Алматы 2015 Almaty

373 

В  современном  мире  эффективность  производства  и  потребления  энергии  определяет  уровень 

благосостояния населения страны, поэтому одной из приоритетных задач Республики Казахстан (РК) 

является  развитие  топливно-энергетического  комплекса  (ТЭК).  Обеспечить  устойчивое  развитие  и 

энергетическую  безопасность  государства  может  только  энергетика,  основанная  на  использовании 

современных энергетических технологиях в сочетании с принципами экономической эффективности 

с  гарантиями  общей  и  экологической  безопасности.  Современная  энергетическая  отрасль  должна 

основываться  на  разумном,  экономически  оправданном  использовании  различных  источников 

энергии [1]. На  сегодняшний  день  реальной  альтернативой  традиционной  энергетике,  является 

развитие атомной энергетики и неразрывно связанной с ней урановой промышленности. Уран в РК 

добывается  в  основном  методом  подземного  скважинного  выщелачивания,  т.к.  он  отличается 

высокой экологической безопасностью и рентабельностью по сравнению с традиционными методами 

разработки. Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) признает данную технологию 

как  самый  экологически  чистый  и  безопасный  способ  отработки  месторождений,  не  требующий 

значительных затрат на рекультивацию [2]. 

Добыча  урана  является  сложным  процессом,  характеризующимся  наличием  неопределенности 

информации,  что  вызывает  существенные  трудности  при  создании  системы  управления.  В  связи  с 

этим  актуальна  разработка  современных  систем  автоматического  управления  процессом  добычи 

урана  и  модернизация  уже  существующих  с  использованием  промышленного  оборудования. 

Исследования  проводились  на  базе  месторождения  Буденовское («ИВТ-Берен»  ТОО  «Институт 

Высоких Технологий»), где в качестве объекта управления рассматривался технологический процесс 

добычи урана методом ПСВ.  

Постановка  задачи  формулируется  следующим  образом:  Необходимо  разработать  систему 

автоматического  управления  процессом  добычи  урана  методом  ПСВ  на  базе  узлов  приготовления 

выщелачивающих  растворов  и  приема  продуктивного  раствора  на  современном  промышленном 

оборудовании фирмы Schneider Electric.  

 Процесс  добычи  урана  методом  ПСВ  представляет  из  себя  следующую  структуру [3]. На 

перерабатывающем  комплексе  производится  сорбционное  извлечение  урана  из  продуктивных 

растворов, при этом выделяется маточный раствор сорбции, который поступает в пескоотстойник. В 

пескоотстойнике собираются маточники сорбции после осаждения урана на смолу. Здесь происходит 

очистка  маточников  сорбции  от  механических  примесей  путем  отстаивания  и  осаждения.  В 

технический узел закисления (ТУЗ)  из пескоотстойника подаются маточные растворы (МР) сорбции. 

Здесь  они  доукрепляются    поступающей  со  склада  серной  кислотой,  что  в  итоге  формирует  ВР.  В 

узлы распределения выщелачивающего раствора (УРВР) поступают кислые ВР из ТУЗ (Рисунок 1а). 

Затем  ВР  под  давлением 5-6 атмосфер  распределяются  по  закачным  скважинам.  В  закачных 

скважинах  через  фильтр  ВР  поступает  в  продуктивный  горизонт,  где  происходит  выщелачивание 

урана кислыми растворами. Именно на данном этапе под землей формируется  ПР, содержащий уран. 

Через  откачные  скважины  при  помощи  глубинных  насосов  ПР,  содержащий  растворенный  уран, 

поступает  в  узел  приема  продуктивных  растворов  (УППР) (Рисунок 1 б).  Далее  продуктивный 

раствор  поступает  в  сборные  емкости.  В  сборных  емкостях  происходит  процесс  осветления  ПР  и 

подача на сорбционное извлечение урана. 

   

      

 

а)                                                          б) 

 

Рисунок 1 –  а) Узел приготовления выщелачивающего раствора; б) Узел приема продуктивных растворов 

 

Алгоритм  автоматического  управления  УПВР  был  реализован  на  основе  использования 

программируемого  логического  контроллера  (ПЛК) Modicon M340 в  качестве  менеджера  процесса. 

ПЛК производит сбор информации о текущем состоянии следующих параметров: расхода маточного 

374 

раствора,  расхода  серной  кислоты,  давления  маточного  раствора,  давления  серной  кислоты, 

осуществляет  работу  УПВР  в  автоматическом  режиме  в  соответствии  с  заданным  алгоритмом, 

определяет задачи для регуляторов, обеспечивает интерфейс пользователя. 

Регулирование  подачи  серной  кислоты  ведется  по  ПИД-закону,  реализованном  в  ПЛК  на 

программном  обеспечении Unity Pro. Заданием  для  ПИД-регулятора  является  не  требуемый  расход 

серной  кислоты,  а  соотношение  расхода  маточных  растворов  и  серной  кислоты – коэффициент  К

р.  

Задание  расхода  серной  кислоты  высчитывается  автоматически  по  формуле:  Задание 

H

2

SO

4

=Текущий расход маточного раствора* К

р

. Регулятор сравнивает текущее значение параметра с 

заданным менеджером процесса и формирует выходной сигнал управления для подчиненной группы 

механизмов, направленный на уменьшение отклонения от задачи. 

Приводы подачи маточного раствора и серной кислоты при поступлении команды от регулятора, 

исполняют ее с учетом текущего состояния механизма. 

Схема алгоритма управления УПВР представлена на рисунке 2. 

 

ПРОГРАММИРУЕМЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ 

КОНТРОЛЛЕР (ПЛК) 

Расходомер 

маточного 

раствора

 

Датчик 

давления 

маточного 

раствора 

Датчик 

температуры

Расходомер 

H

2

SO

4

Датчик 

давления H

2

SO

4

АНАЛОГОВЫЕ ДАТЧИКИ

Датчики аварийного 

верхнего уровня, верхнего 

уровня, нижнего уровня в 

приямке

ДИСКРЕТНЫЕ  ДАТЧИКИ

Привод клапана 

подачи H

2

SO

4

Привод поворотной 

заслонки подачи 

маточного раствора

ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ

ИНТЕРФЕЙС 

ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ

ПИД-регулятор расхода 

H

2

SO

4

ПРОГРАММНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ ПАРАМЕТРОВ

Заданные параметры

Состояние процесса

Уп

ра

вл

яю

щ

ие

 ко

м

ан

ды

С

ос

то

яние

 ме

ха

ни

зма

 

 

Рисунок 2 - Схема алгоритма управления УПВР 

 

 

375 

Технологические параметры УПВР представлены в таблице 1 [4].  

 

  Таблица 1  

Технологические параметры УПВР 

 

 

№ 

Наименование 

Характеристика 

1 2 

3 

1 

Производительность по выщелачивающему раствору, м

3

/час 200 

2 

Производительность по серной кислоте, регулируемая, м

3

/час 

от 0 до 3,5 

3 

Давление трубопровода маточного раствора,  

бар  

6÷8 

4 

Давление трубопровода серной кислоты, бар  

 

10÷12 

5 

Внутренний диаметр (DN) трубопровода приготовления ВР, мм 200 

6 

Внутренний диаметр (DN трубопровода подачи серной кислоты, мм 25 

7 

Производительность вентиляции, м3/час 890 

8 

Сеть питающая   

промышленная 3-х 

фазная; 

9 

Напряжение, В  

380+10%/-15% 

10 

Частота 49-50 

11 

Максимальная потребляемая мощность всеми электроприёмниками изделия, 

кВт не более 

 

32 

12 

Объём бака для воды аварийного душа, м3    

1,2 

13 

Объём бака для сбора розливов технологических жидкостей 

и использованной воды, м3  

1 

14 

Объём емкостей (две ёмкости) в рукомойнике  

для щелочного раствора и воды, л 

 

 

17 

15 

Количество воды  

в автономном фонтане для глаз (Haws 7500), л 

 

65 

 

16 

Режим работы  

непрерывный, с 

остановками для  

техобслуживания 

17 

Габаритные размеры 

(без антенны, длина х ширина х высота), м 

12,2х2,48х2,6 

 

 

Далее  рассмотрим  алгоритм  автоматического  управления  УППР.  Технологические  параметры 

УППР представлены в таблице 2.  

 

 Таблица 2 

Технологические параметры УППР [5] 

 

№ 

Наименование 

Характеристика 

1 

Производительность по расходу продуктивных раствора (ПР) из откачных 

скважин, м3/час  

15 

2 

Суммарная производительность из коллекторов УППР, м3/ч 300 

3 

Давление ПР на выходе коллектора, бар   

до 8 

4 

Внутренний диаметр (DN) трубопровода общего коллектора, мм 200 

5 

Внутренний диаметр (DN) трубопровода откачных веток, мм  

50 

6 

Сеть питающая   

 

промышленная  

3-х фазная 

7 

Напряжение, В  

380+10%/-15% 

8 

Частота, Гц 49-50 

9 

Максимальная потребляемая мощность 

всеми электроприёмниками изделия, кВт не более 

 

 

224 

10 

Производительность вентиляции, м3/час 

   

890 

11 

Объём емкостей (две ёмкости) в рукомойнике  

для щелочного раствора и воды, л 

 

 

 

17 

 

12 

Режим работы 

 

непрерывный, с 

остановками для  

техобслуживания 

13 

Габаритные размеры 

(без антенны, длина х ширина х высота), м 

12,2х8,5х2,6 

 

14 

Масса, кг 

 

До 9000 

376 

Структурная схема алгоритма управления УППР представлена на рисунке 3. 

 

ПРОГРАММИРУЕМЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ 

КОНТРОЛЛЕР (ПЛК) 

Расходомер 

продуктивного 

раствора 

скважины 1 

Расходомер 

продуктивного 

раствора 

скважины 20 

Расходомер 

общего расхода

Датчик давления в 

коллекторе 

продуктивного раствора 

Датчик 

температуры

АНАЛОГОВЫЕ ДАТЧИКИ

Датчики аварийного 

верхнего уровня, верхнего 

уровня, нижнего уровня в 

приямке

ДИСКРЕТНЫЕ  ДАТЧИКИ

ИНТЕРФЕЙС 

ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ

ПИД-регулятор 

расхода 

продуктивного 

раствора из 

скважины 1

ПРОГРАММНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ ПАРАМЕТРОВ

Заданные параметры

Состояние процесса

Уп

ра

вл

яю

щ

ие

 ко

м

анд

ы

Со

ст

оя

ни

е 

ме

ха

ни

зм

а

...

ПИД-регулятор 

расхода 

продуктивного 

раствора из 

скважины 20

...

Преобразователь 

частоты 

Преобразователь 

частоты

...

Двигатель 

погружного насоса 

скважины 20

Привод поворотной 

заслонки подачи 

маточного раствора

ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ

Двигатель 

погружного насоса 

скважины 1

 

 

Рисунок 3 – Схема алгоритма управления УППР 

 

В  системе  используется  программный  ПИ-регулятор  расхода  продуктивного  раствора, 

реализованный  в  контроллере Modicon M340 на  программном  обеспечении Unity Pro фирмы 

Schneider Electric. Заданием  для  регулятора  являются  заданные  через  интерфейс  пользователя 

расходы  продуктивного  раствора  из  скважин,  входным  параметром - текущее  значение  расхода 

продуктивного  раствора  из  скважин,  полученное  от    расходомера.  Управляющее  воздействие 

осуществляется  с  помощью  частотного  преобразователя Altivar 71, который  позволяет  управлять 

частотой  вращения  ротора  двигателя  глубинного  скважинного  насоса.  ПИ-регулятор  сравнивает 

текущее  значение  расхода  продуктивного  раствора  с  заданным  и  формирует  выходной  сигнал 

377 

управления  для  частотного  преобразователя,  который  регулирует  частоту  вращения  ротора 

электродвигателя глубинного скважинного насоса.  

Рассмотрим  систему  управления  двигателем  глубинного  насоса  с  помощью  контроллера 

Modicon M340 через  частотный  преобразователь Altivar 71. В    системе  используется    вариант  

подключения  через  интегрированный порт Modbus  с RJ-45 разъемом. Правила  подключения   ПЧ  

Altivar  71  к сети  Modbus  RTU  проводятся  согласно  стандарту  MODBUS  Organization [6].  

В  системе  проводилось  непосредственное  подключение  интегрированного  порта    преобразователя 

частоты и интегрированного порта Modicon М340  (BMX  P342000) (Рисунок 4) [7].  Были  соединены  

между  собой  соответствующие контакты  согласно  MODBUS  on  RS-485:  D1,  D0  и  Common.    

Порт  M340 работает    в    режиме    "Ведущего" (Master), порт  преобразователя  частоты  в  режиме 

"Ведомого" (slave) [8]. 

 

   

 

а) 

 

 

 

 

 

        б) 

 

Рисунок 4 – а) Подключение к интегрированным портам Altivar 71;  

б) Распиновка интегрированного порта Modicon M340 

 

На рисунке 5 представлена схема управления двигателем с помощью контроллера Modicon M340 

через частотный преобразователь Altivar 71. 

 

 

 

Рисунок 5 – Управление двигателем с помощью контроллера Modicon M340 через  

частотный преобразователь Altivar 71 

 

На рисунке 6 представлен фрагмент программы секции управления.  

 

378 

 

 

Рисунок 6 – Фрагмент программы секции управления    

 

Разработанная САУ представляет собой программно-аппаратный комплекс, включающий в себя  

современное  промышленное  оборудование  фирмы Schneider Electric. Внедрение  данной  системы 

автоматического управления позволит существенно улучшить качество процесса производства урана 

и  сократить  расходы  на  электроэнергию  за  счет  контроля  режимов  работы  глубинного  насоса. 

Мониторинг текущих показаний датчиков обеспечит автономное функционирование с возможностью 

аварийного отключения при возникновении внештатной ситуации.  

 

ЛИТЕРАТУРА 

1. Постановление  Правительства  от 20.08.2002 N 926 * «О  КОНЦЕПЦИИ  РАЗВИТИЯ  УРАНОВОЙ 

ПРОМЫШЛЕННОСТИ  И  АТОМНОЙ  ЭНЕРГЕТИКИ  РЕСПУБЛИКИ  КАЗАХСТАН  НА 2002 - 2030 ГОДЫ» 

[Электронный  ресурс]  Режим  доступа: http://kazakhstan.news-city.info/docs/sistemsc/dok_oegbzi.htm (дата 

обращения 30.03.2015). 

2. Международное  агенство  по  атомной  энергии  [Электронный  ресурс]  Режим  доступа: 

https://www.iaea.org (дата обращения 30.03.2015). 

3. Бекман И.Н. Радиохимия // Юрайт. – Москва, 2014. – 473 с. 

4. Градобаев В.К., Сташко А.М., Лысенко Д.С. Узел приготовления выщелачивающих растворов // ТОО 

НПО "УМЗ-Инжиниринг". – Усть-Каменогорск, 2009. - 33 с.   

5. Градобаев В.К., Сташко А.М., Лысенко Д.С. Узел приема продуктивных растворов //  ТОО НПО "УМЗ-

Инжиниринг". – Усть-Каменогорск, 2009. - 36 с.   

6. MODBUS Organization [Электронный  ресурс]  Режим  доступа: www.modbus.org. (дата  обращения 

30.03.2015). 

7.  Пупена  А.Н.  Использование  интерфейсов  промышленных  сетей  для  управления  частотными 

преоразователями // Методическое пособие, Киев, 2013. – 14с. 

8. Altivar 71 - Drives for heavy duty industry from 0.37 to 630 kW [ Электронный ресурс] Режим доступа: 

http://www.schneider-electric.com/products/ww/en/2900-motion-drives/2950-standard-drives/1155-altivar-71 (дата 

обращения 30.03.2015). 

 

REFERENCES 

1. 

Postanovlenie Pravitel’stva ot 20.08.2002 N 926* “O KONCEPCII RAZVITIYA URANOVOY 

PROMYSHLENNOSTI I ATOMNOY ENERGETIKI RESPULIKI KAZAKHSTAN NA 2002-2030 GODY” 

[Electonniy resurs] Rezhim dostupa: http://kazakhstan.news-city.info/docs/sistemsc/dok_oegbzi.htm (data obrasheniya 

30.03.2015). 

2. Mezhdunarodnoe agenstvo po atomnoy energetike [Electonniy resurs] Rezhim dostupa: https://www.iaea.org 

(data obrasheniya 30.03.2015). 

3. Bekman I.N. RADIOHIMIYA // Jurait. – Moskva, 2014. – 473 s. 

4. Gradobaev V.K., Stashko A.M., Lysenko D. S. Uzel prigotovleniya vyshelachivaushih rastvorov // TOO NPO 

“UMZ-Inzhiniring”. – Ust-Kamenogorsk, 2009. - 33 s. 

5. Gradobaev V.K., Stashko A.M., Lysenko D. S. Uzel priema produktivnyh rastvorov // TOO NPO “UMZ-

Inzhiniring”. – Ust-Kamenogorsk, 2009. - 36 s. 

6. MODBUS  Organization [Electonniy resurs] Rezhim dostupa: www.modbus.org (data obrasheniya 

30.03.2015). 

379 

7. Pupena A.N. Ispol’zovanie interfeisov promyshlennyh setey dlya upravleniya chastotnymi preobrazovatelyami 

// Metodicheskoe posobie, Kiev, 2013. - 14 s. 

8. Altivar 71 - Drives for heavy duty industry from 0.37 to 630 kW [Electonniy resurs] Rezhim dostupa: 

http://www.schneider-electric.com (data obrasheniya 30.03.2015). 

 

Самигулина З.И., Буркашев Ф.С., Ордиева Д.Б., Бакиров М.Ш.

 

Қазіргі өнеркəсіптік жабдықтағы уранның олжалары жəне өндірістер процесін автоматтандыру 

Түйіндеме. Бұл жұмыс автоматты жəне қол тəртіптердегі шаймалы ерітінділердің дайындалуының жəне 

өнімді ерітіндінің қабылдауының түйінінің жұмысын қамтамасыз ететін, жер асты ұңғыма шаймалау əдісімен 

уранды  алу  процесін    автоматты  басқару  жүйесі  арқылы  əзірлеуге  арналады. Unity Pro программалық 

қамтамасыз етудің басқаруының астындағы Schneider Electric (Modicon M340) фирмасының программаланатын 

логикалық  контроллер  процесс  менеджері  сапасында  қолданылады. Unity Pro ортасындағы  жүйелік 

түрлендіргіштің  көмегімен  терең  сорғының  қозғалысын  басқару  ПИД – реттеуіш  арқылы  жүзеге  асырылады. 

Игерілген АБЖ өз алдына уранның өндірістері процестің сапасын, маңызды жақсартуға мүмкіндік беретін жəне 

терең  сорғының  жұмысының  тəртіптерін  бақылаудың  арқасында  электр  энергиясының  шығындарын 

қысқартуға  мүмкіндік беретін программалық – аппаратты кешен ретінде ұсынады. 

Түйін  сөздер:  Жер  асты  ұңғыма  шаймалау,  шаймалы  ерітіндінің  даярлау  түйіні,  өнімді  ерітіндінің 

қабылдаудың түйіні, Modicon M340 программалы логикалық контроллері (ПЛК), ПИД-реттеуіш. 

 

Samigulina Z.I., Burkashev F.S., Ordieva D.B., Bakiro M.Sh.

 

Automating the process of extraction and production of uranium on the modern industrial equipment 

Summary.  Article is devoted to the development of the automatic control process of uranium mining by 

underground leaching method, which provides job of knot preparation leaching solutions and receiving portion 

productive solution in automatic and manual modes. The programmable logical controller of Schneider Electric 

(Modicon M340) company is running  Unity Pro software was used as the manager of process. Control of down hole 

pump engine with frequency converter in Unity Pro is delivered with the PID-controller. The developed system is a 

hardware and software system that significantly improves the quality of the uranium production process and reduce 

energy costs by controlling the operating modes of a down hole pump. 

Key words: In-situ leaching,  knot of preparation of the leaching solution, receiving node of productive solution, 

programmable logic controller (PLC) Modicon M340, PID controller. 

 

 

УДК  04:86 

 

Самигулина З.И.,  Ширяева О.И., Самигулин Т.И. бакалавр,   

Журавков А.Д. бакалавр 

Казахский национальный технический университет имени К.И.Сатпаева  

г.Алматы, Республика Казахстан  

zarinasamigulina@mail.ru, shir_olga@yahoo.com 

 

К ВОПРОСУ ИДЕНТИФИКАЦИИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ 

АЭРОКОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА 

 

Аннотация.  В  данной  статье  приводятся  результаты  исследования  по  изучению  современных  методов 

идентификации систем управления аэрокосмическими аппаратами. Разработан алгоритм настройки параметров 

с  использованием  модели  параллельного  типа  на  базе  нелинейной  математической  модели.  Полученный 

алгоритм  идентификации  системы  управления  космическим  аппаратом  реализован  в  пакете  прикладных 

программ MATLAB.  Разработана  программа,  реализующая  оптимальную  траекторию  движения  реактивного 

ускорения  космического  аппарата  и  алгоритма  идентификации  системы  управления  в  среде MATLAB с 

использованием пользовательского интерфейса. 

жүктеу/скачать 20,3 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: