УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОГЛАСОВАНИЯ ЗАГРУЗКИ ТВЕРДОГО СЫРЬЯ КОМПЛЕКСА АППАРАТОВ ФТОРИРОВАНИЯ И УЛАВЛИВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВА ГЕКСАФТОРИДА УРАНА

Полезная модель относится к области превращения химических элементов в результате химических реакций и может быть использована при создании системы автоматизированного управления производства гексафторида урана.
Не известны устройства аналогичного назначения.
Задачей полезной модели является создание устройства для согласования загрузки твердого сырья комплекса аппаратов фторирования и улавливания производства гексафторида урана.
Поставленная задача решена за счет того, устройство для согласования загрузки твердого сырья комплекса аппаратов фторирования и улавливания производства гексафторида урана содержит многоканальный аналого-цифровой преобразователь, связанный с многофункциональным контроллером, осуществляющим преобразование электрических сигналов поступающих с датчиков аппаратов фторирования и улавливания производства гексафторида урана. Многоканальный аналого-цифровой преобразователь последовательно связан с вычислителем значения переменных состояния, вычислителем расхода твердого сырья по математической модели производства, сумматором-ограничителем и усилителем. Вычислитель расхода твердого сырья по математической модели производства соединен посредством обратной связи с вычислителем значения переменных состояния. Многоканальный аналого-цифровой преобразователь также последовательно связан с вычислителем уровня сырья в бункере аппарата фторирования, вычитающим устройством, пропорционально-интегральным регулятором и сумматором-ограничителем. Выход многоканального аналого-цифрового преобразователя соединен с фильтрующим устройством, связанным с вычитающим устройством. Фильтрующее устройство подключено к ЭВМ, а усилитель соединен с системой дозирования твердого сырья в аппарат улавливания.
Разработанное устройство реализует согласование загрузок твердого сырья в аппараты фторирования и улавливания, то есть количество полупродуктов, образующихся в аппарате улавливания, соответствует массовому расходу полупродуктов, загружаемых в аппарат фторирования, что позволяет эффективно управлять аппаратом улавливания в автоматизированном режиме и обеспечивает максимальное улавливания ценных компонентов из технологического газа производства гексафторида урана.
На фиг.1 представлена структурная схема заявляемого устройства.
Устройство для согласования загрузки твердого сырья комплекса аппаратов фторирования и улавливания производства гексафторида урана, содержит многоканальный аналого-цифровой преобразователь 1 (МАЦП), связанный с многофункциональным контроллером, осуществляющим преобразование электрических сигналов поступающих с датчиков аппаратов фторирования и улавливания производства гексафторида урана (на фиг.1 не показан). Многоканальный аналого-цифровой преобразователь 1 (МАЦП) последовательно связан с вычислителем значения переменных состояния 2 (ВЗПС), вычислителем расхода твердого сырья по математической модели производства 3 (ВРМ), сумматором-ограничителем 4 (СО) и усилителем 5 (У). Вычислитель расхода твердого сырья по математической модели производства 3 (ВРМ) соединен посредством обратной связи с вычислителем значения переменных состояния 2 (ВЗПС). Многоканальный аналого-цифровой преобразователь 1 (МАЦП) также последовательно связан с вычислителем уровня сырья в бункере аппарата фторирования 6 (ВУСБ), вычитающим устройством 7 (ВУ), пропорционально-интегральным регулятором 8 (РЕГ) и сумматором-ограничителем 4 (СО). Выход многоканального аналого-цифрового преобразователя 1 (МАЦП) соединен с фильтрующим устройством 9 (ФУ), связанным с вычитающим устройством 7 (ВУ). Фильтрующее устройство 9 (ФУ) связано с ЭВМ, а усилитель 5 (У) соединен с системой дозирования твердого сырья в аппарат улавливания (на фиг.1 не показаны).
Многоканальный аналого-цифровой преобразователь 1 (МАЦП) может быть реализован на восьмиканальном параллельном аналого-цифровом преобразователе AD7812Y.
Вычислитель значений переменных состояния 2 (ВЗПС) и вычислитель расхода твердого сырья по математической модели производства 3 (ВРМ) выполнены на микроконтроллере фирмы «Atmel» ATmega48.
Сумматор-ограничитель 4 (СО) и вычитающее устройство 7 (ВУ) реализованы на параллельном цифро-аналоговом преобразователе AD7628 и одной микросхеме OP184F, представляющей собой прецизионный операционный усилитель с однополярным питанием в промышленном исполнении.
Усилитель 5 (У) может быть реализован на микросхеме L272.
Вычислитель уровня сырья в бункере аппарата фторирования 6 (ВУСБ) и фильтрующее устройство 9 (ФУ) могут быть реализованы на микроконтроллере ATmega, также фирмы «Atmel».
Пропорционально-интегральный регулятор 8 (РЕГ) может быть реализован на микроконтроллере фирмы «Atmel» ATtinyl3.
A
F2
UF6
АФ
ПОДМ
3
С многофункционального контроллера, осуществляющего преобразование электрических сигналов поступающих с датчиков аппаратов фторирования и улавливания производства гексафторида урана, на вход многоканального аналого-цифрового преобразователя 1 (МАЦП) подают нормированные аналоговые сигналы расхода анодного газа (G, м/ч), концентрации фтора (C, об.%), концентрации гексафторида урана (C, об.%), расхода оксидов в аппарат фторирования (G, кг/ч), расхода «подмешки» в аппарат улавливания (G, кг/ч), уровня сырья в бункере аппарата фторирования (L, м). В многоканальном аналого-цифровом преобразователе 1 (МАЦП) сигналы преобразуют из аналоговых в цифровые, откуда они поступают на вычислитель значений переменных состояния технологического процесса улавливания 2 (ВЗПС). В вычислителе значений переменных состояния 2 (ВЗПС) рассчитывают переменные состояния технологического процесса улавливания технологического процесса Q1 и Q2 по выражению:
где m - массовая доля фтор-ионов, содержащихся в твердых продуктах, выгружаемых из аппарата улавливания, отн.ед.
При включении заявляемого устройства m принимается равным 0,05, а далее рассчитывается в вычислителе расхода твердого сырья по математической модели производства 3 (ВРМ).
Далее рассчитанные переменные состояния технологического процесса улавливания Q1 и Q2 поступают на вычислитель расхода твердого сырья по математической модели производства 3 (ВРМ), где, исходя из условия согласованной загрузки сырья в аппараты фторирования и улавливания, определяют необходимое значение расхода твердого сырья в аппарат улавливания:
П
где К - коэффициент пылеуноса твердого сырья в аппарате улавливания газовым потоком.
Также в вычислителе расхода твердого сырья по математической модели производства 3 (ВРМ) рассчитывают массовую долю фтор-ионов, содержащихся в твердых продуктах, выгружаемых из аппарата улавливания:
При включении заявляемого устройства то равно 0,05, а далее на каждом цикле осуществляется присвоение:
0
m=m.
Этот сигнал поступает на первый вход сумматора-ограничителя 4 (СО).
Одновременно цифровые сигналы с выхода аналого-цифрового преобразователя 1 (МАЦП), поступают на вычислитель уровня сырья в бункере 6 (ВУСБ) и фильтрующее устройство 9 (ФУ). В первом определяют уровень сырья в бункере аппарата фторирования по математической модели производства:
где Δt - интервал времени, с;
2
S - площадь горизонтального сечения бункера аппарата фторирования, м;
3
γ - насыпная плотность твердого сырья в бункере аппарата фторирования, кг/м.
м
Рассчитанное значение уровня сырья в бункере аппарата фторирования (L), поступает на первый вход вычитающего устройства 7 (ВУ).
Поступившее с ЭВМ на фильтрующее устройство 9 (ФУ) значение экспериментально измеренного уровня сырья в бункере аппарата фторирования отфильтровывают по методу экспоненциального сглаживания [Реймаров Г.А. Учебно-методическое пособие «Первичная переработка информации в АСУТП». - М.: ЦНИИатоминформ, 1980, стр.43-45]:
где ,  - отфильтрованные значения уровня сырья в бункере аппарата фторирования в настоящий и предыдущий моменты времени, м.
α - коэффициент сглаживания, отн.ед.
При включении заявляемого устройства  присваивается значение L. Значение коэффициента сглаживания поступает на фильтрующее устройство 9 (ФУ) с ЭВМ.
С выхода фильтрующего устройства 9 (ФУ) сигнал поступает на второй вход вычитающего устройства 7 (ВУ), где формируется сигнал рассогласования:
Далее сигнал рассогласования поступает на пропорционально-интегральный регулятор 8 (РЕГ), в котором осуществляют расчет управляющего воздействия - корректирующего значения расхода твердого сырья в аппарат улавливания по пропорционально-интегральному закону регулирования [Изерман Р. Цифровые системы управления. - М.: Мир, 1984, стр.81-82]:
АКТ
где ΔG,  - значения корректирующих составляющих расхода твердого сырья в настоящий и предыдущий моменты времени, кг/ч;
1
ΔL, ΔL - значение сигнала рассогласования в настоящий и предыдущий моменты времени, м;
R
K - коэффициент усиления пропорционально-интегрального регулятора, (кг/ч)/м;
И
Т - постоянная времени интегрирования пропорционально-интегрального регулятора, с;
Ц
Т - постоянная времени цикла расчета, с.
1
При включении заявляемого устройства ΔL равно 0, а далее на каждом цикле осуществляется присвоение:
1
ΔL=ΔL.
С выхода пропорционально-интегрального регулятора 8 (РЕГ) сигнал поступает на второй вход сумматора-ограничителя 4 (СО), реализующего функцию сложения значения расхода твердого сырья рассчитанного по математической модели производства и корректирующего значения:
а также последующего ограничения:
АКТ
Вычисленное значение расхода твердого сырья (G) поступает на усилитель 5 (У), откуда далее передается в систему дозирования твердого сырья.