CN106527331B - 一种用于同位素电磁分离器真空系统的控制系统 - Google Patents

一种用于同位素电磁分离器真空系统的控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于同位素电磁分离器真空系统及其控制系统，所述真空系统包括顺序连接的如下组成部分：预抽真空机组、真空室、高真空机组、前级真空机组。所述控制系统包括PLC模块、路由器、上位机、触摸屏；所述路由器分别连接PLC模块、上位机和触摸屏；所述触摸屏还连接第一真空计和第二真空计；所述PLC模块连接并控制所述真空系统中的继电器、测量元件、断路器及热继电器。本发明的真空系统及其控制系统，可靠性高、抗干扰能力强、编程安装使用简便、寿命长，对系统分散控制、集中管理操作，提高了真空系统的安全性和可靠性，为分离器的稳定运行提供了有力保障。

Description

一种用于同位素电磁分离器真空系统的控制系统
技术领域
本发明具体涉及一种用于同位素电磁分离器真空系统及其控制系统，属于电磁分离器技术领域。
背景技术
中国原子能科学研究院的同位素电磁分离器是我国唯一一台大型同位素电磁分离器。为了保障我国卫星导航系统核心材料Rb-85、Rb-87国产化，对同位素电磁分离器进行综合技术改造，同位素电磁分离器控制系统是同位素电磁分离器综合技术改造项目的五个重点系统之一。
本发明主要涉及同位素电磁分离器的真空系统及其控制系统。真空系统是电磁同位素分离器运行过程中一个不可或缺的辅助系统。真空系统主要用途是为分离器真空室提供好于3×10-3Pa的高真空，对减少分离过程中离子束与气体分子之间的碰撞、减少离子源电极间的打火、降低加速极电流都起着至关重要的作用。
原有的真空系统采用电气控制方式，这种控制方式连线多、结构复杂、体积大、功耗大、灵活性差、可扩展性差、可维护性差，监测点分散。
中国专利申请“基于机械泵组的钢液真空精炼系统”(公告号CN103173593A)公开了一种钢液真空精炼系统，包括真空罐、除尘器、罗茨泵组和前级螺杆泵；所述罗茨泵组包括主罗茨泵、第一中间罗茨泵和第二中间罗茨泵；所述除尘器还通过管道与所述前级螺杆泵直接连接；所述真空罐底部连接有氩气系统；该系统还包括控制器，所述第一中间罗茨泵、第二中间罗茨泵和前级螺杆泵均电连接所述控制器；所述主罗茨泵通过变频器电连接所述控制器；所述真空罐的精炼炉内壁上部设有液位传感器，所述液位传感器与所述控制器电连接；所述除尘器与主罗茨泵之间的管道上安装有真空度测量装置，所述真空度测量装置与所述控制器连接。该钢液真空精炼系统可自动控制使真空罐精炼炉内的钢液液面平稳从而防止溢钢，避免生产安全事故发生。
发明内容
本发明的目的是提供一种改造后的真空系统及其控制系统，通过计算机控制同位素电磁分离器真空设备的运行及参数的调节，并且软件中提供必要的连锁保护功能，防止操作员的误操作，根据模拟信号、开关量信号监测显示报警状态。
具体的，本发明提供一种用于同位素电磁分离器真空系统，所述真空系统包括顺序连接的如下组成部分：预抽真空机组、真空室、高真空机组、前级真空机组；
所述预抽真空机组将所述真空室预抽真空到20Pa左右的低真空；
所述高真空机组所述将真空室抽真空到低于3×10-3Pa，并一直维持到分离工作结束；
所述前级真空机组将高真空机组排出的气体抽出。
进一步，如上所述的用于同位素电磁分离器真空系统，所述预抽真空机组包括顺序连接的预抽泵、罗茨泵、预抽泵阀门。
进一步，如上所述的用于同位素电磁分离器真空系统，所述真空室的容积为5m3。
进一步，如上所述的用于同位素电磁分离器真空系统，所述高真空机组包括扩散泵及与所述扩散泵连接的增压泵、制冷机、扩散泵阀门、空气压缩机；所述高真空机组还包括位于扩散泵和真空室之间的第一真空计。
进一步，如上所述的用于同位素电磁分离器真空系统，所述前级真空机组包括四台并联的前级泵及其对应的四个前级阀门、连接所述四个前级阀门的前级阀；所述前级真空机组还包括位于前级泵阀门和前级阀之间的第二真空计。
另外，本发明提供一种根据上述的用于同位素电磁分离器真空系统的控制系统，所述控制系统包括PLC模块、路由器、上位机、触摸屏；所述路由器分别连接PLC模块、上位机和触摸屏；所述触摸屏还连接第一真空计和第二真空计；所述PLC模块连接并控制所述真空系统中的继电器、测量元件、断路器及热继电器。
进一步，如上所述的用于同位素电磁分离器真空系统的控制系统，所述触摸屏通过485串口与两台真空计的三个485串口进行通讯，触摸屏与路由器间通过以太网进行通讯。
进一步，如上所述的用于同位素电磁分离器真空系统的控制系统，所述继电器包括扩散泵、增压泵、制冷机、预抽泵、罗茨泵、前级泵及各泵阀门的继电器。
进一步，如上所述的用于同位素电磁分离器真空系统的控制系统，所述测量元件包括压力表、流量计、温度测量单元、电压测量单元、及电流测量单元。
本发明的真空系统及其控制系统，可靠性高、抗干扰能力强、编程安装使用简便、寿命长，对系统分散控制、集中管理操作，提高了真空系统的安全性和可靠性，为分离器的稳定运行提供了有力保障。
附图说明
图1为本发明用于同位素电磁分离器真空系统的结构示意图。
图2为本发明用于同位素电磁分离器真空系统的控制系统网络拓扑图。
附图标记对应的部件如下：1预抽泵 2罗茨泵 3预抽泵阀门 4大型真空室 5第一真空计 6制冷机 7扩散泵 8扩散泵阀门 9增压泵 10第二真空计 11前级阀 12前级阀门A13前级阀门B 14前级阀门C 15前级阀门D 16前级泵A 17前级泵B 18前级泵C 19前级泵D20空气压缩机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明的真空系统主要由预抽真空机组(1-3)、大型真空室(4)、高真空机组(5-9、20)、前级真空机组(10-19)四部分组成。
1)预抽真空机组：由一台预抽泵(1)、罗茨泵(2)、预抽泵阀门(3)等组成。泵的极限真空为8×10-1Pa，用于获得从大气到20Pa左右的低真空，为高真空机组正常工作创造必要的条件。
2)大型真空室(4)：被抽容积约为5m3。
3)高真空机组：由大型扩散泵(7)、增压泵(9)、制冷机(6)、扩散泵阀门(8)、第一真空计(5)、空气压缩机(20)等组成。可将真空室真空抽到低于3×10-3Pa，并一直维持到分离工作结束。
4)前级真空机组：由四台并联的前级泵(16-19)及其对应的前级阀门(12-15)、前级阀(11)、第二真空计(10)等组成。用于将高真空机组排出的气体抽出。
本发明的真空系统具有如下功能：
1)将真空室从大气状态抽至20Pa左右的低真空；
2)将真空室从20Pa左右的低真空抽至3×10-3Pa的高真空；
3)在分离过程中保持真空室真空度≤3×10-3Pa；
4)提供真空室真空度的数据显示；
5)提供前级管道真空度的数据显示；
6)在真空度急剧下降时，自动关闭扩散泵阀门；
7)具有设备连锁和保护功能。
如图2所示，为本发明用于同位素电磁分离器真空系统的控制系统网络拓扑图，所述控制系统包括PLC模块、路由器、上位机、触摸屏；所述路由器分别连接PLC模块、上位机和触摸屏；所述触摸屏还连接第一真空计和第二真空计；所述PLC模块连接并控制所述真空系统中的继电器、测量元件、断路器及热继电器。本发明的真空系统主要控制对象有机械泵、真空计、阀门、压力、流量计等。上位机作为现场控制站，用于从各工艺过程控制系统中获取数据，进行信号转换，把各种信号转换成计算机可以接受的数字信号，同时完成数据的初级处理。现场控制站包括供电机柜、机柜、CPU模块、通讯模块、底板、电源模块、各种输入输出模块、接线端子等。
触摸屏通过串口485与两台真空计的三个485串口进行通讯，触摸屏与路由器间通过以太网进行通讯。
通过软硬件结合设计，本发明的真空设备分就地和远程两种控制模式，两种模式下本发明的控制系统均可实现以下功能：
通过软硬件结合设计，本发明的真空系统具有如下连锁保护功能：
1)前级泵真空机组、预抽真空机组
a)泵不启动，阀门打不开；
b)泵停止，阀门自动关闭；
c)主回路有过载、过流保护，报警提示；
d)当前级泵的泵体温度≥设定值时，报警提示；
e)真空室真空低于设定值时，罗茨泵(2)才能启动。
f)前级阀门A、B、C、D(12-15)没有打开的，前级阀(11)不能打开。
2)增压泵(9)
a)前级阀(11)不打开，增压泵不能启动；
b)前级管道真空(第二真空计读数)大于设定值时，报警提示；
c)冷却水水压不足时，泵不能启动，报警提示；
d)冷却水温度≥设定值时，报警提示；
e)主回路有过载、过流保护，过载、过流时自动切断电源，报警提示；
3)扩散泵(7)
a)增压泵不启动，扩散泵不能启动；
b)冷却水水压不足时，泵不能启动，给出提示；
c)冷却水断水时，泵自动切断，停止加热，报警提示；
d)冷却水温度≥设定值时，报警提示；
e)主回路有过载、过流保护，过载、过流时自动切断电源，报警提示；
4)扩散泵阀门(8)
a)扩散泵未启动，扩散泵阀门打不开；
b)预抽阀未关闭，扩散泵阀门打不开，给出提示；
c)真空室真空大于设定值时，扩散泵阀门打不开。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种用于同位素电磁分离器真空系统的控制系统，其特征在于：
所述真空系统包括顺序连接的如下组成部分：预抽真空机组、真空室、高真空机组、前级真空机组；
所述预抽真空机组将所述真空室预抽真空到20Pa左右的低真空；
所述高真空机组所述将真空室抽真空到低于3×10-3Pa，并一直维持到分离工作结束；所述高真空机组包括扩散泵(7)及与所述扩散泵连接的增压泵(9)、制冷机(6)、扩散泵阀门(8)、空气压缩机(20)；所述高真空机组还包括位于扩散泵和真空室之间的第一真空计；
所述前级真空机组将高真空机组排出的气体抽出；所述前级真空机组包括四台并联的前级泵(16-19)及其对应的四个前级阀门(12-15)、连接所述四个前级阀门的前级阀(11)；所述前级真空机组还包括位于前级泵阀门(12-15)和前级阀(11)之间的第二真空计(10)；
所述控制系统包括PLC模块、路由器、上位机、触摸屏；所述路由器分别连接PLC模块、上位机和触摸屏；所述触摸屏还连接第一真空计和第二真空计；所述PLC模块连接并控制所述真空系统中的继电器、测量元件、断路器及热继电器。
2.如权利要求1所述的用于同位素电磁分离器真空系统的控制系统，其特征在于：
所述预抽真空机组包括顺序连接的预抽泵(1)、罗茨泵(2)、预抽泵阀门(3)。
3.如权利要求1所述的用于同位素电磁分离器真空系统的控制系统，其特征在于：
所述真空室的容积为5m3。
4.如权利要求1所述的用于同位素电磁分离器真空系统的控制系统，其特征在于：
所述触摸屏通过485串口与两台真空计的三个485串口进行通讯，触摸屏与路由器间通过以太网进行通讯。
5.如权利要求1所述的用于同位素电磁分离器真空系统的控制系统，其特征在于：
所述继电器包括扩散泵、增压泵、制冷机、预抽泵、罗茨泵、前级泵及各泵阀门的继电器。
6.如权利要求1所述的用于同位素电磁分离器真空系统的控制系统，其特征在于：
所述测量元件包括压力表、流量计、温度测量单元、电压测量单元、及电流测量单元。
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