Запропоновано структуру системи управління апаратом уловлювання фторсодержащих компонентів виробництва UF6. Запропоновано, програмно реалізовані і досліджені алгоритми управління, забезпечують узгоджену завантаження твердого сировини в апарати фторування і уловлювання. Доведено можливість застосування алгоритмів для автоматизованого управління апаратом комбінованого типу.

Анотація наукової статті з електротехніки, електронної техніки, інформаційних технологій, автор наукової роботи - Байдаєв Сергій Анатолійович, Дядик Валерій Феодосійович


Control system structure of the device of catching fluorine-containing components of UF manufacturing has been proposed. Con6 trol algorithms supporting consistent load of solid raw material have been introduced, software has been described and launched. The possibility of applying algorithms for automated control of complex type device has been shown.


Область наук:

  • Електротехніка, електронна техніка, інформаційні технології

  • Рік видавництва: 2009


    Журнал: Известия Томського політехнічного університету. Інжиніринг ГЕОРЕСУРСИ


    Наукова стаття на тему 'Алгоритм управління апаратом комбінованого типу виробництва гексафториду урану'

    Текст наукової роботи на тему «Алгоритм управління апаратом комбінованого типу виробництва гексафториду урану»

    ?діли з однокомпонентної моделлю з постійним коефіцієнтом розподілу показало, що розроблена модель є більш точною. Розроблена модель при завданні відповідних па-

    раметров і вхідних даних може бути застосована при моделюванні процесу екстракції при створенні систем автоматизованого управління переробкою відпрацьованого ядерного палива.

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. Землянухин В.І., Ільченко О.І., Кондратьєв А.Н., Лазарєв Л.Н., Царенко А.Ф., Царицина Л.Г. Радіохімічна переробка ядерного палива АЕС. - М .: Вища школа, 1983. - 232 с.

    2. Stoller A., ​​Richards R. Reprocessing of nuclear fuel. - Berlin: Springer-Verlag, 1975. - 645 p.

    3. Чурсін Ю.А., Горюнов А.Г., Лівенцов С.Н. Система автоматизованого управління екстракційної колоною // Известия Томського політехнічного університету. - 2007. -Т. 311. - № 5. - С. 35-39.

    4. Балашов А.А., Лоссиевский В.Л., Чернишов В.М., Шваб А.Ф., Шелемина Б.В. Схеми і засоби автоматизації радіохімічних виробництв. - М .: Госатоміздат, 1963. - 187 с.

    5. Russela P. Thomasand Biodegradation of Tributyl Phosphate by Naturally Occurring Microbial Isolates and Coupling to the Removal of Uranium from Aqueous Solution // Environ. Sci. Technol. - 1996. - № 30. - P. 2371-2375.

    6. Карпачова С.М., Захаров О.І. Основи теорії і розрахунку пульсу-ційних колонних реакторів. - М .: Атомиздат, 1980. - 256 с.

    7. Ніколотова З.І. Екстракція нейтральними органічними сполуками. - М .: Вища школа, 1976. - 600 с.

    8. Liptser R., Robert S. Statistics of Random Processes. 1: General Theory / Ed. by R.S. Liptser, A.N. Shiryaev. - Berlin: Springer-Verlag, 2001. - 427 p.

    Надійшла 18.03.2009 р.

    УДК 66.012-52

    АЛГОРИТМ УПРАВЛІННЯ АПАРАТОМ КОМБІНОВАНОГО ТИПУ ВИРОБНИЦТВА гексафторид УРАНА

    С.А. Байдаєв, В.Ф. Дядик

    Томський політехнічний університет E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Запропоновано структуру системи управління апаратом уловлювання фторсодержащих компонентів виробництва UF6. Запропоновано, програмно реалізовані і досліджені алгоритми управління, що забезпечують узгоджену завантаження твердого сировини в апарати фторування і уловлювання. Доведено можливість застосування алгоритмів для автоматизованого управління апаратом комбінованого типу.

    Ключові слова:

    Алгоритм управління, система автоматизованого управління, математична модель, виробництво гексафториду урану, вузол безперервного транспортування.

    Вступ

    Одним з напрямків федеральної програми розвитку енергопромислового комплексу Росії на 2007-2010 рр. і на перспективу до 2015 року є прискорений розвиток ядерної енергетики країни (постанова Уряду РФ від 6 жовтня 2006 № 605). У зв'язку з цим виникає завдання підвищення продуктивності і ефективності роботи підприємств з виробництва ядерного палива для АЕС і поліпшення їх показників з безпеки і екологічності, в тому числі і субліматного заводу ВАТ «Сибірський хімічний комбінат» (СХК).

    Субліматное виробництво гексафториду урану (ПГУ) з тетрафторида урану і оксидів урану є складним об'єктом автоматизації з дорогим цільовим продуктом і рядом особливостей, обумовлених швидкістю протікання фізико-хімічних процесів і агресивністю технологічних середовищ [1, 2].

    У 1989 р була здана в промислову експлуатацію АСУ ТП «СКАТ» виробництва гексафториду урану на базі програмного технічного комплексу М6000. У 2004 р була запущена в промислову експлуатацію модернізовану АСУ ТП ПГУ на базі багатофункціональних контролерів. За ці ж роки була проведена модернізація самого ПГУ. Була впроваджена в експлуатацію система імпульсного пневмотранспорту для транспортування напівпродуктів, що вивантажуються з під апарату комбінованого типу (АКТ) і доставляються в полум'яний реактор (ПР).

    В АСУ ТП АКТ, побудованої на базі М6000, при контейнерному способі перевантаження з АКТ в ПР мета управління вузлом уловлювання полягала в стабілізації на заданому рівні змісту фтор-іонів в полупродуктах, вивантажуються з апарату. При наявності перевантаження напівпродуктів за допомогою пневмотранспорту пріоритетною стала задача узгодження завантажень по оксидам урану в АКТ і

    напівпродуктів в ПР, що призвело до необхідності розробки нового алгоритму управління АКТ.

    Після впровадження установки пневмотранспорту М1726, управління апаратом здійснюється в ручному режимі. Розробка алгоритму управління АКТ обумовлена ​​необхідністю автоматизованого управління апаратом.

    Метою даної роботи є розробка алгоритму автоматизованого управління АКТ, що забезпечує максимальне уловлювання цінних компонентів з «хвостових» технологічних газів при узгодженої завантаженні твердої сировини в ПР і АКТ. Проведена модернізація АСУ ТП ПГУ дозволить реалізувати розроблений алгоритм управління апаратом уловлювання на сучасному програмному та технічному забезпеченні, збільшивши точність і швидкодію відпрацювання керуючих впливів.

    Розробка алгоритму управління

    апаратом комбінованого типу

    Для управління апаратом уловлювання пропонується використовувати комбінований принцип управління, що полягає в розрахунку керуючого впливу по еталонної моделі та його корекції з використанням прямих вимірювань ваги бункерів ПР і АКТ. Таким чином, значення витрати твердого сировини в АКТ буде розраховуватися наступним чином:

    см = про ^ однш + ДСМ,

    де <7ММоделі - значення витрати твердого сировини в АКТ, розраховане по розробленої математичної моделі ПГУ, кг / год; Д ^ М - коригувальна складова, кг / год.

    На рис. 1 наведено структурну схему алгоритму управління АКТ.

    З, N

    Ш,

    ф-

    м.

    ш "

    регулятор

    АТ "

    Коригувальна складова ДСМ формується пропорційно-інтегральним (ПІ) регулятором за сигналом неузгодженості мас бункерів ПР і АКТ, розрахованих за моделлю і виміряних технологічними вагами.

    Як сигнал неузгодженості найбільш доцільним видається використання двох типів сигналів і, відповідно, двох принципів розрахунку коректує складової ДСМ:

    1. Різниця загальних мас напівпродуктів в системі розрахованих за показаннями тензоваги і за моделлю.

    2. Різниця мас бункера ПР між двома процедурами перевантаження напівпродуктів за допомогою пневмотранспорту, розрахованих за технологічними ваг і за моделлю.

    При реалізації алгоритму управління АКТ на мікропроцесорній техніці коригуюча складова розраховується за наступним рекурентному співвідношенню згідно ПІ-закону управління з використанням екстраполятор трикутного типу [3]:

    ДІМ = ДОМ-1 + Чое<+ Че-1>

    де ДІМ, Д ^ М'-1 - значення коректує складової на, і, -1 кроках; е ,, е-1 - значення сигналу неузгодженості на і -1 кроках;

    (Т Л (т л

    Чо = Кя

    1+-

    ЧХ = Кк

    і У

    Ц

    2Ті

    -1

    К - коеф-

    фициент посилення регулятора; ТИ - постійна часу інтегрування регулятора, с; ТЦ - постійна часу циклу розрахунку, з.

    Розрахунок параметрів регулятора виробляється на основі критерію оптимального модуля по наступних співвідношеннях [4]:

    6Т3 + 6Т2 + 3Т +1

    К =

    4 (3Т2 + 3Т +1) К0

    Мал. 1. Структурна схема алгоритму управління АКТ: З концентрація фтору на виході ПР, об. %; N - обороти шнека завантаження бункера ПР, об / хв; Д? - цикл управління ПР, с; GA - витрата анодного газу, м3 / год;

    \ - маси бункерів ПР і АКТ розраховані за моделлю і отримані з технологічних ваг

    Структурна схема моделі виробництва ДФУ представлена ​​на рис. 2. На підставі виміряних значень технологічних змінних С, І, 0А в моделі з заданим циклом управління розраховується необхідне значення витрати твердого сировини в АКТ? М "одягли.

    ^ 6Т3 + 6Т2 + 3Т +1

    Ти = - ^ - Т,

    і 6Т2 + 6т + 3

    т

    т = -

    т

    де К - коефіцієнт передачі АКТ; Т - постійна часу АКТ, с; т-час запізнювання АКТ, з.

    Параметри об'єкта управління (К0, Т0, т) визначалися за наведеною на рис. 2 математичної моделі ПГУ.

    Для перевірки запропонованого алгоритму управління АКТ використовувалася модель ПГУ.

    Вхідними параметрами моделі є значення з трендів:

    • концентрація фтору С, об. %;

    • кількість оборотів шнека І, об / год;

    • витрата анодного газу 0А, м3 / год.

    На підставі вхідних параметрів і результатів, отриманих по математичної моделі ПГУ,

    про

    про

    Модель УД DS.ni)

    Введення інерційності і запізнювання на вихідні параметри УД (inercionnost.ni; zapazdivanie.ni)

    Обчислення автокореляційної функції і перерахунок коефіцієнта згладжування (akf.ni)

    Фільтрація сигналу витрати анодного газу методом експоненціального згладжування (filtr_agas.ni)

    Введення інерційності і запізнювання на вихідні параметри АКТ (inercionnost.ni; zapazdivanie.ni)

    Розрахунок завантаження твердого сировини в АКТ (G_m.ni)

    Модель імпульсного пневмотранспорту (pnevmotr.ni)

    Побудова графіків та виведення результатів

    ^ Кінець ^

    Мал. 2. Структурна схема моделі виробництва гексафториду урану. ПІД - пропорційно-інтегрально-диференціальний; УД - вузол десублімації

    відбувається розрахунок ваги ШМ за моделлю і обчислення значення витрати твердого сировини в АКТ СММоделі.

    Алгоритм управління, заснований на використанні сигналу різниці загальних мас напівпродуктів, має на увазі обчислення на кожному циклі програми загальної маси напівпродуктів системи за безпосередніми вимірами і за значеннями мас бункерів в моделі:

    швеси = ш

    сист "від

    ваги. тг ^ ваги. тг ^ ваги 'АКТ! т АКТ2 '

    шмод = шмод + Шмод + Шмод

    сист "ПР ^" АКТ1 ^ "АКТ2 '

    Ш ве

    "У АК

    маси

    напівпродуктів в бункері ПР, в 1-м, 2-м бункерах

    під АКТ виміряні тензоваги і розраховані в моделі.

    Розраховані значення мас напівпродуктів системи записуються у відповідні масиви, після чого знаходяться середні значення загальної маси напівпродуктів системи за показниками тен-зовесов Шеси і моделі Шсмотд за N циклів управління. Різниця цих середніх значень

    АШ = шмод - швеси

    сист сист сист

    буде сигналом неузгодженості для цифрового регулятора, що здійснює корекцію керуючого впливу на завантаження твердих продуктів в АКТ по ​​ПІ-закону управління.

    де ШПврси, Шакті

    У разі позитивної різниці ДЖсіст піде збільшення завантаження твердого сировини в АКТ Якщо різниця ДЖсіст негативна, то піде зменшення завантаження твердого сировини.

    Подібне твердження справедливо, т. К. Значення керуючого впливу Оі по моделі розраховується таким чином, що загальна маса напівпродуктів системи є величиною постійною. Отже, в разі, якщо значення цієї маси, розраховане по тензоваги, буде постійно зменшуватися, то це призведе, в кінцевому підсумку, до спустошення бункера ПР нижче регламентного значення, в разі ж поступового збільшення маси напівпродуктів системи відбудеться переповнення бункера ПР. Обидві ці ситуації є аварійними. Таким чином, корекція керуючого впливу з даного алгоритму дозволить якісно управляти завантаженням твердого продукту в АКТ в автоматизованому режимі.

    Дослідження алгоритму управління здійснювалося на моделі ПГУ в програмному середовищі МАТЬАБ [5]. На першому етапі був змодельований процес, що характеризується поступовою зміною завантаження твердих продуктів в АКТ (суцільна крива на рис. 3). Дані про вагу бункерів записувалися в тренди. На наступному етапі дані цих трендів використовувалися в якості сигналу тензоваги для формування сигналу неузгодженості. На рис. 3 представлені результати проведених досліджень.

    W,% шк. 50

    49 48 47 46

    0 5

    ---Модель

    15

    тренди

    W,% шк. 50

    49 48 47 46

    0 5 10 15

    ---модель -Тренди

    Мал. 3. Графіки залежності маси напівпродуктів системи від часу: а) без розрахунку коректує складової; б) з розрахунком

    З графіків на рис. 3 видно, що при зміні з якої-небудь причини маси системи (зміни навантаження, режиму роботи і т. П.) Використання коректує складової GM в алгоритмі управління дозволяє мінімізувати цю зміну і підтримувати якість регулювання на необхідному рівні.

    На підставі отриманих результатів моделювання алгоритму, заснованого на обчисленні загальної маси системи, можна судити про те, що корекція керуючого впливу з даного алгоритму дозволить якісно управляти завантаженням твердого продукту в АКТ в автоматизованому режимі.

    Альтернативний алгоритм управління полягає в знаходженні різниці мас бункера ПР між двома процедурами перевантаження напівпродуктів за допомогою пневмотранспорту розрахованих за технологічними ваг Д ЖПРси і за моделлю ДЖПмРод:

    д wnB; cbI = wnB; cbI (/) - wnBr (/ -1), дwпмp0Д = wnMp0a (/ ') - wn7 (/ -1),

    де ЖПРвеси (/), ЖПРвеси (М), ЖПРмод (/), ЖПРмод (/ - 1)-маса напівпродуктів в бункері ПР на i і i-1 кроках виміряна тензоваги і розрахована в моделі.

    Різниця знайдених значень

    д W = Д Wм0Д - Д Wвеси

    ІГГ ін Ч.ГУ ПР "^ ПР

    буде сигналом неузгодженості для цифрового регулятора.

    У разі позитивної різниці ДЖПР піде збільшення завантаження твердого сировини в АКТ по ​​ПІ-закону управління. Якщо різниця ДЖПР негативна, то піде зменшення завантаження твердого сировини.

    На рис. 4 представлені графіки залежності маси напівпродуктів в бункері ПР від часу без розрахунку коректує складової і з її розрахунком.

    З графіків видно, що корекція керуючого впливу дозволяє мінімізувати розбіжності реальних і модельованих значень мас напівпродуктів в бункері ПР на кожному циклі перевантаження.

    Використання даного алгоритму є правомочним, т. К. Зменшення різниці ДЖПР призведе, в кінцевому підсумку, до спустошення бункера ПР нижче регламентного значення; в разі поступового збільшення Д ЖПР відбудеться переповнення бункера ПР. Таким чином, корекція керуючого впливу з даного алгоритму також дозволить якісно управляти завантаженням твердого продукту в АКТ в автоматизованому режимі.

    Виберіть пріоритетний метод розрахунку коректує складової ДGM визначається достовірністю показань технологічних ваг. Зокрема, аналіз трендів виявив труднощі використання першого методу, заснованого на рас-

    а

    подружжю загальної маси напівпродуктів в системі, зважаючи на істотну похибки показань ваг вимірюють масу бункерів під АКТ. Таким чином, використання цього методу для розрахунку коректує складової дБм без підвищення точності вимірювання маси бункерів під АКТ, не представляється можливим. Істотною перевагою першого методу є його висока швидкодія в плані корекції завантаження твердого сировини в АКТ - перерахунок коректує складової здійснюється з основним циклом управління.

    РТПР,% шк. 50 п

    44 38 -32 -

    26 20

    Й ч * ')}

    I •, •

    * 11., "|Ч \ м м 11,» м ,

    ---Модель

    9

    тренди

    ^ ч

    РТПР,% шк

    50 п

    44 -38 -32 -26 20

    Мал. 4.

    t ч

    3 6 9 12

    ---модель -Тренди

    Графіки залежності маси напівпродуктів в ПР від часу: а) без розрахунку коректує складової; б) з розрахунком

    Перевагою другого методу розрахунку коректує складової Д ^ м є його незалежність від показань тензоваги бункерів під АКТ і, відповідно, відсутність помилки в упра-

    вляющем впливі, пов'язаної з похибкою вимірювання маси бункерів. Недоліком другого методу є його низька швидкодія в плані корекції завантаження твердого сировини в АКТ, обумовлене із залежністю розрахунку сигналу неузгодженості з часом між двома найближчими перевантаженнями напівпродуктів з АКТ в ПР, значення якого в середньому дорівнює 2300 с. Також, для використання цього методу необхідна синхронізація моменту перевантаження напівпродуктів на виробництві та в моделі.

    За результатами досліджень, проведених в даній роботі, в рамках модернізації АСУ ТП ПГУ, а також за погодженням з керівництвом су-бліматного заводу ВАТ «СХК» було прийнято рішення про реалізацію другого методу і проведення приладової модернізації.

    Для якісної роботи алгоритму управління необхідно:

    • провести тарировки тензовимірювальних пристроїв бункерів-живильників АКТ;

    • встановити вимірювач рівня радарного типу (з огляду на високі температури і великий запиленості) в бункер завантаження ПР в якості дублюючого каналу вимірювання ваги;

    • замінити існуючий витратомір змінного перепаду тиску анодного газу на витратомір вихрового типу для мінімізації помилки показань витрати.

    висновки

    1. Запропоновано структуру системи управління апаратом уловлювання фторсодержащих компонентів виробництва от6, обраний тип регулятора, розраховані його параметри.

    2. Запропоновано, програмно реалізовані і досліджені алгоритми управління, що забезпечують узгоджену завантаження твердого сировини в апарат комбінованого типу і полум'яний реактор фторування при максимальному уловлювання цінних компонентів.

    3. Доведено можливість застосування розроблених алгоритмів для автоматизованого управління апаратом комбінованого типу.

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    Береза ​​В.М., Дядик В.Ф., Байдаєв С.А. Математична модель апарату комбінованого типу для уловлювання цінних компонентів з хвостових технологічних газів виробництва гексафториду урану // Известия Томського політехнічного університету. - 2007. - Т. 311. - № 3. - С. 55-60. Тураєв Н.С., Жерін І.І. Хімія і технологія урану. - М .: Видавничий дім «Руда і метали», 2006. - 396 с. Ізерман Р. Цифрові системи управління. - М .: Світ, 1984. -541 с.

    Турецький Х. Аналіз і синтез систем управління з запізненням. - М .: Машинобудування, 1974. - 327 с. Дьяконов В., Круглов В. Математичні пакети розширення МЛТіВ. Спеціальний довідник. - СПб .: ПИТЕР, 2001. -480 с.

    надійшла 09.04.2009г.

    а


    Ключові слова: алгоритм управління /система автоматизованого управління /математична модель /виробництво гексафториду урану /вузол безперервного транспортування

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити