CN107504370B - 一种离心铀浓缩系统中串级间管道的过程控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于铀同位素分离级联工艺工业过程控制技术领域，具体涉及一种离心铀浓缩系统中串级间管道的过程控制系统。本系统由主线管道、备线管道两段管道组成，其中位于系统上方的管道为主线管道、位于系统下方的管道为备线管道，主线管道与备线管道之间采用跨接管线连接。该系统可应用于离心铀浓缩系统中串级间管道的过程控制系统的建立，同时针对离心铀浓缩系统中串级间管道工艺的特殊性进行了改进，该发明可推广应用之同行业使用，保证了离心铀浓缩级联系统的稳定、安全运行。

Description

一种离心铀浓缩系统中串级间管道的过程控制系统

技术领域

本发明属于铀同位素分离级联工艺工业过程控制技术领域，具体涉及一种离心铀浓缩系统中串级间管道的过程控制系统。

背景技术

铀同位素分离级联工艺生产过程中，串级间管道系统是连接主机系统与供取料系统的重要组成部分，也是机组内部连接的重要组成部分。串级间管道系统主要负责完成将原料输送至机组进行分离，同时将分离后的产品精料及贫料回收，同时本系统还负责级联系统内部连接及原料的输送。串级间系统根据功能可划分为供料、精料、贫料、层架间料流。通过控制各料流上阀门开关，可实现不同工况的运行，从而保证系统整体稳定运行。由于串级间管道阀门众多，工艺管道线路复杂，需要合理设计阀门的组合状态及阀门控制才能保障系统整体稳定运行。

传统的控制系统设计基于分离原件搭建，控制系统设计于上世纪世纪70年代，采用设备及设计思想不适用于当今主流控制系统，系统结构复杂、层级多，分为现场逻辑柜、控制室逻辑柜、操作台及显示台，控制系统设计采用全硬件搭建，无相关控制软件模型。控制系统设置两个操作台及显示台，同一时刻仅能针对一个料流操作，操作方法不够灵活，不适用于事故状态下及启动工况下的大规模、协同复杂操作，操作台、显示台故障时，无更多备用设备，影响级联稳定运行。同时由于工艺设备繁多及受当时控制系统技术限制，工艺运行状态表示不够明确、完备，运行过程存在隐患。

因此，研发、设计一种离心铀浓缩系统中串级间管道的过程控制系统就显得尤为迫切。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种针对离心铀浓缩系统中串级间管道的过程控制系统操作不便，控制系统无相关设计依据的难题，提供一种基于DCS系统的离心铀浓缩系统中串级间管道的过程控制系统。

为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：

一种离心铀浓缩系统中串级间管道的过程控制系统，该系统包括以下方面的技术方案：

一、系统结构

本系统由主线管道、备线管道两段管道组成，其中位于系统上方的管道为主线管道、位于系统下方的管道为备线管道，主线管道与备线管道之间采用跨接管线连接；

主线管道从主线入口至主线出口依次包括M1、N1、N2、M2四个阀门，用于控制物料在主线管道上的传输；

备线管道从备线入口至备线出口依次包括Mp1、Np1、Np2、Mp2四个阀门，用于控制物料在备线上的传输；

跨接管线用于控制主线管道与备线管道之间的连接；当主线管道、备线管道中的一条处于故障、检修状态下时，将物料通过跨接管线输送至另一条管线，保证系统连续运行；

二、工作模式

根据运行工况要求，系统的工作模式包括：主线工作模式、备线工作模式、主备双线工作模式；

(2.1)当选择主线工作模式时，物料经主线管道传输；

此时，物料只经主线管道传输，此时物料由主线入口进入，经M1、N1、N2、M2阀门后，从主线出口输出；对应M1、N1、N2、M2四个阀门状态为打开状态，同时备线管道和跨接管线处于关闭状态；

(2.2)当选择备线工作模式时，物料经备线管道传输；

此时，物料只经备线管道传输，此时物料由备线入口进入，经Mp1、Np1、Np2、Mp2阀门后，从备线出口输出；对应Mp1、Np1、Np2、Mp2四个阀门状态为打开状态，同时主线管道和跨接管线处于关闭状态；

(2.3)当选择主备双线工作模式时，物料分别经主线管道、备线管道传输；

此时，物料同时经主线管道、备线管道传输；

物料由主线入口进入，经M1、N1、N2、M2阀门后，从主线出口输出；对应M1、N1、N2、M2四个阀门状态为打开状态；

物料由备线入口进入，经Mp1、Np1、Np2、Mp2阀门后，从备线出口输出；对应Mp1、Np1、Np2、Mp2四个阀门状态为打开状态；

跨接管线上的阀门状态为关闭状态。

进一步的，如上所述的一种离心铀浓缩系统中串级间管道的过程控制系统：跨接管线包括跨接管线一和跨接管线二。

进一步的，如上所述的一种离心铀浓缩系统中串级间管道的过程控制系统：跨接管线一上开设Mc1阀门，跨接管线二上开设Mc2阀门。

进一步的，如上所述的一种离心铀浓缩系统中串级间管道的过程控制系统：该系统还包括阀门控制模块，用来对系统中的阀门开关进行控制。

进一步的，如上所述的一种离心铀浓缩系统中串级间管道的过程控制系统：阀门控制模块包括五个开关量输入和四个开关量输出，五个开关量输入分别为开阀控制命令Open_C、关阀控制命令Close_C、阀门打开状态Valve_W_O_S、阀门关闭状态Valve_W_C_S、阀门执行故障复位命令C_err_Reset；

四个开关量输出分别为开阀控制信号Open_Out、关阀控制信号Close_Out、打开阀门执行故障输出信号Open_Err、关闭阀门执行故障输出信号Close_Err。

进一步的，如上所述的一种离心铀浓缩系统中串级间管道的过程控制系统：开阀控制包括如下步骤：

(1)阀门控制模块接收到系统发出的开阀控制命令Open_C；

(2)判断阀门状态是否处于阀门打开状态Valve_W_O_S，若阀门已打开，则无需再次打开阀门，取消开阀控制命令Open_C；

(3)若该阀门处于未打开状态，进一步判断该阀门是否存在打开阀门执行故障输出信号Open_Err；

(4)如果存在打开阀门执行故障输出信号Open_Err，则取消开阀控制命令Open_C，进一步查找并处理故障；

(5)如果无打开阀门执行故障输出信号Open_Err，则输出开阀控制信号Open_Out；

(6)判断阀门打开状态信号Valve_W_O_S，开关量输入板卡模块采集阀门打开状态；

(7)如果阀门未打开，发出阀门执行故障输出信号Open_Err，此信号同时取消开阀控制信号Open_Out；当收到阀门执行故障复位命令C_err_Reset后，阀门进行再次操作；

(8)如果阀门已打开，则执行完成此次阀门打开控制过程。

进一步的，如上所述的一种离心铀浓缩系统中串级间管道的过程控制系统：步骤(5)中，输出开阀控制信号Open_Out后，阀门控制模块发出一个周期为5秒的脉冲，驱动阀门打开。

进一步的，如上所述的一种离心铀浓缩系统中串级间管道的过程控制系统：步骤(7)中，发出阀门执行故障输出信号Open_Err的同时，在监控界面中发出故障提示。

进一步的，如上所述的一种离心铀浓缩系统中串级间管道的过程控制系统：关阀控制包括如下步骤：

(1)阀门控制模块接收到系统发出的关阀控制命令Close_C；

(2)判断阀门状态是否处于阀门关闭状态Valve_W_C_S，若阀门已关闭，则无需再次关闭阀门，取消关阀控制命令Close_C；

(3)若该阀门处于未关闭状态，进一步判断该阀门是否存在打开阀门执行故障输出信号Open_Err；

(4)如果存在打开阀门执行故障输出信号Open_Err，则取消关阀控制命令Close_C，进一步查找并处理故障；

(5)如果无打开阀门执行故障输出信号Open_Err，则输出关阀控制信号Close_Out；输出关阀控制信号Close_Out后，阀门控制模块发出一个周期为5秒的脉冲，驱动阀门关闭；

(6)判断阀门关闭状态信号Valve_W_C_S，开关量输入板卡模块采集阀门关闭状态；

(7)如果阀门未关闭，发出关闭打开阀门执行故障信号Close_Err，此信号同时取消关阀控制信号Close_Out；

发出阀门执行故障输出信号Open_Err的同时，在监控界面中发出故障提示；当收到阀门执行故障复位命令C_err_Reset后，阀门进行再次操作；

(8)如果阀门已关闭，则执行完成此次阀门关闭控制过程。

本发明技术方案的有益效果在于：该系统可应用于离心铀浓缩系统中串级间管道的过程控制系统的建立，同时针对离心铀浓缩系统中串级间管道工艺的特殊性进行了改进，该发明可推广应用之同行业使用，保证了离心铀浓缩级联系统的稳定、安全运行。

附图说明

图1为串级间管道系统示意图；

图2为串级间管道系统主线运行工况系统的数学模型；

图3为串级间管道系统备线运行工况系统的数学模型；

图4为串级间管道系统主、备双线运行工况系统的数学模型；

图5为阀门控制流程图；

图6为阀门控制模块。

图中：1主线入口，2备线入口，3主线，4备线，5主线出口，6备线出口，7跨接管线一，8跨接管线二。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细说明。

如图1所示，本系统由主线管道、备线管道两段管道组成，其中位于系统上方的管道为主线管道、位于系统下方的管道为备线管道，主线管道与备线管道之间采用跨接管线连接；

主线管道从主线入口至主线出口依次包括M1、N1、N2、M2四个阀门，用于控制物料在主线管道上的传输；

备线管道从备线入口至备线出口依次包括Mp1、Np1、Np2、Mp2四个阀门，用于控制物料在备线上的传输；

跨接管线用于控制主线管道与备线管道之间的连接；当主线管道、备线管道中的一条处于故障、检修状态下时，将物料通过跨接管线输送至另一条管线，保证系统连续运行；跨接管线包括跨接管线一和跨接管线二，跨接管线一上开设Mc1阀门，跨接管线二上开设Mc2阀门。

根据运行工况要求，系统的工作模式包括：主线工作模式、备线工作模式、主备双线工作模式；

如图2所示，当采用主线工况运行时，物料只经主线管道传输，此时物料由主线入口进入，经M1、N1、N2、M2阀门后，从主线出口输出；对应M1、N1、N2、M2四个阀门状态为打开状态，同时备线管道和跨接管线处于关闭状态；

图2中，AND为逻辑与门。ON_M1、ON_N1、ON_M2、ON_N2分别代表阀门M1、N1、N2、M2打开状态变量；

ON_B为备线运行工况状态变量，符号○为取反；

ON_Z为主线运行工况状态变量，意为M1、N1、N2、M2阀门处于打开状态，同时当备线处于断开状态时，此时为主线工作工况。

如图3所示，当选择备线工作模式时，物料经备线管道传输；此时，物料只经备线管道传输，此时物料由备线入口进入，经Mp1、Np1、Np2、Mp2阀门后，从备线出口输出；对应Mp1、Np1、Np2、Mp2四个阀门状态为打开状态，同时主线管道和跨接管线处于关闭状态；

图3中，ON_Mp1、ON_Np1、ON_Mp2、ON_Np2分别代表阀门Mp1、Np1、Mp2、Np2打开状态变量；

ON_Z为主线运行工况状态变量，符号○为取反；

ON_B为备线运行工况状态变量，意为Mp1、Np1、Mp2、Np2阀门处于打开状态，同时当主线处于断开状态时，此时为备线工作工况。

如图4所示，当选择主备双线工作模式时，物料分别经主线管道、备线管道传输；此时，物料同时经主线管道、备线管道传输；物料由主线入口进入，经M1、N1、N2、M2阀门后，从主线出口输出；对应M1、N1、N2、M2四个阀门状态为打开状态；物料由备线入口进入，经Mp1、Np1、Np2、Mp2阀门后，从备线出口输出；对应Mp1、Np1、Np2、Mp2四个阀门状态为打开状态；跨接管线上的阀门状态为关闭状态。

图4中，OFF_Mc1、OFF_Mc2分别代表阀门Mc1、Mc2关闭状态变量；

ON_Z为主线运行工况状态变量；

ON_B为备线运行工况状态变量。

上述三种运行工况对应的变量列表如下：

表1运行工况变量列表

如图5、6所示，该系统还包括阀门控制模块，用来对系统中的阀门开关进行控制；阀门控制模块包括五个开关量输入和四个开关量输出，五个开关量输入分别为开阀控制命令Open_C、关阀控制命令Close_C、阀门打开状态Valve_W_O_S、阀门关闭状态Valve_W_C_S、阀门执行故障复位命令C_err_Reset；

四个开关量输出分别为开阀控制信号Open_Out、关阀控制信号Close_Out、打开阀门执行故障输出信号Open_Err、关闭阀门执行故障输出信号Close_Err。

开阀控制包括如下步骤：

(1)阀门控制模块接收到系统发出的开阀控制命令Open_C；

(2)判断阀门状态是否处于阀门打开状态Valve_W_O_S，若阀门已打开，则无需再次打开阀门，取消开阀控制命令Open_C；

(3)若该阀门处于未打开状态，进一步判断该阀门是否存在打开阀门执行故障输出信号Open_Err；

(4)如果存在打开阀门执行故障输出信号Open_Err，则取消开阀控制命令Open_C，进一步查找并处理故障；

(5)如果无打开阀门执行故障输出信号Open_Err，则输出开阀控制信号Open_Out；此时模块发出一个周期为5秒的脉冲，驱动阀门打开；

这5秒的脉冲可以防止长时间操作电阀，导致电阀损坏。

(6)判断阀门打开状态信号Valve_W_O_S，开关量输入板卡模块采集阀门打开状态；

(7)如果阀门未打开，发出阀门执行故障输出信号Open_Err，此信号同时取消开阀控制信号Open_Out，目的是为了预防紧急情况下，打开阀门出现故障，此时再次操作阀门打开命令无效，但是不影响阀门关闭操作；

发出阀门执行故障输出信号Open_Err的同时，在监控界面中发出故障提示，目的为了提示工艺人员该阀门存在故障，也起到保护阀门电机的作用，防止电机长时间带电动作；

当收到阀门执行故障复位命令C_err_Reset后，阀门进行再次操作；

(8)如果阀门已打开，则执行完成此次阀门打开控制过程。

关阀控制包括如下步骤：

(1)阀门控制模块接收到系统发出的关阀控制命令Close_C；

(2)判断阀门状态是否处于阀门关闭状态Valve_W_C_S，若阀门已关闭，则无需再次关闭阀门，取消关阀控制命令Close_C；

(3)若该阀门处于未关闭状态，进一步判断该阀门是否存在打开阀门执行故障输出信号Open_Err；

(4)如果存在打开阀门执行故障输出信号Open_Err，则取消关阀控制命令Close_C，进一步查找并处理故障；

(5)如果无打开阀门执行故障输出信号Open_Err，则输出关阀控制信号Close_Out；输出关阀控制信号Close_Out后，阀门控制模块发出一个周期为5秒的脉冲，驱动阀门关闭；

这5秒的脉冲可以防止长时间操作电阀，导致电阀损坏。

(6)判断阀门关闭状态信号Valve_W_C_S，开关量输入板卡模块采集阀门关闭状态；

(7)如果阀门未关闭，发出关闭打开阀门执行故障信号Close_Err，此信号同时取消关阀控制信号Close_Out，目的是为了预防紧急情况下，关闭阀门出现故障，此时再次操作阀门关闭命令无效，但是不影响阀门打开操作；

发出阀门执行故障输出信号Open_Err的同时，在监控界面中发出故障提示；目的为了提示工艺人员该阀门存在故障，也起到保护阀门电机的作用，防止电机长时间带电动作；

当收到阀门执行故障复位命令C_err_Reset后，阀门进行再次操作；

(8)如果阀门已关闭，则执行完成此次阀门关闭控制过程。

本发明提供的离心级联铀浓缩示范工程中串级间管道系统，基于系统控制需要，可以成功实现对串级间工艺过程全方位、准确、快速、有效地实时监控功能及更高的自动化程度，并大幅度提高了工艺在线控制的安全性和可靠性，达到控制铀浓缩系统正常稳定运行的目的。

另外，本系统还通过阀门控制模块，提出了离心级联铀浓缩工艺串级间管道系统电动执行机构的控制方法，提出阀门开关控制命令执行时间、设计故障指示，避免阀门电机长时间带电运行，延长阀门电机使用寿命。同时区分开阀、关阀故障指示，方便工艺人员灵活操作及故障判断。

Claims (1)

1.一种离心铀浓缩系统中串级间管道的过程控制系统，其特征在于，该系统包括以下方面的技术方案：

一、系统结构

本系统由主线管道、备线管道两段管道组成，其中位于系统上方的管道为主线管道、位于系统下方的管道为备线管道，主线管道与备线管道之间采用跨接管线连接；

主线管道从主线入口至主线出口依次包括M1、N1、N2、M2四个阀门，用于控制物料在主线管道上的传输；

备线管道从备线入口至备线出口依次包括Mp1、Np1、Np2、Mp2四个阀门，用于控制物料在备线上的传输；

跨接管线用于控制主线管道与备线管道之间的连接；当主线管道、备线管道中的一条处于故障、检修状态下时，将物料通过跨接管线输送至另一条管线，保证系统连续运行；

二、工作模式

根据运行工况要求，系统的工作模式包括：主线工作模式、备线工作模式、主备双线工作模式；

(2.1)当选择主线工作模式时，物料经主线管道传输；

此时，物料只经主线管道传输，此时物料由主线入口进入，经M1、N1、N2、M2阀门后，从主线出口输出；对应M1、N1、N2、M2四个阀门状态为打开状态，同时备线管道和跨接管线处于关闭状态；

(2.2)当选择备线工作模式时，物料经备线管道传输；

此时，物料只经备线管道传输，此时物料由备线入口进入，经Mp1、Np1、Np2、Mp2阀门后，从备线出口输出；对应Mp1、Np1、Np2、Mp2四个阀门状态为打开状态，同时主线管道和跨接管线处于关闭状态；

(2.3)当选择主备双线工作模式时，物料分别经主线管道、备线管道传输；

此时，物料同时经主线管道、备线管道传输；

物料由主线入口进入，经M1、N1、N2、M2阀门后，从主线出口输出；对应M1、N1、N2、M2四个阀门状态为打开状态；

物料由备线入口进入，经Mp1、Np1、Np2、Mp2阀门后，从备线出口输出；对应Mp1、Np1、Np2、Mp2四个阀门状态为打开状态；

跨接管线上的阀门状态为关闭状态；

跨接管线包括跨接管线一和跨接管线二，跨接管线一上开设Mc1阀门，跨接管线二上开设Mc2阀门；

该系统还包括阀门控制模块，用来对系统中的阀门开关进行控制；阀门控制模块包括五个开关量输入和四个开关量输出，五个开关量输入分别为开阀控制命令Open_C、关阀控制命令Close_C、阀门打开状态Valve_W_O_S、阀门关闭状态Valve_W_C_S、阀门执行故障复位命令C_err_Reset；

四个开关量输出分别为开阀控制信号Open_Out、关阀控制信号Close_Out、打开阀门执行故障输出信号Open_Err、关闭阀门执行故障输出信号Close_Err；

开阀控制包括如下步骤：

(1)阀门控制模块接收到系统发出的开阀控制命令Open_C；

(2)判断阀门状态是否处于阀门打开状态Valve_W_O_S，若阀门已打开，则无需再次打开阀门，取消开阀控制命令Open_C；

(3)若该阀门处于未打开状态，进一步判断该阀门是否存在打开阀门执行故障输出信号Open_Err；

(4)如果存在打开阀门执行故障输出信号Open_Err，则取消开阀控制命令Open_C，进一步查找并处理故障；

(5)如果无打开阀门执行故障输出信号Open_Err，则输出开阀控制信号Open_Out；此时模块发出一个周期为5秒的脉冲，驱动阀门打开；

(6)判断阀门打开状态信号Valve_W_O_S，开关量输入板卡模块采集阀门打开状态；

(7)如果阀门未打开，发出阀门执行故障输出信号Open_Err，此信号同时取消开阀控制信号Open_Out；发出阀门执行故障输出信号Open_Err的同时，在监控界面中发出故障提示；

当收到阀门执行故障复位命令C_err_Reset后，阀门进行再次操作；

(8)如果阀门已打开，则执行完成此次阀门打开控制过程；

关阀控制包括如下步骤：

(1)阀门控制模块接收到系统发出的关阀控制命令Close_C；

(2)判断阀门状态是否处于阀门关闭状态Valve_W_C_S，若阀门已关闭，则无需再次关闭阀门，取消关阀控制命令Close_C；

(3)若该阀门处于未关闭状态，进一步判断该阀门是否存在打开阀门执行故障输出信号Open_Err；

(4)如果存在打开阀门执行故障输出信号Open_Err，则取消关阀控制命令Close_C，进一步查找并处理故障；

(5)如果无打开阀门执行故障输出信号Open_Err，则输出关阀控制信号Close_Out；输出关阀控制信号Close_Out后，阀门控制模块发出一个周期为5秒的脉冲，驱动阀门关闭；

(6)判断阀门关闭状态信号Valve_W_C_S，开关量输入板卡模块采集阀门关闭状态；

(7)如果阀门未关闭，发出关闭打开阀门执行故障信号Close_Err，此信号同时取消关阀控制信号Close_Out；

发出阀门执行故障输出信号Open_Err的同时，在监控界面中发出故障提示；当收到阀门执行故障复位命令C_err_Reset后，阀门进行再次操作；

(8)如果阀门已关闭，则执行完成此次阀门关闭控制过程。

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