SISAK快化分离装置控制系统的研制

　　AKUFVE法短寿命同位素分离研究技术( Short-lived Isotopes Studies by theAKUFVE technique,简称SISAK)是国内外目前应用最广泛的快化分离技术之一,在裂变产物、超重元素、远离β稳定线的非稳核研究方面有着广泛的应用[2]。中国原子能能科学研究院计量测试部建立了国内第一套SISAK分离装置[1],整个分离流程如图1。

　　裂变靶室在反应堆孔道中经中子辐照产生的裂变产物,用气体射流反冲传输(Gas-jet re-coil transportation)技术由一根毛细管带到化学分离室,利用多级高速离心萃取器根据核素间半衰期的差异对短寿命核素进行快速化学分离。然后利用“萃取色层”原理[6]分离出目标核素。最后收集到的溶液用高纯锗谱仪进行分析或者通过快速制源后进行准确的物理测量。

　　由于本装置分离的核素寿命短(秒级),放射性剂量高,为了确保在很短的时间内完成全部实验工作,整个过程必须实现自动控制。

　　本文介绍我们研制的基于LabVIEW以S7-200 PLC为核心的SISAK自动控制系统及其操作运行软件。

　　1　分离控制系统

　　1·1　控制方案

　　本分离装置须控制3个输液泵和7个电磁阀(见图2),说明如下。

　　输液泵控制:脱气装置和各级离心萃取器试剂溶液的进样分别由三个输液泵完成。根据分离条件,试剂溶液流量的控制范围为1~20ml/min。输液泵的电动机选用德国GEGEGpg-5230直流有刷电机,额定电压24V,额定功率25W。直流电机的工作电压在0~15V之间连续可控,就能控制直流电机的转速,从而实现进液量的控制。

　　电磁阀控制:根据核素的半衰期以及相应的分离方法,从裂变靶室出来的气体流量的控制范围为0.5~3L/min。先手动调节气体流量计到实验需要的气体流量,然后通过气体电磁阀控制裂变产物的传输和液相的回流;色层柱中,待萃液、淋洗液和解吸液的进入,浓缩液的收集以及加压和抽真空都通过控制液体电磁阀的开关实现。

　　选用西门子CPU224和模拟量输出扩展模块EM232输出控制电压给直流电机。而电磁阀则直接由PLC的I/O进行控制。上位计算机用LabVIEW图形化编程软件编制控制界面,主机和从机之间采用自由通讯协议,在LabVIEW中采用串口通讯函数编程实现计算机和PLC完成它们之间的串口通讯,最终实现整个装置的自动化。整个控制系统硬件和结构框图如图3所示。

　　1·2　控制系统软件设计

　　由于系统要对模拟量和开关量进行控制，因而要对开关量和模拟量进行编程;同时要实现上下位机的通讯(PC-PLC),PC和PLC的串口控制也要根据通信协议编程。本系统PLC软件采用模块化的方法设计,把整个任务分成许多个子任务,通过子程序实现。主程序:根据CPU模式开关的状态,定义不同的通讯口,并根据不同的控制条件调用不同的子程序。