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核电动力机械手控制系统设计分析

崔顺，郝四华

（中核霞浦核电有限公司，福建宁德355100）

摘要：针对核电站机械手的作业需求提出一个综合性的控制系统设计方案，该系统以实现精确控制和高效作

业为核心目标，融合先进的硬件模块与软件算法。在控制系统总体设计中，针对机械手的运动控制需求，设计下

位机运动控制系统和上位机遥操作系统，实现设备的精准运动控制。硬件模块设计包括控制器、伺服系统和防辐

射摄像头的设计原理和实现方法，并通过系统测试验证了设计方案的有效性和稳定性。

关键词：核电动力机械手；控制系统设计；视频采集

中图分类号：TM623；TP241文献标识码：BDOI：10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2025.04.31

0引言

在当前快速发展的核能领域，核电动力机械手作

为一种重要的设备，在核电站维护、辐射环境下的作业

等方面发挥着不可替代的作用。然而国内核电动力机

械手的控制系统设计与国际先进水平相比存在一定差

距。国内现有的核电动力机械手控制系统在实际应用

中，存在控制精度不高、操作复杂、安全性不足等问题，

制约了核电动力机械手的性能和效率。因此对核电动

力机械手控制系统进行深入研究，不仅是提升核电站

运行效率和安全性的必然要求，也是提升国内核能装

备制造水平、加速核电技术自主化发展的迫切需求。

1控制系统总体设计

在设计核电动力机械手控制系统时，必须确保系图1核电动力机械控制系统整体设计

统能够符合核辐射环境下的严格作业要求，以保障其性和抗干扰性，即使在受到20krad剂量辐射的情况

可靠性、稳定性和安全性。系统整体设计框架如图1所下，其衰减仍保持在可接受范围内，从而确保息传递

，该系统不仅需具备稳健的有线遥控操作功能，还应的稳定性[1]。

当整合机械手臂的精密运动控制能力，以及高效的摄2系统硬件模块设计

像头图像采集界面。此外，系统的防核辐射性能必须达2.1控制器设计

到卓越标准，其耐辐照性能应至少能够承受1000Gy在核能动力机械手控制系统的设计过程中，控制

的辐射剂量，同时在高至10Gy/h的辐射强度环境中，器的设计与实现是至关重要的环节，它直接决定了整

仍能保持系统的稳定运作和功能完整性。个系统的精确性、稳定性和响应速度。本次设计选用了

鉴于高辐射环境对通质量可能造成的影响，系固高科技公司研发的NC610型控制器，并经过二次开

统采用了单模光纤作为上位机与下位机之间的通介发，是下位机运动控制系统的关键核心部件。

质。单模光纤在远距离传输方面表现出了卓越的安全NC610型控制器采用了X86架构的CPU和芯片

骳髄髕设备管理与维修20254上）

组，结合了DSP（数字号处理器）和FPGA（现场可编Compax3系列驱动器的设计充分考虑了现代自动

程门阵列）作为运动控制器的协处理器。此款配置不仅化系统的通需求，支持广泛的通协议，确保与各种

为控制器赋予了多轴联动与精确的点位控制功能，而工业设备和网络的兼容性。此外，该驱动器配备了丰富

且同时确保了用户能够享受到标准个计算机的全的模拟量和数字量输入输出接口，极大地增强了其在

方位功能。NC610型控制器还提供了多样化的通信接系统集成中的适应性和灵活性。

口，包括VGA、RS232、局域网络（LAN）、glink-1以及为了进一步优化调试流程，Compax3系列驱动器

USB等，均为标准的个计算机接口。此外，针对运动控配套的专用软件工具为用户提供了便捷的操作界面。

制的特定需求，它还配备了通用的输入输出端口、I/O通过这款软件，用户可在个计算机上进行电机参数

模块扩展接口以及专用的轴控接口等。这些接口的集配置、位置反馈方式的设定、以及其他关键功能的调

成，极大地增强了系统的灵活性和可扩拓性，为系统升整，提升了设置效率和精度。

级与应用拓展提供了坚实的基础。