книги из ГПНТБ / Челюсткин А.Б. Применение вычислительной техники для управления металлургическими агрегатами

мембраной дифманометра, пропорциональное квадрату скоро­ сти движения жидкости или газа через диафрагму, вызывает перемещение якоря трансформаторного датчика. Напряжение, снимаемое с этого датчика, питает через усилитель электромаг­ нит, который создает усилие, уравновешивающее усилие на мем­

бране. Так как усилие электромагнита пропорционально квадра­ ту тока в его катушке, то этот ток оказывается прямо пропор­ циональным измеряемому расходу.

Рис. 40. Схема сравнения значений параметров с граничными значениями в пневматической измери­ тельной системе:

/ — диффренциальные манометры; 2 — контактные устройства; 3 — генератор пилообразного давления

Как уже указывалось выше, в системе автоматической реги­ страции имеется устройство, сравнивающее текущие значения отдельных параметров с их граничными значениями и подающее

сигнал при выходе параметра за пределы этих значений.

При наличии пневматических приборов применяется схема,

приведенная на рис. 40. Давления Pi—Р$, пропорциональные

измеряемым величинам, подаются на контактные дифференци­ альные манометры. Специальное поршневое устройство созда­ ет противодавление Рь, величина которого периодически линей­ но изменяется по времени t, как показано на графике в нижней части рис. 40. Давление, создаваемое измерительным прибором, определяется как интервал времени между началом цикла и мо­ ментом замыкания контактов сооветствующего дифференциаль­ ного манометра. Выход измеряемого параметра за пределы ус­ тановленных значений оценивается по величине соответствую­ щего интервала времени.

52

Глава II

ПРИМЕНЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИМИ

АГРЕГАТАМИ

1. ОСОБЕННОСТИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ ДЛЯ ИХ УПРАВЛЕНИЯ

Большинство технологических процессов металлургического

производства являются сложными физико-химическими процес­ сами, сопровождающимися экзо- и эндотермическими явлениями. Все эти процессы характеризуются многосторонними связями от­ дельных параметров и сопровождаются значительными объема­ ми потоков материалов и энергий.

Управление процессом осуществляется путем количественно­ го и качественного изменения этих потоков в соответствии с его внутренними и выходными параметрами. Таким образом, управ­ ление процессом требует наличия контроля этих параметров и знания взаимосвязей между ними. Контроль осуществляется при помощи измерительных приборов, показания которых яв­ ляются основным источником информации о ходе технологиче­ ского процесса. Причем ход .процесса характеризуется не только

самими показаниями, но и сочетанием показаний отдельных при­ боров, а также общей тенденцией изменения этих показаний.

Из-за недостаточного развития современной измерительной техники целый ряд параметров процесса еще не удается контро­ лировать. Так, не контролируются такие существенные парамет­

ры ванны мартеновской печи, как скорость выгорания углерода

и скорость раскисления стали; химический состав металла в ван­ не определяется лишь периодически и с большими запаздыва­ ниями.

Кроме того, целый ряд параметров невозможно измерить не­ посредственно, они могут быть вычислены лишь на основании по­ казаний нескольких приборов. Применение средств вычислитель­ ной техники позволяет во многих случаях непрерывно и автома­ тически вычислять эти параметры и осуществлять по ним регули­ рование процесса.

55

Обычно целью автоматического управления процессом яв­ ляется достижение наиболее высоких технико-экономических по­ казателей, которые возможны лишь при определенном соотноше­ нии входных и внутренних параметров процесса. В ряде случаев это соотношение выражено неявно и может быть найдено лишь опытным путем или расчетом.

Применение вычислительной техники позволяет находить

оптимальные соотношения параметров либо на основании стати­ стической обработки результатов работы агрегата, либо на осно­ вании исследования математического описания—-уравнения

процесса.

Обычно на процесс непрерывно воздействуют возмущения,

вызывающие нежелательные отклонения параметров. В первую очередь такими возмущениями являются количественные и ка­ чественные нарушения потоков материалов и энергий. Кроме этих возмущений, на -процесс воздействуют нарушения работы агрегата, связанные с ограниченным срокам его службы и вызы­ вающие изменения характеристик агрегата. Так, износ огнеупо­ ров, зашлакование изменяют величины тепловых сопротивлений и гидродинамику газовых потоков мартеновской печи; износ вал­ ков вызывает увеличение зазора между валками и изменение толщины полосы на прокатном стане; отложения в трубопрово­

дах химических производств повышают их сопротивление, что приводит к росту давлений или температур, и т. д.

Включение в систему управления процессом вычислительного устройства позволяет заранее определить на основании матема­ тического описания процесса, какое влияние окажут возмущения на выходные параметры процесса, и своевременно принять меры для компенсации этого влияния.

Так, например, изменение температуры прокатываемого ме­

талла вызывает изменение толщины конечного продукта, кото­ рое может быть компенсировано соответствующим изменением положения нажимных винтов клетей. Вычислительное устройство рассчитывает на основании известных соотношений — уравнеяий, заложенных в это устройство,—как следует изменить обжатие по клетям.

Однако из-за чрезвычайного многообразия взаимосвязей меж­

ду параметрами процесса и недостаточной изученности их точное математическое описание процесса обычно невозможно. В ре­ зультате анализа процесса могут быть установлены лишь приб­ лизительные соотношения в виде полуэмпирических формул, коэффициенты которых могут изменяться в каких-то ограничен­ ных пределах. Это обстоятельство является одним из основных препятствий на пути широкого применения вычислительных устройств в системах автоматического регулирования. Чтобы устранить этот недостаток, системы автоматического регулиро­ вания снабжают вторым вычислительным устройством, которое, сравнивая расчетные данные с фактическими, уточняет значения

56

коэффициентов приближенного уравнения, вводя поправки в работу первого вычислительного устройства.

На рис. 44 приведена структурная схема системы автомати­ ческого регулирования с двумя вычислительными устройствами. В общем случае объект может быть оборудован обычными авто­ матическими регуляторами АР, которые поддерживают неизмен­

ными выходные параметры.

Нагрузка

Управляющее (вычислительное устройство ВУ1 на основании из­ мерений возмущающих воздей­ ствий, действующих на вход объ­ екта (регулирования, рассчитывает

(необходимые изменения устаню--

врк регуляторов АР. В таком виде система регулирования по вели­ чине возмущающих воздействий является разомкнутой. Замыкание системы осуществляется через второе вычислительное устройство ВУ2, куда подаются результаты измерений как выходных, так и

входных параметров системы.

щие .исполнительные устройства, Замыкание системы вания через вычислительное устройство ВУ2 позволяет осуще­

ствить ее самонастройку, т. е. установление таких параметров си­ стемы, при которых регулируемый процесс имеет .оптимальные

показатели.

Управление металлургическими процессами усложняется тем, что большинство этих процессов циклические. Это связано с рез­

кими изменениями характеристик агрегатов на различных стади­ ях цикла. Так, в мартеновской печи после расплавления, являю­

щегося чисто эндотермическим процессом, начинается процесс кипа, связанный с выделением тепла самой ванной. По мере по­

вышения температуры мартеновской печи изменяются ее гидрав­ лические характеристики и т. д.

В циклических процессах потоки материалов и энергий дол­ жны непрерывно изменяться в количественном и качественном

отношениях по определенной программе, которая в свою оче­ редь должна изменяться в соответствии с указанными выше внешними возмущениями, воздействующими на процесс. Чрез­ вычайная сложность взаимосвязей, характеризующих технологи­

ческий процесс в этих условиях, не позволила еще установить их количественные соотношения, т. е. до сего времени отсутствует

57

математическое описание металлургических процессов с учетом их динамики.

В настоящее время для ряда агрегатов (например, для мар­

теновских печей) практикуется программное управление, которое обеспечивает изменение уставок регуляторов по ходу процесса на основании «уточненной технологической инструкции». Эта инструкция составляется на основе статистической обработки опытных данных о работе агрегата. Хотя такое программное

управление и улучшает ход процесса, однако оно не обеспечивает его оптимальности при данных конкретных условиях. В связи с

этим возникает необходимость непрерывной коррекции програм­ мы с учетом фактического влияния возмущений, воздействующих на процесс. Такая коррекция принципиально может быть достиг­ нута включением в систему управления вычислительной машины или устройства, выявляющего изменение характеристики агрега­

та, вызванное влиянием возмущений.

Чрезвычайная сложность решения задач комплексного управ­ ления металлургическими процессами с помощью вычислитель­ ной машины не позволила до настоящего времени осуществить такое управление. Однако вычислительная техника, главным об­ разом непрерывная, находит все более широкое применение в отдельных системах управления и контроля параметров процес­

са. Применение ее значительно улучшает качество управления, а также позволяет создавать системы управления и контроля параметров, не поддающихся непосредственному физическому измерению.

Ниже описаны примеры использования вычислительной тех­ ники в системах регулирования в доменном, сталеплавильном и

прокатном производствах.

2. НЕПРЕРЫВНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА В СИСТЕМЕ РЕГУЛИРОВАНИЯ АГЛОМЕРАЦИОННОЙ МАШИНЫ

Процесс производства агломерата заключается в спекании кусков шихты под действием высокой температуры при горении кокса, входящего в состав шихты. Спекание осуществляется на движущейся агломерационной ленте, на которую ровным слоем насыпана заранее подготовленная шихта. Зажигание кокса в шихте производится специальными горелками; процесс горения поддерживается по всей рабочей длине аглоленты за счет кис­ лорода воздуха, просасываемого эксгаустером через слой шихты.

По мере движения аглоленты слой выгоревшего кокса в шихте все увеличивается, и полное выгорание должно закончиться пе­ ред выдачей агломерата, образовавшегося в процессе спекания, с заднего конца ленты.

Исследования показали, что процесс выгорания кокса, а сле­ довательно, и процесс агломерации, идет равномерно по длине ленты.

58 .

На рис. 45 приведена схема распределения агломерата по длине ленты. Заштрихованный участок показывает расположение

шихты с невыгоревшим коксом. Скорость выгорания V зависит от толщины слоя шихты Н и скорости движения аглоленты vh\

где L — длина участка ленты, на котором процесс агломерации заканчивается.

Рис. 45. Схема распределения шихты с выгоревшим коксом по длине аглоленты

Для получения максимальной производительности агломера­

Скорость выгорания кокса зависит также от количества про­ сасываемого через шихту воздуха, т. е. от разрежения, создавае­ мого эксгаустером в камерах, расположенных под аглолентой, и проницаемости шихты, что, в свою очередь, определяется соста­ вом шихты и качеством ее обработки.

На рис. 46 приведена схема взаимосвязей, определяющих

скорость выгорания кокса и качество агломерата. Если процесс выгорания полностью заканчивается на ленте, то качество агло­ мерата зависит только от состава шихты и качества ее обработ­ ки. При данной руде подбирается такой состав шихты, который отвечает заданному качеству агломерата. Поэтому одной из за­

дач автоматического регулирования агломерационной машины является поддержание постоянного состава шихты. Наилучшим образом это достигается при весовом дозировании отдельных компонентов.

На рис. 47 приведена блок-схема автоматического весового дозирования шихты. В состав шихты входят руда, горячий воз­ врат, колошниковая пыль, кокс и вода. Изменение веса подавае­ мой руды и горячего возврата вызовет изменение задания регу­ ляторов весового дозирования кокса и колошниковой пыли, до­ бавляемых в шихту в заданной пропорции. Вода дозируется в

59