автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Корпоративные системы автоматического управления и оптимизации технологических процессов в схеме производства стали "шихтоподготовка - электросталеплавильные переделы - внепечная доводка стали"

1304615483

Учреждение Национальный исследовательский технологический университет

Корпоративные системы автоматического управления и оптимизации технологических процессов в схеме производства стали «шихгоподготовка - электросталеплавильные переделы - внепечная доводка стали»

Специальность 05.13.06 - «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами» (в металлургии)

«Московский институт стали и сплавов»

На правах рукописи

Ишметьев Евгений Николаевич

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

-2 ДЕК 2010

Москва 2010 г.

004615483

Работа выполнена на кафедре «Компьютерные информационные и управляющие системы автоматики» Национального исследовательского технологического университета «Московский институт стали и сплавов».

Научный консультант: Заслуженный деятель науки России, доктор технических наук, профессор Салихов Зуфар Гарифуллович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Климовицкий Михаил Давидович

Заслуженный деятель науки России, доктор технических наук, профессор Лисиенко Владимир Георгиевич

Заслуженный деятель науки России, доктор технических наук, профессор Раннев Георгий Георгиевич

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук «Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН (ИПУ РАН), г. Москва

Защита состоится «15» декабря 2010 г. В 14-00 на заседании Диссертационного совета Д 212.132.07 при Национальном исследовательском технологическом университете «Московский институт стали и сплавов» по адресу: 119049, г.Москва, Крымский вал, д. 3, аудитория К-325

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального исследовательского технологического университета «Московский институт стали и сплавов».

Автореферат разослан «15» ноября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, профессор

Е.А.Калашников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В технологической схеме «шихтоподготовка - электросталсплавильные переделы -внепечная доводка стали» не решены задачи автоматической оптимизации управления процессами вакуумирования стали циркуляционным способом, шихтоподготовки заданного состава и управления энергетическими и температурными режимами процессов в электрометаллургических печах переменного тока (ДСП), которые в условиях роста цен и дефицита энергоносителей остаются важными и актуальными до настоящего времени.

Сложность их решения и практической реализации состоит в том, что с одной стороны отсутствуют надежно функционирующие и безопасные в эксплуатации датчики непрерывного контроля температуры жидкой стали, футеровок и состава исходного сырья, с другой - отсутствие исследований по созданию САУ обеспечивающих высокую эффективность управления и оптимизации процессов внепечной доводки и циркуляционного вакуумирования стали при существенной нестационарности рабочих характеристик и их дрейфа под воздействием неконтролируемых возмущений.

Нерешенность перечисленных актуальных задач по автоматизации и оптимизации управления процессами переработки стали в ДСП и печь-ковше в совокупности с актуальными научно-техническими задачами шихтоподготовки для производства агломерата, чугуна и/или окатышей с минимизацией их себестоимости за счет сокращения расхода кокса и других теплоносителей, а также за счет создания прогрессивных датчиков технологических параметров, САУ и оптимизации рассматриваемых технологических переделов внепечной доводки стали - представляют при автоматизации современного производства стали внутренне связанную, единую актуальную научно-техническую проблему.

Данная диссертация посвящена решению этой важной и актуальной научно-технической проблемы - энергосбережения, повышения производительности и безопасности обслуживания агрегатов при производстве стали за счет создания прогрессивных корпоративных систем автоматического управления и оптимизации технологических процессов в мощных агрегатах в сквозной технологической схеме «шихтоподготовка - электросталеплавильные переделы - внепечная доводка стали». Исследования и решения приведены к объектно ориентированным условиям ОАО «ММК» - одного из флагманов металлургии России.

Цель диссертационной работы. Целью диссертационной работы является обобщение практики оптимизации и автоматизации, разработка новых методов и средств получения достоверной информации технологических параметров и на их основе, разработка, испытание и внедрение новых моделей, алгоритмов, принципов построения и оптимизации САУ,

обеспечивающие энергосбережение, повышение производительности и безопасности обслуживания мощных агрегатов в сквозной технологической схеме «шихтоподготовка - электросталеплавильные переделы - внепечная доводка стали».

Для достижения цели диссертационной работы автором сформулированы следующие основные задачи исследования и решения:

- обобщить результаты анализа методов синтеза автоматических систем управления (САУ) технологическими процессами в сквозной схеме «шихтоподготовка - электросталеплавильные переделы - внепечная доводка стали», обеспечивающие разработку прогрессивных научно обоснованных методов, принципов и технических решений по автоматизации, внедрение которых может внести значительный научный вклад в решение сформулированной актуальной проблемы;

- научно обосновать несовершенство существующих ГОСТов и технологических инструкций по отбору проб и расчету химического состава шихтовых материалов и прогрессивность создания промышленного автоматического комплекса (ПАК) для непрерывного и достоверного контроля химического и количественного состава каждого вида железорудного сырья (ЖРС) в мощном движущемся его потоке, а также дать оценку эффективности использования ПАК в составе разрабатываемой корпоративной АСУ-ТП мощной агломашины ОАО «ММК»;

- исследованиями подтвердить перспективность использования методов синтеза поисковых экстремальных САУ и оптимизации металлургических процессов в мощной электродуговой печи переменного тока (ДСП) без нулевого провода и создать инженерные основы для их реачизации: разработать математические модели, алгоритмы, выбрать научно-обоснованные технологические параметры и критерии для оптимизации энергетических и тепловых режимов переработки исходного сырья в ДСП и оптимизации процессов внепеч-ной доводки стали в агрегате печь-ковш (АПК) и циркуляционного рафинирования;

- создать базовые принципы синтеза корпоративных автоматических систем оптимального управления технологическими процессами в мощных ДСП переменного тока и циркуляционного вакуумирования стали;

- доказать работоспособность, эффективность разработанных автоматических средств непрерывного измерения технологических параметров и перспективность различных принципов построения корпоративных САУ и оптимизации, созданных с использованием новых средств автоматического контроля, математических моделей и алгоритмов с учетом дрейфа статических характеристик управляемых объектов под воздействием неконтролируемых возмущений.

Методы исследования. При выполнении исследований использованы: методы теории информационных средств; автоматического управления; оптимизации и моделирования сложных систем; теории подобия размерностей; теории и практики тепловизионного контроля технологических параметров в металлургии; принципы пассивных и активных экспериментов; методы исследования на математических и физических моделях.

Достоверность, эффективность и работоспособность разработанных математических моделей, алгоритмов, методов и средств автоматического контроля технологических параметров, корпоративных САУ и оптимизации режимами электродуговьгх сталеплавильных агрегатов и циркуляционного вакуумирования - оценивались исследованиями на разработанных математических и физических моделях, длительными испытаниями и внедрением на ОАО «ММК», ОАО «ЗМЗ» и ряда других предприятий

Достоверность и прогрессивность новизны технических решений подтверждены 5-ью патентами на изобретения РФ, созданные с участием автора.

Научную новизну работы составляют:

- результаты обобщения анализа теоретических и практических принципов построения САУ и оптимизации технологическими процессами в сквозной схеме «шихтоподготовка - злек-тросталеплавильные переделы - внепечная доводка стали», которое заключается в выявлении наличия общих для всех процессов автоматизации свойств, а именно — статические характеристики всех технологических процессов рассматриваемой в работе схемы производства стали имеют унимодальную экстремальную зависимость между управляющими и управляемыми параметрами, которая непрерывно дрейфует под воздействием неконтролируемых возмущений, что является основанием для признания перспективности создания корпоративных адаптивных САУ, обладающих свойствами динамического поиска и поддержания экстремальных и оптимальных режимов функционирования процессов в сквозной технологической схеме производства стали;

- методология научного обоснования и доказательств несовершенства применяемых ГОСТов и инструкций по отбору проб и контролю химического состава и количества каждого вида ЖРС с усреднением в мощном его потоке (до 500 тонн/час), заключающаяся в определении частоты отбора, суммарной массы отобранных проб из условия удовлетворения критериям достоверности результатов контроля с учетом инерционности процесса металлургической переработки мощного потока шихты;

- на уровне изобретения России (патент № 2373527 Бюлл. изобретений № 32 от 20.11.2009 г.), разработан новый промышленный автоматический комплекс (ПАК) для непрерывного контроля химического состава и количества каждого вида ЖРС в мощном потоке на движущейся транспортерной ленте, обеспечивающий повышение точности контроля

не менее чем в 2,5 раза, быстродействия в 5 раз и достоверности 98 % (установлено, что действующие аналоги имеют достоверность до 70 - 80 %);

- алгоритмы функционирования созданных ПАК, корпоративных САУ энергетическими и температурными режимами, САОУ и алгоритм подпрограммы формирования сигналов информации о химическом и количественном составе каждого вида сырья ЖРС в бункере, а также алгоритм формирования аварийных сигналов, автоматически вынуждающих разгрузку расходного бункера;

- результаты разработки и проведения промышленных испытаний предложенной автором корпоративной АСУТП-АФ4, главная обратная отрицательная связь, в которой впервые реализована на основе ПАК с алгоритмами его функционирования, а также подтверждена высокая точность (±2 %) автоматического поддержания основности готовой шихты, что обеспечивает снижение расхода кокса на 1,0 %;

- результаты теоретических исследований, доказывающие, что для автоматической оптимизации электрического режима АПК с 3-х фазной ДСП переменного тока, целесообразно реализовать корпоративную САУ по двухконтурной схеме с использованием стабилизирующего и оптимизирующего контуров САУ, а в качестве целевой функции - максимальную производительность АПК. При этом установлено, что с использованием разработанной комплексной математической модели электрической дуги и исполнительного гидравлического механизма привода электрода ДСП в качестве стабилизируемого электрического параметра предпочтительно использовать напряжение дуги или величину полного сопротивления короткой цепи, т.к. только в этих случаях исключается нежелательное взаимовлияние падений напряжений на дугах фаз;

- обоснование перспективности предложенного программно реализованного варианта корпоративной динамической поисковой системы автоматической оптимизации управления (САОУ) шагового типа, обеспечивающего удовлетворительные показатели качества в условиях действия стохастических и трудно прогнозируемых возмущений;

- результаты исследования процессов оптимизации управления энергетическим режимом АПК на разработанных математических и физических моделях с подтверждением эффективности работы универсального программно реализованного варианта САОУ, а именно - доказано сокращение времени изучения работоспособности и эффективности САОУ не менее чем в 4 раза по сравнению с испытаниями на реальном объекте и возможность использования его в качестве тренинговой установки для операторов и наладчиков;

- результаты научного обоснования выбора эффективных параметров оптимизации циркуляционного рафинирования стали, а именно - в режиме вакуумно-кислородном рафинировании (ВКР) в качестве оптимизируемого параметра эффективно принять величину давления в

вакуум-камере при постоянной пониженной производительности вакуумных насосов, а в режиме основного вакуумирования «ВАК» в качестве оптимизируемого параметра целесообразно принять величину расхода отходящих из вакуум-камеры газов, удаляемых из металла при максимальной производительности пароэжекторных насосов;

- доказана высокая эффективность использования синтезированной универсальной двухкон-турной системы управления процессом циркуляционного вакуумирования, оптимизирующий контур которой функционирует с разработанными поисковыми алгоритмами экстремального регулирования, а при синтезе оптимизирующего алгоритма экстремального регулирования в качестве информационного входного сигнала использована скорость изменения оптимизируемого параметра и предложенный принцип подачи управляющего воздействия на остановку ИМ в момент достижения экстремума изменения скорости оптимизируемого параметра. Установлено, что такой принцип компенсирует негативные влияние инерционности и запаздывания оптимизируемого процесса на эффективность функционирования и исключает периодический режим работы поисковой динамической САОУ технологическим процессом;

- принцип построения корпоративной САУ - ДСП, заключающийся в том, что при синтезе оптимизирующего алгоритма управления перспективно использовать статистической метод экстремального регулирования на основе нечетких функций, обеспечивающий формирование управляющего значения коэффициента корреляции между случайными величинами: входным поисковым управляющим воздействием и откликом на это воздействие оптимизируемого параметра технологического процесса;

- результаты, полученные математическими и физическими исследованиями программной реализуемости и работоспособности корпоративной (универсальной по структуре) САОУ при использовании реальных технических средств компьютерной автоматики, подтвердившие прогрессивность предложенных методов поисковой динамической оптимизации управления инерционным с запаздыванием процессов циркуляционного вакуумирования на различных режимах внепечной доводки стали;

- разработанные, теоретически и экспериментально обоснованные два новых метода построения САУ температурным режимом жидкой стали в мощных электродуговых АПК, причем:

• первый из них адаптирован к условиям доводки стали в мощных АПК, ориентированный на программную реализацию с использованием микропроцессорного управляющего контроллера и расчетный способ контроля текущего температурного состояния жидкой стали с использованием многозонной термопары, установленной внутри футеровки ДСП;

• второй метод основан на самонастройке жестко заданных программных параметров процесса внепечной доводки стали, при одновременной адаптации экстремальных характеристик печного трансформатора по критериям минимизации времени пребывания жидкой стали под током дуги электродов, поиска и поддержания на них максимальной мощности в условиях неконтролируемых возмущений. Предложенный подход реализован на САУ мощной электродуговой АПК, для которой теоретически получены функционалы критериев управления и оценки эффективности, а также функции переключения ступеней печного трансформатора по прямым непрерывным тепловизорным измерениям температуры жидкой стали и остаточной толщины огнеупорной футеровки ДСП в зоне электро-дуг фаз (патенты России: № 2366936 - опубл. в Бюлл. № 25 от 10.09.2009 г.; № 2368853 -Бюлл. № 27 от 27.09.2009 г., а также патенты по заявкам: №2009125355 от 03.07.2009 г. и №2010112817 от 05.04.2010 г.);

- результаты испытаний и реализации обоих методов подтвердившие:

• первый метод обеспечивает точность измерения и управления температуры жидкой стали ±13 °С (типовая термопара разового пользования гр. ТПП имеет точность ±22,5 °С), но имеет достаточно низкое быстродействие;

• второй метод обеспечивает: безопасность и высокое быстродействие; непрерывное измерение и управление температуры жидкой стали с точностью ±8,5 °С; снижение тепловых потерь на 5...8%, удельных затрат электроэнергии на 3...4%, увеличение производительности АПК на 1,5.. .2% за одну загрузку АПК, а также многократно упрощает непрерывный автоматический контроль огнеупорной футеровки АПК одним тепловизором.

В диссертации с единых позиций ТАУ нестационарными процессами одновременно разработаны новые автоматические средства прямого автоматического контроля параметров технологических процессов в схеме «шихтоподготовка - электросталеплавильные переделы - внепечная доводка стали», и на их основе созданы научно обоснованные прогрессивные системы автоматической оптимизации и управления с учетом экстремальных и дрейфующих характеристик управляемых процессов, внедрение которых решает важную актуальную научно-техническую проблему обеспечения безопасности обслуживающего персонала, снижения электроэнергии, кокса, повышения производительности агрегатов и оптимизации режимных параметров технологических переделов в сквозной схеме производства стали.

Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов. Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами математического моделирования, длительными испытаниями и внедрением разработанных корпоративных САУ энергетическим, температурным и оптимизационным режимами процессов на от-

дельных (корпоративных) участках схемы производства стали в ряде крупных предприятий. Достоверность новизны и прогрессивности технических решений подтверждены патентами на изобретения, в том числе - международных.

Практическая ценность к реализация результатов работы. Реализация результатов исследования обеспечивает снижение: расхода кокса на 1,0 %, расхода электроэнергии на 1,5 % и времени плавки не менее на 2 % за одну плавку; обеспечивает достоверность непрерывного контроля химсостава ЖРС не менее (95-98) %, автоматическое поддержание заданного показателя ровности агломерата по основности 1,0 % абс., исключает опасные для жизни процедуры замера температуры жидкой стали и только за счет исключения использования платинородиевых термопар дает экономический эффект 120 млн. рублей в год (по России).

Результаты диссертации использованы в действующей схеме производства стали «шихтоподготовка - электросталеплавильные переделы - внепечная доводка стали», а также в проектно-технической документации при модернизации корпоративных участков схемы на ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» и в проектах создания автоматизированной технологии производства селикомарганца в ЗАО «КонсОМ СКС».

Результаты исследования автора используются в учебном процессе: МГТУ им. Носова Г.И. при чтении курсов «Автоматизация технологических процессов и производств» и «АСУ ТП металлургических процессов»; МГОУ при чтении курсов «Основы автоматизации и АСУ ТП в металлургии»; Национального исследовательского института «МИСиС» при чтении курсов «Информационные технологии и основы автоматики», «Диагностика и неразрушаю-щий контроль (тепловизионный) эксплуатационного состояния металлургического оборудования». Акты - в Приложениях.

Апробация работы. Основные положения и выводы обсуждались на:

• 11-ти международных конференциях и симпозиумах;

• 6-ти совместных заседаниях кафедр по автоматизации и на НТС промышленных металлургических предприятий.

Связь исследований с научными программами:

Исследования велись по планам НИР и ОКР ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (темы № 144300, № 153208, № 161564, № 180795), докторантуры НИТУ «МИСиС» в рамках научной школы «Заслуженного деятеля науки России», д.т.н., профессора Салихова З.Г. - зарегистрированной Минобразованием и науки РФ (№ НШ - 3344.2006.8) с наименованием «Теория и методы автоматизированного управления металлургическими процессами и производствами», а также распоряжения Правительства России № 1234-р от 28 августа 2003 г., утвердившим «Энергетическую стратегию России на период до 2020 года».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 39 печатных работ, в том числе входящих в перечень ВАК: 18 статей в рецензируемых журналах, 2 - монографии и 5 патентов на изобретения России, два из которых - европатенты.

Личный вклад соискателя. Выносимые на защиту научные положения разработаны соискателем лично. В работах по теме диссертации, опубликованных в соавторстве, лично соискателем разработаны: в [1, 2 и 18] - инженерные основы расчета быстродействия обмена информацией в управляющей системе и научно обоснованный выбор параметра для оптимизации электрического режима ДСП переменного тока; в [3, 4, 5, 38, 18] - проведено исследование оптимального управления процессом циркуляционного вакуумирования и обоснование структуры динамической оптимизации на основе обобщения анализа теории и практики автоматизации процессов в рассматриваемой схеме производства стали; в [6,18,14, 16] - метод, выбор входных и выходных параметров оптимизации энергетического режима ДСП, а также разработка комплексной модели плавки металлов в 3-х фазной ДСП; в [11, 12, 17, 18] -предложил новый принцип построения САУ - информационные датчики температуры жидкой стали, блок схемы, алгоритмы, ограничения управляющих координат состояния ДСП; в [20 и 19] - 70 % в первой и соответственно 25 % во второй монографии результаты исследований соискателя; в [20, 21, 22-25 и 37] - разработал принципы формирования информационных сигналов и дал научное обоснование прогрессивности построения на их основе корпоративных САУ тепловыми и энергетическими режимами АПК (ДСП + ПК); в [8, 13, 15, 37] - научное обоснование необходимости создания ПАК, разработка алгоритмов и блок схем модулей функционирования ПАК, включая методики тарировки испытания и внедрение с оценкой эффективности САУ на основе ПАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 179 наименований и приложения, изложенных на 415 страницах (без приложений на 70 страницах), содержит 114 рисунков и 19 таблиц.

Краткое содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сделан обобщающий вывод по анализу состояния техники, сформулированы актуальная научно-техническая проблема по объекту, цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость работы, представлены основные положения и научно значимые выводы, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ методов и принципов разработки информационных средств контроля, моделей и САУ процессами в схеме «шихтоподготовка - электродуговые переделы - внепечная доводка стали», а также методов снижения интегральной себестоимости стали в этой сквозной схеме производства стали, характеризующаяся корпоративно

функционирующими агрегатами с многоцелевыми функциями и дрейфующими координатами состояния при неконтролируемых возмущениях.

Эффективная автоматизация шихтоподготовки и оптимизация последующих переделов в рассматриваемой схеме производства стали очевидно не могут быть решены без применения промышленных автоматических комплексов достоверного непрерывного контроля технологических параметров на мощной линии производства стали.

Стандартные лабораторные методы определения состава железосодержащего сырья (ЖРС) трудоемки и длительны. К тому же имеются проблемы обеспечения безопасности при ручном отборе и подготовке проб ЖРС для анализа. При существующих способах массовой выплавки стали традиционными методами невозможно получить сталь без содержания в металле Ог, Н2, N2. Наличие этих газов в стали в большинстве случаев приводит к снижению ее качества. Поэтому снижение растворенных в металле газов обеспечивается вакуумной обработкой стали. Для уменьшения количества электрической энергии потребляемой АПК рекомендуется использовать пенистые шлаки, решение вопроса контроля высоты которых до настоящего времени не решены.

В отечественной металлургии, благодаря простоте технической реализации, в основном используются для питания АПК трехфазные цепи без нулевого провода. Это требует убедительного обоснования при выборе стабилизируемого параметра, критериев и параметров оптимизации управления энергетическим режимом АПК.

Анализируя графики на рис. 1.7 * отмечаем, что 1 - график изменения максимальных значений Рд[1д(т)]тах лежит выше 2-ой траектории Рд[1д(т)] - рекомендуемой традиционно директивными технологическими инструкциями, причем, обе траектории дрейфуют под влиянием изменения напряжения ПТ. Явления дрейфа характеристик и параметров присущи также агрегатам циркуляционного вакуумирования.

В таких условиях наиболее прогрессивными методами оптимизации управления технологическими процессами следует считать поисковые методы.

Анализ взаимосвязей контролируемых параметров электрического режима АПК показывает, что зависимость активной мощности дуги от тока или импеданса - нелинейна и имеет явный унимодальный вид и доступна для непрерывного контроля, а следовательно, ее можно принять в качестве оптимизируемого параметра при синтезе САУ энергетическим режимом АПК переменного тока.

Построение и функционирование современных систем управления основными технологическими процессами в схеме «шихтоподготовка - электросталеплавильные переделы -внепечная доводка стали» основано на прогнозировании и оценке величины отклонения па-

* номера рисунков, формул и таблиц соответствуют обозначениям в самой диссертации

11

раметров технологического процесса. Из анализа состояния техники следует, что в рассматриваемой технологической линии действуют существенные неконтролируемые возмущения, обуславливающие дрейф статических и динамических характеристик всех процессов с унимодальным экстремумом. Поэтому, на первом этапе автоматизации рассматриваемой линии производства стали целесообразно строить корпоративные - универсальные по структуре САУ для каждого участка линии, что обеспечит накопление статистических данных для установления закономерностей связей между ними и в перспективе создать системы управления со структурами, отвечающими требованиям максимальной эффективности функционирования АСУ производством стали. Этот метод можно рассматривать как новое перспективное направление науки в области развития подходов автоматизации электродуговых процессов.

40 35 30

|3 «! 20

I 3

II? 15

Й 10

5 0

---ТигА\\\лЬу / 4 19 В

........... ЩШК7' , 431 Н -"-413-М— 11

ДГ

\

0 10 20 30 40 50 60 70

Ток дуги, I, кА

Рис. 1.7. Зависимости величины мощности выделенной в электрических дугах Рд[1д(т)] от тока дуги 1д(т) для АПК-375 ККЦ ОАО «ММК» для различных величин (ступеней)

напряжения ПТ.

Во второй главе диссертации на основе анализа большого объема результатов экспериментальных исследований, проведенных соискателем на АФ4 ОАО «ММК», доказано, что ГОСТ № 15054-80 и технологическая инструкция ТНЮ1-ГОП-8-2003 при современных мощных и интенсивных потоках сырья для производства чугуна и стали с использованием ЖРС не позволяют получить достоверные и быстродействующие информационные потоки для стабилизации желаемого состава шихты. Показано также, что эту задачу физически и экономически нецелесообразно решать только за счет расширения количественного состава заводской лаборатории химического анализа, т.к. будут сглажены высокочастотные колебания состава исходной шихты и САУ не сможет обеспечить необходимую точность управле-

ния процессом подготовки шихты. Автором выдвинута идея создания прогрессивного технического решения этой задачи на основе рентгено-флуоресценгного метода (РФА) измерения состава ЖРС на движущемся мощном потоке. Реализующий этот метод - производственный автоматический комплекс (ПАК) предусматривает определение неразрушающим способом среднего химического состава и количества сыпучих материалов, движущихся на ленте конвейера, и автоматическое управление дозирующими устройствами, как составной частью АСУ ТП отделения шихтоподготовки. Только ПАК позволяет непрерывно определить химический состав ЖРС с погрешностью (±0,3 ±0,8) %.

Описание состава и принципа работы ПАК приведены в патенте автора на изобретение РФ №2373527 [21].

Разработаны для ПАК: методика градуировки; специальные алгоритмы и программное обеспечение (ПО), внедренные на ОАО «ММК».

На основании положительных испытаний и внедрения ПАК, создана корпоративная АСУТП - АФ4 (рис. 2.5.1) с использованием ПАК в ее составе, алгоритмов, математических зависимостей и моделей; программ и инструкций автоматизированной тарировки ПАК и автоматической корректировке основности агломерата и окатышей.

На вход АСУТП-ШО подаются заданные или регламентные значения расхода шихты

Хп с расчетными значениями ее компонентов и из условия обеспечения регламентных значений основности готовой шихты ЖРС В ™д и агломерата B¡", а также основности шлака доменной печи В™ . Сигналы РФА - рентгенофлуаресентного анализа проб ЖРС на движущемся конвейере, непрерывно в блоке МОХА преобразуются в %-ое содержание текущих компонентов шихты от Ху до Xní и через 1-ый контроллер обработки сигналов ПАК передаются на соответствующие входы основного сервера АСУТП-АФ4. Усредненные значения количества этих же компонентов X", поступают в базу данных УСД-АФ4. На другие входы основного сервера АСУТП-АФ4 поступают информационные сигналы химического анализа основности 1-го номера пробы агломерата Вf*** и шихты в j-й момент времени Вf™*.

Основной сервер АСУТП-АФ4 и УСД-АФ4 вырабатывают управляющие задания для АСУТП-ШО, которая в свою очередь преобразует их в управляющие воздействия Ui, U2, U3, ..., Un.i, Un для исполнительных механизмов дозаторов. Локальные регуляторы расхода ком-

—— ш зад

понентов ЖРС стабилизируют их расход из условия

Хн >X„,(¡).

х;'

а

Рис. 2.5.1 - Функциональная схема корпоративной АСУТП-АФ4

В данном случае и В*"' (/) - определяют химическим анализом в ЦХД, а зна-

чения ДВШ и ДВ>Г - расчетами с использованием математических моделей и программ, заложенных в составе сервера АСУТП-АФ4.

В качестве априорных информации вводятся в УСД-АФ4 также заданные и текущие значения X™, В^, В'" , В"д и непрерывно туда же вводятся Х™/(/), В,ш(1), X, „(/),

В». (О " 1Л.П.

Сигналы ПАК о компонентах ЖРС на конвейере, выраженные через Хц Х?,, ..., Х(п.]),-, Х„/ и их количестве Хн (/), через 1-ый контроллер поступают в сервер АСУТП-АФ4 и в соответствии с систематизированными автором математическими зависимостями между основностью готовой шихты В,„(/') и количества компонентов ЖРС (приведенных в п.2.2.4

диссертации) вычисляются значения управляющих воздействий иь и2, Ыз.....и„-ь и„ на исполнительные механизмы дозаторов. В АСУТП-ШО заложены также регулирующие локальные системы, вырабатывающие Ь'ьт, изменяющиеся по ПИ и ПИД законам по величине отклонения В,.ш(0 от заданной основности шихты В'"(/), в реальной САУ - от В*ш'"(]). Если за заданное время (не более 1/3 времени обжига ЖРС на агломашине) не наступает равенство ВГ(0. то включается контрольная автоматическая тарировка ПАК путем подачи

эталонных эквивалентов компонентов ЖРС на конвейере в 1-ое время Х,эп при X»', сравнения их с аналогами Х(1-„),- -сигналами ПАК за то же 1-ое значение времени. Результаты сравнения этих параметров ДХ(].П),' и по их величине и полярности, через контроллер корректировки показаний ПАК, изменяют настройку параметров 1-го контроллера до заданной трубки ошибок показаний ПАК.

Промышленные испытания корпоративной АСУТП - АФ4 с использованием в ее составе ПАК и алгоритмов подтвердили высокую точность (±2%) автоматического поддержания заданной основности агломерата и окатышей и обеспечивает снижение расхода кокса на 1,0 % в доменном производстве чугуна.

Третья глава диссертации посвящена синтезу автоматической системы оптимизации управления (САОУ) энергетическим режимом электродугового агрегата печь-ковш (АПК). В качестве оптимизирующего параметра в САОУ энергетическим режимом использовано текущее значение электрической мощности, выделяемой в дуге Рд(т), а в качестве управляющего воздействия использовано перемещение электрода. Конкретная реализация предлагаемой САОУ энергетическим режимом исследована на примерах АПК-385 ККЦ

ОАО «ММК». Задача оптимизации управления режимом энергопотребления предложено решать с использованием совместной работы 2-х подсистем блока «Регулятор» (рис. 3.2):

- подчиненной системы стабилизирующего управления положением электрода каждой фазы (СР);

- командной поисковой системы оптимизации (ОР), осуществляющей коррекцию задания СР.

Рис. 3.2. Функциональная схема взаимодействия подсистем блока «Регулятор»

Взаимодействие подсистем СР и ОР представлена на рис. 3.2.

Основной задачей СР является минимизация отклонения между заданными Ъ и текущими параметрами электрического режима.

Входными параметрами СР являются текущие значения токов 1АВ'С, напряжений иЛ,в,с и активной мощности рА,в,с по фазам ПТ.

При разработке комплексной математической модели использована схема замещения трехфазной цепи переменного тока (рис. 1.3) и принцип Касли.

Неконтролируемые переменные параметры г, Ьтр, Ьс, а, ¡5, 9 в процессе внепечной доводки стали в АПК могут непредсказуемо изменяться, т.е. оказывать параметрические возмущения на энергетический режим.

Выходными величинами модели являются эффективные значения фазных токов, напряжений и значений активных мощностей, потребляемых в каждой фазе электродугового технологического агрегата.

o——Q

>CZh

с

o-nnnn-j |—[-^-nnnrL—| |-

Рис. 1.3. Схема замещения трехфазной вторичной цепи ПТ АПК: LrP - индуктивность вторичной обмотки ПТ трансформатора; Lp - индуктивность реактора

ABC

(если он используется в схеме); Ц - индуктивность короткой цепи; Гд , г, , гд - соответственно активные сопротивления дуг каждой фазы; UA, U®, U^ - падения напряжения на

A R С ABC

дугах фаз; i , i , i - мгновенные текущие значения величины токов в фазах; U2l, u2l, и2л -мгновенные линейные напряжения фаз.

Получена математическая модель 3-х фазного ПТ для питания ДСП переменного тока без нулевого провода:

diA = 1 dx ~ 3L

dt 3L

2uAB + 2uAB-3r-iA

2я 2я

ic = —iA — iB;

dt e

±1

gA(a+piJ) dgl = lf_íül

dt e|g-(a+Pi-)»

dr Э

ÜI

с(а+р1д)!

u -uAB -3r-iB

2iB | iA iA+iB

Г gv

(3.17)

здесь gв, gc соответственно проводимости дуг фаз А, В, С трехфазной цепи переменного тока при соединении нагрузок (дут) по схеме «звезда», а 1]^- ступени ПТ и длины дуг в каждой фазе , , , длина дугового промежутка 1д, равна

1д = Ьп + втах - 1эл - Ьм - Б, (3.30)

где 11 п - расстояние от крайнего нижнего положения электродержателя относительно днища сталеразливочного ковша; 8тах - максимальный ход электродержателя; 1,., - длина электрода фазы; Ьм - уровень жидкого металла в сталеразливочном ковше; в - текущее положение электродержателя.

Ьп+Бмах

Блок В| - модель сервоклапана, аппроксимированная пропорциональным звеном с насыщением. Блок Вг - модель гидроцилиндра, в виде интегрирующего звена, где Ким выражает общий коэффициент передачи блоков В) и Вг реализованных программно в линейной области блока В]. Физически коэффициент передачи Ким равен величине скорости ИМ (ёх/ск), приходящейся на единицу управляющего напряжения и.

Блок В} - система «электрододержатель-электрод» как колебательное звено с параметрами Т и где Т - постоянная времени, характеризующая инерционные свойства механической системы; а \ - степень затухания колебаний в системе.

Сумматоры в] и $2 для расчета дугового промежутка 1я (3.30), а - флуктуация длины дугового промежутка.

Достоинством и отличительной чертой предложенной в данной работе математической модели является ее программная реализация в едином блоке с моделью исполнительного устройства перемещения электрода с учетом динамических свойств массивной конструкции электродержателя и электрода в каждой фазе [6, 7, 8, 11, 19].

При синтезе стабилизирующего регулятора в САОУ энергетическим режимом (см. рис. 3.2) передаточную матрицу объекта управления \У0б(8) можно выразить соотношением (3.31)

\У06(8) = \У1<(8).\УИм(8), (3.3!)

где \Уим(Б) - диагональная передаточная матрица исполнительных устройств;

и'ДБ) - передаточная матрица электрического контура, определяемая выражением

лируемому параметру ^ой фазы); ¡ = 1,2,3;} = 1,2,3.

Синтез программной реализации автономного регулятора многосвязного объекта управления, несмотря на использование типового ПИ-закона, представляет сложную задачу в определении передаточной матрицы регулятора в виде

где №^(8) - передаточная матрица регулятора; М^Б) - диагональная передаточная матрица замкнутого контура (необходимое условие автономности управления); Е - единичная матрица.

Программная реализация цифрового контура стабилизации электрического параметра на базе микропроцессорного контроллера (применительно к ЭШАИС 57-300(400)) подробно рассмотрена в [19].

В процессе моделирования электрического режима АПК было доказано, что коэффициенты передаточных функций матрицы (3.32) при 1 ф) также не равны нулю и меняются в зависимости от параметров электрического режима.

Это означает, что по каналу тока дуги электрический контур АПК является многосвязным нелинейным и нестационарным объектом управления.

В результате проведенного исследования можно сделать вывод, что использование тока дуги в контуре управления энергетическим режимом АПК, несмотря на информационную доступность этого параметра является возможным вариантом, но одновременно представляет сложную проблему с точки зрения снижения взаимовлияния трех автономных контуров управления друг на друга.

Вторым по доступности информационным параметром для стабилизации электрического режима технологических агрегатов является полное сопротивление короткой цепи каждой фазы, недостаток управления по этому каналу - его значительная нелинейность.

Система стабилизации электрического режима по информационному каналу напряжения дуги обладает основным преимуществом, заключающемся в следующем:

- при больших токах дуги напряжение дуги ид = а + р1д зависит только от длины дуги и градиента напряжения в столбе дуги, причем эта зависимость практически линейная, что позволяет осуществить автономное управление электрическим режимом каждой фазы в более благоприятных условиях.

(3.32)

\УГ(3) = \¥об(8) • \У3(8) • [Е - \Уз(8)],

(3.33)

По результатам исследования можно сделать следующие выводы:

- очевидным недостатком этого способа управления является зависимость коэффициента передачи объекта управления от неконтролируемого в ходе технологического процесса доводки стали постоянно изменяющегося градиента напряжения в столбе дуги - (3;

- для стабилизации параметров электрического режима целесообразно в качестве информационного канала использовать величину падения напряжения на дуге или импеданса в каждой фазе, поскольку этот параметр можно определять с более высокой достоверностью, чем 1)д.

- разработанная математическая модель трехфазной цепи без нулевого провода позволяет подтвердить основные взаимозависимости параметров электрического режима электродуговых металлургических установок.

Это дает научно обоснованное подтверждение о возможности использования программного обеспечения модели при исследовании и математическом моделировании поисковых САОУ энергетическим режимом.

Далее даны результаты синтеза поисковой САОУ энергетическим режимом АПК на основе принципа нечеткого экстремального регулирования.

Вследствие невозможности идентификации существенно нелинейного стохастического процесса горения дуги переменного тока в условиях действия различных возмущающих факторов детерминированные методы поисковой оптимизации оказались мало эффективными [19].

В основе разработанной и программно реализованной системы автоматической оптимизации управления энергетическим режимом АПК использован программный модуль ОР структурная схема которого представлена на рис. 3.13:

Программный модуль БПР обеспечивает быстрый вывод энергетического режима агрегата в рабочую зону - «окрестность» максимальной мощности, выделяемой дугой. Этот блок осуществляет грубое или приближенное решение задачи оптимизации управления.

Алгоритм работы БПР реализует формирование управляющего воздействия на последующий шаг итерации г1<т+1) в соответствии с выражением:

8СТ) = Р1(Х)-[0'(Т)-12(Х)-ХЧ1], {3 39)

ад+1)=ад+кг£(т),

где е(т) = Рд(т)-0(т) - разность между активной мощностью, выделяемой в дуге и реактивной мощностью фазы; Z^(x+\) - задание, формируемое БПР на последующий интервал времени (итерации управления); - текущее заданное значение стабилизируемого парамет-

ра; Кг - коэффициент пропорциональности по каналу стабилизируемого параметра (например, импеданса).

Рис. 3.13. Структурная схема блока ОР программно реализованной системы автоматической

оптимизации энергетического режима АПК, где БПР - быстрая поисковая подсистема в виде быстрого поискового регулятора; ЭР - оптимизирующая поисковая подсистема, реализованная на принципе нечеткого экстремального регулирования; УП - устройство переключения ключа К, путем формирования дискретного сигнала - сг(т), причем, фазный ток 1(т) в однофазном или средний по фазам ток в трехфазном варианте; заданное значение стабилизируемого параметра Хс(т); средние суммарные значения мощности выделяемые в дугах Рд(г) и реактивные мощности по трем фазам 0(т).

Согласно разработанному алгоритму работы модуля, БПР на каждой итерации управления БПР минимизирует значение е(т) путем целенаправленного изменения задания '/.¡(х Н) стабилизирующему регулятору СР с учетом ограничений на минимальное - Хтт и максимальное 2шах заданные значения в единицах стабилизируемого параметра, например величины импеданса.

Для точного определения экстремума выходного оптимизируемого параметра Рд(х)тах процесса предназначен модуль экстремального регулирования (ЭР). В модуле ЭР реализуется динамический поисковый режим оптимизации, эффективность которого не зависит от изменения рабочих характеристик оптимизируемого процесса.

Суть поискового режима заключается в формировании управляющего воздействия на последующий интервал времени по результату анализа реакции (отклика) оптимизируемого параметра на результат предыдущего управляющего воздействия на процесс.

Таким образом при функционировании САОУ решаются две задачи:

- определение знака и величины градиента нулевой функции, определяющих необходимое последующее направление движения к экстремуму при наличии помех, инерционности и технологических возмущений;

- организация устойчивого целенаправленного изменения оптимизируемого параметра в направлении экстремума (достижения поставленной цели управления).

Возможность получения приемлемого по качеству управления, в условиях невозможности получения адекватной модели управляемого технологического процесса в предлагаемой САОУ реализована путем замены детерминированной математической количественной модели процесса ее качественной лингвистической моделью.

В схеме предусмотрены блоки единичной гх задержки и сумматоры для запоминания значений входных сигналов на предыдущей итерации и вычисления приращений входных сигналов на каждой итерации АРД и Д1.

Вычисление задания г2(т+1) производится с учетом его текущего значения г(т) и текущей коррекции гс(т), т.е. г2(т+1) = г(т) + гс(т).

Предусматривается вычисление сигнала рассогласования е(т) как разности между ?(х) и текущим значением стабилизируемого параметра хс(т). С помощью масштабных коэффициентов К|, Кг, Кз и К4 осуществляется масштабирование на предметной области нечетких множеств входных и выходных информационных сигналов. Входные сигналы модуля нечеткого контроллера обозначены как хь и хз, а выходной сигнал как у.

В отличие от традиционных экстремальных систем в предлагаемом методе используются дополнительно еще два параметра: текущее приращение тока и рассогласование между текущими заданными и действительными значениями стабилизируемого параметра. Для САОУ составлена база правил представляющая собой модель процесса нечеткого управления, т.е. представляет качественную модель управления, отражающую логику работы высококвалифицированного технолога-оператора.

Устройство переключения (УП) функционирует в соответствии с условием (3.52)

где Н| - граница функционирования подсистемы ЭР, выход за которую сопровождается переключением ключа К в состояние «1», включая в работу блок БПР; Нг - зона, при попадании в которую ключ К переводится в состояние «О», обеспечивая отключение модуля БПР и включая в работу модуль ЭР. Целесообразно принять Н^Нз.

Е1

(3.52)

В этой же главе приводятся разработанные автором алгоритмы и структурно-функциональная схема программно реализованного варианта адаптивной динамической поисковой системы автоматической оптимизации управления (САОУ) шагового типа.

В составе САОУ использованы также дополнительно разработанные алгоритмы (функционирования экстремального регулятора - ЭР, устройства переключения - УП, алгоритм блока быстрого поискового регулятора - БПР) и функционально-структурные схемы реализации ЭР и регулятора БПР.

В четвертой главе диссертации приведены результаты экспериментальной проверки работоспособности корпоративной системы автоматической оптимизации управления энергетическим режимом электродуговых переделов производства стали

Было проведено математическое и физическое моделирование различных режимов работы предлагаемой САОУ на однофазной опытной электродуговой установке.

Программная модель дает возможность оценить работу САОУ при управлении многосвязным объектом, в то время как одновременно созданная физическая модель представляет хотя и автономную, но однофазную систему (имеются видеофильм работы физической модели, а схема ее приведена в Приложении № 16).

При моделировании и исследовании работы САОУ определяли величину текущего отклонения оптимизируемого параметра от его оптимального значения в установившемся режиме, а также была произведена оценка «рысканья», т.е. амплитуд автоколебаний оптимизируемого выходного и (входного) управляющего параметров.

В процессе доводки стали на АПК изменяются температурные и технологические условия горения дуг, что сопровождается заметным (от ) ООО до 4000 мкс) изменением постоянной времени дуги 9.

Анализ полученных результатов убедительно доказывают устойчивую поисковую работу САОУ в условиях действия высокочастотных помех и низкочастотных технологических возмущений, приводящих к неконтролируемому дрейфу рабочей характеристики энергетического режима АПК.

Подтверждение эффективности использования принципа нечеткого экстремального регулирования при синтезе САОУ было проведено ее исследованиями на компьютеризированном опытном стенде, который представляет собой реальную однофазную электродуговую печь переменного тока.

Характерная особенность исследования работы предлагаемой САОУ на опытном стенде, заключается в достижении высокой точности управления положением электрода, когда длина дуги не превышает нескольких миллиметров, особенно в начальный период расплавления холодной шихты - окатышей.

Исследование работы синтезированной САОУ энергетическим режимом ДСП-25 переменного тока в литейном цехе ОАО «МРК» (механо-ремонтный комплекс ОАО «ММК») подтвердили, что применение предлагаемой поисковой динамической САОУ энергетическим режимом только в период расплавления металлошихты позволяет сократить количество электрической энергии на 1%; продолжительность технологического процесса на 5 %, и снизить расход электроэнергии на 1,5% на каждой плавке.

В 5 главе сформулирована задача оптимального управления процессом циркуляционного вакуумирования стали, разработаны алгоритмы и схемы корпоративной САОУ, а также получено подтверждение их эффективности и работоспособности.

Основной целью САОУ технологическим процессом циркуляционного вакуумирования стали является достижение максимально возможной производительности и минимальной энергоемкости комбинированной вакуумной установки (КВУ) с ковшом для внепечной обработки стали путем выполнения информационных, расчетных и управляющих функций в составе АСУ ТП.

Дано обоснование, что в качестве управляющего воздействия рационально принять расход транспортирующего газа, подаваемого во всасывающий патрубок доступного для реализации управления и его активного и оперативного воздействия на интенсивность процесса дегазации стали (см. рис. 5.2), а в качестве выходного оптимизируемого параметра, объективно характеризующего эффективность режима ВКР, необходимо использовать величину остаточного давления в вакуум-камере.

Расход аргона , <3 АГ • 10"3 м3 / с Рис. 5.2. Изменение расхода массы металла в циркулирующем контуре в зависимости от расхода аргона в процессе вакуумирования

По мере дегазации стали давление в вакуум-камере уменьшается (см. рис. 5.16), несмотря на увеличение расхода транспортирующего газа до оптимальных значений и массы металла в циркулирующем контуре, что обуславливает появление в системе автоколебания. Для исключения таких автоколебаний автором предложено использовать мо-

дернизированный метод поиска по запоминанию экстремума скорости изменения оптимизируемого параметра и остановкой ИМ в момент достижения экстремума первой производной оптимизируемого параметра [5, 7, 19].

Структурно-функциональная схема разработанной САОУ процессом циркуляционного вакуумирования в режиме ВКР с реализацией предложенного метода представлена на рис. 5.7 с расшифровкой элементов схемы.

Рис. 5.7. Структурно-функциональная схема САОУ процессом циркуляционного вакуумирования в режиме ВКР [5, 7], где ООУ - объект оптимизации управления; ДУ - дифференциатор; ЗУ - запоминающее устройство; СР - сигнум-реле; РО - реле остановки; ИКУ - импульсный коммутатор; РК -регулирующий клапан аргона; СУ - стабилизирующее устройство; ТР - триггер реверса.

ООУ апроксимирован последовательным соединением статического звена экстремальной характеристикой вида У = ^х) и двух инерционных звеньев с постоянными времени: То - характеризующий инерционные свойства объекта; т, - время запаздывания

Выходная величина определяющая текущее значение оптимизируемого параметра - давление в вакуум-камере, подается на вход ДУ, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный цифровому аналогу первой производной ¿(т)«Д2УЛт, где тД -принятый цикл работы контроллера; ЬХ - текущее изменение величин 7(т) за время цикла Дт. На выходе ЭС формируется информационный сигнал = ¿(т)- ¿(т-1)тт равный

разности между текущим значением скорости изменения оптимизируемого параметра ¿(т) и максимальным значением скорости ¿(т-1) запомненным и достигнутым в предыдущие моменты времени.

Текущее значение сигнала А2(х) с выхода ЭС поступает на вход СР, осуществляющего в соответствии с принятым оптимизирующим алгоритмом управления (ОАУ) формирование управляющего сигнала и(т) б (+1,0, -1).

Управляющий сигнал и(т) = -1 перебрасывает - ТР, изменяющий на противоположное значение переключающей функции а(т) е (+1, -1) определяющей текущее направление перемещения ИМ и соответственно величину текущего значения Х(т) (расхода транспортирующего газа аргона).

Управляющий сигнал и(т) = 0 включает РО, которое своим контактом РО-1 разрывает цепь управления движением ИМ.

Управляющий сигнал и(х) = +1 свидетельствует о приближении процесса к оптимальному состоянию, поэтому выбранное направление изменения управляющего параметра сохраняется.

ИКУ обеспечивает выбор средней скорости ИМ Ким, соответствующей инерционности и запаздыванию оптимизируемого процесса в пределах:

^ИМтах ^ К-ИМ > ^ИМшт ' где Киммах - максимальная и Киммш - минимальная скорость ИМ при продолжительности включения ИМ равной 0,15 с.

Расходная характеристика РК расхода аргона нелинейна и может быть задана экспериментальной характеристикой Х(т) = 1[х, (т)]. В качестве настраиваемых параметров при математическом моделировании процесса оптимизации в предлагаемой структуре САОУ используются:

- постоянная времени То, время запаздывания оптимизируемого процесса,тз, с; постоянная времени реального дифференцирующего звена - ДУ - Та, с; зона нечувствительности САОУ по скорости изменения оптимизируемого параметра дг/, время выдержки сигнум-

реле тср а 0,9-1,6(То + тз)> с; время выдержки поверочного принудительного реверса ИМ в САОУ для прерывания монотонного изменения Z(x), - т„, с; скважность импульсов для задания средней скорости ИМ, - у, с.

Принятое значение у определяет время перекладки ИМ, - Тн, т.е. время движения ИМ от одного крайнего положения Xi(x) = 0% хода ИМ до другого крайнего положения Xi(t) = 100% хода ИМ. Значит Ким = 100%/Т„.

СУ формирует сигнал, через заданное время Тв, для принудительно поверочного реверса САОУ при соблюдении условия AZ(x)>0 при X > Тв.

Формализованное математическое представление унимодальной характеристики оптимизируемого процесса в режиме ВКР для получения уравнения У[х(г)] = У [*(г)] использован полином четвертой степени.

У[х(х)] = 239,5-7,1945х(х) + 0,ЮПх2(т)- ^

-6,069-10"V(x) +1,3202-10-6х4(х)

при х(х) б (80-150 м3/ч, для КВУ-385).

Траектория статических характеристик оптимизируемого процесса при математическом моделировании процесса функционирования САОУ учтена путем формирования текущего установившегося значения У(х,т) в соответствии с (5.2).

у(х,х) = у(х(т)±аг)±рх, (5.2)

где У(х,т) - текущее положение статической характеристики оптимизируемого процесса; ±ß - величина и направление составляющей скорости вертикального смещения; ±о - величина и направление горизонтальной составляющей скорости дрейфа статической характеристики процесса (при «+» - смещение влево, при «-» - смешение вправо). Причем, для установки КВУ-385: ß = -0,0015 мм рт.ст./с и а = 0,01 (м3/ч)/с .

При сложном смещении вправо-вниз статической характеристики процесса циркуляционного вакуумирования в режиме ВКР математическое представление процесса определено выражением (5.3)

У[х(г),t] = 239,5 - 7,194(х(х) -0,01т) + 0,101 [х(т) - 0,01х]2 --6,07-10"4[x(x)-0,01x]3+l,32-10"6[x(x)-0,01x]4-0,0015x

Изменение x(t) в процессе оптимизирующего поиска определена

Х,(т) = Х0+о(г)-К„м'Х, (5.4)

где а(т) е (+1, 0, -1) - функция, определяющая текущее направление изменения Х(т).

Изменение давления в вакуум-камере в процессе поиска Xi(i) определяется уравнениями (5.5), (5.6):

I0^ + Z,(t) = y[X(r), г], (5.5) и t,^ + Z(t) = Z,(t). (5.6)

-t р 1

Правомерность замены передаточной функции е ' функцией -— объясняется

соблюдением условия Т0 > Т3 более чем в 4 раза, а т3 - запаздывание.

Формирование управляющей функции U(x) обеспечивается соблюдением следующих условий (5.7) и (5.8).

Л7(т) , ч ¡+1 ecmZix)-Z(x-l) + AZH >О При >U(x)H • (5 7>

dT [0, если Z(x) - Z(x - l)max + AZH <. О

При^1<о, U(x) = -1, если Z(x) + AZH < О (5.8)

dx

Соотношение между управляющей U(t) и переключающей а(т) функциями определена условиями: если U(x) = +1, то ст(х+1)ео(х). (5.9) Соблюдение условия (5.9) означает, что выбранное САОУ в текущий момент времени х направление изменения Х(т) сохраняется и на последующий т+1 момент времени. Если U(x) = 0, то ст(т+1) з 0, т.е. в последующий т+1 момент времени надо остановить ИМ, т.е. принять значение х(х+1) = const = Х(т) (включить реле РО). Если U(t) = -1, то а(т+1) = -а(х), при этом в последующий т+1 момент времени направление изменения х(х) следует изменить на противоположное, т.е. произвести реверс ИМ.

Запоминающее устройство ЗУ функционирует в соответствии

еслиZ(x)>Z(t-l)m„,тоZ(x-l)m„ = Z(x) , ^ |Q,

если Z(t) < Z(t - l)m„, то Z(t - l)m„ = Z(i -1 )m„ .

Более удобной формой для анализа эффективности поискового процесса функционирования рассматриваемой САОУ является представление поискового процесса в координатах « У(х), Z(t) - Х(х)».

Правомерность замены аргумента обеспечивается условием:

dX(x)/dx = К1Ш = const, или dx = dx(x)/KHM . (5.11)

Траектория поискового режима Z[X(x)] при функционировании рассматриваемой САОУ процессом циркуляционного вакуумирования стали приведена на рис. 5.10.

Расход аргона, мз/ч

Рис. 5.10. Траектория реализации алгоритма поискового процесса в САОУ вакуумирования стали в режиме ВКР в плоскости «х-у,г»: 1 - статическая характеристика процесса У[Х(т)]; 2 - траектория изменения Z[X(т)] оптимизируемого параметра

Высокая интеллектуальность САОУ и эффективность используемого ОАУ подтверждается выполнением условия Х(т)„сг а Х(т)0Пт- В окрестности экстремума оптимизируемого параметра 2[Х(т)]тах под действием стабилизирующего устройства СУ, осуществляющего через время тв поверочные реверсы ИМ, позволяющие САОУ следить за смещением экстремума, совершаются поисковые движения Х(т).

Наиболее приемлемым параметром, характеризующим эффективность процесса дегазации метала, а значит и производительность установки, оказалась величина расхода отсасываемых из вакуум-камеры газов.

На рис. 5.14 показана экспериментальная траектория изменения максимального значения расхода отходящих газов - линия 4 в зависимости от расхода аргона - Уга-,(т)тах = С учетом заштрихованной зоны дрейфа характеристик на рис. 5.14, принцип двухконтурной структуры САОУ, рекомендуемой нами как универсальный, должен быть сохранен и в случае оптимизации управления процессом циркуляционного вакуумирования.

Стабилизирующий контур должен обеспечивать быстрое, но грубое в соответствии с директивно заданной приближенной зависимостью Уг(т)тох=^а(т)] (см. рис. 5.14), определение и поддержание требуемого расхода аргона Уа(х).

Оптимизирующий контур, используя принцип экстремального управления, осуществляет медленное поисковое, но более точное определение и поддержание такого оп-

тимального значения расхода аргона, при котором количество экстрагируемых из металла газов достигает максимального значения.

1

Рис. 5.14. Экспериментальные зависимости изменения расхода отходящих газов от расхода аргона: для второй - линия 1; для пятой - линия 2; для восьмой - линия 3 минутах процесса

вакуумирования

В рассматриваемой корпоративной САОУ предусмотрена:

а) в режиме вакуумно-кислородного рафинирования (ВКР) в качестве оптимизируемого параметра использовать величину давления в вакуум-камере.

б) в режиме глубокого вакуумирования в качестве оптимизируемого параметра использовать величину расхода удаляемых из вакуум-камеры газов.

Функциональная схема двухконтурной универсальной САОУ процессом циркуляционного вакуумирования представлена на рис. 5.15, где РЕ - датчик давления в вакуум-камере; РЕ - датчик расхода отходящих газов.

Для каждого режима работы установки существуют зависимости Уа(т)от = <р[Р(т)] или У*а(т)0Пт = ^Утг(т)], где (см. линия 4, на рис. 5.14 и 5.16). Уа(х)от - оптимальное значение текущего расхода аргона, при котором обеспечивается максимальное текущее значение давления Р(т)гаа, в вакуум-камере. Программно реализуемые блоки функционального преобразования обеспечивают формирование выходного сигнала Уа3(т), соответствующего директивно заданному значению в соответствии с Уа3(т) ® ф[Р(т)]тах или \'а"(т) и Г[\'тг(т)]ш,х

в зависимости от принятого варианта управления. ЭС сравнивает текущие значения сигналов Уа3(х) и Уа(т), где Уа(х) - действительное текущее значение расхода аргона. Управляющий сигнал ст)(т) е (+1, 0, -1) представляет собой переключающую функцию ИМ регулирующий расход аргона (РКРА).

Переключающая функция 01(1) е (+1, 0, -1) формируется ЛПУ в соответствии с условием (5.12)

+1, если Р(т)<Р[Уа(х)]-ДУа3(х)/2 а, (т) = 0, если Р[Уа(х)] - ДУа3/2 < Р(т) < Р[Уа(т)] + Д Уа3 (т)/2 (5-12)

-1, если Р(т)>Р[Уа(т)] + ДУа3(х)/2

где Р(т) - текущее значение давления в вакуум-камере в режиме ВКР;

Выбор текущего управляющего воздействия с(т) на расход аргона, осуществляется ЛПУ в соответствии с условием (5.13):

если о„(х) = +1, то а(т) = а,(х); ^ ^

если о„(т) = 0и а,(х) = 0,то о(т) = о2(т).

Значение сигнала сгг(т) = (+1, 0, -1) принимается в процессе оптимизирующего поиска экстремального значения оптимизируемого параметра Р(т)тах или УТГ(т)тах. При условии ог(х) = 0 в САОУ предусмотрена остановка ИМ на время х„.

Управляющая команда ст(т), определяет Уа(т) как:

Уа(т)= Уан + а(х)-К1Ш-х, (5.14)

где Уан(т) -расход аргона на момент включения САОУ в работу.

Несомненным достоинством нового прннцнпа ОАУ является отсутствие периодического поискового режима, характерного для ранее известных ОАУ с запоминанием максимума производной оптимизируемого параметра. Разработан также оптимизирующий алгоритм управления, использующий статистический вероятностный характер связи между входным управляющим п выходным оптимизируемым параметрами технологического процесса.

Принцип работы статического оптимизирующего алгоритма заключается в определении тесноты статистической связи между сигналом X на входе объекта управления (технологическим процессом циркуляционного вакуумирования) и скоростью изменения 7- оптимизируемого параметра путем расчета величины и знака коэффициента корреляции Яхг за предшествующий период времени. По величине и знаку Ихг осуществляется формирование направления изменения X на текущий интервал времени. Смена знака величины Яхг свидетельствует о достижении выходным параметром объекта управления своего экстремального значения.

Рис. 5.15. Функциональная схема двухконтурной САОУ процессом циркуляционного

вакуумирования стали

"^"tw

/* / ♦ .....ЛИ... /f \/ / X" / /\ ^s» Ху/ухХ / Д f ~

«4 / / / • / ■ ■ КХл/л^ \ ( j К и\ 1 \ \ ♦ ¿/V/2 X iv A \ Лу3

♦X ♦ */■ У ■ У /V, yr ^^itáá p— Va() "

♦А ■ --.-.----—i---------- -1-Г i- 1 ■■ 1 —i—i—.—i—

60 80 100 120 140 160

Расход аргона, м /ч

Рис. 5.16. Экспериментальные зависимости давления в вакуум-камере от расхода аргона для установки циркуляционного вакуумирования ККЦ ОАО «ММК» в режиме «ВКР»: линия 1 -для второй; линия 2 - для четвертой; линия 3 - для шестой минутах процесса; линия 4 - зависимость Уа(т)опт =(р[Р(т)]тах

Принцип работы статического оптимизирующего алгоритма заключается в определении тесноты статистической связи между сигналом X на входе объекта управления (технологическим процессом циркуляционного вакуумирования) и скоростью изменения Z оптимизируемого параметра путем расчета величины и знака коэффициента корреляции Rxz за предшествующий период времени. По величине и знаку Rxz осуществляется формирование направления изменения X на текущий интервал времени. Смена знака величины Rxz свидетельствует о достижении выходным параметром объекта управления своего экстремального значения.

Для моделирования и программной реализации работы САОУ, использующей статистический оптимизирующий алгоритм оптимизации управления процессом циркуляционного вакуумирования был разработан комплекс программ.

Расчетные траектории положения и формы статической характеристики процесса циркуляционного вакуумирования стали расчетная траектория изменения Vor в процессе оптимизирующего изменения расхода аргона в координатах «V,pr» - «Vor» представлены на рис. 5.26, где Vor - расход отходящих газов.

Статическая характеристика процесса циркуляционного вакуумирования f(Vapr) определена уравнением с учетом дрейфа в виде:

Vor = f(Vapr, r) = а,[Х(т) + b,T]5 + а2[Х(т) + Ь2т]4 + a,[X(t) + b3t]3 + + а<[Х(т) + Ь4т]2 + а5[Х(т) + Ь5т] + b6x + а6, при: а, =0,0087; а2 = 0,183; а3 =-1,3999 ; а4 = 4,6294; а5 = -5,932; а« = 4,9439 ;

b, = 1,461675б48х 10'3; Ь2 = 1,026673085><10~3; Ь3 = 0,582623664* 10'3; Ь4 = 0,168780071 х 10*3; Ь5 = 0,169848156* 10"3; Ьб = 0,031009592х 10'3. Анализ полученных результатов показывает, что корпоративная САОУ с использованием статистического алгоритма экстремального регулирования обеспечивает устойчивый поиск экстремального значения УС1Г(т) в условиях его дрейфа. »I«-2 м>к-

Рис. 5.26. Расчетная траектория изменения расхода отходящих газов в процессе работы корпоративной САОУ процессом циркуляционного вакуумирования в координатах «V„pr» -«Vor»: 1 - начальное положение статической характеристики оптимизируемого процесса; 2 -на 2 минуте процесса; 3 - на 4 минуте процесса; 4 - на 6 минуте процесса

Предлагаемый статистический метод экстремального регулирования обеспечивает важное преимущество использования корпоративной САОУ - обеспечивает формировать базу статистических оценок влияния на оптимизируемый процесс различных неконтролируемых технологических возмущений и случайных помех.

В главе 6 приведены материалы (математические модели, алгоритмы и др.) разработки перспективных способов и систем автоматического контроля и управления температурным режимом доводки жидкой стали

Известные методы не обеспечивают непрерывный текущий контроль температурного состояния жидкой стали и термостойких элементов агрегата. Для оценки текущего температурного состояния стали автором предложен [19] расчетный способ, адаптированный для условий электродуговых технологических агрегатов металлургического и литейного производств с использованием многозонной термопары (ранее предложенного проф. Спириным H.A. - для контроля температуры футеровки доменной печи).

Расчет текущей температуры жидкой стали на границе раздела «футеровка»-«расплавленный металл» осуществляется путем решения обратной задачи теплопроводности: зная текущее распределение температуры в фиксированных точках по толщине огнеупорной футеровки и температуру окружающей среды, прогнозируется температура жидкой стали на границе раздела.

В результате в плоскости параметров (х, т) образуется совокупность узловых точек с координатами (xi, т„) в виде прямоугольной сетки. Расчет температурного поля сводится к определению значений сеточной функции t*, характеризующей температуру огнеупорной футеровки в узловых точках.

Распределение температуры по толщине футеровки представим в виде:

t(xl,x) = [t1(x),t1(x).....t„(x)]. (6.33)

где ti(t), (¿(т),..., tm(t), - текущие значения температур, измеряемых датчиками; Х] - фиксированные координаты установки датчиков температуры по толщине огнеупорной футеровки; m - число точек, в которых производится измерение температуры.

Необходимо в каждый текущий момент времени осуществлять подбор такого значения температуры жидкого металла, чтобы непрерывное распределение температуры по толщине огнеупорной футеровки, полученное при решении прямой задачи теплопроводности, точно совпадало с измеренными значениями температур в дискретных (фиксированных) точках, т.е. требуется минимизировать функционал

J^gt'ixj-^xjj^min, (6.34)

где t'(xj), tj(xj) - измеренное текущее и расчетное значение температур в точке с координатами xj, а функционал Ji вычисляется компьютером, т.е. по разработанномц алгоритму.

Полученные результаты исследования работоспособности рассматриваемого расчетного метода определения текущей температуры жидкого металла свидетельствуют о достаточно высокой точности оценки температурного состояния и эффективности метода, пригодного для измерения температуры жидкой стали.

По заказу разработаны и изготовлены малой серией специальные многозонные термопары на основе кабельных термопар, выпускаемых отечественной производственной компанией «ТЕСЕИ» г. Обнинск, обслуживающей атомную энергетику.

Программная реализация расчетного способа непрерывного контроля температурного состояния жидкого металла с участием автора осуществлена на программируемом контроллере Р-131.

Работа данного типа контроллера организована по принципу циклического сканирования и выполнения основной программы с фиксированным временем цикла.

Рассчитанная величина функционала ^ подается на вход автоалгоритма, который реализует ПИ-закон регулирования. Задачей этого автоалгоритма является подбор такого значения температуры жидкой стали и,(г), при котором значение функционала становится практически нулевым.

Если I] > 0, то требуется увеличивать, а при I] < 0 уменьшать температуру.

Экспериментальная проверка расчетного метода непрерывного контроля температурного состояния жидкой стали проводилась на 3-х тонной дуговой сталеплавильной печи ЗАО Магнитогорского завода металлургического оборудования (МЗМО).

Создание АСУ температурным режимом сталеплавильных агрегатов на базе многозонной термопары является одним из прогрессивных, но при этом одно из основных требований к САУ такого назначения не будет выполнено из-за большой инерционности сигнала о фактической температуре жидкого металла.

В главе 6 приведены также материалы разработки и результаты испытаний более прогрессивной корпоративной АСУ-ТП тепловыми режимами электродугового агрегата с тепловизорными первичными датчиками.

Предложен способ непрерывного контроля температуры жидкой стали основанный на инфракрасном излучении нагретого датчика, реализованного в виде тугоплавкого стержня, пропущенного через теплоизолирующий материал-уплотнитель сквозь футеровку и корпус сталенакопительной емкости агрегата, один конец которого непосредственно соприкасается с расплавом в емкости, а другой конец стержня через инфракрасное излучение сообщен со входом тепловизора, чувствительного к инфракрасному излучению [24, 25].

Кроме того, установка по высоте емкости агрегата с высокотемпературным расплавом более 2-х тугоплавких стержней-датчиков позволяют непрерывно контролировать как изменение температуры жидкой стали по высоте емкости агрегата, так и уровней стали и шлака в нем, а также прогара и температуры футеровки.

В условиях появления композиционных материалов в 21-ом веке, очевидно, что прогрессивным следует считать создание САУ замкнутых отрицательной обратной связью, реа-

лизованных на датчиках инфракрасного излучения, не имеющих недостатки известных аналогов.

Опытные испытания корпоративной САУ, использующей в качестве отрицательной обратной связи датчик инфракрасного излучения с компьютерным блоком обработки сигнала подтвердили, что наличие таких датчиков и фактической толщины футеровки в зоне действия дуги электрода позволяет поддерживать оптимальный электрический режим ДСП, обеспечивающий экономию электроэнергии на 3-5 %, повышение производительности ДСП на 2-4 %, экономию электродов на 1-2 % и повышение срока службы огнеупорной футеровки на 5-8 %. В работе приведен также очевидный размер ожидаемого экономического эффекта от использования предложенных тепловизионных датчиков температуры (120 ООО ООО руб. в год по России).

На основе результатов проведенных в работе исследований, их испытаний и внедрения предложен принципиально новый принцип построения корпоративной САУ тепловым режимом электродугового агрегата при внепечной доработке стали.

Новый принцип заключается в том, что в ней следящая система программного выполнения технологически заданного изменения траектории температурного режима корпоративно изменяет продолжительность действия максимальной мощности дуги на каждой ступени ПТ при равенстве заданной температуры жидкой стали реально достигнутой, используемой в качестве отрицательной обратной связи САУ, а величина максимальной мощности дуги ограничивается реально допустимой температурой огнеупорной футеровки АПК. При этом подсистемы поиска дрейфующего экстремума и адаптации ограничений активизируются после переключения ступеней ПТ.

До настоящего времени все САУ температурным режимом эксплуатации АПК реализуют только принцип разомкнутого или условно замкнутого по расчетной температуре контура, что всегда приводит к погрешностям в управлении температурой, как например перегрев металла, или недостаточная температура, необходимая для эффективного протекания физико-химических процессов в электродуговом агрегате и МНЛЗ.

На базе предложенного принципа разработана функциональная схема корпоративной системы автоматического управления температурным режимом доводки стали в АПК (рис. 6.18).

Специально разработанный нами автоматическое устройство-датчик контроля температуры жидкого металла (ДТМ) непрерывно и непосредственно измеряет температуру жидкой стали ^(г). Блок формирования уставок (БФУ), в соответствии с программой плавки, осуществляет формирование заданной температуры 1*(т) на текущий период доводки стали. Далее вычисляет рассогласование е(т), которое затем поступает на интегрирующий элемент

(И). Текущий интеграл от ошибки поступает на релейный элемент Р1, где формируется сигнал а е {-1; 0; +)}, который поступает в регулятор мощности (РМ), и определяет направление переключения ступеней напряжения трансформатора.

Рис. 6.18. Функциональная схема САУ температурным режимом доводки стали в АПК, где БФУ - блок задания и формирования температурных режимов АПК в функции времени (остальные элементы схемы расшифрованы в тексте).

РМ осуществляет формирование управляющих сигналов на перемещения электродов (ИМЭ) С) (г), где 3 = 1,2, 3 - номер фазы АПК, а также на переключатель ступеней напряжения трансформатора (ПСН) и^/г). РМ работает по принципу поиска максимума Рд(т)3 Рд(1) дуг на каждой текущей ступени напряжения.

Одновременно в блоке Д вычисляется производная от ошибки по времени. Далее сигнал ошибки и производной от ошибки поступает на элементы взятия модуля М. Модуль рассогласования | с(т) | с выхода элемента М, а также модуль его производной по времени

|г'(г)| поступают одновременно на элементы сравнения, где для каждой текущей стадии сравниваются с заданными значениями нечувствительности гя(г) и ¿и(т) , формируя ошибки (г) и е, (г), которые поступают на релейные логические элементы Р2 и РЗ. Таким образом, элементы Р1 и Р2 формируют соответственно своим характеристикам сигналы е {0; 1} и е {О; 1}, и в результате логической операции «И» формируется логический сигнал 5 е {0; 1}. При ^ = 1, то есть когда ^1 = 1 и .чо = I переходный процесс завершается, не выходя за заданные ограничения гн(г) и ¿н(г) . После этого запускается реле времени РВ. В РВ из

БФУ также поступает в соответствии с программой значение времени выдержки Дг(, необходимой на данной стадии, где г - номер стадии. По окончанию отсчета заданного времени Дг,, реле времени формирует логический сигнал и, который увеличивает значение пст счетчика стадий СС на единицу. Значение номера текущей стадии передается в БФУ, где происходит выборка новых значений уставок. Сброс реле времени осуществляется при поступлении нового значения Д г,, а запуск его происходит при появлении сигнала $ = 1.

Предлагаемый принцип подразумевает, что управление температурой в АПК производится с помощью главной отрицательной обратной связи по текущей температуре 1мСт), измеренной ДТМ. Перемещая электроды, регулятор мощности РМ производит поиск (рис. 6.20 «б») и поддержание максимальной полезной мощности для выбранной ступени напряжения, что в совокупности с работой ДТМ обеспечивает минимизацию фактического суммарного времени регулирования программно заданного температурного режима внепечной доводки стали в функции избыточной длительности технологических процессов для каждой ступени ПТ. При этом, независимо от величины тр, + Дт,, переключатель ступеней напряжения ПСН исходя из реально достигнутой температуры /и > <Л'/ переключает элементом

РМ на следующую ступень напряжения, т.е. не дожидаясь, как это бьито в известных первоначально разработанных САУ-ДСП, завершения технологически заданного программного времени работы на ранее установленной ступени.

Функция переключения ступеней трансформатора в режиме управления с главной отрицательной обратной связью по температуре соответственно имеет вид:

и3п, т'„_х<т.<,х'п

где и- - значения напряжения, заданные для каждой ступени ПТ, а т',- - моменты переключения ступеней (т',- < т,), рассчитываемые по формуле:

т-, = т ,,+ДтГ.

где 1РI - момент времени, при котором измеренная температура расплава 1Л, О'осМ) впервые достигает значения, заданного по регламенту '; Дт/""' - техническое запаздывание, необходимое для предотвращения термических ударов на футеровку, и расплавление более тугоплавких оксидов. Значение тр, рассчитывается согласно выражению:

39

т =ш1п(тГ",(г)),где тГ*"(т)=,

Принимая эти условия работы АПК для всех ступеней ПТ можем записать

^/тр,- + Дг,^ г + Таким образом, в режиме корпоративного управления с обрат-

/-1 М

ной связью по температуре, достигается существенная экономия времени, затрачиваемого на плавку.

(Л, V»!

V» V

«.»с

1«?

-----•{-—Г-

I «' : | А..

ЛГ»!

"ГГ

)

: 'рг

I I

.1—...

I I I ( I 1 1 I I

к'.кв

«V)

то ' 1 7»г с, «ом

Рис. 6.20. «б» Процесс управления режимом доводки стали в АПК (с обратной связью по

температуре стали)

Рассмотрим раздельно отрезок (то; т*|) и отрезок (т*1;т*г). На первом отрезке, за счет более раннего переключения ступеней в режиме управления с обратной связью по температуре, затрачивается несколько большее количество энергии (рис. 6.20 «б», левая штриховка):

>1

р =-л л/* 4.

1

Л

т 1-то V

Однако на втором отрезке достигается существенно большая экономия за счет того, что плавка в режиме управления с обратной связью уже закончена, а плавка в программном режиме - продолжается (рис. 6.20 «б», правая штриховка):

1

V = т, Кю''4•

Т 2 -X 1

Тогда, выражение для экономии мощности, принимает вид:

ЛР = Р -Р

ш 1 пр+ гос+•

Критерий оптимизации качественных показателей процесса электродуговой плавки имеет вид:

1 2 * 1

, Ат =£дт;->тах.

|(<(т)4(Г)-И03с(Т)4(Т))Л-т„ <4№

м

г-> тах

Экспериментальными исследованиями опытного образца корпоративной САУ-АПК построенной по наиболее перспективному новому принципу, установлено, что она обеспечивает снижение тепловых потерь на 5-8 %, удельных затрат электроэнергии на 3-4 %, увеличение производительности АПК на 1,5^-2 % за одну загрузку АПК. Кроме того, повышается качество заготовки на выходе машины непрерывного литья (МНЛЗ) за счет высокой точности поддержания технологически необходимой длительности дх',. < (тр1 + дт,) температурных

режимов обработки стали перед его заливкой в МНЛЗ, в частности, существенно снижаются окалинообразование и расход электродов.

Приложение (на 70 с.) содержит дополнительные материалы исследований и документы об использовании результатов работы.

Заключение по работе

В диссертации на основе развития и обобщения теоретических положений в области моделирования, автоматизации и оптимизации энергетических и тепловых режимов производства стали по схеме «шихтоподготовка - электросталеплавильные переделы - внепечная доводка стали» изложены научно обоснованные прогрессивные технические решения по автоматической оптимизации и управлению технологическими процессами в рассматриваемой схеме, совокупность которых представляет решение социально-экономически важной актуальной проблемы обеспечения безопасности сталеплавильчиков, снижения электроэнергии, кокса, повышения производительности действующих и проектируемых агрегатов и оптимизацию режимных параметров технологических переделов в сквозной схеме производства ста-

ли, а внедрение результатов исследований вносит значительный вклад в развитие экономики России и науки по автоматизации электросталеплавильных процессов.

Основные выводы по диссертации.

1. Обобщением анализа теоретических и практических принципов построения САУ и оптимизации технологическими процессами в сквозной схеме «шихтоподготовка - электросталеплавильные переделы - внепечная доводка стали», установлено общее свойство для всех корпоративных процессов автоматизации технологической схемы, а именно — статические их характеристики имеют унимодальную экстремальную зависимость между управляющими и управляемыми параметрами, которые непрерывно дрейфует под воздействием неконтролируемых возмущений, что является основанием для признания перспективности создания корпоративных адаптивных САУ с универсальной структурой, обладающих свойствами динамического поиска и поддержания экстремальных и оптимальных режимов производства стали;

2. Экспериментальными исследованиями доказано несовершенство применяемых ГОСТов и инструкций по отбору проб и контролю химического состава и количества каждого вида ЖРС в мощном его потоке (до 500 тонн/час) и предложена методология научного обоснования указанного несовершенства, заключающаяся в определении частоты отбора, суммарной массы отобранных проб из условия удовлетворения критериям достоверности результатов контроля с учетом инерционности процесса металлургической переработки мощного потока шихты;

3. На уровне изобретения России (патент № 2373527 Бюлл. изобретений № 32 от 20.11.2009 г.), разработан новый промышленный автоматический комплекс (ПАК) для непрерывного контроля химического состава и количества каждого вида ЖРС в мощном потоке на движущейся транспортерной ленте, обеспечивающий повышение точности контроля не менее чем в 2,5 раза, быстродействия в 5 раз и достоверности 98 % (установлено, что действующие аналоги имеют достоверность до 70 - 80 %);

4. Разработаны алгоритмы функционирования созданных: ПАК, корпоративных САУ энергетическими и температурными режимами работы САОУ и алгоритм подпрограммы формирования сигналов информации о химическом и количественном составе каждого вида сырья ЖРС в бункере, а также алгоритм формирования аварийных сигналов, автоматически вынуждающих разгрузку расходного бункера;

5. Проведены промышленные испытания разработанной автором корпоративной АСУТП-АФ4, главная обратная отрицательная связь, которая впервые реализована на основе ПАК с алгоритмами его функционирования, а также подтверждена высокая точность

(±2%) автоматического поддержания основности готовой шихты и обеспечение при этом снижение расхода кокса на 1,0 % при производстве чугуна;

6. Теоретическими исследованиями, доказана, что для автоматической оптимизации электрического режима АПК с 3-х фазной ДСП переменного тока, целесообразно реализовать корпоративную САУ по двухконтурной схеме с использованием стабилизирующего и оптимизирующего контуров САУ, а в качестве целевой функции принять максимальную производительность АПК. Исследованиями разработанной комплексной математической модели электрической дуги и исполнительного гидравлического механизма привода электрода ДСП доказано, что в качестве стабилизируемого электрического параметра предпочтительно использовать напряжение дуги или величину полного сопротивления короткой цепи печного трансформатора (ПТ), т.к. только в этих случаях исключается нежелательное взаимовлияние падений напряжений на дугах фаз;

7. Научно обоснована перспективность предложенного программно реализованного варианта корпоративной динамической поисковой системы автоматической оптимизации управления (САОУ) шагового типа, обеспечивающего удовлетворительные показатели качества в условиях действия стохастических и трудно прогнозируемых возмущений;

8. Исследованиями процессов оптимизации управления энергетическим режимом АПК на разработанных математических и физических моделях подтверждена эффективность универсального программно реализованного варианта САОУ, а именно - доказано сокращение времени изучения работоспособности и эффективности САОУ, не менее чем в 4 раза по сравнению с испытаниями на реальном действующем объекте и возможность использования его в качестве тренинговой установки для операторов и наладчиков;

9. Дано научное обоснование выбора параметров оптимизации циркуляционного рафинирования стали, а именно - в режиме вакуумно-кислородном рафинировании (ВКР) в качестве оптимизируемого параметра эффективно принять величину давления в вакуум-камере при постоянной пониженной производительности вакуумных насосов, а в режиме основного вакуумирования «ВАК» в качестве оптимизируемого параметра целесообразно принять величину расхода отходящих из вакуум-камеры газов, удаляемых из металла при максимальной производительности пароэжекторных насосов;

10. Доказана высокая эффективность использования синтезированной универсальной двухконтурной системы управления процессом циркуляционного вакуумирования, оптимизирующий контур которой функционирует с разработанными поисковыми алгоритмами экстремального регулирования, а при синтезе оптимизирующего алгоритма экстремального регулирования в качестве информационного входного сигнала использована скорость изменения оптимизируемого параметра и предложенный принцип подач>г управляющего воздейст-

вия на остановку ИМ в момент достижения экстремума изменения скорости оптимизируемого параметра. Научно установлено, что такой принцип компенсирует негативные влияние инерционности и запаздывания оптимизируемого процесса на эффективность функционирования и исключает периодический режим работы поисковой динамической САОУ технологическим процессом;

11. Предложен новый принцип построения корпоративной САУ - ДСП, заключающийся в том, что при синтезе оптимизирующего алгоритма управления перспективно использовать статистический метод экстремального регулирования на основе нечетких функций, обеспечивающий формирование управляющего значения коэффициента корреляции между случайными величинами: входным поисковым управляющим воздействием и откликом на это воздействие оптимизируемого параметра технологического процесса;

12. Математическими и физическими исследованиями программной реализуемости и работоспособности корпоративной универсальной по структуре САОУ реализованной на реальных технических средствах компьютерной автоматики, подтверждена прогрессивность предложенных методов поисковой динамической оптимизации управления инерционным с запаздыванием процессов циркуляционного вакуумирования на различных режимах внепеч-ной доводки стали;

13. Разработаны, теоретически и экспериментально обоснованы два новых метода построения САУ температурным режимом жидкой стали в мощном электродуговом АПК, причем:

• первый из них адаптирован к условиям доводки стали в мощных АПК, ориентированный на программную реализацию с использованием микропроцессорного управляющего контроллера и расчетный способ контроля текущего температурного состояния жидкой стали с использованием многозонной термопары, установленной внутри футеровки ДСП;

• второй метод основан на самонастройке жестко заданных программных параметров процесса внепечной доводки стали, при одновременной адаптации экстремальных характеристик печного трансформатора по критериям минимизации времени пребывания жидкой стали под током дуги электродов, поиска и поддержания на них максимальной мощности в условиях действия неконтролируемых возмущений. Предложенный подход реализован на САУ мощном электродуговом АПК, для которой теоретически получены функционалы критериев управления и оценки эффективности, а также функции переключения ступеней печного трансформатора по прямым непрерывным тепловизорным измерениям температуры жидкой стали и остаточной толщины огнеупорной футеровки ДСП в зоне электродуг фаз (патенты России: № 2366936 - опубл. в Бюлл. № 25 от 10.09.2009 г.; №

2368853 - Бюлл. № 27 от 27.09.2009 г., а также патенты по заявкам: №2009125355 от 03.07.2009 г. и №20X0112817 от 05.04.2010 г.);

14. Испытаниями обоих новых методов подтверждено:

• первый метод обеспечивает точность измерения и управления температуры жидкой стали ±13 "С (типовая термопара разового пользования гр. ТПП имеет точность ±22,5 "С), но имеет достаточно низкое быстродействие;

• второй метод обеспечивает: безопасность и высокое быстродействие; непрерывное измерение и управление температуры жидкой стали с точностью ±8,5 "С; снижение тепловых потерь на 5...8%, удельных затрат электроэнергии на 3...4%, увеличение производительности АПК на 1,5...2% за одну загрузку АПК, а также многократно упрощает непрерывный автоматический контроль огнеупорной футеровки АПК одним тепловизором.

Основные публикации по теме диссертации Публикации в рецензируемых журналах из списка ВАК

1. Ишметьев E.H., Саллхов З.Г. Инженерные основы расчета быстродействия обмена информацией в управляющей системе при различной конфигурации сети связи // Известия ВУЗов «Цветная металлургия», № 6, 2006 г. - С. 65 - 69.

2. Парсункин Б.Н., Андреев С.М., Усачев М.В., Ишметьев E.H. Выбор параметра для оптимизации электрического режима дуговых печей переменного тока // Математика. Приложение математики в экономических, технических и педагогических исследования: Сб. н. тр. Выпуск 4 Магнитогорск: МГТУ, 2006 г. - С. 188 - 191.

3. Мамонтов Д.В., Алкацев М.И., Ишметьев E.H. Автоматизированное моделирование металлургических процессов с использованием методов теории подобия (П-теоремы) // Изв. ВУЗов «Цветная металлургия», М., № 4, 2006 г., с. 36 - 38.

4. Парсункин Б.Н., Андреев С.М., Ишметьев E.H. Динамическая оптимизация циркуляционного вакуумирования стали // Электротехнические системы и комплексы: Межвузовский сб. научных трудов. Вып. 14. - Магнитогорск: МГТУ, 2007. - С. 210 - 215.

5. Ишметьев E.H., Андреев С.М., Парсункин Б.Н., Салихов З.Г. Исследование оптимального управления процессом циркуляционного вакуумирования // Изв. ВУЗов «Черная металлургия», № 3, 2007. С. 52 - 55.

6. Парсункин Б.Н., Ишметьев E.H., Салихов З.Г., Усачев М.В. Система автоматической оптимизации управления энергетическим режимом при доводке стали в печь-ковш // Электротехнические системы и комплексы: Межвузовский сб. трудов. Выпуск 14 - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2007. - С. 220 - 228.

7. Ishmet'ev E.N., Andreev S.M., Parsunkin B.N., Salikhov Z.G. Optimal Control of Circulatory Vacuum Treatment // Известия ВУЗов «Черная металлургия», № 3,2007 г. Р. 238 - 242.

8. Салихов З.Г., Ишметъев Е.Н., Рутковский A.J1., Алехин В.И., Салихов М.З. Асимптотические методы регуляризации сингулярно-возмущенных стахостических задач оптимального управления // Известия ВУЗов «Черная металлургия», М., № 1,2008 г. С. 60 - 63.

9. Ishmet'ev E.N., Alox N., Volkov A., Sokolov A. On-line X-Ray Fluorescence analysis of Jron-ore mixture ona conveyor Belt // Book of Abstracts, EXRS - 2008 European Conference on X-Ray Spectrometry, 16-20 June 2008, Cavtat, Dubrovnik, Croatia. Zagreb, 2008. - P. 50.

10. Salikhov Z.G., Ishmet'ev E.N., Rutkovskii A.L., Alekhin V.I., Salikhov M. Z. Asymptotic Regularization Methods in Singularly Perturbed Stochastic Optimal-Control Problems // Известия ВУЗов «Черная металлургия», № 1, 2008 г. -Р. 17 - 20.

11. Ишметьев Е.Н., Андреев С.М., Парсункин Б.Н., Салихов З.Г., Усачев М.В. Оптимизация энергетического режима работы электродуговой печи // Изв. ВУЗов «Черная металлургия», № 5,2007. - С. 23 - 27.

12. Ishmet'ev E.N., Andreev S.M., Parsunkin B.N., Salikhov Z.G. Optimal Control of Circulatory Vacuum Treatment. // Изв. ВУЗов «Черная металлургия», М.: № 3, 2007, р. 238 - 242.

13. Ишметьев Е.Н., Зыков И.Е. Разработка модели нечетной логики и регулятора для управления процессом плавки медного сульфидного концентрата в печи Ванюкова // Известия ВУЗов «Цветная металлургия», М: 2009, №1. - С. 56 - 58.

14. Ишметьев Е.Н., Ушеров А.И., Алов Н.В. и др. Основной источник погрешностей при рен-генофлуоресцентном анализе железорудных смесей // Заводская лаборатория. 2009. № 3. - С. 25 - 26.

15. Ишметьев Е.Н., Парсункин Б.Н., Андреев С.М., Салихов З.Г., Ахметов У.Б., Михальченко Е.С. Интенсификация нагрева расплава при оперативном управлении энергетическим режимом ДСП по оценке температуры жидкого металла // Изв. ВУЗов «Черная металлургия», №7, 2009.-С. 59 - 63.

16. Ишметьев Е.Н., Салихов З.Г., Щетинин А.П., Будадин О.Н. Автоматическая диагностика эксплуатационного состояния опасных зон пирометаллургического агрегата // Изв. ВУЗов «Черная металлургия», № 1, 2010 г. - С. 58 - 61.

17. Салихов З.Г., Ишметьев Е.Н. АСУ температурным режимом доводки стали в электродуговом агрегате «печь-ковш» // Автоматизация в промышленности М.: Изд. «ИнфАвтома-тизация» при ИПУ РАН, № 4,2010. С. 10 - 14.

18. Ишметьев Е.Н., Алов Н.В., Волков А.И., Ушеров А.И. Непрерывный ренгенофлуорес-центный анализ железорудных смесей в производстве агломерата // Журнал аналитической химии. 2010. том 65, № 2. - С. 173 - 177.

Монографии

19. Ишметьев E.H., Андреев С.М., Парсункин Б.Н., Салихов З.Г. Автоматизация и оптимизация управления технологическими процессами внепечной доводки стали // Монография. Изд. МГГУ, г. Магнитогорск, 2008 г. - С. 311.

20. Салихов З.Г., Будадин О.Н., Ишметьев E.H., Щетинин А.П., Троицкий-Марков Т.Е., Абрамова Е.В. Инженерные основы теплового контроля. Опыт промышленного применения // М. Издательский дом «Учеба» МИСиС. 2008,476 с.

Патенты

21. Ишметьев E.H., Салихов З.Г., Соколов А.Д., Ушеров А.И., Ушерова Е.В., Хажеев Д.Д. Автоматический комплекс для непрерывного контроля химического состава и количества движущихся металлосодержащих смесей // Патент № 2373527. Бюллетень открытий и изобретений № 32 от 20.11.2009 г.

22. Салихов З.Г., Будадин О.Н., Щетинин А.П., Ишметьев E.H. Способ диагностики эксплуатационного состояния фурменной или опасной зоны пирометаллургического агрегата // Патент РФ № 2366936. Бюллетень открытий и изобретений № 25 от 10.09.2009 г.

23. Салихов З.Г., Афанасьев А.Г., Ишметьев E.H., Салихов К.З., Орешкин С.А. Способ автоматического контроля верхнего уровня шлаковой фазы и границы раздела шлаковой и металлической фазы в ванне металлургической печи // Патент 2368853. Бюллетень открытий и изобретений № 27 от 27.09.2009 г.

24. Ишметьев E.H., Салихов З.Г., Щетинин А.П., Салихов К.З. Устройство контроля температуры в электродуговой печи // Патент России по заявке № 2009125355 от 03.07.2009 г. Интернет «ФИПС».

25. Салихов З.Г., Ишметьев E.H., Топоров В.И., Салихов К.З. Устройство автоматического контроля температуры жидкого металла в реакционной емкости и изменения толщины огнеупорной футеровки электродуговой печи // Патент по заявке № 2010112817 от 05.04.2010 г.

Публикации в других изданиях

26. Ишметьев E.H. Алгоритм математического моделирования оптимальной величины функционала эффективности АСУ // Доклад на международной конференции «Моделирование, идентификация, синтез систем управления». 16-23 сентября 2006 г., по. Канака, АР Крым.

27. Салихов З.Г., Ишметьев E.H., Ушеров А.И., Ушерова Е.В., Волков А.И. Промышленный автоматический комплекс для непрерывного контроля химического состава железорудных смесей на движущейся ленте // Труды IV международной научно-практической кон-

ференции «Печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии и машиностроении», ГТУ «МИСиС», М., 3-4 апреля 2008 г. - С. 317.

28. Ишметьев E.H., Щетинин А.П., Павлов В.В. Тепловой контроль эксплуатационного состояния фурменной или опасной зоны пирометаллургического агрегата // «Моделирование, идентификация, синтез систем управления». Сб. тезисов XI Международной научно-технич. Конференции 14-21 сентября 2008 г. Москва-Донецк.С. 129 - 132.

29. Ишметьев E.H., Баранов C.B., Будадин О.Н. Тепловой контроль и диагностика технического состояния плоских нагревательных элементов в реальных условиях эксплуатации с оценкой их остаточного ресурса // «Моделирование, идентификация, синтез систем управления». Сб.тезисов XI Международной научно-технич. Конференции 14-21 сентября 2008 г. Москва-Донецк. - С. 136 - 137.

30. Ишметьев E.H., Будадин О.Н., Топоров В.И. Тепловой контроль безопасности эксплуатации силовых электрических кабелей и электропроводки // «Моделирование, идентификация, синтез систем управления». Сб.тезисов XI Международной научно-технич. Конференции 14-21 сентября 2008 г. Москва-Донецк. С. 137 - 140.

31. Салихов З.Г., Ишметьев E.H., Рутковский A.JI., Алехин В.И. Математическое моделирование сингулярно-возмущенных многокритериальных задач оптимального управления технологическими объектами // «Моделирование, идентификация, синтез систем управления». Сб. тезисов XI Международной научно-технич. Конференции 14-21 сентября 2008 г. Москва-Донецк. - С. 152 - 163.

32. Ишметьев E.H., Салихов З.Г., Щетинин А.П. Дуплекспечь для ферросплавов // Международный патент по заявке на изобретение № PTC/RU 2009/000621 от 27.05.2008 г. Опубл. 3.12.2009 г. за № WO/2009/145672. Женева.

33. Ушеров А.И., Ушерова Е.В., Вдовин К.Н., Алов Н.В., Волков А.И., Ишметьев E.H. Причины невоспроизводимости определения железа в железорудных смесях (ЖРС) // Материалы 66-ой научно-технической конференции: Сб. докл. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2008, - Т. 1, с. 114-И7.

34. Ишметьев E.H., Алов Н.В., Волков А.И., Соколов А.Д. Применение РФА для непрерывного контроля состава железорудных смесей в производстве // VI Всероссийская конференция по рентгеноспектральному анализу с международным участием. 5-10 октября 2008 г. Краснодар. Материалы конференции. С. 25 - 26.

35.Ишметьев E.H., Салихов З.Г., Газимов Р.Т., Салихов К.З. Принцип оперативного управления охлаждением заготовки на МНЛЗ радиального типа // Моделирование, идентификация, синтез систем управления: Сборник тезисов двенадцатой международной научно-технической конференции. Украина (Крым), 2009. С. 152 - 153.

36.Ишметьев E.H., Салихов З.Г. Метод измерения температуры жидкой стали и высоты шлака в дуговых сталеплавильных печах // Моделирование, идентификация, синтез систем управления: Сборник тезисов 13-ой международной научно-технической конференции, Украина (Крым), 2010. С. 148 - 150.

37.Ишметьев E.H., Салихов З.Г. Новый принцип оперативного контроля и управления процессов плавки стали с применением электродуговых сталеплавильных печей (ДСП) // Труды V-ой международной научно-практической конференции «Энергосберегающие технологии в промышленности», М.: НИТУ «МИСиС», 2010, С. 234 - 238.

38.Ишметьев E.H. Принципы создания корпоративных автоматических систем управления технологическими процессами в многопередельных схемах производства стали // Моделирование, идентификация, синтез систем управления: Сборник тезисов 13-ой международной научно-технической конференции, Украина (Крым), 2010. С. 161 - 162.

39. E.N. Ichmet'ev, Z.G. Salikhov, А.Р. Shchetinin and O.N. Budadin. Automatic Diagnostics of the State of Hazardous Zones in Pyrometallurgical Systems // ISSN 0967-0912. Steel in Translation. 2010. Vol. 1. pp. 27 - 30.

Формат 60 х 90 Vie Тираж 130 экз. Объем 3 п.л. Заказ 2887

Отпечатано с готовых оригинал-макетов в типографии Издательского Дома МИСиС, 119049, Москва, Ленинский пр-т, 4 Тел. (495) 236-76-17, тел./факс (495) 236-76-35

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Анализ состояния автоматизации и оптимизации технологических процессов в схеме производства стали «шихтоподготовка — электросталеплавильные переделы - внепечная доводка стали», формулировка актуальной проблемы и задач исследования.

1.0. Анализ состояния автоматизации на участке «шихтоподготовка —

1.01. Анализ состояния автоматизации на участке «— электросталеплавильные переделы - внепечная доводка стали».

1.1. Особенности и задачи автоматического управления технологическим и энергетическим режимами при внепечной доводке стали.

1.2. Особенности управления электрическим режимом при доводке стали в агрегате печь-ковш (АПК).

1.3. Существующие способы автоматизированного управления электрическими параметрами обработки стали в АПК при оптимизации режима энергопотребления.

1.3.1. Существующие автоматизированные системы оптимизации управления энергетическим режимом электродуговых технологических агрегатов.

1.4. Предварительные научно-обоснованные подходы по выбору критерия автоматической оптимизации управления1 энергетическим режимом АПК.

1.4.1. Существующие и используемые критерии автоматической оптимизации управления энергетическим режимом электродуговых технологических агрегатов.

1.4.2. Оценка и выбор электрических параметров электродуговых технологических агрегатов для расчета их рабочих статических характеристик при оптимизации управления.

1.4.3. Рабочие статические характеристики электрического режима АПК.

1.5. Производственно-экономические характеристики АПК и обобщение методов по выбору приоритетного критерия оптимизации управления его энергетическим режимом.

1.6. «а». Обобщение результатов анализа теории и практики состояния автоматизации мощной сквозной технологической схемы производства стали «шихтоподготовка — электросталеплавильные переделы — внепечная доводка стали».

1.6. «б». Формулировка актуальной проблемы и задач исследования«:.

Глава 2 Создание корпоративной автоматической системы управления (САУ) процессом подготовки железорудной шихты с заданным химическим составом.

2.1. Введение.

2.2. Экспериментальное обоснование необходимости создания промышленного автоматического комплекса (ПАК) для непрерывного контроля состава и- количества ЖРС, подаваемых на процесс подготовки шихты.

2.2.1. Анализ формирования ЖРС на ОАО «ММК».

2.2.2. Схема перемещения ЖРС от УКК до получения агломерата и определение динамики движения шихтующих материалов.

2.2.3. Систематизация расчетных формул для алгоритмизации процессов формирования химических составов: агломерата, аглошихты и известняка.

2.2.4. Экспериментальные исследования по научному обоснованию несовершенства существующих технологических инструкций и ГОСТ по отбору проб и расчету состава шихтовых материалов и качества агломерата.

2.2.51 Разработка автоматизированного механического пробоотборника и экспериментальное обоснование его.перспективности.

2.2.6. Определение параметров представительной , пробы с использованием АМ.

2.2.7. Выводы по п.2.2.

2.3 Разработка промышленного автоматического комплекса (ПАК) для контроля химического состава'и количества движущихся железосодержащих смесей.

2.3.1. Состав,- назначение ПАК и краткая его характеристика.

2.3.2. Разработка функциональных элементов и- их соединений, обеспечивающих работоспособность и требуемых характеристик ПАК.

2.3.3. Разработка методики градуировки ПАК для анализа ЖРС.

2.3.4. Испытание ПАК на анализе известняка (см. приложение №9).

2.4. Разработка алгоритма функционирования ПАК при подготовке шихты и поддержании заданной основности агломерата на аглофабрике № 4 ОАО «ММК», промышленные испытания и внедрение.

2.4.1. Общие положения.

2.4.2. Алгоритмы реализации программного обеспечения — ПО, созданного ПАК и их назначение.

2.4.3. Алгоритмы работы программы.

2.4.4. Алгоритм формирования- сигналов вынуждающей- разгрузки расходного бункера или включения резервного! бункера^ с аналогичным составом ЖРС.

2.4:5. Предварительные испытания алгоритмов функционирования ПАК в промышленных условиях.

2.4.6. Промышленные испытания и внедрение ПАК.

2.5. Разработка, корпоративной АСУТП-АФ4 с использованием в ее составе созданного ПАК.

2.5.1. Описание состава и работы корпоративной АСУТП-АФ4.

2.5.2. Результаты промышленных испытаний корпоративной АСУТП

2.7. Выводы по главе 2.

Глава 3 Синтез корпоративной системы автоматической оптимизации управления энергетическим режимом АПК.

3.1. Функциональная схема двухконтурной корпоративной системы автоматической оптимизации управления (САОУ) энергетическим режимом АПК.

3.2. Комплексная математическая модель электрической дуги трехфазной^ цепи ДСП переменного тока и испольнительного механизма1 привода электрода.

3.3 Выбор помехозащищенного регулируемого электрического параметра при синтезе стабилизирующего контура в« САОУ энергетическим режимом

3.4. Синтез корпоративной поисковой системы-автоматической оптимизации управления энергетическим режимом АПК на принципе нечеткого экстремального регулирования.

3.4.1. Программный модуль БПР - быстрого поискового регулятора.

3.4.2. Экстремальный регулятор (ЭР).

3.4.3. Устройство программного блока переключения регуляторов. .208 Выводы по главе 3.

Глава 4 Экспериментальная проверка работоспособности корпоративной САОУ энергетическим режимом электродуговых агрегатов производства стали.

4.1. Программная реализация корпоративной САОУ режимом энергопотребления электродугового технологического апроцесса на примере АПК.

4.1.1. Модуль связи с объектом.

4.1.2. Модуль управления.

4.1.3. Сервер ОРС.

4.2. Исследование режимов работы САОУ энергетическим режимом АПК с использованием комплексной модели и программного обеспечения САОУ, использующего принцип нечеткого экстремального регулирования.

4.3. Исследование работы корпоративной САОУ, синтезированной с использованием принципа нечеткого экстремального регулирования на компьютеризированном опытном стенде в процессе физического моделирования.

4.3.1. Описание опытного компьютеризированного стенда для исследования САОУ энергетическим режимом электродуговых технологических агрегатов.

4.3.2. Исследование работы САОУ энергетическим режимом электродугового технологического агрегата на компьютеризированном стенде.

4.4. Исследование работы синтезированной САОУ энергетическим режимом электродугового технологического агрегата в производственных условиях.

Выводы по главе 4.

Глава 5 Разработка алгоритмов, структурно-функциональной схемы корпоративной САОУ процессами циркуляционного вакуумирования стали и подтверждение их эффективности и работоспособности.

5.1. Технологические особенности процесса вакуумирования.

5.2. Технологические способы реализации процесса вакуумирования стали.

5.3. Назначение, общие функции, структура корпоративной АСУ ТП вакуумирования стали циркуляционным способом.

5.4. Информационное обеспечение и выбор технологического параметра для САОУ процессом циркуляционного вакуумирования.

5.5. Оптимизация управления процессом циркуляционного вакуумирования в режиме ВКР (вакуумно-кислородное рафинирование).

5.5.1. Определение поискового метода. Структурная схема корпоративной САОУ процессом циркуляционного вакуумирования в режиме ВКР.

5.5.2. Математическая модель поискового метода, реализуемого СОАУ процессом циркуляционного вакуумирования в режиме ВКР'.

5.6. Оптимизация управления процессом циркуляционного вакуумирования в режиме «Вакуумирование» с повышенной нагрузкой ПЭН.

5.6.1. Характеристика и выбор оптимизируемого параметра в САОУ процессом циркуляционного вакуумирования'в режиме «Вакуумирование».

5.6.2. Двухконтурная адаптивная система автоматической оптимизации управления процессом циркуляционного вакуумирования стали.

5.7. Исследование работы САОУ процессом циркуляционного вакуумирования в режиме ВКР на экспериментальном стенде.

5.8. Синтез и описание работы статистического типа корпоративной САОУ инерционными с запаздыванием технологическими процессами циркуляционного вакуумирования.

Выводы по главе 5.

Глава 6 Разработка перспективных способов; и систем автоматического контроля и управления температурным режимом при обработке металла в агрегатах внепечной доводки жидкой стали.

6.1. Автоматическое управление температурным режимом при внепечной доводке стали в агрегатах печь-ковш (АПК).

6.1.1. Технологические особенности автоматического управления температурным режимом при обработке стали в АПК.

6.2. Теоретическое обоснование и математическая-модель адаптированного расчетного способа оценки текущего температурного состояния металла в сталеразливочном ковше АПК.

6.3. Практическая реализация алгоритма расчетного непрерывного контроля текущего температурного состояния жидкого металла в сталеразливочном ковше.

6.4. Техническая реализация непрерывного расчетного способа оценки текущей температуры жидкой стали, и апробация способа в реальных производственных условиях.

6.4.1. Программная реализация расчетного^ способа непрерывного контроля температурного состояния жидкого металла с использованием программируемого контроллера.

6.5. Разработка и результаты испытаний корпоративной САУ тепловыми режимами электродугового агрегата с тепловизорными первичными датчиками.

6.5.0. Способ и устройство тепловизионного контроля- температуры жидкой стали и высоты шлака в металлургических агрегатах ДСП или АПК.

6.5.1. Способ и устройство одновременного автоматического непрерывного контроля температуры жидкой стали и изменения (прогара) огнеупорной футеровки.

6.5.2. Новый принцип построения корпоративной САУ тепловым режимами электродугового агрегата при внепечной обработке стали.

6.5.3. Выводы по главе 6.

Актуальность работы. В настоящее время, как и во всем мире так и в России, все большее распространение находят сверхмощные электродуговые сталеплавильные печи (ДСП). В качестве исходного сырья, ДСП могут использовать традиционные полуфабрикаты (металлический лом, окатыши, жидкий чугун и т.д.). В России наибольшее распространение получают ДСП переменного тока без нулевого провода, которые обладают рядом эксплуатационных преимуществ перед ДСП постоянного тока. Однако вопросы автоматизации таких ДСП изучены недостаточно.

В столбе дуги ДСП выделяется большая мощность и задачи эффективного управления этой мощностью, на каждой дуге ДСП для.плавки исходных материалов, достаточно сложны, решение которых остаются актуальными до настоящего времени.

В технологической схеме внепечной обработки стали не решены также задачи оптимизации управления, процессами вакуумирования стали циркуляционным способом.

Сложность их решения и практической реализации состоит в том, что с одной стороны в настоящее время отсутствуют надежно функционирующие 1 датчики состава исходного сырья, непрерывного контроля температуры жидкой стали и футеровок, с другой — отсутствие исследований по созданию САУ обеспечивающих необходимое качество автоматического управления и оптимизации процессов' внепечной доработки стали при существенной нестационарности рабочих их характеристик и их дрейфа под воздействием неконтролируемых возмущений.

Нерешенность перечисленных актуальных задач совершенствования управления процессами переработки стали в ДСП в совокупности с актуальными, научно-техническими' задачами шихтоподготовки для производства, агломерата, чугуна и/или окатышей с минимизацией их себестоимости за счет сокращения расхода, кокса и других теплоносителей, а

12 ! I V I I 1 также за счет создания прогрессивных датчиков технологических параметров САУ и оптимизации технологических переделов внепечной доводки стали — представляют, при автоматизации производства стали внутренне I связанную, единую актуальную научно-техническую проблему.

Данная диссертация посвящена решению важной актуальной научно-технической проблемы — энергосбережения, повышения производительности и безопасности обслуживания агрегатов при производстве качественных видов стали за счет создания корпоративных систем автоматического управления и оптимизации технологических процессов в мощных агрегатах в сквозной технологической схеме «шихтоподготовка — электросталеплавильные переделы - внепечная доводка стали». Исследования и решения приведены к объектно ориентированным условиям ОАО «ММК» — одного из флагманов металлургии России. ;

Г"

Цель диссертационной работы. Целью настоящей диссертационной работы является обобщение практики оптимизации и автоматизации, разработка новых методов и средств получения достоверной информации технологических параметров и на их основе, разработка, испытание и внедрение* новых моделей, алгоритмов; принципов построения и оптимизации САУ, обеспечивающие энергосбережение, повышение производительности и безопасности обслуживания мощных агрегатов в сквозной технологической схеме «шихтоподготовка* — электросталеплавильные переделы - внепечная* доводка стали».

Для достижения, цели диссертационной работы автору необходимо I было исследовать и решить следующие основные задачи:

Г'

• •• обобщить результаты анализа теоретических и практических методов I синтеза автоматических систем управления* (САУ) технологическими процессами в сквозной схеме «шихтоподготовка — электросталеплавильные переделы — внепечная доводка стали», обеспечивающие разработку прогрессивных научно обоснованных технических и технологических решений по автоматизации, внедрение I которых может внести значительный! научный вклад в достижение поставленной цели исследований соискателя;

• научно обосновать несовершенство' существующих ГОСТов и« технологических инструкций по отбору проб и расчету химического состава шихтовых материалов и их количества для технологической переработки в сквозной схеме получения высококачественной стали за счет прогрессивных средств автоматического контроля параметров технологических процессов;

• научно обосновать прогрессивность создания промышленного автоматического комплекса (ПАК) для непрерывного и достоверного 1 контроля химического и количественного состава каждого вида железорудного сырья (ЖРС) в мощном, движущемся потоке ЖРС на усредняющем конвейере, а также | дать оценку эффективности использования ПАК в составе разрабатываемой корпоративной АСУ-ТП мощной агломашины ОАО «ММК»; I

• обобщением теории и практики автоматизации, а также 1 исследованиями^ подтвердить, перспективность использования методов синтеза поисковых экстремальных САУ и оптимизации

I ■ металлургических процессов в мощной электродуговой печи I переменного тока (ДСП) без нулевого, провода и создать инженерные

I ( основы для их реализации: разработать математические модели, алгоритмы, выбрать научно-обоснованные технологические параметры и- критерии для оптимизации энергетических и тепловых режимов переработки исходного сырья в ДСП» и оптимизации процессов внепечной доводки стали в агрегате печь-ковш (АПК);

• создать базовые принципы синтеза корпоративных автоматических систем управления и оптимизации параметров технологических процессов в мощных ДСП переменного тока и циркуляционного вакуумирования стали; ,

14 ; I I I

• доказать работоспособность, эффективность разработанных автоматических средств непрерывного измерения технологических параметров и перспективность различных принципов построения^ I корпоративных САУ и оптимизации,| созданных с использованием новых средств автоматического контроля, математических моделей и алгоритмов с учетом дрейфа статических характеристик управляемых объектов и воздействия неконтролируемых возмущений. Методы исследования. При выполнении исследований использованы: методы теории информационных средств; автоматического управления; оптимизации и моделирования сложных систем; теории подобия размерностей; теории и практики тепловизионного контроля, технологических параметров в металлургии. Исследования процессов автоматического контроля технологических параметров и управления в сквозной схеме «шихтоподготовка — электросталеплавильные переделы — внепечная доводка стали», проведены с использованием принципов пассивных и активных экспериментов в промышленных условиях ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» других промышленных предприятий на математических и физических моделях. 1

Достоверность, эффективность и работоспособность разработанных математических моделей, алгоритмов, методов и средств автоматического контроля технологических параметров, корпоративных САУ и оптимизации режимами электродуговых сталеплавильных агрегатов и циркуляционного вакуумирования - оценивались исследованиями на разработанных математических и физических моделях, длительными испытаниями и внедрением на ОАО «ММК», ОАО «ЗМЗ» и ряда других предприятий.

Достоверность и прогрессивность новизны технических решений подтверждены 5-ью патентами на изобретения РФ, созданные с участием I автора.

Научную новизну работы составляют:

• результаты обобщения анализа теоретических и практических принципов построения САУ и оптимизации технологическими процессами в сквозной схеме «шихтоподготовка — электросталеплавильные переделы - внепечная доводка стали», которое заключается в выявлении наличия общих для всех процессов автоматизации свойств, а именно — статические характеристики всех технологических процессов рассматриваемой в работе схемы производства стали имеют унимодальную экстремальную зависимость между управляющими и управляемыми параметрами, экстремум которых непрерывно дрейфует под- воздействием неконтролируемых возмущений, что является основанием для признания перспективности создания корпоративных адаптивных САУ, обладающих свойствами? динамического поиска и поддержания экстремальных и оптимальных режимов функционирования процессов в сквозной технологической схеме производства стали;

• методология научного обоснования и доказательств несовершенства применяемых ГОСТов и инструкций по отбору проб и контролю химического состава и количества каждого вида ЖРС с усреднением в мощном его потоке (до 500 тонн/час), заключающаяся в определении частоты отбора, суммарной массы отобранных проб из условия удовлетворения- критериям достоверности результатов контроля с учетом инерционности процесса металлургической переработки мощного потока шихты;

• на уровне изобретения России (патент № 2373527 Бюлл. изобретений № 32 от 20.11.2009 г.), разработан новый промышленный автоматический комплекс (ПАК) для непрерывного контроля химического состава и количества каждого вида ЖРС в мощном потоке на движущейся транспортерной ленте, обеспечивающий повышение точности контроля не менее чем в 2,5 раза, быстродействия в 5 раз и достоверности 98 % (установлено, что действующие аналоги имеют достоверность до 70 — 80 %); алгоритмы функционирования созданной ПАК, корпоративных САУ энергетическими и температурными режимами, САОУ и алгоритм подпрограммы формирования сигналов информации о химическом и количественном составе каждого вида сырья ЖРС в бункере, а также алгоритм формирования аварийных сигналов, автоматически вынуждающих разгрузку расходного бункера; результаты разработки и проведения промышленных испытаний предложенной автором корпоративной АСУТП-АФ4, главная обратная отрицательная связь, в которой впервые реализована на основе ПАК с алгоритмами его функционирования, а также подтверждена высокая точность (±2 %) автоматического поддержания основности готовой шихты, что обеспечивает снижение расхода кокса на 1,0 %; результаты теоретических исследований, доказывающие, что для автоматической оптимизации, электрического режима АПК с 3-х фазной ДСП переменного тока, целесообразно реализовать корпоративную САУ по двухконтурной, схеме с использованием стабилизирующего и оптимизирующего контуров САУ, а в качестве целевой функции - максимальную производительность АПК. При этом установлено, что с использованием разработанной комплексной математической модели электрической дуги и исполнительного гидравлического механизма привода электрода ДСП в качестве стабилизируемого электрического4 параметра предпочтительно использовать напряжение дуги или величину полного сопротивления-короткой цепи, т.к. только в этих случаях исключается нежелательное взаимовлияние падений напряжений на дугах фаз; обоснование перспективности предложенного программно реализованного варианта корпоративной динамической поисковой системы- автоматической оптимизации управления (САОУ) шагового типа, обеспечивающего удовлетворительные показатели качества в условиях действия стохастических и трудно прогнозируемых возмущений;

• результаты исследования процессов оптимизации управления энергетическим режимом АПК на разработанных математических и физических моделях с подтверждением эффективности работы универсального программно реализованного варианта САОУ, а именно - доказано сокращение времени изучения работоспособности и эффективности САОУ не менее чем в 4 раза по сравнению с испытаниями на реальном объекте и возможность использования его в качестве тренинговой установки,для операторов и наладчиков;

• результаты научного обоснования выбора эффективных параметров оптимизации циркуляционного рафинирования стали, а именно — в режиме вакуумно-кислородном рафинировании (ВКР) в качестве оптимизируемого параметра эффективно принять величину давления в вакуум-камере при постоянной пониженной производительности вакуумных насосов, а в режиме основного вакуумирования «ВАК» в качестве оптимизируемого параметра целесообразно принять величину расхода отходящих из вакуум-камеры газов, удаляемых из металла при максимальной производительности пароэжекторных насосов;

• доказана высокая эффективность использования синтезированной универсальной двухконтурной системы управления процессом циркуляционного вакуумирования, оптимизирующий контур которой функционирует с разработанными поисковыми алгоритмами экстремального регулирования, а при синтезе оптимизирующего алгоритма экстремального регулирования в качестве информационного входного сигнала использована скорость изменения оптимизируемого' параметра и предложенный принцип подачи управляющего воздействия на остановку ИМ в момент достижения экстремума изменения скорости оптимизируемого' параметра. Установлено, что такой принцип компенсирует негативные влияние инерционности и запаздывания оптимизируемого процесса на эффективность функционирования и исключает периодический режим работы поисковой динамической САОУ технологическим процессом;

• принцип построения корпоративной САУ — ДСП, заключающийся в том, что при синтезе оптимизирующего алгоритма управления перспективно использовать статистической метод экстремального регулирования на основе нечетких функций, обеспечивающий формирование управляющего значения коэффициента корреляции между случайными величинами: входным поисковым управляющим воздействием и откликом на это воздействие оптимизируемого параметра технологического процесса;

• результаты, полученные математическими и физическими исследованиями программной реализуемости и работоспособности корпоративной (универсальной по. структуре) САОУ при использовании реальных технических средств компьютерной автоматики, подтвердившие прогрессивность- предложенных методов поисковой динамической оптимизации управления инерционным с запаздыванием процессов циркуляционного вакуумирования на различных режимах внепечной доводки стали;

• разработанные, теоретически и экспериментально обоснованные два новых метода построения САУ температурным режимом жидкой стали в мощных электродуговых АПК, причем:

- первый из них адаптирован к условиям доводки стали в мощных АПК, ориентированный на программную реализацию с использованием микропроцессорного управляющего контроллера и расчетный способ контроля текущего температурного состояния жидкой стали с использованием многозонной термопары^ установленной внутри футеровки ДСП; второй метод основан на самонастройке жестко заданных программных параметров процесса внепечной доводки стали, при одновременной адаптации экстремальных характеристик печного трансформатора по критериям минимизации времени пребывания жидкой стали под током дуги электродов, поиска и поддержания на них максимальной мощности в условиях неконтролируемых возмущений. Предложенный подход реализован на САУ мощной электродуговой АПК, для которой теоретически получены функционалы критериев управления и оценки эффективности, а также функции переключения ступеней^ печного^ трансформатора по прямым непрерывным тепловизорным« измерениям температуры жидкой стали и остаточной толщины огнеупорной футеровки ДСП в зоне электродуг фаз (патенты России: № 2366936 — опубл. В; Бюлл. № 25 от 10.09.2009 г.; № 2368853 -Бюлл. № 27 от 27.09.2009 г., а также патенты по заявкам: №2009125355 от 03.07.2009 г. и №2010112817 от 05.04.2010 г.);

• результаты испытаний и реализации обоих методов подтвердившие: первый метод обеспечивает точность измерения- и управления-температуры жидкой стали ±13 °С (типовая термопара разового-пользования: гр. ТПП имеет точность ±22,5 °С), но имеет достаточно низкое быстродействие; * второй метод обеспечивает: безопасность и высокое быстродействие; непрерывное измерение и: управление температуры жидкой стали: с точностью ±8,5 °€; снижение тепловых потерь, на 5. 8%, удельных затрат электроэнергии на 3.4%,,увеличение производительности АПК на 1,5.2% за одну: загрузку АПК, а также многократно упрощает непрерывный автоматический контроль огнеупорной футеровки АПК одним тепловизором.

В диссертации с единых позиций ТАУ нестационарными процессами одновременно разработаны новые автоматические средства прямого автоматического контроля, параметров технологических процессов в схеме «шихтоподготовка,- электросталеплавильные переделы — внепечная- доводка стали», и на их основе созданы научно обоснованные прогрессивные системы автоматической оптимизации и управления с учетом экстремальных и дрейфующих характеристик управляемых процессов, внедрение которых решает важную актуальную научно-техническую проблему обеспечения безопасности обслуживающего персонала, снижения электроэнергии, кокса, повышения производительности агрегатов и оптимизации режимных параметров технологических переделов в сквозной схеме производства стали.

Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов. Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами математического моделирования, длительными испытаниями и внедрением разработанных корпоративных САУ энергетическим, температурным и оптимизационным режимами процессов на отдельных (корпоративных) участках схемы производства стали в ряде крупных предприятий. Достоверность новизны и прогрессивности технических решений подтверждены патентами на изобретения, в том числе - международных, созданных с участием автора.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Реализация результатов исследования обеспечивает снижение: расхода кокса на 1,0 %, расхода электроэнергии на 1,5 % и времени плавки^не менее на 2 % за одну плавку; обеспечивает достоверность непрерывного контроля химсостава ЖРС не менее (95-98) %, автоматическое поддержание заданного показателя ровности агломерата по основности 1,0 %, исключает опасные для жизни процедуры замера температуры жидкой стали и только за счет исключения использования платинородиевых термопар дает экономический эффект 120 млн. рублей в год (по России).

Научные результаты, полученные в диссертации, использованы в действующей схеме производства стали «шихтоподготовка -электросталеплавильные переделы — внепечная доводка стали», а также в проектно-технической документации при модернизации корпоративных участков схемы на ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» и в проектах создания автоматизированной технологии производства силикомарганца в> ЗАО «КонсОМ СКС», что подтверждено соответствующими актами.

Результаты исследования автора используются в учебном процессе: МГТУ им. Носова Г.И. при чтении курсов «Автоматизация технологических процессов и производств» и «АСУ ТП металлургических процессов»; МГОУ при чтении курсов «Основы автоматизации и АСУ ТП в металлургии»; Национального исследовательского технологического института «МИСиС» при чтении курсов «Информационные технологии и основы автоматики», «Диагностика и неразрушающий контроль (тепловизионный) эксплуатационного состояния металлургического оборудования». Акты — в Приложениях.

Апробация работы. Основные положения и выводы, регулярно докладывались и обсуждались на:

• 11-ми международных конференциях и симпозиумах, проводимых в России и за рубежом;

• 6-ти совместных заседаниях кафедр по автоматизации технологических процессов и производств и на НТС промышленных металлургических предприятий.

Связь исследований с научными программами:

Исследования выполнялись в основном по планам НИР и ОКР ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (темы № 144300, № 153208, № 161564, № 180795), докторантуры НИТУ «МИСиС» в рамках научной школы «Заслуженного деятеля науки России», д.т.н., профессора Салихова З.Г. - зарегистрированной Минобразованием и науки РФ (№ НИ! -3344.2006.8) с наименованием «Теория и методы автоматизированного управления металлургическими процессами и производствами», а также распоряжения Правительства России № 1234-р от 28 августа 2003 г., утвердившим «Энергетическую стратегию России на период до 2020 года».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 39 печатных работ, в том числе входящих в перечень ВАК: 18 статей в рецензируемых журналах, 2

- монографии и 5 патентов на изобретения России, два из которых — европатенты.

Личный вклад соискателя. Выносимые на защиту4 научные положения разработаны соискателем лично. В работах по теме диссертации, опубликованных в соавторстве, лично соискателем разработаны: в [1, 2 и 18]

- инженерные основы расчета быстродействия обмена информацией в управляющей системе и научно обоснованный выбор параметра для оптимизации электрического режима ДСП переменного тока; в [3, 4, 5, 38, 18] — проведено исследование оптимального управления процессом циркуляционного вакуумирования и обоснование структуры динамической оптимизации на основе обобщения анализа теории и практики автоматизации процессов в рассматриваемой схеме производства стали; в [6, 18, 14, 16] -метод, выбор входных и выходных параметров оптимизации энергетического режима ДСП, а также разработка комплексной модели плавки металлов в 3-х фазной ДСП; в [11, 12, 17, 18] - предложил новый принцип построения САУ

- информационные датчики температуры жидкой стали, блок схемы, алгоритмы, ограничения управляющих координат состояния ДСП; в [20 и 19]

- 70 % в первой и соответственно 25 % во второй монографии результаты исследований соискателя; в [20, 21, 22-25 и 37] - разработал принципы формирования информационных сигналов и дал научное обоснование прогрессивности построения на их основе корпоративных САУ тепловыми и энергетическими режимами АПК (ДСП + ПК); в [8, 13, 15, 37] - научное обоснование необходимости создания ПАК, разработка алгоритмов и блок схем модулей функционирования ПАК, включая методики тарировки испытания и внедрение с оценкой эффективности САУ на основе ПАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 179 наименований и приложения,

Основные выводы по диссертации.

1. Обобщением анализа теоретических и практических принципов построения САУ и оптимизации технологическими процессами в сквозной схеме «шихтоподготовка - электросталеплавильные переделы - внепечная доводка стали», установлено общее свойство для всех корпоративных процессов автоматизации технологической схемы, а именно — статические их характеристики имеют унимодальную экстремальную зависимость между управляющими и управляемыми параметрами, экстремум которых непрерывно дрейфует под воздействием неконтролируемых возмущений, что является основанием для признания перспективности создания корпоративных адаптивных САУ с универсальной структурой, обладающих свойствами динамического поиска и поддержания экстремальных и оптимальных режимов производства стали;

2. Экспериментальными исследованиями доказано несовершенство применяемых ГОСТов и инструкций по отбору проб и контролю химического состава и количества каждого вида ЖРС в мощном его потоке (до 500 тонн/час) и предложена методология научного обоснования указанного несовершенства, заключающаяся в определении частоты отбора, суммарной массы отобранных проб из условия удовлетворения критериям достоверности результатов контроля с учетом инерционности процесса металлургической переработки мощного потока шихты;

3. На уровне изобретения России (патент № 2373527 Бюлл. изобретений № 32 от 20.11.2009 г.), разработан новый промышленный автоматический комплекс (ПАК) для непрерывного контроля химического состава и количества каждого вида ЖРС в мощном потоке на движущейся транспортерной ленте, обеспечивающий повышение точности контроля не менее чем в 2,5 раза, быстродействия в 5 раз и достоверности 98 % (установлено, что действующие аналоги имеют достоверность до 70 - 80 %);

4. Разработаны алгоритмы функционирования созданной ПАК, корпоративных САУ энергетическими и температурными режимами работы САОУ и алгоритм подпрограммы формирования сигналов информации о химическом и количественном составе каждого вида сырья ЖРС в бункере, а также алгоритм формирования аварийных сигналов, автоматически вынуждающих разгрузку расходного бункера;

5. Проведены промышленные испытания разработанной автором корпоративной АСУТП-АФ4, главная обратная отрицательная связь, в которой впервые реализован созданный ПАК с алгоритмами его функционирования и подтверждена высокая точность (±2%) автоматического поддержания основности готовой шихты и обеспечение при этом снижение расхода кокса на 1,0 % при производстве чугуна;

6. Теоретическими исследованиями, доказана, что для автоматической оптимизации электрического режима АПК с 3-х фазной ДСП переменного тока, целесообразно реализовать корпоративную САУ по двухконтурной схеме с использованием стабилизирующего и оптимизирующего контуров САУ, а в качестве целевой функции принять максимальную производительность АПК. Исследованиями разработанной комплексной математической модели электрической дуги и исполнительного гидравлического механизма привода электрода ДСП доказано, что в качестве стабилизируемого электрического параметра предпочтительно использовать напряжение дуги или величину полного сопротивления короткой цепи печного трансформатора (ПТ), т.к. только в этих случаях исключается нежелательное взаимовлияние падений напряжений на дугах фаз;

7. Научно обоснована перспективность предложенного программно реализованного варианта корпоративной динамической поисковой системы автоматической оптимизации управления (САОУ) шагового типа, обеспечивающего удовлетворительные показатели качества в условиях действия стохастических и трудно прогнозируемых возмущений;

8. Исследованиями процессов оптимизации управления энергетическим режимом АПК на разработанных математических и физических моделях подтверждена эффективность универсального программно реализованного варианта САОУ, а именно - доказано сокращение времени, изучения работоспособности и эффективности САОУ, не менее чем в 4 раза по сравнению с испытаниями на реальном действующем объекте и возможность использования его в качестве тренинговой установки для операторов и наладчиков;

9. Дано научное обоснование выбора параметров оптимизации циркуляционного рафинирования стали, а именно - в режиме вакуумно-кислородном рафинировании (ВКР) в качестве оптимизируемого параметра эффективно принять величину давления в вакуум-камере при постоянной пониженной производительности вакуумных насосов, а в режиме основного вакуумирования «ВАК» в качестве оптимизируемого параметра целесообразно принять величину расхода отходящих из вакуум-камеры газов, удаляемых из металла при максимальной производительности пароэжекторных насосов;

10. Доказана высокая эффективность использования синтезированной универсальной двухконтурной системы управления процессом циркуляционного вакуумирования, оптимизирующий контур которой функционирует с разработанными поисковыми алгоритмами экстремального регулирования, а при синтезе оптимизирующего алгоритма экстремального регулирования в качестве информационного входного сигнала использована скорость изменения оптимизируемого параметра и предложенный принцип подачи управляющего воздействия на остановку ИМ в момент достижения экстремума изменения скорости оптимизируемого параметра. Научно установлено, что такой принцип компенсирует негативные влияние инерционности и запаздывания оптимизируемого процесса на эффективность функционирования и исключает периодический режим работы поисковой динамической САОУ технологическим процессом;

11. Предложен новый принцип построения корпоративной САУ - ДСП, заключающийся в том, что при синтезе оптимизирующего алгоритма управления перспективно использовать статистический метод экстремального регулирования на основе нечетких функций, обеспечивающий формирование управляющего значения коэффициента корреляции между случайными величинами: входным поисковым управляющим воздействием и откликом на это воздействие оптимизируемого параметра технологического процесса;

12. Математическими и физическими исследованиями программной реализуемости и работоспособности корпоративной универсальной по структуре САОУ реализованной на реальных технических средствах компьютерной автоматики, подтвердили прогрессивность предложенных методов поисковой динамической оптимизации управления инерционным с запаздыванием процессов циркуляционного вакуумирования на различных режимах внепечной доводки стали;

13. Разработаны, теоретически и экспериментально обоснованы два новых метода построения САУ температурным режимом жидкой стали в мощном электродуговом АПК, причем:

• первый из них адаптирован к условиям доводки стали в мощных АПК, ориентированный на программную реализацию с использованием микропроцессорного управляющего контроллера и расчетный способ контроля текущего температурного состояния жидкой стали с использованием многозонной термопары, установленной внутри футеровки ДСП;

• второй метод основан на самонастройке жестко' заданных программных параметров процесса внепечной доводки стали, при одновременной адаптации экстремальных характеристик печного трансформатора по критериям минимизации времени пребывания жидкой стали под током дуги электродов, поиска и поддержания на них максимальной мощности в условиях действия неконтролируемых возмущений. Предложенный подход реализован на САУ мощном электродуговом АПК, для которой теоретически получены функционалы критериев управления и оценки эффективности, а также функции переключения ступеней печного трансформатора по прямым непрерывным тепловизорным измерениям температуры жидкой стали и остаточной толщины огнеупорной футеровки ДСП в зоне электродуг фаз (патенты России: № 2366936 - опубл. в Бюлл. № 25 от 10.09.2009 г.; № 2368853 - Бюлл. № 27 от 27.09.2009 г., а также патенты по заявкам: №2009125355 от 03.07.2009 г. и №2010112817 от 05.04.2010 г.);

14. Испытаниями обоих новых методов подтверждено:

• первый метод обеспечивает точность измерения и управления температуры жидкой стали ±13 °С (типовая термопара разового пользования гр. ТПП имеет точность ±22,5 °С), но имеет достаточно низкое быстродействие;

• второй метод обеспечивает: безопасность и высокое быстродействие; непрерывное измерение и управление температуры жидкой стали с точностью ±8,5 °С; снижение тепловых потерь на 5.8%, удельных затрат электроэнергии на 3.4%, увеличение производительности АПК на 1,5.2% за одну загрузку АПК, а также многократно упрощает непрерывный автоматический контроль огнеупорной футеровки АПК одним тепловизором.

1. ГОСТ 15054-80 «Руды железные, концентраты, агломераты и окатыши. Методы отбора и подготовки проб для химического анализа и определения содержания влаги». М.: Изд-во стандартов, 1980. С. 12.

2. Технологическая инструкция ТИ-Ю1-ГОП-8-2003 «Отбор проб и их подготовка на химический анализ», г. Магнитогорск, ОАО «ММК», 2000. С. 99.

3. Tsuji К., Injuk J., Grieken R. X-Ray Spectrometry: Recent Technological Advances. Chichester: John Wiley & Sons Ltd, 2004. 616 p.

4. Smallbone A.H. U.S. Pat. № 5627874, 1997.

5. Tickner J., Roach G. // Nucí. Instr. Meth. Phys. Res. B. 2004. V. 213. P. 507.

6. Tillman D., Duong D. // Fuel Procts. Techn. 2007. V. 88. P. 1094.

7. Кузьмицкий И.Ф., Василенко A.A., Риттер А. // Заводск. лаборатория. 2003. Т. 69. № 6. С. 20.

8. Solo-Gabrielea Н.М., Townsendb T.G., Hahn D.W. et al. // Waste Management. 2004. V. 24. P. 413.

9. Yamada M., Karui M., Shintani H. et al. // J. Nucl. Sei. Technol. 2004. V. 41. №2. P.207.

10. Ю.Зайцев B.A., Макарова T.A., Барков A.B. и др. // Заводск. лаборатория. 2007. Т. 73. № 4. С. 3.

11. П.Ищенко А. Д. «Статические и динамические свойства агломерационного производства». Монография. М.: Издательство «Металлургия». 1972. С. 320.

12. Кокле Э.А., Крапивенский З.Н. Сбор и обработка априорной информации как первый этап создания автоматизированной системы управления качеством продукции // Стандарты и качество. 1970. № 8. С. 38-40.

13. Sokolov A.D., Docenko D., Bliakher E. et al. // X-Ray Spectrom. 2005. V. 34. № 5. P. 456.

14. Столяров В.Ф., Глебов M.B., Зайцев Е.И. и др. // Горн. инф. — анал. бюл. Моск. гос. горн. ун-т. 2005. № 7. С. 324.

15. Eisgruber L., Joshi В., Gomez N. et al II Thin Solid Films. 2002. V. 408. № 1-2. P. 64.lô.Gueneau de Mussy J.-P., Bottiglieri G., heylen N. et al. // J. Electrochem. Soc. 2006. V. 153. № 9. P. 851.

16. П.Ищенко A.Д. АСУ ТП распределения и загрузки агломерационной шихты (математическое обеспечение). М. Изд. «Руда и металлы», 2004. -70 с.

17. Верховодов П.А. Рентгеноспектральный анализ: Вопросы теории и способы унификации. Киев: Наук. Думка, 1984. 160 с.

18. Вегман Е.Ф., Жеребин Б.Н., Похвиснев А.Н., Юсфин Ю.С., Курунов И.В., Пареньков А.Е., Черноусов П.И. Металлургия чугуна // Учебник для Вузов, 3-е изд., перераб. и доп. / под редакцией Юсфина Ю.С. М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. - 774 с.

19. Карабутов Н.Н. Структурная идентификация систем: Анализ информационных структур. М.: Книжный дом 2Либроком», 2009. -176 с.

20. Глинков Г.М., Климовицкий М.Д. Теоретические основы автоматического управления металлургическими процессами. М.: Металлургия. 1985. С 304.

21. Бигеев A.M., Бигеев В.А. Металлургия стали. Теория и технология плавки стали: Учебник, изд. 3-е, переработанное и доп. — Магнитогорск: МГТУ. 2000. 544 с.

22. Металлургия чугуна // Под редакцией Юсфина Ю.С. Учебник для ВУЗов. М.: ИКЦ «Академкина», 2004. С. 774.

23. Чумаков Б.П., Алексеенко Г.В., Явойский В.И. и др. Использование сведений о газах, экстрагируемых при циркуляционном вакуумировании для управления процессом // Известия Вузов. Черная металлургия, 1980 г. -№ 3, с. 49-52.

24. Усачев М.В. Система автоматического управления энергетическим режимом электродуговых печей переменного тока. // Кандидатская диссертация (науч. рук. Салихов З.Г., консультант Ишметьев E.H.). М.: НИТУ «МИСиС». 2009. с. 136.

25. Лапшин И.В. Автоматизация технологических процессов дуговой сталеплавильной печи. М.: Изд. НИТУ «МИСиС», ООО «Квадратум», 2002. - 157 с.

26. Рябов A.B., Чумаков И.В., Шиншимиров М.В. Современные способы выплавки стали в дуговых печах. -М.: Теплотехник, 2007. 192 с.

27. Ишметьев E.H., Андреев С.М., Парсункин Б.Н., Салихов З.Г., Ахметов У.Б. Автоматизация и оптимизация управления технологическими процессами внепечной доводки стали: Монография.- Магнитогорск: ГОУ ВПО МГТУ, 2008. 311 с.

28. Свенчанский А.Д., Жердев .Т., Кручинин A.M. и др. Электрические промышленные печи. Дуговые печи и установки специального нагрева.- М.: Энергоиздат, 1981. 296 с.

29. Описание принципа работы. Техническое описание и руководство по применению системы ArCOS. Свердловск, 2007. 50 с.

30. Рушко Э., Бергман К., Олунд С. Электродуговая печь с системой динамического автоматического регулирования фирмы DAMELI // Сталь, 2005. № Ю. - С. 42 - 48.

31. Пономаренко А.Г. Система Оракул от автоматизации к оптимальному правлению. Материалы VI конгресса сталеплавильщиков. Череповец, 2000 г.

32. Кучумов JI.A. Система «Нева-ДСП». Техническое описание. 2006. - 5 с.

33. Повышение эффективности управления дуговой печью переменного тока // АО «Черметинформация». Новости черной металлургии за рубежом. 2002. - № 2. - с. 47 - 48.

34. Chestnov V.N., Salichov Z.G. Synthesis an Automatic Controller for a Multidrive Pire-Rolling Mill. JSN 0967-0912. Stelel Translation. 2008. Vol.38. № 5. pp.370 374. Original Russian Text © V.N.

35. Ишметьев E.H., Зыков . Разработка модели нечеткой логики и регулятора для управления процессом плавки металлургических концентратов // Изв. ВУЗов «Цветная металлургия», М.: 2009, № 1. С. 56-58.

36. Андрианова А.Я., Паранчук Я.С., Лозинский А.О. Некоторые вопросы использования интеллектуального управления в дуговых сталеплавильных печах // Электрометаллургия. — 2004. № 3. С. 30 37.

37. Лапшин И.В. Автоматизация дуговых печей. М.: 2004. 165 с.

38. Еременко. Введение в искусственный интеллект: Учебное пособие. -Старый Оскол: ООО «ТНТ», 2008. 480 с.

39. Деменков Н.П. Нечеткое управление в технических системах. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2005. - С. 178 - 183.

40. Дюдкин Д.А., Багъ С.Ю., Гринберг С.Е., Маринцев С.Н. Производство стали на агрегате печь-ковш. Донецк: ООО «Юго-Восток Лтд», 2003., -300 с.

41. Тахаутдинов P.C. производство стали в кислородно-конверторном цехе ММК. Магнитогорск: Дом печати., 2001. - 148 с.

42. Сарычев А.Ф., Носов А.Д. Коротких В.Ф. и др. Освоение технологии обработки стали на установке печь-ковш конверторного цеха ММК /

43. Совершенствование технологии в ОАО «ММК», сб. научн.тр. ЦЛК ОАО «ММК». Магнитогорск: Дом печати, 2001. - 230 с.

44. Смоляренко В.Д., Девичайкин А.Г., Попов А.Н. Энерготехнологические особенности процесса электроплавки стали и инновационный характер его развития // Электрометаллургия. — 2003. — № 12.-с. 12-19.

45. Ефроймович Ю.Е. Оптимальные электрические режимы дуговых сталеплавильных печей. М.: Металлургиздат, 1956. — 115 с.

46. Марков H.A. Электрические цепи и режимы дуговых электропечных установок. М.: Энергия, 1975. - 204 с.

47. Миняев А.Р. Энергосберегающая статическая и динамическая оптимизация параметров и структур компьютеризированных электропроводов (на примере электрических печей) // Электротехника.1998. -№ 10.-с. 15-22.

48. Лозинский О.Ю., Паранчук Я.С. Система оптимального управления электрическим режимом дуговой печи, питаемой через регулируемый реактор // Электрометаллургия. 2007. - № 8. - с. 23 - 31.

49. Глинков Г.М., Косырев А.И., Шевцов Е.К. Контроль и автоматизация металлургических процессов. — М.: Металлургия, 1989. 352 с.

50. Глинков Г.М., Маковский В.А. АСУ ТП в аглодоменных и сталеплавильных цехах: Учебник для Вузов. м.: Металлургия, 1981. — 310 с.

51. Никольский JI.E. Промышленные установки электродугового нагрева.- М.: Энергия, 1971. 270 с.

52. Лозинский О.Ю., Паранчук Я.С., Лозинский А.О., Паранчук Р.Я. Патент RU 2238616.

53. Лозинский О.Ю., Паранчук Я.С. Система оптимального управления электрическим режимом дуговой печи, питаемой через регулируемый реактор // Электрометаллургия. 2007. - № 8. — с. 23 — 31.

54. Казаков O.A. О вольт-амперной характеристике дегового разряда переменного тока // Электричество. 1983. — № 8. - с. 62 - 65.

55. Игнатов И.И., Хаинсон A.B. Математическое моделирование электрических режимов дуговых сталеплавильных печей // Электричество. 1985. - № 8. - с. 69 - 72.

56. Дюдкин Д.А., Бачь С.Ю., Гринберг С.Е., Маринцев С.К. Производство стали на агрегате печь-ковш. Донецк: ООО «ЮгоВосток Лтд», 2003. -300 с.

57. Агапитов Е.Б., Корнилов Г.П., Храншин Т.Р. и др. Управление тепловым и электрическим режимами агрегата ковш-печь // Электрометаллургия. 2006. - № 6.

58. Обработка стали на агрегате печь-ковш. Технологическая инструкция ККЦ ОАО «ММК». Магнитогорск.

59. Лисиенко В.Г., Щелоков Я.М., Розин С.Е., Дружинина. Методология и информационное обеспечение сквозного энергетического анализа. Екатеринбург. УГТУ, 2001. 98 с.

60. Лисиенко В.Г., Салихов З.Г., Гусев O.A. Моделирование объектов с распределенными параметрами на примере трехуровневых АСУ нагревом металла // Учебное пособие с грифом УМО. Екатеринбург, 2004.-С. 162.

61. Девятов Д.Х., Каплан Д.С. Корпоративная информационная система металлургического предприятия / Монография. Магнитогорск, МГТУ, 2008.-306 с.

62. Салихов З.Г., Спесивцев A.B. и др. Количественная оценка качества управления металлургическим агрегатом // Цветные металлы. 2002. №10. С. 89-92.

63. Ушеров А.И., Ушерова Е.В., Волков E.H., Ишметьев E.H. Причины невоспроизводимости определения железа в железорудных смесях (ЖРС). Материалы 66-й научно-технической конференции: Сб. докл. -Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ». 2008. Т. 1. - с. 114 - 117.

64. Алов Н.В., Волков А.И., Ушеров А.И., Ишметьев Е.Н. Непрерывный рентгенофлуоресцентный анализ железорудных смесей в производстве агломерата // Журнал аналитической химии. 2010. том. 65, № 2, с. 173 — 177.

65. Ушеров А.И., Алов Н.В., Волков А.И., Ишметьев Е.Н. и др. Основной источник погрешностей при ренгенофлуоресцентном анализе железорудных смесей // Заводская лаборатория. 2009. № 3. с. 25 26.

66. Gurvich L. Fuzzy logic base extremum seeking control system // Electrical and Ekectronics Engineers in Israel. 2004. -9. -Pp 18-21.

67. Ишметьев E.H., Андреев С.М., Парсункин Б.Н., Салихов З.Г., Усачев М.В., Рябчиков М.Ю. Оптимизация энергетического режима работы электродуговой печи // Известия высш. уч. заведений «Цветная металлургия» 2007. - № 5. - с. 23 - 27.

68. Нестационарные системы автоматического управления: анализ, синтез и оптимизация / Под редакцией профессоров Пупкова К.А. и Егупова Н.Д. М.: Издательство МГТУ им. Баумана Н.Э., 2007. - 632 с.

69. Салихов З.Г., Рутковский A.JL, Арунянц Г.Г. Системы оптимального управления сложными технологическими объектами. Монография. М.: Теплоэнергетика. 2004. с. — 495.

70. Леушин А.И., Дуга горения. М.: металлургия, 1973. - 239 с.

71. Игнатов И.И., Хаинсон A.B. Расчет электрических параметров и режимов дуговых сталеплавильных печей // Электричество. 1983. -№8. - с. 62 - 65.

72. Климовицкий М.Д. Теория и техника автоматического управления. М.: Наука, 2009, 240 с.

73. Ишметьев E.H., Салихов З.Г. Автоматическая диагностика эксплуатационного состояния опасных зон пирометаллургического агрегата // Изв. ВУЗов «Черная металлургия», № 1, 2010. С. 58-61.

74. Ридингер Д., Бок М. Измерение мощности на первичных и вторичных сторонах трехфазных дуговых печей // Черные металлы. 2002. - № 8. с. 17-21.

75. Калиткин H.H. Численные методы. — М.: Наука, 1978. — 512 с.

76. Галактионов B.C., Рабинович B.JL, Минеев Р.В. и др. Математическая модель электрического контура дуговой сталеплавильной печи // Электричество. 1975. - № 11. - с. 76 - 78.

77. Миронов Ю.М. Закономерности электрических режимов дуговых сталеплавильных электропечей // Электричество. 2006. - № 6. С. 56 -62.

78. Ахметов У.Б. Интенсификация плавления шихты в дуговых сталеплавильных печах путем оптимизации управления энергетическим режимом // Кандидатская диссертация. Магнитогорск. ГОУ ВПО «МГТУ». 2008. С. 145.

79. Баранчук Е.И. Взаимосвязанные и многоконтурные регулируемые системы. Ленинградское отделение «Энергия», 1968. - 268 с.

80. Парсункин Б.Н., Андреев С.М., Ишметьев E.H. и др. Динамическая оптимизация циркуляционного вакуумирования стали. Электротехнические системы и комплексы: Межвузовский сб. научных трудов. Вып. 14. Магнитогорск: МГТУ, 2007. - с. 210 - 215.

81. Салихов З.Г., Рутковский Л.А., Столбовский Д.Н. Об одном методе повышения эффективности расчета динамических характеристик объектов управления // «Автоматика и Телемеханика» ИГТУ РАН, № 4, 2005, с. 60-69.

82. Андриянова А.Я., Эдемский В.M. // Электрометаллургия 2002. — № 10.-с. 9- 17.

83. Казакевич В.В., Родов А.Б. Системы автоматической оптимизации. — М. Энергия, 1977. 288 с.

84. Ariyur К., Kristic M. Real-Time Optimization by Extremum-Seeking Control. New Jersev: Wiley — Interscience Publication, 2003. — P. 230.

85. Ишметьев E.H. Эффективность работы автоматических систем управления // Доклад на международной конференции по математическому моделированию, информатике и автоматике. Крым. Сентябрь 2006 г., с. 12 15.

86. Александров А.Г. Оптимальные и адаптивные системы. М.: Высшая школа, 1989.-263 с.

87. Еременко Ю.И., Халапян С.Ю. Повышение адаптивности корпоративных АСУ на примере подсистемы техобслуживания. Монография. Старый Оскол, 2009. 144 с.

88. Самонастраивающиеся системы: Справочник / под ред. Чинаева П.И. — Киев: 1959.-528 с.

89. Ким Д.П. Теория автоматического управления. Т. 2. Многомерные, нелинейные, оптимальные и адаптивные системы. — м.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. 464 с.

90. Андриянова А.Я., Паранчук Я.С., Лозинский А.О. Некоторые вопросы использования интеллектуального управления в дуговых сталеплавильных печах // Электрометаллургия, — 2004. № 3. С. 30 — 37.

91. Ишметьев E.H., Андреев С.М., Парсункин Б.Н., Салихов З.Г. Исследование оптимального управления процессом циркуляционного вакуумирования // Изв. ВУЗов «Черная металлургия». № 3, 2007. — С. 52-55.

92. Парсункин Б.Н., Бушмнова М.В. Расчеты переходных процессов в системах экстремального регулирования с запоминанием экстремума: Учеб. Пособие. Магнитогорск: МГТУ, 2001. - 164 с.

93. Чумаков Б.П., Алексеенко Г.В., Явойский В.И. и др. Исследование влияния расхода аргона на массу движущегося металла в вакуумной камере при обработке стали циркуляционным способом // Известия Вузов . Черная металлургия, 1976 г. — № 3, с. 45 — 48.

94. Либерзон Л.М., Родов А.Б. Системы экстремального регулирования / Под ред. Казакевича B.B. М.: Энергия, 1965. - 158 с.

95. Спирин H.A. Метод диагностики состояния футеровки шахты доменной печи / Спирин H.A., В.В. Павлов, Ю.В. Федулов, B.C. Швыдкий // Автоматизация управления металлургическими процессами Магнитогорск: МГМА, 1996. - С. 26 - 29.

96. Спирин H.A., Ипатов Ю.В., Лобанов В.Н. и др. Информационные системы в металлургии. Екатеринбург: УПИ, 2001. - 611 с.

97. Салихов З.Г., Будадин О.Н., Ишметьев E.H., Щетинин А.П., Троицкий-Марков Т.Е., Абрамова Е.В. Инженерные основы теплового контроля. Опыт промышленного применения. // Монография. М.: ИД «Учеба» НИТУ «МИСиС». 2008. 476 с. (JSBN 978-5-87623-207-6).

98. Бертковский Б.М., Ноготов Е.Ф. Разностные методы исследования задач теплообмена. Минск: Наука и техника, 1976. — С. 176.

99. Арутюнков В.В., Бухниров С. А., Крупенников С. А. Математическое моделирование тепловой работы промышленных печей. — М.: Металлургия, 1990 239 с.

100. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник // Под редакцией В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 2003. — 656 с.

101. Банди Б. Методы оптимизации. Вводный курс — М.: Радио и связь. 1988.-239 с.

102. Ишметьев E.H. Алгоритм математического моделирования оптимальной величины функционала эффективности АСУ // Доклад на международной конференции «Моделирование, идентификация, синтез систем управления». 16-23 сентября 2006 г., по. Канака, АР Крым.

103. Салихов З.Г., Ишметьев Е.Н., Щетинин А.П., Салихов К.З. Патент России по заявке № 2009125355 от 03.07.2009 г. на «Устройство контроля температуры в электродуговой печи».

104. Салихов З.Г., Ишметьев Е.Н. АСУ температурным режимом доводки стали в электродуговом агрегате «печь-ковш» // Автоматизация в промышленности. М.: Изд. «ИнфАвтоматизация» при ИПУ РАН, № 4, 2010, с. 10 14.

105. Нечеткие множества в моделях управления и искусственного интеллекта / Под ред. Поспелова Д.А. — М.: Наука, 1986. 312 с.

106. Особенности оптимизации технологических параметров работы сталеплавильных электропечей. (Обзор зарубежного и отечественного опыта) // Промышленные печи и трубы. М.: НПИФ «Теплотехник», № 1, 2006, с. 30-47.

107. Goodfellow H.D., Ferrol, Galbiati P. EAF steelplant optimization using EFSOP technology // Iromaking and stellmaking. 2005 .Vol. 32. № 3.

108. Соболь И.М. Численные методы Монте-Карло. М.: Наука, 1973. С. 350.

109. Васильев Ф.П. Численные методы решения экстремальных задач. М.: Наука, 1988. -552 с.

110. Карабутов. Структурная идентификация систем. Анализ информационных структур. М.: Книжный дом «Либроком», 2009. — 176 с.

111. Ерофеев М.М. Обработка стали в агрегате печь-ковш при подаче инертного газа через полые электроды. — г. Магнитогорск. 2007 г. (на примере ККЦ ОАО «ММК», где используются полые электроды на агрегате печь-ковш).

112. Меркер Э.Э., Федина В.В., Кочетов А.И. и др. Энергосберегающий режим плавки ЖМО в ДСП. «Электрометаллургия» № 9, 2003. С. 43 44.

113. Меркер Э.Э., Гришин A.A., Кочетов А.И. Бюлл. НТЭИ «Черная металлургия» № 10. 2007. С. 28 30.

114. Затаковой Ю.А., Анисимов Н.К., Коргизов Б.В. и др. Совершенствование работы дуговых сталеплавильных печей, использующих в шихте металлизированные окатыши. Сталь. № 7, 2000 г.-С. 24-26.

115. Гудима Ю.А., Зиннуров И.Ю., Киселев и др. Рациональные способы интенсификации плавки в современных дуговых сталеплавильных печах. «Электрометаллургия» № 9, 2005 г., с. 2 — 6.

116. Меркер Э.Э., Сазонов A.B., Гришин A.A. Технологические особенности переплавки металлизированных окатышей в электродуговой печи. Научный журнал. Вестник ЧерГУ № 3, 2007, с. 37-41.

117. Григорян В.А., Белянчиков Л.Н., Стомахин А .Я. Теоретические основы электросталеплавильных процессов М.: Металлургия, 1987 г., 272 с.

118. Лопухов Г.А. Эволюция сталеплавильного производства к 2010 году. Электросталь. № 5, 2002, с. 2 — 3.

119. Сазонов A.B. Исследование процессае плавки окатышей при дуговом нагреве в печи с полыми электродами с целью энергосбережения. Диссертация к.т.н., М., 2008 г., с. 188.

120. Онести Д., Поррачин П., Гроссо А. и др. // Роль вспенивания шлака в оптимизации тепловой работы ДСП перемннного тока. Сталь. № 4, 2005 г., с. 84 86.

121. Раннев Г.Г. состояние и проблемы информационных технологий в металлургии // М.: «Новые технологии», 2004, № 5-6, с. 12-15.

122. Раннев Г.Г. Измерительные информационные системы // М.: Изд. Центр «Академия», 2010. 336 с.

123. Salikhov Z.G., Ishmet'ev E.N., Rutkovskii A.L., Alekhin V.I., Salikhov M.Z. Asymtotic Regularization Methods in Singularly Perturbed Stochastic Optimal-Control Problems // Steel in Translation, 2008, Vol. 38. № l,pp. 17-19.

124. Ishmet'ev E.N., Andreev S.M., Parsunkin B.N., Salikhov Z.G. / Optimal control of circulatory vacuum treatment // Steel in Translation, 2007. T. 37. № 3. P. 238 -241.

125. Гупенков В.Ю., Пивцаев B.B. и др. Совершенствование технологии внепечной обработки стали в 7СПЦ-1 на Булорусском металлургическом заводе // ISS0038-920X. «Сталь», № 4, 2005. С. 82 -83.

126. Веников B.C., Веников Г.В. Теория подобия и моделирования (применительно к задачам энергетики). М.: Высш. шк. 1984. С. 284.

127. Зарубин B.C. Математическое моделирование в технике. М.: Изд.-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2003. С. 180.

128. Лебедев А.Н. Моделирование в научно-технических исследованиях. М.: Радио и связь. 1989 г. С. 120.

129. Еланский Д.Г. Передовые технологии производства стали // «Электрометаллургия». М.: 2005. № 10. - с. 42 - 48.

130. Модульная технология «Динарк» Danieli // Электрометаллургия — 2007.-№8.-С. 44-45.

131. Ломбардини Э., Арджента П. Энерготехнологические преимущества работы ЭДП с системой Consteel // Электрометаллургия — 2004. — № 6. — с. 41 — 47.

132. Рушно Э., Бергман К., Олунд С. Электродуговая печь с системой динамического автоматического регулирования фирмы Danieli // Электрометаллургия. 2005. — № 8. - с. 42 — 48.

133. Кагунин А.И., Годин Л.А., Анашкин Н.С. и др. Разработка технологии выплавки стали в электропечах с использованием жидкого чугуна // Сталь. 2000. - № 5. - С. 33 - 35.

134. Пирожников В.Е. Автоматизация электросталеплавильного производства // Металлургия. 1985. - 185 с.

135. Кноп Р., Лихтенбен Р., Келе 3., Зинг Ю. // Черные металлы. — 1997. -№ 7. -с. 8-13.

136. Спирин H.A., Чернавин С.Б., Кадлука В.В. и др. Внедрение системы интенсификации плавки в ДСП-100 ЭСПЦ «Уральская сталь» // Мателлург. 2005. - № 9. - с. 56 - 57.

137. Будадин О.Н., Троицкий-Марков Т.Е., Салихов З.Г. Тепловой метод неразрушающего контроля // Интеграл, 2002, № 2 (4), с. 7 — 9.

138. Тулуевский Ю.Н., Зиннуров И.Ю., Попов А.Н. и др. Экономия электроэнергии в ДСП // М.: Энергоатомиздат, 1987. — 104 с.

139. Миронов Ю.М., Миронова А.Н., Зиновьева Е.Ю. Анализ и оптимизация электрических режимов дуговых печей // Электрометаллургия, № 4, 2007, с. 21 23, № 9, 2001, с. 25 - 28.

140. Фомин A.M., Анисимов Н.К., Изгалиев Т.И. и др. Особенности автоматизированного управления плавкой в 150-т дуговых печах // Сталь, № 9, 1995. - с. 22 - 23.

141. Антипин А.Ф. Интеллектуальные системы управления технологическими процессами на основе многомерных четких логических регуляторов. Диссертация на соискание уч. степени канд. техн. наук. Уфа, 2010.

142. Белоглазов И.Н., Данилова Н.В., Котелова Н.И. Применение специальных методов для создания систем управления пирометаллургическими процессами. // Изд. СПбГУ, Санкт-Петербург, 2009. 98 с.

143. Генкин A.JI. Алгоритмическое и программное обеспечение системы управления энергосберегающей технологией для листопрокатного комплекса «печь-стан» // Производство проката. 2009. № Ю.-с. 27-31.

144. Генкин A.JI. Оптимизация температурно-скоростного режима горячей прокатки полос: модели, методы, системы. Диссертация на соискание ученой степени доктора техн. наук. М.: ИПУ РАН, 2009 г.

145. Раннев Г.Г., Сурогина В.А., Калашников В.И. и др. Информационно-измерительная техника и электроника. М.: Академия, 2009 - 512 с.

146. Путилин А.Б., Юрагов Е.А. Компонентное моделирование и программирование на языке IML. Практическое руководство по проектированию информационно-измерительных систем. M.: HT Пресс, 2005. - 664 с.

147. Мамонтов Д.В., Алкацев М.И., Ишметьев E.H. Автоматизированное моделирование металлургических процессов сиспользованием методов теории подобия (П-теоремы) // Изв. ВУЗов «Цветная металлургия», М., № 4, 2006 г.

148. Ишметьев E.H., Салихов З.Г., Щетинин А.П. Дуплекспечь для ферросплавов // Международный патент по заявке на изобретение № PTC/RU 2009/000621 от 27.05.2008 г. Опубл. 3.12.2009 г. за № WO/2009/145672. Женева.

149. Ишметьев E.H., Щетинин А.П., Салихов З.Г., Ермолов В.М. Способ переработки бедных железомарганцевых руд и концентратов.// Патент РФ № 2382089 по заявке № 2008120854 от 27.05.2008 г. Бюл. № 5 от 20.02.2010 г.

150. Салихов З.Г., Ишметьев E.H., Щетинин А.П. Дуплекспечь для выплавки марганцевых ферросплавов // Патент РФ № 2380633. Бюл. № 3 от 27.01.2009 г.

151. Салихов З.Г., Ишметьев E.H., Щетинин А.П. Жидкофазная печь для плавки материалов содержащих цветные и черные металлы // Патент РФ № 2366936. Бюл. № 25 от 10.09.2009 г.

152. Раннев Г.Г. Состояние и проблемы информационных технологий в металлургии «Новые технологии» № 5-6, 2004, с. 12-15.

153. Раннев Г.Г. Измерительные информационные системы. М/Г.Г. Раннев. — И.Ц. «Академия», 2010 336 с.

154. E.N. Ichmet'ev, Z.G. Salikhov, А.Р. Shchetinin and O.N. Budadin. Automatic Diagnostics of the State of Hazardous Zones in Pyrometallurgical Systems // ISSN 0967-0912. Steel in Translation. 2010. Vol. 1. pp. 27 30.

155. Лапшин И.В. Автоматизация агрегатов внепечной обработки стали и спецэлектрометаллургия // Уч. пособие. Издательский дом НИТУ «МИСиС», 2010, № 1060, с. 120.