книги из ГПНТБ / Применение вычислительной техники на металлургическом заводе
..pdf2. С И С Т Е М А А В Т О М А Т И Ч Е С К О Г О УПРАВЛЕНИЯ
Р А С П Р Е Д Е Л Е Н И Е М |
Г А З О В О Г О П О Т О К А НА |
ПЕРИФЕРИИ |
|
К О Л О Ш Н И К А |
(АВР) |
|
|
Ровный |
ход |
печи и экономичная |
ее работа характе |
ризуются высокой степенью использования физического тепла и химической энергии колошникового газа. В свою очередь, использование энергии газа определяется рас пределением его по сечению печи.
Необходимое распределение газового потока дости гается регулированием газопроницаемости столба ших ты путем изменения режима загрузки по периметру ко лошника гребней рудной части шихты и кокса, а также изменением последовательности подачи материалов в доменную печь.
По установившейся терминологии участок столба шихты с максимальной (по отношению к остальной ча сти) газопроницаемостью, при которой наблюдается по вышение температуры газового потока и снижение содержания в нем углекислоты, характеризуется как ка нальный ход печи. Средством борьбы с таким наруше нием хода печи служит загрузка в этот район материа лов с минимальной газопроницаемостью (откосов руд ной части шихты).
Если же количество и температура газа, проходя щего через участок столба, резко снижаются, а содер жание углекислоты возрастает, то принято считать, что в этом районе «тугой ход», ликвидация которого осуще ствляется путем загрузки в этот район материалов с максимальной газопроницаемостью (откосов кокса).
Важным фактором, обеспечивающим интенсивную и ровную работу печи, является своевременное опреде ление нарушений нормального хода печи и предотвра щение их развития. Установлено, что для ликвидации своевременно обнаруженных «каналов» требуется изме
нение |
режима |
работы |
вращающегося |
распределителя |
|||||
шихты всего |
лишь |
на 3—5 подач; если же задержаться |
|||||||
с |
принятием |
мер, |
то |
время |
регулирования |
возрастет |
|||
в |
2—3 |
раза. Автоматизация |
управления |
с |
использова |
||||
нием |
вычислительных |
машин |
повышает |
оперативность |
|||||
исправления |
хода |
печи. |
|
|
|
||||
|
На заводе «Азовсталь» совместно с ДПИ, |
ВНИИЭМ |
|||||||
и разработана |
система |
автоматического управления рас- |
.82
пределепием шихтовых материалов и газового потока на периферии колошника на базе вычислительной машины УМВД. Система прошла длительные успешные испыта ния на доменных печах завода. Блок-схема системы АВР
приведена |
па рис. 15. |
|
|
|
Технологическая |
информация |
о температуре |
газово |
|
го потока |
поступает |
в систему |
управления от |
четырех |
Рис. 15. Схема системы автоматического управления вращающимся распре делителем шихты
термопар /, установленных в газоотводах печи (датчи ки первой группы), и 18 термопар 2, установленных по периферии печи под уровнем засыпи (датчики второй группы). Сигналы с датчиков температуры поступают каждый по своему каналу на блоки усреднения .3, на вы ходе которых напряжение соответствует среднему ариф метическому значению измеряемых температур.
В системе применены два канала сбора и обработки информации с целью определения квадранта печи с на рушенным газовым потоком (канал а) и уточнения ме ста нарушения газораспределения в данном квадранте (канал б).
Сопоставление температур / и 2 с их средними зна чениями осуществляется в блоках сравнения 4, где фор мируется разность температур — средней и местной. Если эта разность больше или меньше установленной
б* |
83 |
в блоке сравнения зоны нечувствительности, то па вы ходе блока сравнения появляется сигнал, характеризу ющий величину и знак отклонения температуры от сред
|
|
шша 1 |
|
него |
|
значения. |
Управляющая |
|||||||||
|
|
|
машина |
УМВД |
опрашивает |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
датчики |
температуры |
|
и |
фикси |
||||||
|
|
|
|
|
|
рует отклонения один раз в по |
||||||||||
? |
|
1 |
|
|
|
дачу |
|
по |
сигналам, |
|
поступаю |
|||||
|
|
|
|
щим от комапдо-коптроллера |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
программы. |
Сигналы, |
идущие |
||||||||
|
|
|
|
|
|
по каналу а, накапливаются в |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
сумматоре 5. В случае, если от |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
клонение |
и |
его |
знак |
|
проходят |
|||||
|
|
|
|
|
|
в сумматор заданное число раз |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
(3—4 |
раза |
в течение |
|
20 |
мин), |
|||||
|
|
|
|
|
|
то отклонение считается |
досто |
|||||||||
|
|
1 |
іверным и УМВД уточняет мес |
|||||||||||||
5- |
|
р |
|
\ |
то этого отклонения с помощью |
|||||||||||
|
\ |
|
/ |
опроса и сравнения |
температур |
|||||||||||
|
|
|
||||||||||||||
|
|
1 |
по периферии (канал |
б). |
||||||||||||
|
|
|
Номер сектора печи, в кото |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
ром |
|
обнаружены |
устойчивые |
|||||||
|
|
|
|
|
|
отклонения |
от |
нормы, |
фикси |
|||||||
|
|
|
|
|
|
рует |
|
блок хранения |
|
информа |
||||||
|
|
|
|
|
|
ции 6. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
В |
|
соответствии |
с |
|
выявлен |
|||||
|
|
|
|
|
|
ным |
|
газораспределением ма |
||||||||
|
|
|
|
|
|
шина выбирает один из четы |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
рех режимов работы вращаю |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
щегося распределителя |
шихты |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
(BP): |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
1) |
при |
равномерном |
газо |
|||||||
|
|
|
|
|
|
вом |
потоке |
BP |
отрабатывает |
|||||||
fO |
|
|
|
|
|
последовательно |
все |
|
станции; |
|||||||
Температура |
|
2) |
при одновременном |
появ |
||||||||||||
|
|
|||||||||||||||
Р и с . 16. |
Р а с п р е д е л е н и е |
тем |
лении зон с канальным и тугим |
|||||||||||||
ходом |
загрузка |
ведется |
таким |
|||||||||||||
пературы газа в |
газоотводах |
|||||||||||||||
ществления |
регулирующего |
образом, |
чтобы |
гребни |
рудной |
|||||||||||
(І—ІѴ) |
печи |
д о |
и после |
осу |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
воздействия |
|
|
|
|
сыпи совпадали с зоной каналь |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
ного |
хода; |
|
|
|
|
|
|
|||
3) |
при |
появлении |
зоны с |
канальным |
ходом |
загруз |
ка ведется так, что с центром этой зоны совпадают греб ни рудной сыпи;
84
4) при появлении зоны с тугим ходом загрузка ве дется так, что с центром этой зоны совпадают гребни коксовой подачи.
По сигналу из блока 6 УМВД определяет характер необходимого технологического режима и через блок выдачи управляющего импульса 7 воздействует на стан цию преобразования и усиления 8, которая изменяет программу работы станции управления вращающегося распределителя 9. Исполнительным элементом системы является двигатель BP JO.
На рис. 16 приведены кривые характерного распре деления температуры газа в газоотводах при наличии нарушения равномерности газового потока. Точка Р на рис. 16 обозначает начало регулирования. Через четыре подачи после начала регулирования началось выравни вание температур в газоводах. В общем случае ликви дация нарушений равномерности распределения газово го потока завершается через 2—5 подач.
Для оценки правильности выбранного режима рас познавания устойчивой тенденции процесса, при кото ром длительность предыстории составляет около 20 мин, применен метод теории случайных функций [28]. На вы бранном конечном интервале времени Ат изменения
температуры tj газового потока в /-том |
газоотводе ап |
||||
проксимируют полиномом |
второго |
порядка: |
|||
|
Ѳ,„ (Т) = |
й0 |
+ а{Г + |
azT\ |
|
|
Исследуемый параметр |
представляют в виде двух со |
|||
ставляющих |
|
|
|
|
|
|
х(Т) = |
Ѳ(Т) + Ѵ(Т), |
|
||
где |
Ѳ(Т) — регулярная |
составляющая |
измерительной |
||
|
информации, аппроксимируемая без ошиб |
||||
|
ки функцией |
вт(Т); |
|
составляющая, |
|
|
V (Т) — стационарная |
случайная |
|||
|
корреляционную функцию |
которой аппро |
|||
|
ксимируют |
выражением |
|
Определение устойчивости нарушений нормального протекания процесса системой АВР имеет вероятност ный характер, т. е. накопление заданного числа откло нений параметра от заданного значения считается при-
85
знаком устопчнвого нарушения равномерного распреде ления газового потока.
Пользуясь методами расчета статистически оптималь ных динамических систем [29, 30], можно определить среднеквадратическую ошибку а воспроизведения пара метра с учетом преобразования его, осуществляемого си
стемой, т. е. — ошибку нахождения |
функции |
г(7Ѵ-:/Ѵ|Ѳ,„(Т)|, |
|
где /V — оператор преобразования. |
|
Сравнение полученных значений |
er для различных |
режимов накопления информации позволяет найти оп
тимальный |
режим. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
С учетом вида и степени полинома |
Ѳ т (Г), |
вида опе |
|||||||||||
ратора |
преобразования |
N и |
корреляционной |
функции |
|||||||||
R.YY величину о находят из выражения |
|
|
|
|
|||||||||
где |
|
|
|
а" = |
То Но -і- Vi 14 -f Y2M2. |
|
|
|
|||||
„2 / 2D0 |
|
|
|
|
|
2 2D, |
|
|
2 |
|
|||
|
, |
4D„ |
\ |
|
|
|
|
2D„ |
|||||
To = °v — - -! |
f ; Yi - oy — ~ ; Y2 = "1 |
; |
|||||||||||
|
ay—среднеквадратическая |
|
ошибка |
случайной со |
|||||||||
|
ставляющей |
V(T); |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
а —скорость |
спадания |
ветвей |
корреляционной |
|||||||||
|
функции случайной |
составляющей |
Ѵ{Т); |
||||||||||
D0,DbD.z—коэффициенты |
|
весовой |
функции w(T) |
опти |
|||||||||
|
мальной динамической системы, имеющей в |
||||||||||||
|
данном случае вид |
|
|
|
|
|
|
||||||
w(T) |
= D0 |
|
-\-DVT -' |
D,T- -і-Ау&СГ) -\ |
В^(Т |
— |
АТ). |
||||||
Значения |
коэффициентов |
D0 , Di, D2 , A\, ß, |
находят |
||||||||||
с помощью |
системы |
уравнений: |
|
|
|
|
|
||||||
а |
о. |
, |
2D2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а'- '' |
а3 3 |
|
1 |
|
а |
' |
а |
а 2 |
|
||||
|
|
! |
DvT- |
|
|
i |
^ . _ |
ß 1 |
= |
0; |
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
а 2 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
DXT3 |
|
|
- B L T ^ m . D0T |
+ |
|
|||||
|
2 |
|
|
3 |
|
4 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
DJ3 |
, |
D2 rj |
- |
В, 4 - |
А, |
= |
Ц 0 ; |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
' |
3 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
86
3 |
4 |
5 |
1 |
h 2 |
где |л0, (.ii, j-Ц—моменты оптимальной весовой функции, выраженные через оператор N.
Учитывая, |
что |
функция |
z(T) |
= N[Qm(T)] |
является |
сглаженным |
экстраполированным |
значением |
неслучай |
||
ной составляющей |
функции |
х(Т), |
получим |
|
HT) • 0(7" : т„),
где то — период экстраполяции (прогноза).
|
Следовательно, моменты оптимальной весовой функ |
||||||||
ции |
рассматриваемой |
системы |
соответственно |
равны |
|||||
ц 0 = 1 ; |
JH., = |
тг0; ц2 = т^. |
Величина |
т 0 |
выбрана |
равной |
|||
10 мин; |
это |
обусловлено |
тем, |
что |
за |
период |
Дт+то |
||
(30 |
мин) обеспечивается |
падежное |
распознавание тен |
денции.
Найденные по ряду реализаций значения среднеквадрэтического отклонения и скорости спадания ветвей кор реляционной функции случайной составляющей равны соответственно о ѵ = 15 град, а = 0 , 0 2 1/мин.
В соответствии с изложенной методикой проведен расчет зависимостей оОПт = }(&Т) ; а д = / ( Л Г ) ,
где аопт — расчетная |
среднеквадратическая |
ошибка |
|
оптимального |
режима; |
|
|
о"д — действительная |
среднеквадратическая |
|
|
ошибка. |
|
|
|
Результаты сравнения расчетных и действительных |
|||
среднеквадратических |
погрешностей прогнозирования |
тенденций процесса показаны на рис. 17. Минимум по грешности достигается при Дт=16-т-20 мин, что соот ветствует экспериментально подобранной величине пе риода накопления информации.
По результатам промышленной эксплуатации АВР с машиной УМВД выполнено исследование эффективно сти ее применения.
При исследовании эффективности системы в качест ве основных критериев сравнительного анализа приня ты: расход кокса, производительность печи, содержание углекислоты в колошниковом газе, рудная нагрузка, ши рина зоны разброса температур в газоотводах.
87
Исследование эффективности проводили в результа те многократного чередования периодов работы доменнон печи с ручным и автоматическим регулированием газового потока. Период чередования был выбран дли тельностью семь суток.
|
|
/ |
/ |
|
|
іy / // |
о |
|
/ |
/ |
|
/ |
, |
|
|
о / |
|
/ |
|
14 |
|
S/ |
|
\ |
/ f s |
||
\ |
|||
А |
/ |
||
|
у.\ \
іг Vа |
~- ? |
— |
4ш? |
|
|
|
|
|
о s |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
16 |
26 |
|
J* |
42 |
âV,nuH |
Pue. |
17. Зависимость погрешности |
прогнозирования |
от вели |
|||
чины периода |
накопления информации |
|
|
|||
В результате |
исследований |
установлено, что при ав |
томатическом управлении распределением газового пото ка на колошнике системой АВР с вычислительной ма шиной УМВД работа доменной печи протекает эконо мичней и производительней, чем при обычном управле нии мастером печи. При этом: удельный расход кокса
снизился на 5 кг/т, производительность печи |
возросла |
с 2595 до 2624 т чугуна в сутки, содержание |
углекисло |
ты в колошниковом газе увеличилось на 5,2% |
(с 12,98% |
до 13,65%), рудная нагрузка увеличилась на 1% (с3,275 до 3,310 г/т), ширина зоны разброса температур по га зоотводам уменьшилась на 20%.
3. А В Т О М А Т И Ч Е С К О Е РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ДУТЬЯ П О Ф У Р М А М Д О М Е Н Н О Й ПЕЧИ
В системах автоматического распределения дутья по фурмам доменных печей вычислительные устройства выполняют ограничен ные функции, поскольку при построении таких систем цепи уирав-
88
лепил обычно удается синтезировать из типовых контрольно-изме рительных M электрических элементов. Необходимость выполнения вычислительных операций возникает главным образом при форми
ровании сигнала задания расхода дутья на отдельно |
взятую фурму. |
На заводе «Азовсталь» работы по автоматизации |
распределения |
дутья по фурмам доменной печи проводятся в содружестве с Ин ститутом автоматики, и в настоящее время на нескольких печах функционируют достаточно работоспособные и эффективные систе мы. Действие этих систем основано на поддержании заданных рас ходов дутья через отдельные фурмы путем перераспределения по стоянного общего расхода дутья между фурмами. Задающий сигнал расхода дутья па фурму формируется пропорционально общему расходу горячего дутья.
Измерение расходов дутья через фурмы осуществляют контро лем перепадов давления на местных сопротивлениях фурменных приборов. Выходные ферродииамические преобразователи типа ПФ преобразуют расходы дутья через отдельные фурмы в аналоговые
|
/77«>г-| |
?пя> |
|
|
Й |
щ |
|
|
|
О |
|
|
|
"а |
|
|
|
та* |
|
|
|
П |
-*) |
Рис. |
!8. Аналоговая вычислительная система для расчета среднего |
рас |
|
х о д а |
дутья па фурму доменной |
печи |
|
электрические сигналы, которые в дальнейшем используют и в узле формирования задания, н в узле определения ошибки регулирования. Общий расход горячего дутья на печь определяют непрерывным автоматическим суммированием расходов дутья через отдельные
фурмы |
(рис. 18). |
|
|
|
|
|
|
Аналоговая вычислительная система (рис. 18) работает следу |
|||||||
ющим |
образом. Расходомеры 1, 2, |
N |
{N — число |
фурм |
на |
домен |
|
ной печи) измеряют расходы дутья Qu Q2, |
QN |
на |
отдельные |
||||
фурмы. Сигналы ферродинамических преобразователей / |
ПФ |
(типа |
|||||
ПФ4) |
суммирует делитель напряжения |
ЯД, |
коэффициент |
которого |
89
равен 1/Л'. Таким образом, выходном сигнал делителя равен зада нию расхода дутья через отдельную фурму:
Q, + <?„ + •••+ дд, _ q u |
|
||
Q j ~ |
N |
N ' |
|
где Qo — общин расход дутья на печь. |
|
|
|
Через переключатель |
П навстречу |
сигналу |
Q 3 последователь |
но подключают сигналы |
преобразователен 2ПФ |
(типа ПФ4), про |
порциональные расходам дутья через отдельные фурмы. Образую
щийся таким образом сигнал ошибки регулирования |
поступает на |
|||||
вход регулятора расходов дутья |
но фурмам |
(канал |
/1). |
|||
|
При отклонении расхода дутья через фурму от заданного значе |
|||||
ния |
сигнал |
ошибки, |
пропорциональный этому |
отклонению, прохо |
||
дит |
через |
регулятор, |
магнитный |
усилитель и |
управляет электриче |
ским исполнительным механизмом данной фурмы. Исполнительный механизм подключают к регулятору синхронно с работой переклю чателя П — одновременно с подключением ко входу регулятора той или иной фурмы соответствующий исполнительный механизм под ключают к выходу регулятора. Исполнительный механизм переме
щает |
регулирующую высокотемпературную |
дроссельную |
заслонку |
||||||
на фурме, приводя расход дутья через фурму |
к заданному |
значе |
|||||||
нию. Время обхода всех фурм составляет от |
5Л' до |
20/Ѵ сек. |
Расход |
||||||
дутья |
через фурму становится равным заданному |
не . позже, чем |
|||||||
через три обхода. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
введением |
автоматического |
регулирования |
распределения |
|||||
дутья |
производительность |
доменных печей |
повышается |
на |
2,0 ч- |
||||
4-2,5% |
и удельный |
расход |
кокса |
сокращается |
на 2,2ч-2,7%. |
|
|||
4. РАЗВИТИЕ С И С Т Е М Ы А В Т О М А Т И Ч Е С К О Г О |
УПРАВЛЕНИЯ |
|
|
||||||
Д О М Е Н Н Ы М П Р О Ц Е С С О М |
|
|
|
|
|
|
|
Испытания различных систем управления доменным процессом с применением аналоговых п цифровых вы числительных устройств, функционирующих на основа нии тех или иных алгоритмов, подготовили почву для внедрения в производство системы регулирования теп лового состояния печи на базе серийной управляющей вычислительной машины «УМ-1» по алгоритмам ЦНИИЧМ и завода «Азовсталь». Принципиальная схе
ма системы |
приведена па |
рис. 19,6. |
В период |
подготовки |
системы к длительной эксплу |
атации в программу машины дополнительно ввели: опе ративный контроль работы вторичных датчиков п
преобразователен |
информации |
путем |
выдачи |
на пе |
чать по требованию оператора |
ВМ |
величины |
любого |
|
контролируемого |
параметра; автоматический |
контроль |
||
ввода информации |
с пульта ВМ путем выдачи на печать |
90
вводимых данных с указанием времени ввода и адреса; автоматическую регистрацию выдаваемых рекоменда ций на самопишущем приборе, находящемся в помеще нии пульта управления доменной печыо.
Рис. 19. Система регулирования |
теило-Ч |
16 |
/4 |
|
|||||
вого состояния доменной печи с |
п р и м е - • |
ZT |
ff |
||||||
пением Э Ц В М |
«УМ-І»: |
|
|
|
|
|
|||
/ — трубопровод |
холодного |
|
дутья; |
|
|
|
|||
2 — трубопровод |
природного |
газа; |
|
|
|
||||
3 — трубопровод |
горячего дутья; |
'/ — си |
|
|
|
||||
стема счета скипов и подач; |
5 — п ы л е |
|
|
|
|||||
уловитель;, |
б — к р о с с ; |
7— |
частотный |
|
|
|
|||
преобразователь |
ЧС-1; S — внешнее уст |
|
|
|
|||||
ройство Э Ц В М ; |
9 — вычислительный |
® И 7 H |
|
|
|||||
комплекс: |
10 — пульт |
оператора; |
|
/о |
|||||
/ / — ввод |
данных; |
12 — накопитель; |
|
||||||
73 — устройство |
|
регистрации; |
|
14 — ре |
|
|
|
||
гистрирующий |
прибор; |
/5 — т е л е т а й п ; |
|
|
|
||||
16 — рабочее |
|
место |
мастера |
печи: |
|
|
|
||
ß — воздействие |
|
на процесс; |
А — ввод |
|
|
|
|||
информации |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Необходимую точность контроля состава колошнико вого газа (содержание в газе СО, Н 2 и С О 2 ) удалось обеспечить, используя информацию о составе колошни кового газа от двух самостоятельно работающих ком плектов газоанализаторов (см. рис. 19). Средний по двум измерениям состав газа меньше отличается от дей ствительного, чем показания одного прибора. В процес се эксплуатации системы контроля состава газа уста новлено, что проверка газоанализаторов один раз в сут ки (по контрольной смеси известного состава) является
91