铀水冶过程多塔物位控制系统研究与设计

摘要

从含铀浸出原液中提取得到铀合格液的生产过程,通常是在串联的数座吸附塔内完成。各路塔之间的树脂物位高度差是影响铀生产效率的重要因素之一。将各路塔中的树脂物位调整到同一高度,对于生产设备的充分利用、铀合格液生产效率的提高、减少能耗、保障生产正常运行等方面都有着重要的意义。
　　论文以铀水冶工艺的自动控制为研究背景,以串联的六路塔中树脂物位高度为被控对象,采用对各路塔树脂排放量实施控制的策略,结合系统的数学建模技术、计算机控制技术、可编程控制技术、信号检测技术以及PROFIBUS通信技术,对铀水冶工艺过程中的多塔物位自动平衡控制系统进行了研究与设计。主要包括以下几个方面:
　　(1)模型的建立与求解:以六路串联的吸附塔作为被控对象,根据每一路塔中物料平衡原理建立数学模型。模型的目标函数就是系统的控制目标,即:使六路塔中物位最终趋于一致的前提条件下,各路塔的树脂排放量尽可能大;树脂压送罐的容积限制为模型的约束条件。采用分层序列法对多目标问题进行求解,按照重要性程度依次排序,在优先满足第一路吸附塔的树脂排放量要求的前提下,再对其他各路塔的树脂排放量进行求解。在MATLAB工具箱中编写模型求解程序,并对所得数据结果进行分析。分析结果表明,按照模型求解出的树脂排放量进行排放调整,可以实现六路塔中物位自动趋于平衡的要求。
　　(2)物位控制系统设计:采用研华公司的工控机作为上位机,下位机则以西门子S7-300PLC为核心,上位机与下位机之间采用PROFIBUS现场总线通讯。雷达物位计检测各路塔中树脂物位,射频导纳物位计检测罐中树脂排放量的液位,电磁流量计对进料流量进行采集,并对相关硬件电路进行设计。采用PLCSTEP7V5.4软件编写铀水冶物位控制系统程序,PID调节阀门开度实现各路塔进液流量的控制,设计了利用分层序列法求解模型的程序,确定了各路塔的树脂排放值,完成了树脂进料、树脂排放、树脂提升控制程序设计。
　　(3)监控界面设计:采用组态王组态软件设计铀水冶物位控制系统的人机监控界面。实现了铀水冶工艺过程的动态显示,完成了对铀水冶部分控制变量的实时、历史曲线显示,报表、报警记录查询等功能。
　　最后对上位机与PLC之间的通信进行调试,对PLC程序及监控界面进行仿真。分析调试数据结果表明了论文设计的铀水冶物位控制系统的可行性。

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第一章 绪论

1.1 课题的研究背景

1.2 课题研究的目的和意义

1.3 铀水冶技术的国内外研究状况

1.4 多目标优化问题的研究现状

1.5 课题研究的主要内容

第二章 铀水冶多塔物位控制系统总体方案设计

2.1 铀水冶的工艺流程

2.2 物位控制系统要求

2.3 物位控制系统功能

2.4 物位控制流程

2.5. 物位控制系统总体方案设计

2.6 本章小结

第三章 铀水冶多塔物位控制系统模型的建立及分析

3.1 物位控制系统数学模型的建立

3.2 利用分层序列法分析模型

3.3 模型的求解

3.4 物位控制仿真结果分析

3.5 本章小结

第四章 铀水冶物位控制系统硬件设计

4.1 控制系统的硬件设计

4.2 控制系统检测仪表与执行装置的选型

4.3 硬件线路设计

4.4 本章小结

第五章 铀水冶多塔物位控制系统PLC程序设计

5.1 物位控制系统STEP 7硬件组态

5.2 PLC地址分配

5.3 PLC控制流程

5.4 部分PLC控制程序设计

5.5 本章小结

第六章 铀水冶物位控制系统的监控界面设计

6.1 物位控制系统监控界面设计要求

6.2 物位控制系统界面设计

6.3 本章小结

第七章 系统调试

7.1 上位机与PLC之间的通信调试

7.2 PLC控制程序仿真

7.3 物位控制监控系统调试

7.4 仿真数据结果分析

7.5 本章小结

第八章 总结与展望

参考文献

致谢

个人简历

攻读硕士学位期间发表论文