稀土萃取過程優(yōu)化控制實驗平臺的設(shè)計與開發(fā).pdf

1、稀土元素作為工業(yè)原料，被應用于冶金、石油化工、原子能、紡織、醫(yī)藥、農(nóng)牧業(yè)、電子信息等國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域。我國稀土儲量豐富，居世界首位，并且稀土萃取分離技術(shù)達到世界先進水平。但是我國稀土分離生產(chǎn)過程控制還停留在離線分析、經(jīng)驗調(diào)整、手動控制的水平，導致稀土分離企業(yè)生產(chǎn)效率低、資源消耗大、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，已成為制約我國稀土工業(yè)發(fā)展的瓶頸。研究與開發(fā)出適合我國稀土萃取分離生產(chǎn)過程的自動化技術(shù)及系統(tǒng)已成為發(fā)展我國稀土工業(yè)的重大科技關(guān)鍵問題。

2、 我國稀土萃取工業(yè)廣泛采用多級逆流萃取工藝，由于萃取級數(shù)多、元素間分離系數(shù)較小、結(jié)構(gòu)相近、化學性質(zhì)相似，使得整個萃取過程呈現(xiàn)多變量、強耦合、非線性、時變及大滯后等綜合復雜性。采用常規(guī)的控制方法難以實現(xiàn)萃取過程的有效控制，因此，研究以元素組分含量和金屬直收率等為目標的優(yōu)化控制技術(shù)是解決上述問題的關(guān)鍵。由于萃取過程的復雜性，新算法的應用往往需要多次調(diào)試，這不僅耗時耗力，同時也可能浪費大量的原料及能源。為了保證優(yōu)化控制技術(shù)在實際工業(yè)應用中的

3、一次成功，研究開發(fā)了稀土萃取過程優(yōu)化控制實驗平臺，具體內(nèi)容如下： (1)設(shè)計了稀土萃取過程優(yōu)化控制實驗系統(tǒng)的總體架構(gòu)。本實驗系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)由硬件平臺和軟件平臺組成。其中硬件平臺由對象計算機、執(zhí)行機構(gòu)與檢測裝置虛擬系統(tǒng)、PLC、監(jiān)控與優(yōu)化計算機以及網(wǎng)絡(luò)支撐系統(tǒng)等組成；軟件平臺由虛擬對象軟件、執(zhí)行機構(gòu)與檢測裝置虛擬對象軟件、過程控制軟件、監(jiān)控與優(yōu)化控制軟件組成。 (2)建立了各類虛擬對象模型。具體包括：稀土萃取虛擬對象模型、虛

4、擬執(zhí)行機構(gòu)對象模型、虛擬檢測裝置對象模型。將RSView32和MATLAB等軟件相結(jié)合，設(shè)計和開發(fā)了稀土萃取過程虛擬對象軟件平臺，通過實驗驗證了各類模型基本可以模擬實際過程或裝置的動態(tài)特性，適合用作控制算法實驗的研究對象。 (3)設(shè)計和開發(fā)了稀土萃取過程監(jiān)控和優(yōu)化控制實驗平臺軟件以及回路控制、邏輯控制軟件。監(jiān)控和優(yōu)化軟件采用Siemens WinCC監(jiān)控軟件，設(shè)計了稀土萃取過程監(jiān)控優(yōu)化人機界面，完成了變量的實時監(jiān)控、記錄、歸檔，

5、參數(shù)的在線調(diào)節(jié)，趨勢實時顯示等功能；應用Siemens Step7軟件開發(fā)了流量回路控制和一段電動機順序啟?？刂频乃惴ǔ绦?；應用Siemens Simatic Net軟件以O(shè)PC的通訊方式實現(xiàn)了監(jiān)控優(yōu)化計算機、控制器和虛擬對象計算機的數(shù)據(jù)交換；開發(fā)了MATLAB客戶端通訊軟件，實現(xiàn)了與WinCC軟件的數(shù)據(jù)交換。上述軟件平臺為優(yōu)化控制算法實現(xiàn)提供了必要的軟件環(huán)境。 (4)在優(yōu)化控制實驗系統(tǒng)上進行回路控制、流量優(yōu)化設(shè)定和元素組分含量