книги из ГПНТБ / Применение вычислительной техники на металлургическом заводе

В качестве критериев надежного распознавания тем денций могут быть приняты:

1) значение интеграла, полученное независимо от дли тельности периода интегрирования — Qs;

2) значение интеграла, полученное на заданном ко­ нечном интервале времени — Ѳт .

Второй критерий целесообразен, когда одновременно с распознаванием тенденции проводится количественная оценка процесса в заданное время. Постоянство длитель­ ности периода интегрирования позволяет получить при-

. ближенную оценку динамических характеристик процес­ са по скорости изменения регулярной составляющей па­ раметра.

Значения искомых интегралов следующие:

Такая замена вызывает методическую ошибку бм, оп­ ределяемую в общем случае из выражения:

п — число циклов суммирования; Ат — период интегрирования.

Подынтегральная функция при дискретном интегри­ ровании с фиксированной ординатой и заданным конеч­ ным значением интеграла (суммы) в период устойчивых

61

щей, характер изменения которой может быть использо­ ван для оценки тенденций процесса.

Так как математическое ожидание стационарной слу­ чайной составляющей

М\£ Ѵ ( т , ) т 0 ] = 0 ,

і = і

то методическая ошибка 8ѵ равна пулю. Следовательно,

чайные погрешности информации могут быть исключены из дальнейшего рассмотрения.

62

очередно перемещают контакты реохордов R v \ и R p 2 до упора.

Отсчет, проведенный по шкале R p 2 , пропорционален сумме (25).

Устройство работает следующим образом. При замы­ кании кнопки сброса Кс реле Р включает вместо реохор-

подвижный контакт реохорда RV2 в нулевое положение. Значение включенной части сопротивления реохорда R p 2 и нулевая отметка шкалы прибора определяются соотно­ шением

•^ра ^4 = Rc Ks-

После установки стрелки прибора на нулевой отметке контакт кнопки Кс выключается; при этом двигатель РДі балансирует схему с помощью подвижного контакта

вует плюсовым или минусовым отклонениям, подвижные

63

В схеме, показанной па рис. 8, значения сопротивле­ нии реохордов должны быть примерно одинаковыми. Ве­ личины сопротивлений реохорда Rv\ и датчика RÄ опре­ деляются конкретными условиями и необходимым про-

межутком времени интегрирования, определяемым по формуле

т = та — тх = «Ат,

Яд

Дт—максимально допустимый для данных условий промежуток времени, через который проводится суммирование.

Диаграмма работы прибора, суммирующего отклоне­ ния действительной величины коксовой подачи от расчет­ ной, приведена на рис. 9.

64

Опыт применения интегратора при управлении тепло­ вым состоянием доменной печи показал, что принцип ин­ тегрирования, позволяющий скомпенсировать случайные погрешности, является достаточно универсальным и мо­ жет быть рекомендован для использования в системах управления с ЭЦВМ.

Универсальные управляющие ЭЦВМ в системах управления доменной печью

Начальным этапом применения универсальных управ­ ляющих ЭЦВМ в доменном производстве явилось ис­ пользование их для экспериментальной оценки взаимо­ связей между параметрами процесса при изменении теп­ лового состояния доменной печи и сравнительного анали­ за различных алгоритмов управления тепловым состоя­ нием, предложенных заводом «Азовсталь», Московским институтом стали и сплавов (МИСиС), Донецким и Ле­ нинградским политехническими институтами (ДПИ и Л П И ) . Для этой цели была использована ЭЦВМ типа «ВНИИЭМ-1», блок-схема которой приведена на рис. 10. Принципиальная схема системы контроля и управления "доменной печью показана на рис. 11.

С целью выбора приемлемого алгоритма управления тепловым состоянием печи с помощью вычислительного комплекса (рис. 11) были проведены исследования и сравнительный анализ методик, предложенных МИСиС, ДПИ, ЛПИ и заводом «Азовсталь». Так как объективное решение этой задачи.возможно при сравнении методик в одинаковых условиях работы на одной и той же печи, расчет рекомендаций по управлению тепловым состояни­ ем проводили на основе единой информации, за достаточ­ но длительный промежуток времени. Сравнительный ана­ лиз алгоритмов был выполнен группой исследователей ЦНИИЧМ, МИСиС и Д П И [23, 24].

Значительный объем первичной информации, различ­ ная частота ее поступления по различным параметрам, от­ сутствие единства условных обозначений и единиц изме­ рения исходных величин по отдельным методикам выз­ вали необходимость разработки алгоритма ввода инфор­ мации в вычислительную машину и организации одно­ временного расчета рекомендаций по различным мето­ дикам.

Рис. П. Схема системы контроля и управления доменной печыо:

66

Вычисление расчетных параметров и рекомендаций числения по записанной информации на электронной вы­ числительной машине «ВНИИЭМ.-1» в реальном масшта­ бе времени. Кроіѵіе того, выполнены дублирующие вы­ числения по записанной информации на электронной вы­ числительной машине М-20 вычислительного центра Академии наук УССР.

Сравнительный анализ методик проводили путем со­ поставления содержания кремния в чугуне [Si] с величи­ ной АКп = Кп.Р—Лп.д, где ^п.р — расчетная величина кок­ совой подачи, вычисленная по различным алгоритмам; Кп-я — действительная величина коксовой подачи. Коли­ чественная оценка правильности рекомендаций выполне­ на па основе анализа нормированных взаимных корре­ ляционных функций величины [Si] и А/Сп.

В основе методики МИСиС лежит вычисление комп­ лексных расчетных параметров, характеризующих коли­ чество газифицированного кислорода на единицу газифи­ цированного углерода шихты и прихода тепла в домен­ ной печи за счет процессов окисления углерода кислоро­ дом шихты и дутья на единицу газифицированного кисло­ рода шихты. Отклонения текущих значений комплексных расчетных параметров от их «нормальных» значений оп­ ределяют рекомендуемые изменения управляющих воз­ действий (величины коксовой подачи, температуры горя­ чего дутья и др.). Расчетные величины управляющих воздействий являются линейными функциями разности текущих и «нормальных» значений параметров.

По методике ДПИ проводится регулярная коррекция

на основе совместного решения системы уравнений мате­ риального и теплового балансов доменной плавки. При составлении уравнения теплового баланса используют тепловые эквиваленты шихтовых материалов, определяе­

газа), характеризующие развитие теплообменных и вос­ становительных процессов в доменной печи в данный момент. Уравнения мате'риалы-юго и теплового балансов составляют для порции шихтовых материалов, загружае­ мых на колошнике доменной печи в данный момент вре^ мени, исходя из условий сохранения в последующем для

этой порции материалов уровня развития процессов теп­ лообмена и восстановления.

Наряду с выдачей рекомендаций о необходимой ве­ личине коксовой подачи и количестве флюса в подачу методика ДПИ включает дополнительно оперативный контроль ряда параметров: степени прямого восстанов­ ления, теоретической температуры горения, а также ве­ личины необходимого расхода тепла и тепла, используе­ мого в доменной печи в целом и в зоне высоких темпе­ ратур.

Методика ЛПИ также предусматривает определение расчетным путем необходимой величины коксовой пода.- чи и соответствующую коррекцию загружаемой коксовой подачи. Расчет промежуточных комплексов ведут на ос­ нове материального и теплового балансов доменной плавки на 1000 м3 дутья. Рекомендуемая величина коксо­ вой подачи является функцией ряда переменных величин: состава и температуры дутья, состава шихтовых матери­ алов и продуктов плавки и др. Некоторые величины принимают условно постоянными, например величину потерь тепла.

Отличительная особенность методики завода «Азовсталь» заключается в выдаче рекомендации по измене­ нию коксовой подачи на основе сопоставления развития восстановительных процессов и фактических материаль­ ных потоков шихты и газов.

Для практического использования всех этих методик требуется вычисление расчетных комплексных парамет­ ров на основе первичной информации о работе печи. Подробное описание различных методик расчета тепло­

состав и температура колошникового газа; состав, коли­ чество, давление и температура дутья; перепады стати­ ческого давления газов по высоте печи; количество и хи­

(в зависимости от числа компонентов шихты) колеблет-

68

ся в пределах от 80 до 100. Большой объем первичной информации и вычислений по формулам предопределя­ ют необходимость применения вычислительной машины для оперативного контроля и выдачи рекомендаций по управлению, что в свою очередь обусловливает необхо­ димость алгоритмизации ввода первичной информации. Часть необходимой первичной информации может быть получена непрерывно от контрольно-измерительных при­ боров (состав колошникового газа, температура дутья и др.). Информация о количестве шихтовых материалов, а также о химическом составе сырья, чугуна и шлака из-за отсутствия автоматических приборов поступает дискретно, через различные промежутки времени.

Ввод в вычислительную машину информации, посту­ пающей непрерывно от приборов, осуществляют с по­ мощью универсального преобразующего устройства (УПУ), ввод остальной информации—с помощью пер­ фоленты. При этом для упрощения ввода, программиро­ вания и сокращения объема предварительной обработки дискретная информация классифицирована на группы по частоте опроса: ввод один раз в смену (состав кокса, флюса и рудной части шихты); ввод после каждого вы­ пуска чугуна (состав и температура чугуна и нижнего шлака); ввод каждый час (число подач); ввод по мере изменения (масса компонентов шихты в подаче).

Информацию по каждой группе дискретных пара­ метров фиксируют на стандартных бланках и набивают на перфолентах. Дифференцированный ввод обеспечи­ вает оперативность поступления информации в машину по мере ее изменения. Для обеспечения необходимой точности преобразований в УПУ в вычислительной ма­ шине определены реально возможные пределы измене­ ния каждого параметра первичной информации.

Исходя из существующих возможностей контроля па­ раметров, их значимости, влияния на погрешность опре­ деления рекомендаций и относительного постоянства, некоторые параметры, как например состав известняка, температура природного газа, состав золы кокса и дру­ гие, приняты постоянными по среднемесячным данным. В случае кратковременных остановок печи (5—10 мин) предусмотрено прекращение ввода информации о коли­ честве дутья, природного газа и концентрации кислоро­ да. В это время в машину задаются постоянные значе-

69

ния этих величин. При полной остановке печи на дли­ тельное время предусмотрено отключение вычислитель­

ваний и порядок ввода информации изложены в прило­ жении 1.

Рациональным вариантом сравнения методик явля­ ется сопоставление рекомендаций по этим методикам с изменением действительного теплового состояния до­ менной печи в течение достаточно длительного периода

дут одинаковыми, и поэтому возможно сравнение каче­ ства контроля теплового состояния по различным мето­ дикам. Целесообразность такой работы заключается не только в сравнительной оценке методик, ио п в возмож­ ности отыскания путей их совершенствования па основе взаимного сопоставления рекомендаций по реальной ин­ формации. Решение задачи оказалось возможным вслед­ ствие общности вычислений по отдельным методикам в некоторой их части. Как показал анализ, расчеты от­ дельных параметров по различным методикам базиру­ ются на использовании одинаковых промежуточных рас­ четных комплексов (приход тепла с дутьем, содержание углерода в 1 м3 колошникового газа, характеристики использования водорода, выход чугуна и шлака из по­ дачи, содержание железа в чугуне, количество железа, кислорода, углерода в подаче и др.).

В результате работ по алгоритмизации вычислений было достигнуто сокращение объема вычислительных операций примерно в 3 раза, что позволило обеспечить с помощью «ВНИИЭМ-1» все необходимые вычисления. Разработанный алгоритм занимал 60% оперативной па­ мяти вычислительной машины. Полный объем вычисле­ ний по алгоритму приведен в приложении 2.

Расчеты проводили по единичным опросам через каждые пять минут, а также через каждые полчаса на основе информации, полученной усреднением этих еди­ ничных опросов^ На ленте печатающего устройства ре-

70