книги из ГПНТБ / Основы автоматизации для металлургов

устройств ЭВМ. В примере, приведенном на рис. 195, последова­ тельность выполнения программ А, В ... N обусловлена сигналами

программа, которая задает порядок дальнейших действий. Оче­ видно, что описанная организация выполнения программы при­

Для случая программирования управления во времени (выпол­ нения отдельных функций в определенные точно заданные мо­ менты) структура программы показана на рис. 196. И, наконец, на рис. 197 показана структура программы управления, когда от­ дельные функции выполняются в соответствии с заранее заданной последовательностью, но в зависимости от предыдущих результа­ тов. Так, например, выбор между программой С и D будет зави­ сеть от результатов выполнения программы В.

дутья (температура, количество, давление, влажность, распределение по сечению печи), а также подачей природного или колошникового газа, мазута или бензина.

В качестве примера управления работой доменной печи при помощи автома­ тической ЭВМ можно привести описание системы загрузки, разработанной фир-

286

мой «Сименс» для ЭВМ 300. Схема системы управления приведена на рис. 198. ЭВМ связана с бункерами сырых материалов, с аглофабрикой, воздухонагре­ вателями и доменной печью. Система выполняет следующие задачи: измерение, запись и обработку значений технологических параметров; контроль предельных значений; вычисление средних значений; вычисление и печатание балансов; пе­ чатание отчетов; вычисление заданных значений параметров по заданной модели; регулирование в режиме замкнутого контура.

оприродном газе; XXVII — корректировка установленных значений; XXVIII — регистрация

Система управления работой доменной печи делится на несколько каче­ ственно различных уровней:

1) ЭВМ собирает и регистрирует все параметры и сигнализирует о превы­ шении предельных значений;

287

2)ЭВМ осуществляет контроль теплового состояния доменной печи;

3)при помощи модели ЭВМ управляет загрузкой так, чтобы были достиг­ нуты требуемые результаты, т. е. определенное качество чугуна при опреде­ ленном уровне производственных затрат.

Система «Сименс 300», кроме управления работой доменной печи, осущест­

мерата, регулирование расхода кокса, управление процессом спекания, т. е. вы­

В качестве примера использования автоматической ЭВМ для управления работой сталеплавильного агрегата можно привести управление работой кисло­ родного конвертера, внедренное на ВосточноСловацком металлургическом комбинате в Кошицах. Цель управления с помощью ЭВМ заключается в оптимизации производства.

В систему входит ЭВМ «Сименс 300», которая состоит из четырех уровней:

Перед проведением плавки имеется период подготовки, включающий: передачу и регистра­ цию данных о массе твердой шихты; опреде­

ление баланса шихты; определение требуемого расхода жидкого чугуна; регистра­ цию параметров чугуна (масса, температура, химический состав) ; определение баланса железной руды для корректировки расхода кислорода.

288

1)регуляторы скорости чистовой клети;

2)регуляторы положения петли в чистовой клети;

3)регуляторы установки валков чистовой клети;

4)регуляторы толщины в чистовой клети;

5)регуляторы положения для черновой клети и вспомогательных приводов для всего стана;

6)вычислительная система управления.

DDP

ПТТТТП •

2

10

6

В систему управления входит ЭВМ QE 412 (ферритовая память 8192 слов, запоминающее устройство на барабане — 56000 слов, система прерывания с тремя уровнями приоритетов), которая управляет работой стана, начиная с загрузочной стороны печи для нагрева слябов и кончая весами у моталки. При этом осуще­ ствляется слежение за слябами и управление последовательностью их прокатки, настройка стана (распределение обжатий для достижения конечных размеров проката, составление графика прокатки и определение скорости клетей), регу­ лирование температуры при сматывании рулона (управление водоохлаждающим устройством), регулирование толщины (регулировка зазора между вертикаль­ ными валками), учет производства.

В качестве примера алгоритма управления прокатным станом можно при­ вести систему регулирования толщины полосы, разработанную в СССР на Криво­ рожском металлургическом заводе. Имеется в виду управление горячей про­ каткой на стане 300, где прокатывается узкая полоса шириной 127—460 мм и толщиной 2—8 мм. Прокатка осуществляется в 15 горизонтальных и верти­ кальных клетях.

Математическую модель процесса деформации металла в валках (с целью достижения определенной ширины полосы на выходе из черновой клети) можно выразить двумя нелинейными уравнениями с неременными коэффициентами. В связи с большим чистым запаздыванием т3 , управление осуществляется на ос­ нове статистической оценки результатов предыдущих прокаток. На шести по­ следних чистовых клетях наблюдается цикличный непрерывный процесс, при этом можно производить корректировку на (і+1) - м регуляторе на основе оценки і-го процесса деформации. Учитывая требование высокой точности прокатки, управ­ ление осуществляли с помощью ЭВМ. Была использована ЭВМ УМ1-НХ (длина слова 15 бит, оперативный накопитель на 256 слов, вспомогательное запоми­ нающее устройство на 512 слов, быстродействие 5000 операций в секунду).

« ср ошибки регулирования Д В . ; 23 — расчет коэффициентов основного уравнения; 24 — учет

» ср числа прокатанных полос, печать

Основной информацией для ЭВМ являются аналоговые сигналы от бескон­ тактных измерительных датчиков ширины (расположенных за третьей и девятой клетями) и цифровые данные о токе приводных двигателей и положении вал­ ков. ЭВМ работает в замкнутом контуре.

Алгоритм управления приведен на рис. 201. Наиболее длинным циклом ра­ боты ЭВМ является определение баланса обжатий в четвертой клети, заключаю­ щегося в решении нелинейных уравнений

290

7

292

Из приведенных задач видно, что комплексная система решает задачи про­ изводственного планирования и оперативного управления во взаимосвязи. В ка­ честве примера можно привести систему управления на заводе «Нова Гута» в Остраве (рис. 202). Главной отличительной особенностью этой системы яв­ ляется комплексное решение задач производственного планирования, оператив­ ного управления производством и прямого управления технологическими про­

ввода, находящихся у сталеплавильной печи, нагревательных колодцев, прокат­

6 чистовых станов, включая полосовые станы. Главной задачей системы управ­ ления является согласование работы сталеплавильного и прокатного цехов таким образом, чтобы можно было обеспечить выполнение большого числа заказов с широким сортаментом и высокими требованиями по качеству. Система управ­

вальцовщиков на блюминге, на огневую зачистку, ножницы для резки блюмов, первую линию прокатки, вторую линию прокатки, ножницы, отводящие роль­ ганги, промежуточные склады). Эти данные содержат: номер заказа, номер плав­ ки, номер слитка, код зачистки, вид отходов, номер программы прокатки (т. е. выбор одной из 100 программ работы обжимной клети: установка валков, регу­ лирование числа оборотов и реверса и т. д.), указание о том, будет ли проис­ ходить прокатка на непрерывном стане или раскат с блюминга будет подаваться сразу на отводящий рольганг. Третья ЭВМ рассчитывает оптимальную порезку с минимальными отходами с учетом заказов и разрешенных допусков по длине (длина измеряется фотоэлектрическими датчиками). В системе использованы управляющие ЭВМ КДН 2 и КДФ 6.

Г л а в а VII

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ К И С Л О Р О Д Н О - К О Н В Е Р ­ ТЕРНОГО П Р О Ц Е С С А

Проблема быстрого и точного расчета необходимого материального баланса шихтовых материалов для кислородно-конвертерного процесса, обеспечивающего готовность плавки в заданный момент времени при одновременном достижении заданной температуры выпуска, является очень серьезной как с технологической, так и с экономической точки зрения, потому что, решив эту проблему, можно не только сократить длительность плавки (и тем самым повысить производи­ тельность цеха), но и улучшить качественные параметры плавки.

293

Ход кислородно-конвертерного процесса определяется рядом факторов. На одни из этих факторов можно оказывать влияние, другие выходят за пределы возможностей регулирующего воздействия. Производство стали при этом про­ цессе происходит экзотермически в замкнутом пространстве без добавки топлива извне. В процессе металлургических реакций при обезуглероживании происходит высвобождение энергии шихтовых материалов, которая частично выделяется в виде тепла. В результате окисления сопутствующих элементов в чугуне выде­

риалов. Однако при этом расходуется не все избыточное тепло и, чтобы преду­ предить нежелательный перегрев ванны, металл в ванне охлаждается добавкой охладителей, в основном скрапа. Поэтому тепловой баланс кислородно-конвер­ терного процесса определяется материальным балансом и наоборот. При этом создается возможность регулировать температуру металлической ванны подачей шихтовых материалов, которые загружают в конвертер в таком соотношении, чтобы достигалось состояние теплового равновесия, соответствующее требуемой температуреі выпуска.

На основе своего опыта сталевар управляет плавкой, наблюдая за пламенем, выбивающимся из конвертера, и судит по нему о степени выгорания отдельных элементов. В соответствующий момент он дает указание об отборе пробы и ее

вить чугун и додуть плавку. В обоих случаях некоторые параметры плавки вы­ ходят за заданные пределы.

В связи с этим целесообразно на основании параметров шихтовых мате­ риалов и самого процесса (включая состояние производственного агрегата) за­ ранее определять количество отдельных составляющих шихты таким образом, чтобы по окончании всех реакций в установленное время (с учетом всех те­ пловых потерь) количество оставшейся в конвертере тепловой энергии соответ­ ствовало требуемой конечной температуре при данной массе плавки.

Чтобы можно было управлять тепловым и энергетическим состоянием кисло­ родно-конвертерного процесса, необходимо составить его математическую модель. Чем точнее эта модель, тем лучше она воспроизводит истинные условия про­ текания процесса выплавки стали в конвертере.

1. Ф И З И К О - Х И М И Ч Е С К А Я М О Д Е Л Ь

Учитывая характер кислородно-конвертерного процесса, который по существу является комплексом физических и химических явлений, можно сказать, что наиболее полно его отображает физико-химическая модель, являющаяся мате­ матическим выражением всех физических и физико-химических явлений, которые происходят в конвертере в процессе обезуглероживания. С точки зрения термо­ динамики здесь идет речь прежде всего об изменении энтальпии отдельных ре­ акций и о физико-тепловых потерях.

Дл я реализации модели необходимо, чтобы:

а) в качестве технологических целевых величин были заданы: масса плавки,

в) алгоритм был составлен так, чтобы при его решении были получены сле­ дующие значения: требуемое количество скрапа, чугуна, извести и окалины, тре­ буемое количество кислорода, а также количество раскислителей и легирующих добавок. Таким образом, при составлении математической модели следует сна­ чала математически сформулировать все процессы, протекающие в конвертере. Выражение для теплового баланса конвертера можно в упрощенной форме за­

294

ôs p — температура продуктов сгорания;

К— теплопроводность магнезита.

295