обслуживания и ремонта.

Привод ШЭМ-2 имеет датчик положения ДПШ, который определяет положение штанги с дискретностью 350мм (не реагирует на каждый шаг). Он также работает в стеснённых условиях при повышенной температуре и также мало доступен для механического обслуживания. Пониженная точность и невозможность фиксации каждого шага мешают более эффективному ведению технологического процесса и учёту ресурса электропривода.

Создание простого устройства, которое могло бы парировать указанные недостатки датчиков положения и в определённой мере резервировало бы их функции, является актуальной задачей.

В течение 2003-2006 годов мною проводилась научно-исследовательская работа на эту тему, завершившаяся созданием опытных образцов Датчика Шагового Контроля (ДШК) для приводов ШЭМ-2 и ШЭМ-3, работающих на основе других принципов. В режиме реального времени ведутся измерения и обработка сигналов тока и напряжений тянущего ТМ, запирающего ЗМ и фиксирующего ФМ электромагнитов. Следствием чего является выдача сообщения о сделанном или несделанном шаге ещё до окончания циклограммы.

Были решены следующие задачи:

• Разработка макета привода ШЭМ, состоящего из одного тянущего электромагнита и блока управления БУ1. Этот электромагнит обеспечивает подъём и опускание внутреннего стержня, как при циклограмме токов, соответствующей движению вверх, так и при циклограмме токов, соответствующей движению вниз. На стержень возможно установить груз до 30 кг (большие не испытывались). Конструкция электромагнита позволяет “заклинить” стержень, т.е. не дать ему перемещаться при подаче на него токов соответствующей одной из циклограмм.

• Разработка модуля датчиков напряжения МДН01 и модуля датчиков тока МДТ01 на базе датчиков швейцарской фирмы “LEM”. Эти датчики позволяют преобразовывать напряжения и токов в пропорциональные сигналы напряжения, приемлемого для АЦП уровня.

• Разработка программно-аппаратного комплекса "Е-440 ТЕСТЕР" на базе ноутбука, модуля АЦП L-Card Е-440 (новое имя: Е14-440), подключаемого к ноутбуку через внешнюю шину USB 1.1, МДН01, МДТ01 и программы позволяющей обрабатывать, сохранять и воспроизводить результаты измерений.

• Проведение измерений и обработка результатов: на макете привода, на ШЭМ-3 в ОКБ “Гидропресс” и на ШЭМ-2 на Калининской АЭС. Следствиями этих исследований явились протоколы испытаний и 1-ая и 2-ая версии алгоритма Датчика Шагового Контроля.

• Теоретические исследования тянущих электромагнитов привода ШЭМ-2 и ШЭМ-3 (потокосцепление, индуктивность, сила притяжения, ЭДС). Анализ взаимодействия механизмов ШЭМ.

• Создание окончательной версии алгоритма Датчика Шагового Контроля с учётом работы всех трёх магнитов и выпуска технического отчёта о проделанной НИР.

• Разработка управляющей программы для микроконтроллера Fastwel RTU188-BS, позволяющей определить реализацию шага до завершения приводом всех операций по его совершению.

• Модифицирование программно-аппаратного комплекса "Е-440 ТЕСТЕР" до уровня, позволяющего осуществлять функции ДШК в режиме реального времени и выводить сообщение о сделанном или несделанном шаге ещё до окончания циклограммы с графическим отображением признака шага или его отсутствия, а также позволяющего эмитировать работу привода ШЭМ за счёт воспроизведения через ЦАП ранее записанных сигналов напряжений и токов на ТМ, ЗМ и ФМ.

• Разработка методики нахождения в реальном времени индукции, сопротивления обмоток, температуры электромагнитов, времени перемещения штанги, величины наведённой ЭДС.

• Разработка принципа построения Программно-Аппаратного Комплекса "Система Диагностики" на базе ДШК, объединённых в промышленную сеть на базе интерфейса RS-485, и формирование технического задания для Калининской АЭС, где заказчиком выступает концерн "РосЭнергоАтом".

В настоящее время данная работа является завершённой. Получен патент на изобретение №2353979. В любой момент, по требования заказчика, может быть поставлена данная система в требуемой конфигурации.

Сканированная копия патента: Patent.jpg

Полный текст патента: Patent.pdf

Статья из "Датчики и системы 2006": SHS_DS.doc.zip

Статья из "Электротехника" за 12.2006: SHS_DS2.doc.zip