UF6汽化自动控制系统及控制方法与流程

本发明属于自控控制技术领域，具体涉及一种UF6汽化自动控制系统及控制方法。

背景技术：
UF6的汽化是湿法或干法制备可烧结二氧化铀粉末的第一道工序，其工艺流程如下：盛有UF6物料的容器是在汽化罐内进行汽化的，汽化罐的加热器位于其尾部，电热效应产生的热量通过轴流风机吹拂作用均匀扩散到盛料容器的周围，使其由外而内均匀受热。随着加热的进行，容器的温度逐步升高，其内部的UF6物料逐步升温膨胀，容器内部压力逐步由负压向正压变化。当温度到达升华点后，UF6物料逐步升华汽化，随着时间的推移，汽化的UF6物料逐步增多，容器内部压力进一步增大。当需要进行水解反应时，开启出气阀门，容器内的UF6气体通过有伴热的导气管经保温工作箱内部的缓冲罐缓冲稳压后进入下一步的水解工序。在UF6的汽化过程中，重要的控制参数主要是温度和压力，温度控制参数包括两个汽化罐内盛料容器的外壁温度、两个导气管温度、保温工作箱温度等内容，压力控制参数则包括两个汽化罐内盛料容器内部压力、两个汽化罐内部压力和两个汽化罐门封压力等内容。在汽化工序中，原来一直采用工艺人员的手工操作与DCS控制相结合的控制方式。仅有汽化罐内盛料容器的表面温度、保温工作箱温度等几个参数采用DCS自动控制。其它参数基本采用落后的手动控制。生产过程中，工艺人员需人工控制汽化罐内盛料容器内部压力、汽化罐内部压力和汽化罐门封压力，不但自动化程度低、控制精度低，尤其是安全可靠性低。另外，导气管的温度控制采用落后的现场仪表位式控制方式，控制误差大，加热器使用寿命短。

技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种UF6汽化自动控制系统及控制方法，以从根本上提高UF6汽化工序的自动化程度，确保安全稳定性，克服上述现有技术存在的不足。为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：一种UF6汽化自动控制系统，包括DCS控制系统和PLC控制系统；DCS控制系统包括盛料容器内部压力变送器、盛料容器外壁温度变送器、导气管温度变送器、电流变送器A、电流变送器B、模数转换模块A、模数转换模块B、模数转换模块C、模数转换模块D、模数转换模块E、PID压力调节器、程序设定器、顺序控制器、转换控制器、PID温度调节器A、PID温度调节器B、保护连锁控制器B、数模转换模块A、数模转换模块B、开关量输出模块B，加热控制器A、加热控制器B、加热器A、加热器B；PLC控制系统包括汽化罐内部压力变送器、门封压力变送器、PLC模拟量输入模块、PLC控制器、图形操作终端、输出控制器；系统运行后，所述盛料容器内部压力变送器将采集到的盛料容器的内部压力模拟信号传送给模数转换模块A，模数转换模块A将盛料容器的内部压力模拟信号转换成数字信号传送给PID压力调节器，PID压力调节器根据接收到的数字信号与设定值之间的偏差经PID运算输出调节信号给转换控制器；同时盛料容器外壁温度变送器将采集到的盛料容器的外壁温度模拟信号传送给模数转换模块B，模数转换模块B将盛料容器的外壁温度模拟信号转换成数字信号传送给PID温度调节器A；之后启动顺序控制器，触发程序设定器按照设定的时间-输出曲线输出控制信号给转换控制器，同时触发转换控制器，使程序设定器与PID温度调节器A接通组成串级调节系统A，程序设定器输出控制信号作为PID温度调节器A的设定值；PID温度调节器A根据接收到的数字信号与程序设定器输出控制信号之间的偏差经PID运算输出调节信号给数模转换模块A，数模转换模块A将调节信号转换为模拟信号传送给加热控制器A，加热控制器A根据接收到的模拟信号控制加热器A的加热功率；当顺序控制器运行到工艺要求的时间时，顺序控制器触发转换控制器，使PID压力调节器与PID温度调节器A接通组成串级调节系统B，同时使程序设定器与PID温度调节器A断开，即串级调节系统A断开，由串级调节系统B依次通过数模转换模块A、加热控制器A控制加热器A的加热功率；当盛料容器内部压力变送器采集盛料容器的内部压力时，导气管温度变送器采集导气管温度模拟信号并将其传送给模数转换模块C，模数转换模块C将导气管温度模拟信号转换为数字信号传送给PID温度调节器B，PID温度调节器B根据接收到的数字信号与设定值之间的偏差进行PID运算输出调节信号给数模转换模块B，数模转换模块B将调节信号转换成模拟信号后输出给加热控制器B，加热控制器B根据接收到的模拟信号控制加热器B的加热功率；同时电流变送器A、电流变送器B分别采集加热器B的相线电流和零线电流，模数转换模块D将相线电流信号转换为数字信号传送给保护连锁控制器B，模数转换模块E将零线电流信号转换为数字信号传送给保护连锁控制器B；在加热器B的相线电流和零线电流出现异常时，保护连锁控制器B触发开关量输出模块B动作，使加热控制器B断电；系统运行后，汽化罐内部压力变送器将采集到的汽化罐的内部压力模拟信号传送给PLC模拟量输入模块，PLC模拟量输入模块将汽化罐的内部压力模拟信号转换为数字信号传送给PLC控制器；同时门封压力变送器将采集到的门封压力模拟信号传送给PLC模拟量输入模块，PLC模拟量输入模块将门封压力模拟信号转换成数字信号传送给PLC控制器；PLC控制器根据图形操作终端设置的控制器上下限分别与两路数字信号进行比较输出触点信号，分别控制输出控制器驱动电磁阀，维持汽化罐内部压力和门封压力在设定的上下限内。所述模数转换模块B的输出端与加热控制器A的输入端之间依次设置有保护连锁控制器A和开关量输出模块A，当模数转换模块B输出的盛料容器的外壁温度数字信号超过安全限制值时，保护连锁控制器A触发开关量输出模块A动作，使加热控制器A断电。一种基于所述UF6汽化自动控制系统的UF6汽化自动控制方法，系统运行后，所述盛料容器内部压力变送器将采集到的盛料容器的内部压力模拟信号传送给模数转换模块A，模数转换模块A将盛料容器的内部压力模拟信号转换成数字信号传送给PID压力调节器，PID压力调节器根据接收到的数字信号与设定值之间的偏差经PID运算输出调节信号给转换控制器；同时盛料容器外壁温度变送器将采集到的盛料容器的外壁温度模拟信号传送给模数转换模块B，模数转换模块B将盛料容器的外壁温度模拟信号转换成数字信号传送给PID温度调节器A；之后启动顺序控制器，触发程序设定器按照设定的时间-输出曲线输出控制信号给转换控制器，同时触发转换控制器，使程序设定器与PID温度调节器A接通组成串级调节系统A，程序设定器输出控制信号作为PID温度调节器A的设定值；PID温度调节器A根据接收到的数字信号与程序设定器输出控制信号之间的偏差经PID运算输出调节信号给数模转换模块A，数模转换模块A将调节信号转换为模拟信号传送给加热控制器A，加热控制器A根据接收到的模拟信号控制加热器A的加热功率；当顺序控制器运行到工艺要求的时间时，顺序控制器触发转换控制器，使PID压力调节器与PID温度调节器A接通组成串级调节系统B，同时使程序设定器与PID温度调节器A断开，即串级调节系统A断开，由串级调节系统B依次通过数模转换模块A、加热控制器A控制加热器A的加热功率；当盛料容器内部压力变送器采集盛料容器的内部压力时，导气管温度变送器采集导气管温度模拟信号并将其传送给模数转换模块C，模数转换模块C将导气管温度模拟信号转换为数字信号传送给PID温度调节器B，PID温度调节器B根据接收到的数字信号与设定值之间的偏差进行PID运算输出调节信号给数模转换模块B，数模转换模块B将调节信号转换成模拟信号后输出给加热控制器B，加热控制器B根据接收到的模拟信号控制加热器B的加热功率；同时电流变送器A、电流变送器B分别采集加热器B的相线电流和零线电流，模数转换模块D将相线电流信号转换为数字信号传送给保护连锁控制器B，模数转换模块E将零线电流信号转换为数字信号传送给保护连锁控制器B；在加热器B的相线电流和零线电流出现异常时，保护连锁控制器B触发开关量输出模块B动作，使加热控制器B断电；系统运行后，汽化罐内部压力变送器将采集到的汽化罐的内部压力模拟信号传送给PLC模拟量输入模块，PLC模拟量输入模块将汽化罐的内部压力模拟信号转换为数字信号传送给PLC控制器；同时门封压力变送器将采集到的门封压力模拟信号传送给PLC模拟量输入模块，PLC模拟量输入模块将门封压力模拟信号转换成数字信号传送给PLC控制器；PLC控制器根据图形操作终端设置的控制器上下限分别与两路数字信号进行比较输出触点信号，分别控制输出控制器驱动电磁阀，维持汽化罐内部压力和门封压力在设定的上下限内。所述模数转换模块B的输出端与加热控制器A的输入端之间依次设置有保护连锁控制器A和开关量输出模块A，当模数转换模块B输出的盛料容器的外壁温度数字信号超过安全限制值时，保护连锁控制器A触发开关量输出模块A动作，使加热控制器A断电。本发明所取得的有益效果为：本发明所述UF6汽化自动控制系统及控制方法，DCS控制系统实现了盛料容器内部压力和壁温的连续自动控制和保护，以及导气管温度和加热器电流的连续自动控制和保护；PLC控制系统实现了汽化罐内部压力和门封压力的自动控制和保护；本发明减少了岗位的工艺人员数量，降低了工人的劳动强度，实现了现场的无人值守，保证了生产的安全、连续、稳定运行，以往由于压力和温度等参数控制不佳导致设备损坏而被迫停产检修的现象得到了明显改善，减少了因设备检修而导致的环境污染，实现了安全生产、文明生产，具有良好的经济效益和社会效益。附图说明图1为本发明所述UF6汽化自动控制系统的DCS控制系统结构图；图2为本发明所述UF6汽化自动控制系统的PLC控制系统结构图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。如图1、图2所示，本发明所述UF6汽化自动控制系统包括DCS控制系统和PLC控制系统；DCS控制系统包括盛料容器内部压力变送器、盛料容器外壁温度变送器、导气管温度变送器、电流变送器A、电流变送器B、模数转换模块A、模数转换模块B、模数转换模块C、模数转换模块D、模数转换模块E、PID压力调节器、程序设定器、顺序控制器、转换控制器、PID温度调节器A、PID温度调节器B、保护连锁控制器A、保护连锁控制器B、数模转换模块A、数模转换模块B、开关量输出模块A、开关量输出模块B，加热控制器A、加热控制器B、加热器A、加热器B；PLC控制系统包括汽化罐内部压力变送器、门封压力变送器、PLC模拟量输入模块、PLC控制器、图形操作终端、输出控制器；首先对DCS控制系统进行详细描述：系统运行后，盛料容器内部压力变送器将采集到的盛料容器的内部压力模拟信号传送给模数转换模块A，模数转换模块A将盛料容器的内部压力模拟信号转换成数字信号传送给PID压力调节器，PID压力调节器根据接收到的数字信号与设定值之间的偏差经PID运算输出调节信号给转换控制器；同时盛料容器外壁温度变送器将采集到的盛料容器的外壁温度模拟信号传送给模数转换模块B，模数转换模块B将盛料容器的外壁温度模拟信号转换成数字信号传送给PID温度调节器A；之后启动顺序控制器，触发程序设定器按照设定的时间-输出曲线输出控制信号给转换控制器，同时触发转换控制器，使程序设定器与PID温度调节器A接通组成串级调节系统A，程序设定器输出控制信号作为PID温度调节器A的设定值；PID温度调节器A根据接收到的数字信号与程序设定器输出控制信号之间的偏差经PID运算输出调节信号给数模转换模块A，数模转换模块A将调节信号转换为模拟信号传送给加热控制器A，加热控制器A根据接收到的模拟信号控制加热器A的加热功率；当顺序控制器运行到工艺要求的时间时，顺序控制器触发转换控制器，使PID压力调节器与PID温度调节器A接通组成串级调节系统B，同时使程序设定器与PID温度调节器A断开，即串级调节系统A断开，由串级调节系统B依次通过数模转换模块A、加热控制器A控制加热器A的加热功率；在模数转换模块B的输出端与加热控制器A的输入端之间依次设置有保护连锁控制器A和开关量输出模块A，当模数转换模块B输出的盛料容器的外壁温度数字信号超过安全限制值时，保护连锁控制器A触发开关量输出模块A动作，使加热控制器A断电；当盛料容器内部压力变送器采集盛料容器的内部压力时，导气管温度变送器采集导气管温度模拟信号并将其传送给模数转换模块C，模数转换模块C将导气管温度模拟信号转换为数字信号传送给PID温度调节器B，PID温度调节器B根据接收到的数字信号与设定值之间的偏差进行PID运算输出调节信号给数模转换模块B，数模转换模块B将调节信号转换成模拟信号后输出给加热控制器B，加热控制器B根据接收到的模拟信号控制加热器B的加热功率；同时电流变送器A、电流变送器B分别采集加热器B的相线电流和零线电流，模数转换模块D将相线电流信号转换为数字信号传送给保护连锁控制器B，模数转换模块E将零线电流信号转换为数字信号传送给保护连锁控制器B；在加热器B的相线电流和零线电流出现异常时，保护连锁控制器B触发开关量输出模块B动作，使加热控制器B断电。下面对PLC控制系统进行详细描述：系统运行后，汽化罐内部压力变送器将采集到的汽化罐的内部压力模拟信号传送给PLC模拟量输入模块，PLC模拟量输入模块将汽化罐的内部压力模拟信号转换为数字信号传送给PLC控制器；同时门封压力变送器将采集到的门封压力模拟信号传送给PLC模拟量输入模块，PLC模拟量输入模块将门封压力模拟信号转换成数字信号传送给PLC控制器；PLC控制器根据图形操作终端设置的控制器上下限分别与两路数字信号进行比较输出触点信号，分别控制输出控制器驱动电磁阀，维持汽化罐内部压力和门封压力在设定的上下限内。