Контроль технологических процессов

 

Удивительно, что этот цирковой трюк овладел на 120 лет умами физиков на полном серьезе, хотя его прототипы есть в сказках-небылицах всех народов всех времен, включая барона Мюнхаузена, вытащившего себя за волосы из болота, и призванных показать детям возможные жульничества и тем защитить их во взрослой жизни. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

 

• Skip to content

• Skip to main navigation

• Skip to first column

• Skip to second column

 

 

Машиностроение и механика

АСУ в металлургии: Измерение параметров металлургических процессов

Article Index

АСУ в металлургии: Измерение параметров металлургических процессов

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ КАК ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ

СТАТИЧЕСКИЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБЪЕКТА

СТАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ

ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

ПРИБОРЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ГАЗОВ, ЖИДКОСТЕЙ И СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Дифманометры

тахометрические счетчики

ПРИБОРЫ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ И ВЛАЖНОСТИ

Зондовый механический и радиометрический уровнемеры

ПРИБОРЫ ИЗМЕРЕНИЯ СОСТАВА ЖИДКОСТЕЙ, ТВЕРДЫХ ТЕЛ И ГАЗОВ

Твердые среды

Состав газов

ПРИБОРЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Потенциометры

Пирометры

All Pages

 

 

 

ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ В МЕТАЛЛУРГИИ

 

Повышение производительности труда во всех отраслях народного хозяйства при уменьшении числа занятых в производстве людей и значительном уменьшении доли ручного труда можно достигнуть путем интенсификации производственных процессов и коренного технического переоснащения промышленных предприятий на базе комплексной автоматизации с широким применением вычислительных машин и робототехнических комплексов.

Непрерывная интенсификация производственных процессов приводит, как правило, к усложнению функции управления. Однако быстрое развитие средств автоматизации и вычислительной техники расширяет возможности их реализации.

Одновременное развитие технологии производства и технологии управления привело к созданию таких производственных процессов и типов оборудования, которые невозможно эксплуатировать в отрыве от систем управления. Характерными примерами являются современные доменные печи объемом 5000 м3, кислородные конвертеры, мощные электропечи и т.п.

Необходимо, чтобы непрерывное развитие металлургической промышленности осуществлялось по трем основным направлениям:

1. Строительство мощных  высокопроизводительных агрегатов. Ввод в строй доменных печей  объемом 3200-5000 м3, кислородных конверторов 300-550 т, агломерационных фабрик с машинами площадью спекания 312 м2, и окомковательных фабрик с обжиговыми машинами 520 м2 проектирование агломашин с площадью спекания более 650 м2.

2. Совершенствование технология  производства, улучшение качества  подготовки сырья, внедрение новых  интенсивных технологических процессов  с использованием кислорода и  дополнительных видов топлива, широкое  применение методов, позволяющих  улучшить качество металла - вакуумирования, электрошлакового переплава, обработки  металла синтетическими шлаками, внедомендой десульфурации чугуна  и т.д.

3. Улучшение методов и  средств управления металлургическими  процессами и планирование всего  производственного цикла. Повышение  квалификации персонала, обслуживающего  металлургические агрегаты.

По мере роста производительности агрегатов и повышения требований к качеству металла растет роль автоматического контроля и управления металлургическими процессами, так как субъективные ошибки обслуживающего персонала могут привести к значительным абсолютным потерям металла, топлива, снижению производительности агрегатов или к снижению качества продукции.

Непрерывность технологических процессов черной металлургии создает весьма благоприятные условия для комплексной автоматизации.

Основными предпосылками для полной автоматизации участков, цехов являются повышение уровня механизации на участках, применение дистанционного управления механизмами, высокий уровень оснащения агрегатов контрольно-измерительными приборами.

Автоматизация контроля управления является одним из способов повышения производительности агрегатов и улучшения качества продукции. В свою очередь автоматизация влияет на технологию процесса, развитие более полной механизации, усовершенствование оборудования.

Максимальный экономический эффект от автоматизации может быть получен, когда в процессе проектирования технологического агрегата предусматривается его механизация, создаются резервы ресурсов управления и технологический процесс строится с учетом использования достижении современной науки управления - кибернетики. Расчеты показывают, что капитальные затраты на автоматизацию объектов окупаются в 3-4 раза быстрой, чем капитальные затраты на строительство новых производственных агрегатов. Кроме того, повышается и стабилизируется качество продукции.

Особенность черной металлургии - сравнительно небольшая численность персонала, непосредственно обслуживающего основные технологические агрегаты, поэтому автоматизация основных металлургических агрегатов не приводит, как правило, к сокращению рабочей силы, а наоборот, возникает необходимость в дополнительном привлечении высококвалифицированных работников для обслуживания систем контроля и управления. Поэтому нужно помнить, что автоматизация основных агрегатов - это улучшение организации и оптимизации технологических процессов. Именно эти факторы компенсируют дополнительные затраты. Если рассматривать вспомогательные операции (контроль, отделка, упаковка и т.д.), где занято много рабочих, то автоматизация позволяет здесь сократить численность производственного персонала.

Автоматизация позволяет преодолеть в области управления ограничения, присущие человеку в силу особенностей его психологического склада и физических свойств его организма. Так, человеку присущи ограниченный объем памяти, ограниченная способность к восприятию и переработке потоков информации, невысокая скорость реагирования на меняющиеся внешние условия, утомляемость. Все это ведет к ошибочным действиям человека в процессе управления и часто вообще мешает его возможности осуществлять управление. А в ряде важных случаев человек должен быть удален из производства, чтобы обезопасить его организм от вредных влияний внешней среды.

В настоящее время создание и эксплуатация систем автоматизации на металлургических предприятиях перестали быть функциями только специалистов по автоматическому и автоматизированному управлению. Они требуют различных форм участия практически всех групп технического персонала предприятия. Следовательно, современный специалист-технолог должен обладать достаточно широкими знаниями в этой области.

Бурному развитию систем автоматического контроля, регулирования и управления способствовали достижения в теории и практике металлургического производства.

Большой вклад в теорию автоматического регулирования внесли русские ученые профессор Вышнеградский, академик Ляпунов, советские ученые профессор Вознесенский, академик Андронов, академик Покров и др. Советские ученые-металлурги одними из первых провели работы по автоматизации доменного производства с использованием вычислительной техники. Профессор Сорокин провел обширные исследования по созданию методики автоматического регулирования доменного процесса. Профессор Готлиб предложил и разработал методику регулирования теплового состояния доменной печи. Большие работы в этом направлении проявлены под руководством профессора Похвиснева. Методики регулирования доменного процесса, определения его характерных показателей с целью автоматического регулирования разработаны профессором Раммом. Первые разработки средств управления доменным производством и некоторых датчиков сделаны под руководством доктора технических наук Качанова. Проблемой изучения взаимосвязи между отдельными технологическими параметрами агломерационного процесса занимались советские ученые Абрамов, Сигов, Миллер, Хараш, Коротич, Вегман, Хохлов, Шурхал, Федоровский.

В последние годы значительное место занимают работы, связанные с разработкой АСУТП окускования пылеватых руд и концентратов. На аглофабрике Новокриворожского горно-обоготительного комбината (НКГОК) внедрена АСУТП производства агломерата, разработанная Киевским институтом автоматики. АСУТП шихтоподготовки, разработанная ВНИПИавтоматпром внедрена на НТМК, ЧМК, КрМК.

В настоящее время промышленной эксплуатацией подтверждена технико-экономическая целесообразность применения микропроцессорного вычислительного комплекса для АСУТП в аглопроизводстве НЛМК. На базе современных средств вычислительной техники и информатики созданы основы управления на доменной печи и 9 завода “Криворожсталь”, на обжиговых машинах Лебединского, Костамукшского и Михайловского ГОКов.

Однако, даже в наиболее совершенных АСУ, реализованных в настоящее время, управление технологическим процессом в основном базируется на статистических моделях, и огромный объем знаний, касающийся физики процессов, остается не востребованным.

 

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ КАК ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ

 

При рассмотрении металлургических агрегатов как объектов контроля и регулирования можно указать ряд особенностей, выделяющих их из общего ряда промышленных объектов контроля и регулирования, и налагающих особые требования при создании автоматизированных систем управления. Эти особенности состоят в следующем:

1. Металлургические процессы  являются сложными процессами - сложными  объектами, которые можно подразделить  на ряд элементарных звеньев, простых объектов, простых процессов.

2. Физическая сложность, многофакторность  процессов приводит к тому, что  основные металлургические агрегаты  являются многосвязными объектами, функционирование которых определяется  рядом входных и выходных величин, испытывающих взаимное влияние.

3. Несмотря на то, что  металлургические процессы в  принципе подчиняются основным  законам переноса тепла, вещества  и импульса, отсутствуют достаточно  полные математические модели  реальных производственных процессов.

4. Сложность основных металлургических  объектов и разнообразие возмущений, приложенных в различных местах  агрегатов, подводит к тому, что  объекты характеризуются большим  числом контролируемых величин  и управляющих воздействий.

5. Металлургические объекты  отличаются значительными трудностями  осуществления автоматического  контроля основных параметров. Эти  трудности обусловлены в основном  высокими температурами и химической  агрессивностью сред, принимающих  участие в производственном процессе.

6. Металлургические объекты  принадлежат, как правило, к классу  нелинейных объектов, то есть  объектов, поведение которых описывается  нелинейными математическими выражениями.

Работа по автоматизации металлургических агрегатов является самостоятельным исследованием и должна проводится по определенному плану. Можно выделить следующие этапы работы по автоматизации агрегатов.

1. Обследование агрегата.

Задача: выявить и устранить дефекты объекта, определить технико-экономические показатели его работы до автоматизации.

2. Обследование вспомогательного  оборудования.

Цель обследования: Установить состояние и мощность оборудования, его соответствие требованиям работы автоматизируемого агрегата.

3. Исследование агрегата  как объекта автоматического  управления:

3.1. Предварительными наблюдениями  устанавливают основные режимы  работы: диапазоны колебаний входных  параметров, вариации управляющих  воздействий, диапазон колебаний  параметров, определяющих состояние  процесса и качество продукта, основные возмущения, нарушающие  ход процесса.

3.2. Определяют статистические  характеристики объекта по различным  каналам. По возможности создают  статистическую или детерминированную  модель процесса.

4. Выбор регулируемых параметров  и основных регулирующих воздействий.

5. Синтез локальных систем  стабилизации отдельных параметров  и локальных систем управления, связывающих ряд стабилизирующих  регуляторов.

6. Разработка структурных  схем и алгоритмов управления  отдельными режимами работы агрегата  и комплексной системы автоматического  управления.

7. Включение в систему  ЭВМ, которая вначале работает  в режиме “советчика мастера”, а затем, после уточнения и  тщательной отработки алгоритма  управления подключается к управлению  процессом.

8. Определение технико-экономических  показателей автоматизированного  агрегата и проведение сравнительной  оценки его работы до и после  автоматизации.

 

СТАТИЧЕСКИЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБЪЕКТА

 

Для аналитического исследования процессов в системах автоматического регулирования (САР) необходимо составлять уравнения, устанавливающие связь между исследуемой величиной и воздействием. Например, если на вход системы поступает два воздействия Х1 и Х2, то уравнение, устанавливающее зависимость величины У от этих воздействий, в общем случае имеет вид Y=f(X1,X2). САР может находиться в установившемся состоянии, которое характеризуется тем, что все возмущающие воздействия и все переменные системы имеют установившиеся значения.