авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Корпоративные системы автоматического управления и оптимизации технологических процессов в схеме производства стали шихтоподготовка – электросталеплавильные переделы – внепечная доводка стали

-- [ Страница 1 ] --
Учреждение Национальный исследовательский технологический университет «Московский институт стали и сплавов»

На правах рукописи

Ишметьев Евгений Николаевич Корпоративные системы автоматического управления и оптимизации технологических процессов в схеме производства стали «шихтоподготовка – электросталеплавильные переделы – внепечная доводка стали» Специальность 05.13.06 – «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами» (в металлургии)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2010 г.

Работа выполнена на кафедре «Компьютерные информационные и управляющие системы автоматики» Национального исследовательского технологического университета «Московский институт стали и сплавов».

Научный консультант: Заслуженный деятель науки России, доктор технических наук, профессор Салихов Зуфар Гарифуллович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Климовицкий Михаил Давыдович Заслуженный деятель науки России, доктор технических наук, профессор Лисиенко Владимир Георгиевич Заслуженный деятель науки России, доктор технических наук, профессор Раннев Георгий Георгиевич

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук «Институт проблем управле ния им. В.А. Трапезникова РАН (ИПУ РАН), г. Москва

Защита состоится «15» декабря 2010 г. В 14-00 на заседании Диссертационного совета Д 212.132.07 при Национальном исследовательском технологическом университете «Мос ковский институт стали и сплавов» по адресу: 119049, г.Москва, Крымский вал, д. 3, аудито рия К-

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального исследовательского тех нологического университета «Московский институт стали и сплавов».

Автореферат разослан « 2010 г.

»

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, профессор Е.А.Калашников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В технологической схеме «шихтоподготовка – электросталеплавильные переделы – внепечная доводка стали» не решены задачи автоматической оптимизации управления про цессами вакуумирования стали циркуляционным способом, шихтоподготовки заданного со става и управления энергетическими и температурными режимами процессов в электроме таллургических печах переменного тока (ДСП), которые в условиях роста цен и дефицита энергоносителей остаются важными и актуальными до настоящего времени.

Сложность их решения и практической реализации состоит в том, что с одной сторо ны отсутствуют надежно функционирующие и безопасные в эксплуатации датчики непре рывного контроля температуры жидкой стали, футеровок и состава исходного сырья, с дру гой – отсутствие исследований по созданию САУ обеспечивающих высокую эффективность управления и оптимизации процессов внепечной доводки и циркуляционного вакуумирова ния стали при существенной нестационарности рабочих характеристик и их дрейфа под воз действием неконтролируемых возмущений.

Нерешенность перечисленных актуальных задач по автоматизации и оптимизации управления процессами переработки стали в ДСП и печь-ковше в совокупности с актуаль ными научно-техническими задачами шихтоподготовки для производства агломерата, чугуна и/или окатышей с минимизацией их себестоимости за счет сокращения расхода кокса и дру гих теплоносителей, а также за счет создания прогрессивных датчиков технологических па раметров, САУ и оптимизации рассматриваемых технологических переделов внепечной до водки стали – представляют при автоматизации современного производства стали внутренне связанную, единую актуальную научно-техническую проблему.

Данная диссертация посвящена решению этой важной и актуальной научно технической проблемы – энергосбережения, повышения производительности и безо пасности обслуживания агрегатов при производстве стали за счет создания прогрес сивных корпоративных систем автоматического управления и оптимизации техноло гических процессов в мощных агрегатах в сквозной технологической схеме «шихтопод готовка – электросталеплавильные переделы – внепечная доводка стали». Исследова ния и решения приведены к объектно ориентированным условиям ОАО «ММК» – одного из флагманов металлургии России.

Цель диссертационной работы. Целью диссертационной работы является обобще ние практики оптимизации и автоматизации, разработка новых методов и средств получения достоверной информации технологических параметров и на их основе, разработка, испыта ние и внедрение новых моделей, алгоритмов, принципов построения и оптимизации САУ, -2 обеспечивающие энергосбережение, повышение производительности и безопасности обслу живания мощных агрегатов в сквозной технологической схеме «шихтоподготовка – электро сталеплавильные переделы – внепечная доводка стали».

Для достижения цели диссертационной работы авторам сформулированы следующие основные задачи исследования и решения:

– обобщить результаты анализа методов синтеза автоматических систем управления (САУ) технологическими процессами в сквозной схеме «шихтоподготовка – электросталеплавиль ные переделы – внепечная доводка стали», обеспечивающие разработку прогрессивных на учно обоснованных методов, принципов и технических решений по автоматизации, внедре ние которых может внести значительный научный вклад в решение сформулированной акту альной проблемы;

– научно обосновать несовершенство существующих ГОСТов и технологических инструк ций по отбору проб и расчету химического состава шихтовых материалов и прогрессивность создания промышленного автоматического комплекса (ПАК) для непрерывного и достовер ного контроля химического и количественного состава каждого вида железорудного сырья (ЖРС) в мощном движущемся его потоке, а также дать оценку эффективности использова ния ПАК в составе разрабатываемой корпоративной АСУ-ТП мощной агломашины ОАО «ММК»;



– исследованиями подтвердить перспективность использования методов синтеза поисковых экстремальных САУ и оптимизации металлургических процессов в мощной электродуго вой печи переменного тока (ДСП) без нулевого провода и создать инженерные основы для их реализации: разработать математические модели, алгоритмы, выбрать научно обоснованные технологические параметры и критерии для оптимизации энергетических и тепловых режимов переработки исходного сырья в ДСП и оптимизации процессов внепеч ной доводки стали в агрегате печь-ковш (АПК) и циркуляционного рафинирования;

– создать базовые принципы синтеза корпоративных автоматических систем оптимального управления технологическими процессами в мощных ДСП переменного тока и циркуляци онного вакуумирования стали;

– доказать работоспособность, эффективность разработанных автоматических средств не прерывного измерения технологических параметров и перспективность различных принци пов построения корпоративных САУ и оптимизации, созданных с использованием новых средств автоматического контроля, математических моделей и алгоритмов с учетом дрейфа статических характеристик управляемых объектов под воздействием неконтролируемых возмущений.

-3 Методы исследования. При выполнении исследований использованы: методы теории информационных средств;

автоматического управления;

оптимизации и моделирования сложных систем;

теории подобия размерностей;

теории и практики тепловизионного контро ля технологических параметров в металлургии;

принципы пассивных и активных экспери ментов;

методы исследования на математических и физических моделях.

Достоверность, эффективность и работоспособность разработанных математиче ских моделей, алгоритмов, методов и средств автоматического контроля технологических параметров, корпоративных САУ и оптимизации режимами электродуговых сталеплавиль ных агрегатов и циркуляционного вакуумирования – оценивались исследованиями на разра ботанных математических и физических моделях, длительными испытаниями и внедрением на ОАО «ММК», ОАО «ЗМЗ» и ряда других предприятий Достоверность и прогрессивность новизны технических решений подтверждены 5-ью патентами на изобретения РФ, созданные с участием автора.

Научную новизну работы составляют:

– результаты обобщения анализа теоретических и практических принципов построения САУ и оптимизации технологическими процессами в сквозной схеме «шихтоподготовка – элек тросталеплавильные переделы – внепечная доводка стали», которое заключается в выявле нии наличия общих для всех процессов автоматизации свойств, а именно –– статические характеристики всех технологических процессов рассматриваемой в работе схемы производ ства стали имеют унимодальную экстремальную зависимость между управляющими и управляемыми параметрами, экстремум которых непрерывно дрейфует под воздейст вием неконтролируемых возмущений, что является основанием для признания перспек тивности создания корпоративных адаптивных САУ, обладающих свойствами динамическо го поиска и поддержания экстремальных и оптимальных режимов функционирования про цессов в сквозной технологической схеме производства стали;

– методология научного обоснования и доказательств несовершенства применяемых ГОСТов и инструкций по отбору проб и контролю химического состава и количества каждого вида ЖРС с усреднением в мощном его потоке (до 500 тонн/час), заключающаяся в определении частоты отбора, суммарной массы отобранных проб из условия удовлетворения критериям достоверности результатов контроля с учетом инерционности процесса металлургической переработки мощного потока шихты;

– на уровне изобретения России (патент № 2373527 Бюлл. изобретений № 32 от 20.11.2009 г.), разработан новый промышленный автоматический комплекс (ПАК) для непрерывного контроля химического состава и количества каждого вида ЖРС в мощном по токе на движущейся транспортерной ленте, обеспечивающий повышение точности контроля -4 не менее чем в 2,5 раза, быстродействия в 5 раз и достоверности 98 % (установлено, что дей ствующие аналоги имеют достоверность до 70 – 80 %);

– алгоритмы функционирования созданных ПАК, корпоративных САУ энергетическими и температурными режимами, САОУ и алгоритм подпрограммы формирования сигналов ин формации о химическом и количественном составе каждого вида сырья ЖРС в бункере, а также алгоритм формирования аварийных сигналов, автоматически вынуждающих разгрузку расходного бункера;

– результаты разработки и проведения промышленных испытаний предложенной автором корпоративной АСУТП-АФ4, главную обратную отрицательную связь, включающую соз данный ПАК с алгоритмами его функционирования и с подтверждением высокой точности (±2 %) автоматического поддержания основности готовой шихты, что обеспечивает сниже ние расхода кокса на 1,0 %;

– результаты теоретических исследований, доказывающие, что для автоматической оптими зации электрического режима АПК с 3-х фазной ДСП переменного тока, целесообразно реа лизовать корпоративную САУ по двухконтурной схеме с использованием стабилизирующего и оптимизирующего контуров САУ, а в качестве целевой функции – максимальную произ водительность АПК. При этом установлено, что с использованием разработанной комплекс ной математической модели электрической дуги и исполнительного гидравлического меха низма привода электрода ДСП в качестве стабилизируемого электрического параметра пред почтительно использовать напряжение дуги или величину полного сопротивления короткой цепи, т.к. только в этих случаях исключается нежелательное взаимовлияние падений напря жений на дугах фаз;

– обоснование перспективности предложенного программно реализованного варианта кор поративной динамической поисковой системы автоматической оптимизации управления (САОУ) шагового типа, обеспечивающего удовлетворительные показатели качества в усло виях действия стохастических и трудно прогнозируемых возмущений;

– результаты исследования процессов оптимизации управления энергетическим режимом АПК на разработанных математических и физических моделях с подтверждением эффектив ности работы универсального программно реализованного варианта САОУ, а именно – дока зано сокращение времени изучения работоспособности и эффективности САОУ не менее чем в 4 раза по сравнению с испытаниями на реальном объекте и возможность использова ния его в качестве тренинговой установки для операторов и наладчиков;

– результаты научного обоснования выбора эффективных параметров оптимизации циркуля ционного рафинирования стали, а именно – в режиме вакуумно-кислородном рафинирова нии (ВКР) в качестве оптимизируемого параметра эффективно принять величину давления в -5 вакуум-камере при постоянной пониженной производительности вакуумных насосов, а в ре жиме основного вакуумирования «ВАК» в качестве оптимизируемого параметра целесооб разно принять величину расхода отходящих из вакуум-камеры газов, удаляемых из металла при максимальной производительности пароэжекторных насосов;

– доказана высокая эффективность использования синтезированной универсальной двухкон турной системы управления процессом циркуляционного вакуумирования, оптимизирующий контур которой функционирует с разработанными поисковыми алгоритмами экстремального регулирования, а при синтезе оптимизирующего алгоритма экстремального регулирования в качестве информационного входного сигнала использована скорость изменения оптимизи руемого параметра и предложенный принцип подачи управляющего воздействия на останов ку ИМ в момент достижения экстремума изменения скорости оптимизируемого параметра.

Установлено, что такой принцип компенсирует негативные влияние инерционности и запаз дывания оптимизируемого процесса на эффективность функционирования и исключает пе риодический режим работы поисковой динамической САОУ технологическим процессом;

– принцип построения корпоративной САУ – ДСП, заключающийся в том, что при синтезе оптимизирующего алгоритма управления перспективно использовать статистической метод экстремального регулирования на основе нечетких функций, обеспечивающий формирова ние управляющего значения коэффициента корреляции между случайными величинами:

входным поисковым управляющим воздействием и откликом на это воздействие оптимизи руемого параметра технологического процесса;

результаты, полученные математическими и физическими исследованиями программной реализуемости и работоспособности корпоративной (универсальной по структуре) САОУ при использовании реальных технических средств компьютерной автоматики, подтвердив шие прогрессивность предложенных методов поисковой динамической оптимизации управ ления инерционным с запаздыванием процессов циркуляционного вакуумирования на раз личных режимах внепечной доводки стали;

– разработанные, теоретически и экспериментально обоснованные два новых метода по строения САУ температурным режимом жидкой стали в мощных электродуговых АПК, при чем:

• первый из них адаптирован к условиям доводки стали в мощных АПК, ориентирован ный на программную реализацию с использованием микропроцессорного управляющего контроллера и расчетный способ контроля текущего температурного состояния жидкой стали с использованием многозонной термопары, установленной внутри футеровки ДСП;

-6 • второй метод основан на самонастройке жестко заданных программных параметров процесса внепечной доводки стали, при одновременной адаптации экстремальных характе ристик печного трансформатора по критериям минимизации времени пребывания жидкой стали под током дуги электродов, поиска и поддержания на них максимальной мощности в условиях неконтролируемых возмущений. Предложенный подход реализован на САУ мощ ной электродуговой АПК, для которой теоретически получены функционалы критериев управления и оценки эффективности, а также функции переключения ступеней печно го трансформатора по прямым непрерывным тепловизорным измерениям температу ры жидкой стали и остаточной толщины огнеупорной футеровки ДСП в зоне электро дуг фаз (патенты России: № 2366936 – опубл. в Бюлл. № 25 от 10.09.2009 г.;

№ 2368853 – Бюлл. № 27 от 27.09.2009 г., а также патенты по заявкам: №2009125355 от 03.07.2009 г. и №2010112817 от 05.04.2010 г.);

– результаты испытаний и реализации обоих методов подтвердившие:

• первый метод обеспечивает точность измерения и управления температуры жидкой стали ±13 °С (типовая термопара разового пользования гр. ТПП имеет точность ±22,5 °С), но имеет достаточно низкое быстродействие;

• второй метод обеспечивает: безопасность и высокое быстродействие;

непрерывное измерение и управление температуры жидкой стали с точностью ±8,5 °С;

снижение тепло вых потерь на 5…8%, удельных затрат электроэнергии на 3…4%, увеличение производи тельности АПК на 1,5…2% за одну загрузку АПК, а также многократно упрощает непрерыв ный автоматический контроль огнеупорной футеровки АПК одним тепловизором.

В диссертации с единых позиций ТАУ нестационарными процессами одновременно разработаны новые автоматические средства прямого автоматического контроля параметров технологических процессов в схеме «шихтоподготовка – электросталеплавильные переделы – внепечная доводка стали», и на их основе созданы научно обоснованные прогрессивные системы автоматической оптимизации и управления с учетом экстремальных и дрейфующих характеристик управляемых процессов, внедрение которых решает важную актуальную научно-техническую проблему обеспечения безопасности обслуживающего персонала, снижения электроэнергии, кокса, повышения производительности агрегатов и оптими зации режимных параметров технологических переделов в сквозной схеме производст ва стали.

Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов. Достоверность по ложений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами математиче ского моделирования, длительными испытаниями и внедрением разработанных корпоратив ных САУ энергетическим, температурным и оптимизационным режимами процессов на от -7 дельных (корпоративных) участках схемы производства стали в ряде крупных предприятий.

Достоверность новизны и прогрессивности технических решений подтверждены патентами на изобретения, в том числе – международных.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Реализация результа тов исследования обеспечивает снижение: расхода кокса на 1,0 %, расхода электроэнергии на 1,5 % и времени плавки не менее на 2 % за одну плавку;

обеспечивает достоверность непре рывного контроля химсостава ЖРС не менее (95-98) %, автоматическое поддержание задан ного показателя ровности агломерата по основности 1,0 % абс., исключает опасные для жиз ни процедуры замера температуры жидкой стали и только за счет исключения использования платинородиевых термопар дает экономический эффект 120 млн. рублей в год (по России).

Результаты диссертации использованы в действующей схеме производства стали «шихтоподготовка – электросталеплавильные переделы – внепечная доводка стали», а также в проектно-технической документации при модернизации корпоративных участков схемы на ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» и в проектах создания автоматизиро ванной технологии производства селикомарганца в ЗАО «КонсОМ СКС».

Результаты исследования автора используются в учебном процессе: МГТУ им. Носова Г.И. при чтении курсов «Автоматизация технологических процессов и производств» и «АСУ ТП металлургических процессов»;

МГОУ при чтении курсов «Основы автоматизации и АСУ ТП в металлургии»;

Национального исследовательского института «МИСиС» при чтении курсов «Информационные технологии и основы автоматики», «Диагностика и неразрушаю щий контроль (тепловизионный) эксплуатационного состояния металлургического оборудо вания». Акты – в Приложениях.





Апробация работы. Основные положения и выводы обсуждались на:

• 11–ти международных конференциях и симпозиумах;

• 6–ти совместных заседаниях кафедр по автоматизации и на НТС промышленных металлургических предприятий.

Связь исследований с научными программами:

Исследования велись по планам НИР и ОКР ОАО «Магнитогорский металлургиче ский комбинат» (темы № 144300, № 153208, № 161564, № 180795), докторантуры НИТУ «МИСиС» в рамках научной школы «Заслуженного деятеля науки России», д.т.н., профессо ра Салихова З.Г. – зарегистрированной Минобразованием и науки РФ (№ НШ – 3344.2006.8) с наименованием «Теория и методы автоматизированного управления металлургическими процессами и производствами», а также распоряжения Правительства России № 1234-р от августа 2003 г., утвердившим «Энергетическую стратегию России на период до 2020 года».

-8 Публикации. По теме диссертации опубликовано 39 печатных работ, в том числе входящих в перечень ВАК: 18 статей в рецензируемых журналах, 2 – монографии и 5 патен тов на изобретения России, два из которых – европатенты.

Личный вклад соискателя. Выносимые на защиту научные положения разработаны соискателем лично. В работах по теме диссертации, опубликованных в соавторстве, лично соискателем разработаны: в [1, 2 и 18] – инженерные основы расчета быстродействия обмена информацией в управляющей системе и научно обоснованный выбор параметра для оптими зации электрического режима ДСП переменного тока;

в [3, 4, 5, 38, 18] – проведено исследо вание оптимального управления процессом циркуляционного вакуумирования и обоснова ние структуры динамической оптимизации на основе обобщения анализа теории и практики автоматизации процессов в рассматриваемой схеме производства стали;

в [6, 18, 14, 16] – ме тод, выбор входных и выходных параметров оптимизации энергетического режима ДСП, а также разработка комплексной модели плавки металлов в 3-х фазной ДСП;

в [11, 12, 17, 18] – предложил новый принцип построения САУ – информационные датчики температуры жид кой стали, блок схемы, алгоритмы, ограничения управляющих координат состояния ДСП;

в [20 и 19] – 70 % в первой и соответственно 25 % во второй монографии результаты исследо ваний соискателя;

в [20, 21, 22-25 и 37] – разработал принципы формирования информаци онных сигналов и дал научное обоснование прогрессивности построения на их основе кор поративных САУ тепловыми и энергетическими режимами АПК (ДСП + ПК);

в [8, 13, 15, 37] – научное обоснование необходимости создания ПАК, разработка алгоритмов и блок схем модулей функционирования ПАК, включая методики тарировки испытания и внедрение с оценкой эффективности САУ на основе ПАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключе ния, списка литературы из 176 наименований и приложения, изложенных на 417 страницах (без приложений на 70 страницах), содержит 114 рисунков и 19 таблиц.

Краткое содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сделан обобщающий вывод по анализу состояния техники, сформулированы актуальная научно-техническая проблема по объекту, цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость работы, представлены основные положения и научно значимые выводы, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ методов и принципов разработки информационных средств контроля, моделей и САУ процессами в схеме «шихтоподготовка – электродуговые переделы – внепечная доводка стали», а также методов снижения интегральной себестоимо сти стали в этой сквозной схеме производства стали, характеризующаяся корпоративно -9 функционирующими агрегатами с многоцелевыми функциями и дрейфующими координата ми состояния при неконтролируемых возмущениях.

Эффективная автоматизация шихтоподготовки и оптимизация последующих переде лов в рассматриваемой схеме производства стали очевидно не могут быть решены без при менения промышленных автоматических комплексов достоверного непрерывного контроля технологических параметров на мощной линии производства стали.

Стандартные лабораторные методы определения состава железосодержащего сырья (ЖРС) трудоемки и длительны. К тому же имеются проблемы обеспечения безопасности при ручном отборе и подготовке проб ЖРС для анализа. При существующих способах массовой выплавки стали традиционными методами невозможно получить сталь без содержания в металле О2, Н2, N2. Наличие этих газов в стали в большинстве случаев приводит к сниже нию ее качества. Поэтому снижение растворенных в металле газов обеспечивается вакуум ной обработкой стали. Для уменьшения количества электрической энергии потребляемой АПК рекомендуется использовать пенистые шлаки, решение вопроса контроля высоты которых до настоящего времени не решены.

В отечественной металлургии, благодаря простоте технической реализации, в основ ном используются для питания АПК трехфазные цепи без нулевого провода. Это требует убедительного обоснования при выборе стабилизируемого параметра, критериев и парамет ров оптимизации управления энергетическим режимом АПК.

Анализируя графики на рис. 1.7 * отмечаем, что 1 – график изменения максимальных значений PД[IД()]max лежит выше 2-ой траектории PД[IД()] – рекомендуемой традиционно директивными технологическими инструкциями, причем, обе траектории дрейфуют под влиянием изменения напряжения ПТ. Явления дрейфа характеристик и параметров прису щи также агрегатам циркуляционного вакуумирования.

В таких условиях наиболее прогрессивными методами оптимизации управления технологическими процессами следует считать поисковые методы.

Анализ взаимосвязей контролируемых параметров электрического режима АПК пока зывает, что зависимость активной мощности дуги от тока или импеданса – нелинейна и име ет явный унимодальный вид и доступна для непрерывного контроля, а следовательно, ее можно принять в качестве оптимизируемого параметра при синтезе САУ энергетическим режимом АПК переменного тока.

Построение и функционирование современных систем управления основными техно логическими процессами в схеме «шихтоподготовка – электросталеплавильные переделы – внепечная доводка стали» основано на прогнозировании и оценке величины отклонения па * номера рисунков, формул и таблиц соответствуют обозначениям в самой диссертации - 10 раметров технологического процесса. Из анализа состояния техники следует, что в рассмат риваемой технологической линии действуют существенные неконтролируемые возмущения, обуславливающие дрейф статических и динамических характеристик всех процессов с уни модальным экстремумом. Поэтому, на первом этапе автоматизации рассматриваемой линии производства стали целесообразно строить корпоративные – универсальные по структуре САУ для каждого участка линии, что обеспечит накопление статистических данных для установления закономерностей связей между ними и в перспективе создать системы управ ления со структурами, отвечающими требованиям максимальной эффективности функцио нирования АСУ производством стали. Этот метод можно рассматривать как новое перспек тивное направление науки в области развития подходов автоматизации электродуго вых процессов.

Рис. 1.7. Зависимости величины мощности выделенной в электрических дугах PД[IД()] от тока дуги IД() для АПК-375 ККЦ ОАО «ММК» для различных величин (ступеней) напряжения ПТ.

Во второй главе диссертации на основе анализа большого объема результатов экспе риментальных исследований, проведенных соискателем на АФ4 ОАО «ММК», доказано, что ГОСТ № 15054-80 и технологическая инструкция ТН101-ГОП-8-2003 при современных мощных и интенсивных потоках сырья для производства чугуна и стали с использованием ЖРС не позволяют получить достоверные и быстродействующие информационные потоки для стабилизации желаемого состава шихты. Показано также, что эту задачу физически и экономически нецелесообразно решать только за счет расширения количественного состава заводской лаборатории химического анализа, т.к. будут сглажены высокочастотные колеба ния состава исходной шихты и САУ не сможет обеспечить необходимую точность управле - 11 ния процессом подготовки шихты. Автором выдвинута идея создания прогрессивного техни ческого решения этой задачи на основе рентгено-флуоресцентного метода (РФА) измерения состава ЖРС на движущемся мощном потоке. Реализующий этот метод – производственный автоматический комплекс (ПАК) предусматривает определение неразрушающим способом среднего химического состава и количества сыпучих материалов, движущихся на ленте конвейера, и автоматическое управление дозирующими устройствами, как составной ча стью АСУ ТП отделения шихтоподготовки. Только ПАК позволяет непрерывно определить химический состав ЖРС с погрешностью (±0,3 ±0,8) %.

Описание состава и принципа работы ПАК приведены в патенте автора на изо бретение РФ №2373527 [21].

Разработаны для ПАК: методика градуировки;

специальные алгоритмы и программ ное обеспечение (ПО), внедренные на ОАО «ММК».

На основании положительных испытаний и внедрения ПАК, создана корпоративная АСУТП – АФ4 (рис. 2.5.1) с использованием ПАК в ее составе, алгоритмов, математических зависимостей и моделей;

программ и инструкций автоматизированной тарировке ПАК и ав томатической корректировке основности агломерата и окатышей.

На вход АСУТП-ШО подаются заданные или регламентные значения расхода шихты ш зад с расчетными значениями ее компонентов и из условия обеспечения регламентных Xн значений основности готовой шихты ЖРС B ш и агломерата Bаг, а также основности шлака зад зад доменной печи B зад. Сигналы РФА – рентгенофлуаресентного анализа проб ЖРС на движу дом щемся конвейере, непрерывно в блоке МОХА преобразуются в %-ое содержание текущих компонентов шихты от X1i до Xni и через 1-ый контроллер обработки сигналов ПАК переда ются на соответствующие входы основного сервера АСУТП-АФ4. Усредненные значения количества этих же компонентов X шi поступают в базу данных УСД-АФ4. На другие входы н основного сервера АСУТП-АФ4 поступают информационные сигналы химического анализа основности i-го номера пробы агломерата Bфакт и шихты в j-й момент времени Biфакт.

ia j шj Основной сервер АСУТП-АФ4 и УСД-АФ4 вырабатывают управляющие задания для АСУТП-ШО, которая в свою очередь преобразует их в управляющие воздействия U1, U2, U3, …, Un-1, Un для исполнительных механизмов дозаторов. Локальные регуляторы расхода ком B аг = B аг В ia (i ) min зад факт понентов ЖРС стабилизируют их расход из условия, при B ш = B ш В i ш j (i ) min зад факт X нi (i).

ш зад ш Xн - 12 - 13 В данном случае Вфакт (i ) и Вiфакт (i ) – определяют химическим анализом в ЦХД, а зна шj ia чения Bш и Bаг – расчетами с использованием математических моделей и программ, за ложенных в составе сервера АСУТП-АФ4.

В качестве априорных информаций вводятся в УСД-АФ4 также заданные и текущие ш ш зад значения X н, Bаг, B зад, Bш и непрерывно туда же вводятся X нi (i ), B i ш (i ), X1-n (i), зад зад дом B дом (i ) и U 1-n.

Сигналы ПАК о компонентах ЖРС на конвейере, выраженные через X1i, X2i, …, X(n-1)i, ш Xni и их количестве X н (i ), через 1-ый контроллер поступают в сервер АСУТП-АФ4 и в со ответствии с систематизированными автором математическими зависимостями между ос новностью готовой шихты B1 ш (i ) и количества компонентов ЖРС (приведенных в п.2.2. диссертации) вычисляются значения управляющих воздействий U1, U2, U3, …, Un-1, Un на ис полнительные механизмы дозаторов. В АСУТП-ШО заложены также регулирующие локаль ные системы, вырабатывающие U1-n изменяющиеся по ПИ и ПИД законам по величине от клонения B i ш (i ) от заданной основности шихты B iзад (i ), в реальной САУ – от B факт (i ). Если iш ш за заданное время (не более 1/3 времени обжига ЖРС на агломашине) не наступает равенство B iфакт (i ) = B iзад (i ), то включается контрольная автоматическая тарировка ПАК путем подачи ш ш ш зад эталонных эквивалентов компонентов ЖРС на конвейере в i-ое время X1 - n при X н, срав Э нения их с аналогами X(1-n)i –сигналами ПАК за то же i-ое значение времени. Результаты сравнения этих параметров X(1-n)i и по их величине и полярности, через контроллер кор ректировки показаний ПАК, изменяют настройку параметров 1-го контроллера до заданной трубки ошибок показаний ПАК.

Промышленные испытания корпоративной АСУТП – АФ4 с использованием в ее со ставе ПАК и алгоритмов подтвердили высокую точность (±2%) автоматического поддержа ния заданной основности агломерата и окатышей и обеспечивает снижение расхода кокса на 1,0 % в доменном производстве чугуна.

Третья глава диссертации посвящена синтезу автоматической системы оптимизации управления (САОУ) энергетическим режимом электродугового агрегата печь-ковш (АПК).

В качестве оптимизирующего параметра в САОУ энергетическим режимом использовано текущее значение электрической мощности, выделяемой в дуге PД(), а в качестве управ ляющего воздействия использовано перемещение электрода. Конкретная реализация предла гаемой САОУ энергетическим режимом исследована на примерах АПК-385 ККЦ ОАО «ММК». Задача оптимизации управления режимом энергопотребления предложено решать с - 14 Рис. 3.2. Функциональная схема взаимодействия подсистем блока «Регулятор» использованием совместной работы 2-х подсистем блока «Регулятор» (рис. 3.2):

– подчиненной системы стабилизирующего управления положением электрода каж дой фазы (СР);

– командной поисковой системы оптимизации (ОР), осуществляющей коррекцию за дания СР.

Взаимодействие подсистем СР и ОР представлена на рис. 3.2.

Основной задачей СР является минимизация отклонения между заданными Z и теку щими параметрами электрического режима.

Входными параметрами СР являются текущие значения токов IА,В,С, напряжений UА,В,С и активной мощности PА,В,С по фазам ПТ.

При разработке комплексной математической модели использована схема замещения трехфазной цепи переменного тока (рис. 1.3) и принцип Касли.

Неконтролируемые переменные параметры r, Lтр, Lc,,, в процессе внепечной до водки стали в АПК могут непредсказуемо изменяться, т.е. оказывать параметрические возму щения на энергетический режим.

Выходными величинами модели являются эффективные значения фазных токов, на пряжений и значений активных мощностей, потребляемых в каждой фазе электродугового технологического агрегата.

- 15 uА В 2Л uА С 2Л uВ С 2Л Рис. 1.3. Схема замещения трехфазной вторичной цепи ПТ АПК:

Lтр – индуктивность вторичной обмотки ПТ трансформатора;

Lр – индуктивность реактора А С В (если он используется в схеме);

Lc – индуктивность короткой цепи;

rд, rд, rд – соответст А В С венно активные сопротивления дуг каждой фазы;

U д, U д, U д – падения напряжения на А В С дугах фаз;

iA, iB, iC – мгновенные текущие значения величины токов в фазах;

u 2л, u 2л, u 2л – мгновенные линейные напряжения фаз.

Получена математическая модель 3-х фазного ПТ для питания ДСП переменного тока без нулевого провода:

di A 1 AB 2i A i B i A + i B 2u 2 + 2u 2 3r i A + B = AB A ;

d 3L gC g g di B 1 BC 2i B i A i A + i B u u AB 3r i B + = ;

d 3L g 2 B A C g g iC = i A i B ;

(3.17) (i A ) g A ;

dg A = A d g ( + I A ) Д (i B ) g B ;

dg B = B d g ( + I B )2 Д (i C ) g C, dg C = C d g ( + I C )2 Д - 16 здесь gA, gB, gC соответственно проводимости дуг фаз А, В, С трехфазной цепи переменного тока при соединении нагрузок (дуг) по схеме «звезда», а тр, р – ступени ПТ и длины дуг в А С В каждой фазе lд, l д, l д, длина дугового промежутка lд, равна lд = hп + Smax – lэл – hм – S, (3.30) где hп – расстояние от крайнего нижнего положения электродержателя относительно днища сталеразливочного ковша;

Smax – максимальный ход электродержателя;

lэл – длина электрода фазы;

hм – уровень жидкого металла в сталеразливочном ковше;

S – текущее положение элек тродержателя.

Рис. 3.4. Структурная схема модели гидравлического привода электрода фазы Блок В1 – модель сервоклапана, аппроксимированная пропорциональным звеном с на сыщением. Блок В2 – модель гидроцилиндра, в виде интегрирующего звена, где КИМ выража ет общий коэффициент передачи блоков В1 и В2 реализованных программно в линейной об ласти блока В1. Физически коэффициент передачи КИМ равен величине скорости ИМ (dx/d), приходящейся на единицу управляющего напряжения U.

Блок В3 – система «электрододержатель–электрод» как колебательное звено с парамет рами Т и, где Т – постоянная времени, характеризующая инерционные свойства механиче ской системы;

а – степень затухания колебаний в системе.

Сумматоры S1 и S2 для расчета дугового промежутка lд (3.30), а, – флуктуация длины дугового промежутка.

Достоинством и отличительной чертой предложенной в данной работе математической модели является ее программная реализация в едином блоке с моделью исполнительного устройства перемещения электрода с учетом динамических свойств массивной конст рукции электродержателя и электрода в каждой фазе [6, 7, 8, 11, 19].

При синтезе стабилизирующего регулятора в САОУ энергетическим режимом (см. рис.

3.2) передаточную матрицу объекта управления Wоб(S) можно выразить соотношением (3.31) Wоб(S) = Wк(S) WИМ(S), (3.31) где WИМ(S) – диагональная передаточная матрица исполнительных устройств;

- 17 Wк(S) – передаточная матрица электрического контура, определяемая выражением (3.32) Wк ( S) = Wiкj ( S), (3.32) где Wij (S) – передаточная функция i-го входа (длина дуги i-ой фазы) j-ому выходу (контро к лируемому параметру j-ой фазы);

i = 1, 2, 3;

j = 1, 2, 3.

Синтез программной реализации автономного регулятора многосвязного объекта управления, несмотря на использование типового ПИ-закона, представляет сложную задачу, в определении передаточной матрицы регулятора в виде Wр(S) = Wоб(S) Wз(S) [E – Wз(S)], (3.33) где Wр(S) – передаточная матрица регулятора;

Wз(S) – диагональная передаточная матрица замкнутого контура (необходимое условие автономности управления);

Е – единичная матри ца.

Программная реализация цифрового контура стабилизации электрического пара метра на базе микропроцессорного контроллера (применительно к SIMATIC S7-300(400)) подробно рассмотрена в [19].

В процессе моделирования электрического режима АПК было доказано, что коэффи циенты передаточных функций матрицы (3.32) при i j также не равны нулю и меняются в за висимости от параметров электрического режима.

Это означает, что по каналу тока дуги электрический контур АПК является много связным нелинейным и нестационарным объектом управления.

В результате проведенного исследования можно сделать вывод, что использование тока дуги в контуре управления энергетическим режимом АПК, несмотря на информацион ную доступность этого параметра является возможным вариантом, но одновременно пред ставляет сложную проблему с точки зрения снижения взаимовлияния трех автономных кон туров управления друг на друга.

Вторым по доступности информационным параметром для стабилизации электриче ского режима технологических агрегатов является полное сопротивление короткой цепи ка ждой фазы, недостаток управления по этому каналу – его значительная нелинейность.

Система стабилизации электрического режима по информационному каналу напряже ния дуги обладает основным преимуществом, заключающемся в следующем:

– при больших токах дуги напряжение дуги Uд = + lд зависит только от длины дуги и градиента напряжения в столбе дуги, причем эта зависимость практически линейная, что по зволяет осуществить автономное управление электрическим режимом каждой фазы в более благоприятных условиях.

- 18 По результатам исследования можно сделать следующие выводы:

– очевидным недостатком этого способа управления является зависимость коэффици ента передачи объекта управления от неконтролируемого в ходе технологического процесса доводки стали постоянно изменяющегося градиента напряжения в столбе дуги – ;

– для стабилизации параметров электрического режима целесообразно в качестве ин формационного канала использовать величину падения напряжения на дуге или импеданса в каждой фазе, поскольку этот параметр можно определять с более высокой достоверностью, чем UД.

– разработанная математическая модель трехфазной цепи без нулевого провода позво ляет подтвердить основные взаимозависимости параметров электрического режима электро дуговых металлургических установок.

Это дает научно обоснованное подтверждение о возможности использования про граммного обеспечения модели при исследовании и математическом моделировании поиско вых САОУ энергетическим режимом.

Далее даны результаты синтеза поисковой САОУ энергетическим режимом АПК на основе принципа нечеткого экстремального регулирования.

Вследствие невозможности идентификации существенно нелинейного стохастическо го процесса горения дуги переменного тока в условиях действия различных возмущающих факторов детерминированные методы поисковой оптимизации оказались мало эффективны ми [19].

В основе разработанной и программно реализованной системы автоматической оп тимизации управления энергетическим режимом АПК использован программный модуль ОР структурная схема которого представлена на рис. 3.13:

Программный модуль БПР обеспечивает быстрый вывод энергетического режима аг регата в рабочую зону – «окрестность» максимальной мощности, выделяемой дугой. Этот блок осуществляет грубое или приближенное решение задачи оптимизации управления.

Алгоритм работы БПР реализует формирование управляющего воздействия на после дующий шаг итерации Z1(+1) в соответствии с выражением:

() = Pд () Q() I2 () x тр, (3.39) Z1 ( + 1) = Z1 () + K z(), где () = Pд () Q() – разность между активной мощностью, выделяемой в дуге и реактив ной мощностью фазы;

Z1(+1) – задание, формируемое БПР на последующий интервал вре мени (итерации управления);

Z1() – текущее заданное значение стабилизируемого парамет - 19 ра;

Кz – коэффициент пропорциональности по каналу стабилизируемого параметра (напри мер, импеданса).

Рис. 3.13. Структурная схема блока ОР программно реализованной системы автоматической оптимизации энергетического режима АПК, где БПР – быстрая поисковая подсистема в виде быстрого поискового регулятора;

ЭР – опти мизирующая поисковая подсистема, реализованная на принципе нечеткого экстремального регулирования;

УП – устройство переключения ключа К, путем формирования дискретного сигнала – (), причем, фазный ток I() в однофазном или средний по фазам ток в трехфазном варианте;

заданное значение стабилизируемого параметра Xc();

средние суммарные значения мощности выделяемые в дугах Рд() и реактивные мощности по трем фазам Q().

Согласно разработанному алгоритму работы модуля, БПР на каждой итерации управ ления БПР минимизирует значение () путем целенаправленного изменения задания Z1(+1) стабилизирующему регулятору СР с учетом ограничений на минимальное – Zmin и макси мальное Zmax заданные значения в единицах стабилизируемого параметра, например величи ны импеданса.

Для точного определения экстремума выходного оптимизируемого параметра Рд()max процесса предназначен модуль экстремального регулирования (ЭР). В модуле ЭР реализует ся динамический поисковый режим оптимизации, эффективность которого не зависит от изменения рабочих характеристик оптимизируемого процесса.

Суть поискового режима заключается в формировании управляющего воздей ствия на последующий интервал времени по результату анализа реакции (отклика) оптимизируемого параметра на результат предыдущего управляющего воздействия на процесс.

- 20 Таким образом при функционировании САОУ решаются две задачи:

– определение знака и величины градиента нулевой функции, определяющих необ ходимое последующее направление движения к экстремуму при наличии помех, инерцион ности и технологических возмущений;

– организация устойчивого целенаправленного изменения оптимизируемого пара метра в направлении экстремума (достижения поставленной цели управления).

Возможность получения приемлемого по качеству управления, в условиях невозмож ности получения адекватной модели управляемого технологического процесса в предлагае мой САОУ реализована путем замены детерминированной математической количест венной модели процесса ее качественной лингвистической моделью.

В схеме предусмотрены блоки единичной z-1 задержки и сумматоры для запоминания значений входных сигналов на предыдущей итерации и вычисления приращений входных сигналов на каждой итерации РД и I.

Вычисление задания z2(+1) производится с учетом его текущего значения z() и те кущей коррекции zс(), т.е. z2(+1) = z() + zс().

Предусматривается вычисление сигнала рассогласования () как разности между z() и текущим значением стабилизируемого параметра хс(). С помощью масштабных коэффи циентов К1, К2, К3 и К4 осуществляется масштабирование на предметной области нечетких множеств входных и выходных информационных сигналов. Входные сигналы модуля нечет кого контроллера обозначены как x1, x2 и x3, а выходной сигнал как y.

В отличие от традиционных экстремальных систем в предлагаемом методе исполь зуются дополнительно еще два параметра: текущее приращение тока и рассогласова ние между текущими заданными и действительными значениями стабилизируемого па раметра. Для САОУ составлена база правил представляющая собой модель процесса нечеткого управления, т.е. представляет качественную модель управления, отражаю щую логику работы высококвалифицированного технолога-оператора.

Устройство переключения (УП) функционирует в соответствии с условием (3.52) ( ) = Рд ( ) Q ( ) I2 ( ) ( x тр ) 1, если H ( ) = (3.52) 0, если H 2, где Н1 – граница функционирования подсистемы ЭР, выход за которую сопровождается пе реключением ключа К в состояние «1», включая в работу блок БПР;

Н2 – зона, при попада нии в которую ключ К переводится в состояние «0», обеспечивая отключение модуля БПР и включая в работу модуль ЭР. Целесообразно принять Н1H2.

- 21 В этой же главе приводятся разработанные автором алгоритмы и структурно функциональная схема программно реализованного варианта адаптивной динамической поисковой системы автоматической оптимизации управления (САОУ) шагового типа.

В составе САОУ использованы также дополнительно разработанные алгоритмы (функцио нирования экстремального регулятора – ЭР, устройства переключения – УП, алгоритм блока быстрого поискового регулятора – БПР) и функционально-структурные схемы реализации ЭР и регулятора БПР.

В четвертой главе диссертации приведены результаты экспериментальной проверки работоспособности корпоративной системы автоматической оптимизации управления энер гетическим режимом электродуговых переделов производства стали Было проведено математическое и физическое моделирование различных режи мов работы предлагаемой САОУ на однофазной опытной электродуговой установке.

Программная модель дает возможность оценить работу САОУ при управлении мно госвязным объектом, в то время как одновременно созданная физическая модель представля ет хотя и автономную, но однофазную систему (имеются видеофильм работы физической модели, а схема ее приведена в Приложении № 16).

При моделировании и исследовании работы САОУ определяли величину текущего отклонения оптимизируемого параметра от его оптимального значения в установившемся режиме, а также была произведена оценка «рысканья», т.е. амплитуд автоколебаний оптими зируемого выходного и (входного) управляющего параметров.

В процессе доводки стали на АПК изменяются температурные и технологические ус ловия горения дуг, что сопровождается заметным (от 1000 до 4000 мкс) изменением посто янной времени дуги.

Анализ полученных результатов убедительно доказывают устойчивую поисковую ра боту САОУ в условиях действия высокочастотных помех и низкочастотных технологических возмущений, приводящих к неконтролируемому дрейфу рабочей характеристики энергети ческого режима АПК.

Подтверждение эффективности использования принципа нечеткого экстремального регулирования при синтезе САОУ было проведено ее исследованиями на компьютеризиро ванном опытном стенде, который представляет собой реальную однофазную электродуговую печь переменного тока.

Характерная особенность исследования работы предлагаемой САОУ на опытном стенде, заключается в достижении высокой точности управления положением электрода, ко гда длина дуги не превышает нескольких миллиметров, особенно в начальный период рас плавления холодной шихты – окатышей.

- 22 Исследование работы синтезированной САОУ энергетическим режимом ДСП-25 пе ременного тока в литейном цехе ОАО «МРК» (механо-ремонтный комплекс ОАО «ММК») подтвердили, что применение предлагаемой поисковой динамической САОУ энергетиче ским режимом только в период расплавления металлошихты позволяет сократить количество электрической энергии на 1%;

продолжительность технологического процесса на 5 %, и сни зить расход электроэнергии на 1,5% на каждой плавке.

В 5 главе сформулирована задача оптимального управления процессом циркуляцион ного вакуумирования стали, разработаны алгоритмы и схемы корпоративной САОУ, а также получено подтверждение их эффективности и работоспособности.

Основной целью САОУ технологическим процессом циркуляционного вакуумирова ния стали является достижение максимально возможной производительности и мини мальной энергоемкости комбинированной вакуумной установки (КВУ) с ковшом для внепечной обработки стали путем выполнения информационных, расчетных и управ ляющих функций в составе АСУ ТП.

Дано обоснование, что в качестве управляющего воздействия рационально при нять расход транспортирующего газа, подаваемого во всасывающий патрубок доступного для реализации управления и его активного и оперативного воздействия на интенсивность процесса дегазации стали (см. рис. 5.2), а в качестве выходного оптимизируемого пара метра, объективно характеризующего эффективность режима ВКР, необходимо использо вать величину остаточного давления в вакуум-камере.

Расход массы металла, QМ т/мин 0 6 8 2 -3 Расход аргона, Q АГ 10 м /с Рис. 5.2. Изменение расхода массы металла в циркулирующем контуре в зависимости от расхода аргона в процессе вакуумирования По мере дегазации стали давление в вакуум-камере уменьшается, несмотря на увели чение расхода транспортирующего газа до оптимальных значений и массы металла в циркулирующем контуре, что обуславливает появление в системе автоколебания. Для исключения таких автоколебаний автором предложено использовать модернизированный - 23 метод поиска по запоминанию экстремума скорости изменения оптимизируемого пара метра и остановкой ИМ в момент достижения экстремума первой производной оптими зируемого параметра [5, 7, 19].

Структурно-функциональная схема разработанной САОУ процессом циркуляционно го вакуумирования в режиме ВКР с реализацией предложенного метода представлена на рис.

5.7 с расшифровкой элементов схемы.

Рис. 5.7. Структурно-функциональная схема САОУ процессом циркуляционного вакуумирования в режиме ВКР [5, 7], где ООУ – объект оптимизации управления;

ДУ – дифференциатор;

ЗУ – запоминающее устройство;

СР – сигнум-реле;

РО – реле остановки;

ИКУ – импульсный коммутатор;

РК – регулирующий клапан аргона;

СУ – стабилизирующее устройство;

ТР – триггер реверса.

ООУ апроксимирован последовательным соединением статического звена экстре мальной характеристикой вида У = f(x) и двух инерционных звеньев с постоянными време ни: Т0 – характеризующий инерционные свойства объекта;

з – время запаздывания - 24 Выходная величина Z(), определяющая текущее значение оптимизируемого парамет ра – давление в вакуум-камере, подается на вход ДУ, на выходе которого формируется сиг нал, пропорциональный цифровому аналогу первой производной Z ( ) Z/, где – & принятый цикл работы контроллера;

Z – текущее изменение величин Z() за время цикла. На выходе ЭС формируется информационный сигнал Z ( ) = Z ( ) Z ( 1)max равный & & & & разности между текущим значением скорости изменения оптимизируемого параметра Z() и максимальным значением скорости Z ( 1)max запомненным и достигнутым в предыдущие & моменты времени.

Текущее значение сигнала Z() с выхода ЭС поступает на вход СР, осуществляюще & го в соответствии с принятым оптимизирующим алгоритмом управления (ОАУ) формирова ние управляющего сигнала U() (+1, 0, -1).

Управляющий сигнал U() = -1 перебрасывает – ТР, изменяющий на противополож ное значение переключающей функции () (+1, -1) определяющей текущее направление перемещения ИМ и соответственно величину текущего значения Х() (расхода транспорти рующего газа аргона).

Управляющий сигнал U() = 0 включает РО, которое своим контактом РО-1 разрывает цепь управления движением ИМ.

Управляющий сигнал U() = +1 свидетельствует о приближении процесса к опти мальному состоянию, поэтому выбранное направление изменения управляющего параметра сохраняется.

ИКУ обеспечивает выбор средней скорости ИМ K ИМ, соответствующей инерционно & сти и запаздыванию оптимизируемого процесса в пределах:

К ИМ max K ИМ K ИМ min, & где КИМмах – максимальная и КИМмin – минимальная скорость ИМ при продолжительности включения ИМ равной 0,15 с.

Расходная характеристика РК расхода аргона нелинейна и может быть задана экс периментальной характеристикой Х() = J[x, ()]. В качестве настраиваемых параметров при математическом моделировании процесса оптимизации в предлагаемой структуре САОУ используются:

– постоянная времени Т0, время запаздывания оптимизируемого процесса,З, с;

посто янная времени реального дифференцирующего звена – ДУ – Тд, с;

зона нечувствительности САОУ по скорости изменения оптимизируемого параметра Zн ;

время выдержки сигнум & - 25 реле ср 0,9–1,6(Т0 + З), с;

время выдержки поверочного принудительного реверса ИМ в САОУ для прерывания монотонного изменения Z(), – в, с;

скважность импульсов для зада ния средней скорости ИМ, –, с.

Принятое значение определяет время перекладки ИМ, – Тн, т.е. время движения ИМ от одного крайнего положения Х1() = 0% хода ИМ до другого крайнего положения Х1() = 100% хода ИМ. Значит K ИМ = 100% / Т н.

СУ формирует сигнал, через заданное время в, для принудительно поверочного ре в.

верса САОУ при соблюдении условия Z ( ) 0 при & Формализованное математическое представление унимодальной характеристики оп тимизируемого процесса в режиме ВКР для получения уравнения Y [x ( )] = f [x ( )] исполь зован полином четвертой степени.

У[x ( )] = 239,5 7,1945x ( ) + 0,1011x 2 ( ), (5.1) 6,069 10 x ( ) + 1,3202 10 x ( ) 4 3 при х() (80–150 м3/ч, для КВУ-385).

Траектория статических характеристик оптимизируемого процесса при математиче ском моделировании процесса функционирования САОУ учтена путем формирования теку щего установившегося значения У ( x, ) в соответствии с (5.2).

( ) У ( x, ) = У x ( ) ± ±, (5.2) где У ( x, ) – текущее положение статической характеристики оптимизируемого процесса;

± – величина и направление составляющей скорости вертикального смещения;

± – величи на и направление горизонтальной составляющей скорости дрейфа статической характери стики процесса (при «+» – смещение влево, при «-» – смещение вправо). Причем, для уста новки КВУ-385: = -0,0015 мм рт.ст./с и = 0,01 (м3/ч)/с.

При сложном смещении вправо-вниз статической характеристики процесса циркуля ционного вакуумирования в режиме ВКР математическое представление процесса определе но выражением (5.3) У[x ( ), ] = 239,5 7,194 ( x() 0,01 ) + 0,101 x() 0, &. (5.3) 4 6,07 10 x() 0,01 + 1,32 10 x() 0,01 0, 3 Изменение х() в процессе оптимизирующего поиска определена X1 () = X 0 + ( ) K им, (5.4) где () (+1, 0, -1) – функция, определяющая текущее направление изменения X().

- 26 Изменение давления в вакуум-камере в процессе поиска X1() определяется уравне ниями (5.5), (5.6):

dZ + Z1 ( ) = У[X( ), ], dZ + Z ( ) = Z1 ().

и з T0 (5.5) (5.6) d d з Р Правомерность замены передаточной функции e функцией объясняется + Т 0 соблюдением условия более чем в 4 раза, а 3 – запаздывание.

Формирование управляющей функции U() обеспечивается соблюдением следующих условий (5.7) и (5.8).

+1, если Z ( ) Z ( 1)max + ZH & & & dZ ( ) 0, U ( ) = При. (5.7) 0, если Z ( ) Z ( 1)max + ZH d & & & При dZ ( ) 0, U ( ) = 1, если Z ( ) + Zн & (5.8) d Соотношение между управляющей U() и переключающей () функциями определе (+1) ().

на условиями: если U() = +1, то (5.9) Соблюдение условия (5.9) означает, что выбранное САОУ в текущий момент времени направление изменения X() сохраняется и на последующий +1 момент времени. Если U() = 0, то (+1) 0, т.е. в последующий +1 момент времени надо остановить ИМ, т.е.

принять значение х(+1) = const X() (включить реле РО). Если U() = -1, то (+1) -(), при этом в последующий +1 момент времени направление изменения х() следует изменить на противоположное, т.е. произвести реверс ИМ.

Запоминающее устройство ЗУ функционирует в соответствии • • • • если Z() Z( - 1) max, то Z( - 1) max = Z(), (5.10) • • • если Z() Z( - 1) max, то Z( - 1) max = Z( - 1) max.

Более удобной формой для анализа эффективности поискового процесса функциони рования рассматриваемой САОУ является представление поискового процесса в координа тах « У(), Z() – Х()».

Правомерность замены аргумента обеспечивается условием:

dX( ) d = K ИМ = const, или d = dX( ) K ИМ. (5.11) Траектория поискового режима Z[Х()] при функционировании рассматриваемой САОУ процессом циркуляционного вакуумирования стали приведена на рис. 5.10.

- 27 Рис. 5.10. Траектория реализации алгоритма поискового процесса в САОУ вакуумирования стали в режиме ВКР в плоскости «x–y,z»: 1 – статическая характеристика процесса У[Х()];

– траектория изменения Z[Х()] оптимизируемого параметра Высокая интеллектуальность САОУ и эффективность используемого ОАУ подтвер ждается выполнением условия Х()ост Х()опт. В окрестности экстремума оптимизируемого параметра Z[Х()]max под действием стабилизирующего устройства СУ, осуществляющего через время в поверочные реверсы ИМ, позволяющие САОУ следить за смещением экстре мума, совершаются поисковые движения Х().

Наиболее приемлемым параметром, характеризующим эффективность процесса де газации метала, а значит и производительность установки, оказалась величина расхода от сасываемых из вакуум-камеры газов.

На рис. 5.14 показана экспериментальная траектория изменения максимального зна чения расхода отходящих газов – линия 4 в зависимости от расхода аргона – Vгаз()max = = f(Vарг(). С учетом заштрихованной зоны дрейфа характеристик на рис. 5.14, принцип двухконтурной структуры САОУ, рекомендуемой нами как универсальный, должен быть сохранен и в случае оптимизации управления процессом циркуляционного ва куумирования.

Стабилизирующий контур должен обеспечивать быстрое, но грубое в соответст вии с директивно заданной приближенной зависимостью Vг()max=f[Vа()] (см. рис. 5.14), оп ределение и поддержание требуемого расхода аргона Vа().

Оптимизирующий контур, используя принцип экстремального управления, осу ществляет медленное поисковое, но более точное определение и поддержание такого оп - 28 тимального значения расхода аргона, при котором количество экстрагируемых из метал ла газов достигает максимального значения.

Рис. 5.14. Экспериментальные зависимости изменения расхода отходящих газов от расхода аргона: для второй – линия 1;

для пятой – линия 2;

для восьмой – линия 3 минутах процесса вакуумирования В рассматриваемой корпоративной САОУ предусмотрена:

а) в режиме вакуумно-кислородного рафинирования (ВКР) в качестве оптимизи руемого параметра использовать величину давления в вакуум-камере.

б) в режиме глубокого вакуумирования в качестве оптимизируемого параметра использовать величину расхода удаляемых из вакуум-камеры газов.

Функциональная схема двухконтурной универсальной САОУ процессом циркуляци онного вакуумирования представлена на рис. 5.15, где PE – датчик давления в вакуум камере;

FE – датчик расхода отходящих газов.

Для каждого режима работы установки существуют зависимости Vа()опт = [Р()] или V*а()опт = f[Vтг()], где (см. линия 4, на рис. 5.14 и 5.16). Vа()опт – оптимальное значение текущего расхода аргона, при котором обеспечивается максимальное текущее значение дав ления Р()max в вакуум-камере. Программно реализуемые блоки функционального преобра зования обеспечивают формирование выходного сигнала Vа3(), соответствующего ди рективно заданному значению в соответствии с Vа3() [Р()]max или Vа3() f[Vтг()]max - 29 в зависимости от принятого варианта управления. ЭС сравнивает текущие значения сигна лов Vа3() и Vа(), где Vа() – действительное текущее значение расхода аргона. Управляю щий сигнал 1() (+1, 0, -1) представляет собой переключающую функцию ИМ регули рующий расход аргона (РКРА).

Переключающая функция 1() (+1, 0, -1) формируется ЛПУ в соответствии с усло вием (5.12) +1, если P() P[Va()] Va 3 () / 1 () = 0, если P[Va()] Va 3 /2 P() P[Va()] + Va 3 ()/2 (5.12) 1, если P( ) P[Va()] + Va 3 () / где Р() – текущее значение давления в вакуум-камере в режиме ВКР;

Выбор текущего управляющего воздействия () на расход аргона, осуществляется ЛПУ в соответствии с условием (5.13):

если 0 ( ) = +1, то ( ) = 1 ( );

(5.13) если 0 ( ) = 0 и 1 ( ) = 0, то ( ) = 2 ( ).

Значение сигнала 2() = (+1, 0, -1) принимается в процессе оптимизирующего поиска экстремального значения оптимизируемого параметра Р()max или Vтг()max. При условии 2() = 0 в САОУ предусмотрена остановка ИМ на время в.

Управляющая команда (), определяет Va() как:

Va( ) = Vaн + ( ) К ИМ, (5.14) где Vaн() –расход аргона на момент включения САОУ в работу.

Несомненным достоинством нового принципа ОАУ является отсутствие перио дического поискового режима, характерного для ранее известных ОАУ с запоминанием максимума производной оптимизируемого параметра. Разработан также оптимизирую щий алгоритм управления, использующий статистический вероятностный характер связи между входным управляющим и выходным оптимизируемым параметрами тех нологического процесса.

Принцип работы статического оптимизирующего алгоритма заключается в определе нии тесноты статистической связи между сигналом Х на входе объекта управления (техноло гическим процессом циркуляционного вакуумирования) и скоростью изменения Z оптимизи руемого параметра путем расчета величины и знака коэффициента корреляции RXZ за пред шествующий период времени. По величине и знаку RXZ осуществляется формирование на правления изменения Х на текущий интервал времени. Смена знака величины RXZ свиде тельствует о достижении выходным параметром объекта управления своего экстремального значения.

- 30 Рис. 5.15. Функциональная схема двухконтурной САОУ процессом циркуляционного вакуумирования стали - 31 60 80 100 120 140 Рис. 5.16. Экспериментальные зависимости давления в вакуум-камере от расхода аргона для установки циркуляционного вакуумирования ККЦ ОАО «ММК» в режиме «ВКР»: линия 1 – для второй;

линия 2 – для четвертой;

линия 3 – для шестой минутах процесса;

линия 4 – за висимость Vа()опт =[Р()]max Принцип работы статического оптимизирующего алгоритма заключается в определе нии тесноты статистической связи между сигналом Х на входе объекта управления (техноло гическим процессом циркуляционного вакуумирования) и скоростью изменения Z оптимизи руемого параметра путем расчета величины и знака коэффициента корреляции RXZ за пред шествующий период времени. По величине и знаку RXZ осуществляется формирование на правления изменения Х на текущий интервал времени. Смена знака величины RXZ свиде тельствует о достижении выходным параметром объекта управления своего экстремального значения.

Для моделирования и программной реализации работы САОУ, использующей стати стический оптимизирующий алгоритм оптимизации управления процессом циркуляци онного вакуумирования был разработан комплекс программ.

Расчетные траектории положения и формы статической характеристики процесса циркуляционного вакуумирования стали расчетная траектория изменения Vог в процессе оп тимизирующего изменения расхода аргона в координатах «Vарг» – «Vог» представлены на рис.

5.26, где Vог – расход отходящих газов.

Статическая характеристика процесса циркуляционного вакуумирования f(Vарг) опре делена уравнением с учетом дрейфа в виде:

- 32 Vог = f(Vарг, ) = а1[Х() + b1]5 + а2[Х() + b2]4 + а3[Х() + b3]3 + + а4[Х() + b4]2 + а5[Х() + b5] + b6 + а6, при:

а1 = 0,0087;

а2 = 0,183;

а3 = -1,3999 ;

а4 = 4,6294;

а5 = -5,932;

а6 = 4,9439 ;

b1 = 1,46167564810-3;

b2 = 1,02667308510-3;

b3 = 0,58262366410-3;

b4 = 0,16878007110-3;

b5 = 0,16984815610-3;

b6 = 0,03100959210-3.

Анализ полученных результатов показывает, что корпоративная САОУ с использо ванием статистического алгоритма экстремального регулирования обеспечивает устойчивый поиск экстремального значения Vог() в условиях его дрейфа.

Рис. 5.26. Расчетная траектория изменения расхода отходящих газов в процессе работы кор поративной САОУ процессом циркуляционного вакуумирования в координатах «Vарг» – «Vог»: 1 – начальное положение статической характеристики оптимизируемого процесса;

2 – на 2 минуте процесса;

3 – на 4 минуте процесса;

4 – на 6 минуте процесса Предлагаемый статистический метод экстремального регулирования обеспечивает важное преимущество использования корпоративной САОУ – обеспечивает формировать базу статистических оценок влияния на оптимизируемый процесс различных неконтроли руемых технологических возмущений и случайных помех.

В главе 6 приведены материалы (математические модели, алгоритмы и др.) разработ ки перспективных способов и систем автоматического контроля и управления температур ным режимом доводки жидкой стали - 33 Известные методы не обеспечивают непрерывный текущий контроль температур ного состояния жидкой стали и термостойких элементов агрегата. Для оценки текущего температурного состояния стали автором предложен [19] расчетный способ, адаптированный для условий электродуговых технологических агрегатов металлургического и литейного производств с использованием многозонной термопары (ранее предложенного проф. Спири ным Н.А. – для контроля температуры футеровки доменной печи).

Расчет текущей температуры жидкой стали на границе раздела «футеровка»– «расплавленный металл» осуществляется путем решения обратной задачи теплопроводно сти: зная текущее распределение температуры в фиксированных точках по толщине огне упорной футеровки и температуру окружающей среды, прогнозируется температура жидкой стали на границе раздела.

В результате в плоскости параметров (х, ) образуется совокупность узловых точек с координатами (xi, к) в виде прямоугольной сетки. Расчет температурного поля сводится к определению значений сеточной функции t i, характеризующей температуру огнеупорной к футеровки в узловых точках.

Распределение температуры по толщине футеровки представим в виде:

t ( x i, ) = t1 ( ), t 2 ( ),..., t m ( ), (6.33) где t1(), t2(),…, tm(), – текущие значения температур, измеряемых датчиками;

xi – фиксиро ванные координаты установки датчиков температуры по толщине огнеупорной футеровки;

m – число точек, в которых производится измерение температуры.

Необходимо в каждый текущий момент времени осуществлять подбор такого значения температуры жидкого металла, чтобы непрерывное распределение температуры по толщине огнеупорной футеровки, полученное при решении прямой задачи теплопроводности, точно совпадало с измеренными значениями температур в дискретных (фиксированных) точках, т.е. требуется минимизировать функционал () () m J1 = t * x j t j x j min, (6.34) j=1 j () где t * x j, t j ( x j ) – измеренное текущее и расчетное значение температур в точке с коорди j натами xj, а функционал J1 вычисляется компьютером, т.е. по разработанномц алгоритму.

Полученные результаты исследования работоспособности рассматриваемого расчет ного метода определения текущей температуры жидкого металла свидетельствуют о доста точно высокой точности оценки температурного состояния и эффективности метода, при годного для измерения температуры жидкой стали.

- 34 По заказу разработаны и изготовлены малой серией специальные многозонные тер мопары на основе кабельных термопар, выпускаемых отечественной производственной ком панией «ТЕСЕЙ» г. Обнинск, обслуживающей атомную энергетику.

Программная реализация расчетного способа непрерывного контроля темпера турного состояния жидкого металла с участием автора осуществлена на программи руемом контроллере Р-131.

Работа данного типа контроллера организована по принципу циклического сканиро вания и выполнения основной программы с фиксированным временем цикла.

Рассчитанная величина функционала J1 подается на вход автоалгоритма, который реа лизует ПИ-закон регулирования. Задачей этого автоалгоритма является подбор такого значе ния температуры жидкой стали tм(), при котором значение функционала J1 становится прак тически нулевым.

Если J1 0, то требуется увеличивать, а при J1 0 уменьшать температуру.

Экспериментальная проверка расчетного метода непрерывного контроля температур ного состояния жидкой стали проводилась на 3-х тонной дуговой сталеплавильной печи ЗАО Магнитогорского завода металлургического оборудования (МЗМО).

Создание АСУ температурным режимом сталеплавильных агрегатов на базе много зонной термопары является одним из прогрессивных, но при этом одно из основных требо ваний к САУ такого назначения не будет выполнено из-за большой инерционности сигнала о фактической температуре жидкого металла.

В главе 4 приведены также материалы разработки и результаты испытаний бо лее прогрессивной корпоративной АСУ-ТП тепловыми режимами электродугового аг регата с тепловизорными первичными датчиками.

Предложен способ непрерывного контроля температуры жидкой стали основанный на инфракрасном излучении нагретого датчика, реализованного в виде тугоплавкого стержня, пропущенного через теплоизолирующий материал-уплотнитель сквозь футеровку и корпус сталенакопительной емкости агрегата, один конец которого непосредственно соприкасается с расплавом в емкости, а другой конец стержня через инфракрасное излучение сообщен со входом тепловизора, чувствительного к инфракрасному излучению [24, 25].

Кроме того, установка по высоте емкости агрегата с высокотемпературным расплавом более 2-х тугоплавких стержней-датчиков позволяют непрерывно контролировать как изме нение температуры жидкой стали по высоте емкости агрегата, так и уровней стали и шлака в нем, а также прогара и температуры футеровки.

В условиях появления композиционных материалов в 21-ом веке, очевидно, что про грессивным следует считать создание САУ замкнутых отрицательной обратной связью, реа - 35 лизованных на датчиках инфракрасного излучения, не имеющих недостатки известных ана логов.

Опытные испытания корпоративной САУ, использующей в качестве отрицательной обратной связи датчик инфракрасного излучения с компьютерным блоком обработки сигна ла подтвердили, что наличие таких датчиков и фактической толщины футеровки в зоне дей ствия дуги электрода позволяет поддерживать оптимальный электрический режим ДСП, обеспечивающий экономию электроэнергии на 3-5 %, повышение производительности ДСП на 2-4 %, экономию электродов на 1-2 % и повышение срока службы огнеупорной футеровки на 5-8 %. В работе приведен также очевидный размер ожидаемого экономического эффекта от использования предложенных тепловизионных датчиков температуры (120 000 000 руб. в год по России).

На основе результатов проведенных в работе исследований, их испытаний и внедре ния предложен принципиально новый принцип построения корпоративной САУ тепло вым режимом электродугового агрегата при внепечной доработке стали.

Новый принцип заключается в том, что в ней следящая система программного выполнения технологически заданного изменения траектории температурного режима корпоративно изменяет продолжительность действия максимальной мощности дуги на каждой ступени ПТ при равенстве заданной температуры жидкой стали реально дос тигнутой, используемой в качестве отрицательной обратной связи САУ, а величина максимальной мощности дуги ограничивается реально допустимой температурой ог неупорной футеровки АПК. При этом подсистемы поиска дрейфующего экстремума и адаптации ограничений активизируются после переключения ступеней ПТ.

До настоящего времени все САУ температурным режимом эксплуатации АПК реали зуют только принцип разомкнутого или условно замкнутого по расчетной температуре контура, что всегда приводит к погрешностям в управлении температурой, как например перегрев металла, или недостаточная температура, необходимая для эффективного протека ния физико-химических процессов в электродуговом агрегате и МНЛЗ.

На базе предложенного принципа разработана функциональная схема корпоративной системы автоматического управления температурным режимом доводки стали в АПК (рис.

6.18).

Специально разработанный нами автоматическое устройство-датчик контроля темпе ратуры жидкого металла (ДТМ) непрерывно и непосредственно измеряет температуру жид кой стали t м ( ). Блок формирования уставок (БФУ), в соответствии с программой плавки, осуществляет формирование заданной температуры t м ( ) на текущий период доводки стали.

З Далее вычисляет рассогласование ( ), которое затем поступает на интегрирующий элемент - 36 (И). Текущий интеграл от ошибки поступает на релейный элемент Р1, где формируется сиг нал { 1;

0;

+ 1}, который поступает в регулятор мощности (РМ), и определяет направле ние переключения ступеней напряжения трансформатора.

Рис. 6.18. Функциональная схема САУ температурным режимом доводки стали в АПК, где БФУ – блок задания и формирования температурных режимов АПК в функции времени (ос тальные элементы схемы расшифрованы в тексте).

РМ осуществляет формирование управляющих сигналов на перемещения электродов (ИМЭ) C j ( ), где j = 1, 2, 3 – номер фазы АПК, а также на переключатель ступеней напряже ния трансформатора (ПСН) n тр ( ). РМ работает по принципу поиска максимума РД() РД(I) дуг на каждой текущей ступени напряжения.

Одновременно в блоке Д вычисляется производная от ошибки по времени. Далее сиг нал ошибки и производной от ошибки поступает на элементы взятия модуля М. Модуль рас согласования | ( ) | с выхода элемента М, а также модуль его производной по времени | ' ( ) | поступают одновременно на элементы сравнения, где для каждой текущей стадии сравниваются с заданными значениями нечувствительности z н ( ) и z н ( ), формируя ошиб & ки 1 ( ) и 2 ( ), которые поступают на релейные логические элементы Р2 и Р3. Таким обра зом, элементы Р1 и Р2 формируют соответственно своим характеристикам сигналы s1 {0;

1} и s 2 {0;

1}, и в результате логической операции «И» формируется логический сигнал s {0;

1}. При s = 1, то есть когда s1 = 1 и s2 = 1 переходный процесс завершается, не выходя за заданные ограничения z н ( ) и z н ( ). После этого запускается реле времени РВ. В РВ из & - 37 БФУ также поступает в соответствии с программой значение времени выдержки i, необ ходимой на данной стадии, где i – номер стадии. По окончанию отсчета заданного времени i, реле времени формирует логический сигнал u, который увеличивает значение nст счет чика стадий СС на единицу. Значение номера текущей стадии передается в БФУ, где проис ходит выборка новых значений уставок. Сброс реле времени осуществляется при поступле нии нового значения i, а запуск его происходит при появлении сигнала s = 1.

Предлагаемый принцип подразумевает, что управление температурой в АПК произ водится с помощью главной отрицательной обратной связи по текущей температуре tм(), измеренной ДТМ. Перемещая электроды, регулятор мощности РМ производит поиск (рис.

6.20 «б») и поддержание максимальной полезной мощности для выбранной ступени напря жения, что в совокупности с работой ДТМ обеспечивает минимизацию фактического сум марного времени регулирования программно заданного температурного режима внепечной доводки стали в функции избыточной длительности технологических процессов для каждой ступени ПТ. При этом, независимо от величины p i + i, переключатель ступеней напря жения ПСН исходя из реально достигнутой температуры t м t м i переключает элементом з РМ на следующую ступень напряжения, т.е. не дожидаясь, как это было в известных перво начально разработанных САУ-ДСП, завершения технологически заданного программного времени работы на ранее установленной ступени.

Функция переключения ступеней трансформатора в режиме управления с главной от рицательной обратной связью по температуре соответственно имеет вид:

u1, 0 ' з u 2, '1 ' з uос () = з, K з u n, 'n 1 'n где uiз – значения напряжения, заданные для каждой ступени ПТ, а i – моменты переклю чения ступеней (i i), рассчитываемые по формуле:

'i = p + iзап, i где р i – момент времени, при котором измеренная температура расплава t м (u ос ( )) впер з вые достигает значения, заданного по регламенту t м i ;

iзап – техническое запаздывание, не з обходимое для предотвращения термических ударов на футеровку, и расплавление более ту гоплавких оксидов. Значение p i рассчитывается согласно выражению:

- 38, t м (u ос ()) = t м з з p = min(iтемп ()), i iтемп () = где.

i i i, t м (u ос ()) t м i зап з з Принимая эти условия работы АПК для всех ступеней ПТ можем записать n n ( pi + i ) ( pi + iзап ). Таким образом, в режиме корпоративного управления с обрат i =1 i = ной связью по температуре, достигается существенная экономия времени, затрачиваемого на плавку.

Рис. 6.20. «б» Процесс управления режимом доводки стали в АПК (с обратной связью по температуре стали) Рассмотрим раздельно отрезок (0 ;

*1) и отрезок (*1 ;

*2). На первом отрезке, за счет более раннего переключения ступеней в режиме управления с обратной связью по темпера туре, затрачивается несколько большее количество энергии (рис. 6.20 «б», левая штриховка):

* * 1 1з u () i з ()d u з () i з ()d = *1 0 пр пр Pос +, ос ос 0 или * (uос () iос () uпр () iпр ()) d.

= з з з з Pос + *1 0 - 39 Однако на втором отрезке достигается существенно большая экономия за счет того, что плавка в режиме управления с обратной связью уже закончена, а плавка в программном режиме – продолжается (рис. 6.20 «б», правая штриховка):

* = u пр () iпр ()d.

з з Pпр + *2 *1 * Тогда, выражение для экономии мощности, принимает вид:

P = Pпр + Pос +.

Критерий оптимизации качественных показателей процесса электродуговой плавки имеет вид:

* P = uпр () iпр ()d з з *2 *1 *1 n = i max.



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.