稀土萃取過(guò)程優(yōu)化控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā).pdf

1、稀土元素作為工業(yè)原料，被應(yīng)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(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。我國(guó)稀土儲(chǔ)量豐富，居世界首位，并且稀土萃取分離技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)水平。但是我國(guó)稀土分離生產(chǎn)過(guò)程控制還停留在離線(xiàn)分析、經(jīng)驗(yàn)調(diào)整、手動(dòng)控制的水平，導(dǎo)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(guó)稀土工業(yè)發(fā)展的瓶頸。研究與開(kāi)發(fā)出適合我國(guó)稀土萃取分離生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化技術(shù)及系統(tǒng)已成為發(fā)展我國(guó)稀土工業(yè)的重大科技關(guān)鍵問(wèn)題。

2、 我國(guó)稀土萃取工業(yè)廣泛采用多級(jí)逆流萃取工藝，由于萃取級(jí)數(shù)多、元素間分離系數(shù)較小、結(jié)構(gòu)相近、化學(xué)性質(zhì)相似，使得整個(gè)萃取過(guò)程呈現(xiàn)多變量、強(qiáng)耦合、非線(xiàn)性、時(shí)變及大滯后等綜合復(fù)雜性。采用常規(guī)的控制方法難以實(shí)現(xiàn)萃取過(guò)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(biāo)的優(yōu)化控制技術(shù)是解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵。由于萃取過(guò)程的復(fù)雜性，新算法的應(yīng)用往往需要多次調(diào)試，這不僅耗時(shí)耗力，同時(shí)也可能浪費(fèi)大量的原料及能源。為了保證優(yōu)化控制技術(shù)在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中的

3、一次成功，研究開(kāi)發(fā)了稀土萃取過(guò)程優(yōu)化控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，具體內(nèi)容如下： (1)設(shè)計(jì)了稀土萃取過(guò)程優(yōu)化控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的總體架構(gòu)。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)由硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)組成。其中硬件平臺(tái)由對(duì)象計(jì)算機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與檢測(cè)裝置虛擬系統(tǒng)、PLC、監(jiān)控與優(yōu)化計(jì)算機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)支撐系統(tǒng)等組成；軟件平臺(tái)由虛擬對(duì)象軟件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與檢測(cè)裝置虛擬對(duì)象軟件、過(guò)程控制軟件、監(jiān)控與優(yōu)化控制軟件組成。 (2)建立了各類(lèi)虛擬對(duì)象模型。具體包括：稀土萃取虛擬對(duì)象模型、虛

4、擬執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)象模型、虛擬檢測(cè)裝置對(duì)象模型。將RSView32和MATLAB等軟件相結(jié)合，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了稀土萃取過(guò)程虛擬對(duì)象軟件平臺(tái)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了各類(lèi)模型基本可以模擬實(shí)際過(guò)程或裝置的動(dòng)態(tài)特性，適合用作控制算法實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象。 (3)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了稀土萃取過(guò)程監(jiān)控和優(yōu)化控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)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(jì)了稀土萃取過(guò)程監(jiān)控優(yōu)化人機(jī)界面，完成了變量的實(shí)時(shí)監(jiān)控、記錄、歸檔，

5、參數(shù)的在線(xiàn)調(diào)節(jié)，趨勢(shì)實(shí)時(shí)顯示等功能；應(yīng)用Siemens Step7軟件開(kāi)發(fā)了流量回路控制和一段電動(dòng)機(jī)順序啟?？刂频乃惴ǔ绦?；應(yīng)用Siemens Simatic Net軟件以O(shè)PC的通訊方式實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控優(yōu)化計(jì)算機(jī)、控制器和虛擬對(duì)象計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)交換；開(kāi)發(fā)了MATLAB客戶(hù)端通訊軟件，實(shí)現(xiàn)了與WinCC軟件的數(shù)據(jù)交換。上述軟件平臺(tái)為優(yōu)化控制算法實(shí)現(xiàn)提供了必要的軟件環(huán)境。 (4)在優(yōu)化控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行回路控制、流量?jī)?yōu)化設(shè)定和元素組分含量