автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Алгоритмы координации в автоматизированных системах оперативного управления цехами комплекса сталь-прокат

Томская Государственная академия систем управления и радиоэлектроники

Р Г Б ОД

, ..........На правах рукописи

5 Дии

Буторин Владимир Константинович

%

АЛГОРИТМЫ КООРДИНАЦИИ В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЦЕХАМИ КОМПЛЕКСА СТАЛЬ-ПРОКАТ

Специальность 05.13.06 "Автоматизированные системы управления"

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук в форме научного доклада

Томск, 1996

Работа выполнена в Управлении автоматизированных систем и информационных технологий АО "Кузнецкий металлургический комбинат"

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Кудрин Б.И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Светлаков A.A., кандидат технических наук Столяр В.А.

Ведущая организация - АО "ГИПРОМЕЗ", г.Москва

Защита состоится на заседании диссертационного совета Я 063 05.01 при Томской государственной академии систем управления и радиоэлектроники "..." декабря 1996 г. по адресу: 634034, г.Томск, ул. Белинского, 53, НИИАЭМ при ТАСУР

Диссертация в форме научного доклада разослана "..." ноября 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

В.А.Бейнарович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НАУЧНОГО ДОКЛАДА

Актуальность проблемы. Основными задачами оперативного управления циклическим многостадийным технологическим процессом (организационно-технологической системы), в частности, комплексом сталь-прокат'металлургического комбината, являются:

выработка и реализация управляющих воздействий на систему с целью перевода ее из заданного (известного) начального состояния в требуемое конечное состояние на заданном временном интервале;

получение (измерение) достоверной и полной информации о контролируемых параметрах процесса с целью диализа состояния, ретроспективного восстановления динамики контролируемых параметров, прогноза их изменения с целью выработки и реализациии управляющих воздействий и получения требуемых характеристик системы;

обеспечение согласованной по времени*и другим контролируемым параметрам работы участков и цехов комплекса сталь-прокат при"выполнении заданий, представляемых в виде контактных и сменно-суточных графиков.

Отрицательным явлением, приводящем к большим экономическим потерям, является раскоординация работы участков и цехов вызываемая, различными нарушениями и отклонениями фактических параметров от заданных. Применяемое в производстве понятие координации не имеет численных показателей и является эвристическим. Отсутствие количественных показателей координации не позволяет расчитывать состояние производства и потери, вызываемые его раскоординированным ходом, что приводит к прямым и косвенным.потерям.

ЦеЛь работы: разработка, обоснование и исследование показателей координации, алгоритмов и устройств формирования организационно-технологической информации для автоматизированного расчета показателей координации; разработка и исследование методов и алгоритмов расчета координации в организационно-технологических системах; исследование влияния нарушений технологического процесса на организационно-экономические и технологические показатели в обжимно-заготовочном и электросталеплавильном производствах, в том числе - исследование причин поломок электродов и критических- тепловых нагрузок в электродуговых сталеплавильных печах; разработка и применение методов автоматизированного контроля параметров агрегатов для повышения координации работы комплекса сталь-прокат; разработка способов

автоматической регистрации веса металла (слитков, заготовок); применение разработанных алгоритмов, способов и устройств в автоматизированных системах оперативного управления.

Методы исследований. При получении научных результатов и их практического применения использована теория автоматического управления, математическая статистика, прикладная теория алгоритмов и методы математического моделирования. Ряд положений работы основаны на производственном опыте автора по разработке и вводе в действие автоматизированных систем организационно-технологического назначения.

Научная новизна. 1.Предложен и обоснован показатель координации для организационно-технологических систем. 2. Разработаны и внедрены алгоритмы.расчета показателя координации для автоматизированных систем оперативного управления производством. 3. Выявлены и исследованы зависимости показателя координации от производственных факторов при выполнении заданий и графиков. 4. Разработаны, исследованы и внедрены алгоритмы оперативного контроля организационно-технологической информации. 5. Предложены и обоснованы способы: контроля критических тепловых нагрузок на панели, свод, подину электродуговых печей; диагностики горения дуги на электродах для предотвращения их поломок. 6. Разработаны и внедрены алгоритмы оперативного контроля производительности металлургических агрегатов. 7. Разработан способ измерения веса слиткое и заготовок в движении. 8. Разработано алгоритмическое обеспечение системы контроля параметров металл-опотока с автоматической регистрацией веса заготовок, температуры и времени подачи.

Практическая ценность. Полученные результаты могут' быть использованы в автоматизированных системах оперативного управления производством, в системах контроля и анализа работы цехов. Разработанные алгоритмы расчета показателя координации позволяют вчоперативном режиме расчитывать качество управления, потери производства при выполнении заданий и графиков, оценивать возможность выполнения заданий и графиков в зависимости от производительности технологических агрегатов.

Реализация результатов. На базе основных положений диссертации разработаны и введены в действие автоматизированные системы: оперативно-диспетчерского управления и контроля комплексом сталь-прокат Кузнецкого металлургического комбината; оперативного управления ре-льсобалочным цехом; анализа и контроля производительности металлур-

гических агрегатов; контроля, учета и анализа качества рельсового проката; оперативного контроля параметров производства комплекса сталь-прокат; анализа, контроля и учета валкового хозяйства.

Достоверность результатов. Полученные результаты проверялись посредством сравнения расчетных данных, получаемых при реализации разработанных алгоритмов, с реальными данными; эффективность разработанных алгоритмов определялась сравнением расчитываемых показателей (параметров) до и после их внедрения по заданным критериям.

Апробация работы. Основные положения работы и ее результаты докладывались на восьми Всесоюзных и Республиканских научно-технических конференциях и семинарах по автоматизированным системам управления технологическими процессами, в том числе: г.Новокузнецк (1987, 1995), г. Днепропетровск (1988), г. Кемерово (1988), г.Киев (1990), г. Москва (1990,1991). АСКДУ сталь-прокат Кузнецкого металлургического комбината экспонировалась на международной выставке "АВТОМАТИЗАЦИЯ" 89" , г.Москва, 1989 г.

Публикации. ■ Содержание диссертации в форме научного доклада изложено в 35 печатных работах, включая книгу и 9 изобретений.

Предмет защиты и личный вклад

"1. Показатель координации и алгоритм его расчета для организационно-технологических систем, методика и алгоритмы расчета показателя качества оперативного управления по критерию минимальных потерь производительности на сменно-суточном интервале.

2.Модели и алгоритмы оценки производительности металлургических агрегатов, алгоритмы прогноза производительности для задач операти-. вного планирования, управления и формирования очередности горячих ремонтов агрегатов. ,

3.Алгоритмическое обеспечение автоматизированных систем контроля параметров металлопотока горячего транзита с использованием раз-' работанного способа и устройств намерения веса в движении.

4.Способы оперативного контроля тепловых нагрузок на сеод, панели и подину электродуговых печей с целью предупреждения и предотвращения их критических значений, способы предотвращения поломок электродов по анализу амплитуды колебаний "электрод-электрододерж-ателъ" р. горизонтальной плоскости.

5.Метод измерения массы движущихся тел без остановки их двиле-

л

ния применительно к измерению массы слитков и заготовок в обжимно-заготовочном и прокатном производстве.

6. фактическую реализацию разработанного алгоритмического обеспечения в автоматизированных системах управления организационно-технологического назначения.

Личный вклад автора состоит в разработке и исследовании указанных положений диссертации, участии во внедрении полученных результатов на всех стадиях работ.

В работе приняты следующие основные определения и сокращения:

ТМСН.. >-технологический маршрут обработки металла, заданная временная последовательсть технологических и транспортных операций на заданных типах агрегатов (АёС..]), заданной марки (Ма) и массы (т) • для получения заданного типоразмера проката (ТгС..]);

ССГ{.. >-сменно-суточный график производства, заданная временная последовательность выполнения ТЮ{..} в комплексе сталь-прокат, обеспечивающая выполнение требуемых заданий; »

ОДУ - иерархическая многоуровневая организационно-технологическая система управления комплексом сталь-прокат, включающая технологический и управленческий персонал, имеющая целью обеспечение выполнения СС1Ч..} с минимально возможными отклонениями по заданным контролируемым параметрам (показателям) производства.

Под алгоритмом в работе понимается совокупность предписаний, определяющих целенаправленный процесс обработки информации, ведущий от варьируемых начальных к требуемым конечным результатам.

Под показателем координации (в организационно-технологическом смысле) понимается численная характеристика, показывающая в размерных величинах отклонения фактических значений контролируемых параметров производства от заданных.

Под алгоритмом координации понимается последовательность выработки и реализации управляющих воздействий на организационно-технологическую систему, включающая анализ значений параметров производства и прогноз их развития для формирования управлений (вариантов управлений) , выбор предпочтений, учет ограничений при реализации управлений, гибкий учет критериев (на основе сравнений в заданных шкалах ограничений и критериев для каждого варианта управления) с целью выполнения с минимально возможными отклонениями заданий и графиков. ,

О ДЕРЖАНИЕ НАУЧНОГО Л О К Л Л Д

:.Аналитический обзор и обоснование направления работы

Объект исследований - комплекс цехов сталь-прокат металлургического предприятия традиционной структуры, включающий сталеплавильные цехи, цехи подготовки составов, внутризаводской транспорт, обж-имно-эаготовочные цехи, цехи вторичного прокатного передела и оперативно-диспетчерские слуябы цехов и комбината.

Анализ работы служб ОДУ комплексом сталь-прокат выявил, что его особенностью является значительная' подверженность неконтролируемом возмущениям, учет которых невозможен или требует больших вычислительных затрат на этапе формирования заданий и графиков (при оперативном планировании на сменно-суточном интервале), слабая идентифицируемость параметров металлопотока, потеря управляе(ЛЬсти, запаздывания и искажения организационно-технологической информации, е том числе и целенаправленные [1,51. В Г2.3! .определены и обоснованы основные задачи ОДУ комплексом сталь-прокат: оперативное выявление-времени начала раскоординированного хода технологического процесса, причин и условий, вызывавших раскоординацию технологических/транспортных операций-, прогноз "нормального" и "возмущенного" хода производства-, прогноз выполнения ССТЧ..> при "возмущенном" ходе производства. величины простоев и потерь производства (срыв выполнения конкретных заказов, заданий и графиков); сбор и регистрация достобер ной информации о параметрах производства; выработка и реализация управлений, минимизирующих отклонения фактических параметров технологического процесса от заданных I £.£.3,303.

Актуальность исследований в области координации иллюстрируется данными. ;:рив-деш:ь;ми на рис. :. г»: и-.-точник и длительность лоз-мущения. возникшего в стрингерном отделении-!, и влияние его на работу последующих переделов, приведены потери, расчитанные по разработанной в диссертации методике [1,31.

Автоматизация ОДУ на веек уровнях (комбинат, цех, участок; затруднена постоянными изменениями представления пользователей об автоматизированном ОДУ, как об инструменте управления производством, и, как следствие, постоянными доработками, включением новых функций в системы, поэтому, для разработки современных автоматизированных си--стем ОДУ требуется привлечение более глубоких системно-обобщающих

понятий, причем, обязательно совместное использование процессов исследования и обучения на всех этапах разработки и внедрения [2]. Ограниченная полезность автоматизированных систем ОДУ типа [5] обусловлена недостаточной адекватностью их реальному производству с постоянно изменяющимися условиями функционирования и гибкими комбинированными ограничениями, несовместимостью решаемых задач на информационном и алгоритмическом уровнях, отсутствием комплексного подхода на всех уровнях управления [1,7].

Изучение состава реализованных функций в дейстсвующих в отрасли АС ОДУ, научно-технических публикаций, анализ направлений исследований перечисленных выше проблем, включая зарубежные источники информации, и с учетом личного опыта автора сформулированы следующие цели работы и приведены постановки задач с учетом, что координация как характеристика (или свойство) организационно-технической системы является "внепшим»дополнением" к свойствам управляемости и наблюдаемости [1,2,7].

Для автоматизированных систем ОДУ в темпе хода производства или с минимально возможным запаздыванием, определяемым конкретными ограничениями, требуется решить следующие задачи:

наблюдения - оперативного определения соответствия заданного состояния производства Зг=-(..} фактическому 5ф{..>, расчет величины несоответствия, отклонений и искажений организационно-технологической информации (в том числе и целенаправленных) с целью анализа состояния системы, прогноза изменений контролируемых параметров технологического процесса;

управления - оперативной выработки и реализации управляющих воздействий и( 1, з), где 1-номер технологического маршрута, 3-номер технологической операции внутри маршрута, 1=1,Ы;з=1,М, основанных на решенной задаче наблюдения и определенных отклонениях контролируемы параметров;

достижимости - расчет затрат на управление и производственный ресурс для выполнения ССГЧф,..} .включая затраты на штрафы за превышения нормируемых компонентов технологии, энергоносителей, критических режимоЕ работы агрегатов;

координации - обеспечение выполнения ССПг,..}, состоящего из заданного набора ТМСКг,..> с минимально возможными взаимными возмущениями и отклонениями всех ТМО{ф,..} от ГММг,..} в каждый момент времени заданного интервала, причем, простои агрегатов, очереди на

Относительная производительность, С фактическая, (т/час) /планируемая, (т/час) ]

балочного цехов при возмущении (1) в стрипперном отделении (иогомка крана в 21.00 и сход телехю! в 21 .30)

Относительнье потери производства в комплексе сталь-прскат, [потери фактические, (тыс.руб/час)/план.затраты (тыс .руб/час) 3

~ I I I II I I I I I 1II I I I 11 I 11 I I I I 11 ] I I I I I I I | I I I I I I 11 I II П П П I I I Г

8 12 № £0 0 4 8 15 16 35 О 4 8 12 чАс Рис .2 Потери в комплексе сталь-прокат от раскоординаиии работы стрипперноро отделения, обжимного и рельсобагочного цехов

I-!—4ТГОСф,1+1,.!)

-Пр—|ТМ0(Ф,1,. .3

^ТГСХФД+Н,..)

' с] с! О

Ад (к) I-II-II-^-1 ССГСг,..3

1 ТгаСг,!,..) 1 1 ТМ0Сг,1 + 1,..)'1 ТМОСг,1 +2,..)1

1срм.длительность 11 II I II 1£1 I I I I II I I I 141 I I I I I I I I I 1 141 II II I 1-^1 I II I I 1£1 время, час Рис.3 Раскооадинаиия по времени ме»яу 1,1+1,1+5, и последующими технологическими операциями

обработку, скопления металла (плавок на выпуске, составов с изложницами, плавок, готовых к выдаче по нагреву) и вынужденные технологические паузы не должны превышать некоторых заданных значений.

Требуется найти метод решения перечисленных аадач, обосновать и исследовать показатель координации, количественно характеризующий выполнение CCIHz,..> в каждый момент времени (и за заданный временной интервал) всем комплексом сталь-прокат и отдельными структурными подразделениями комплекса, разработать алгоритм расчета показателя координации применительно к автоматизированным системам ОДУ комплексом сталь-прокат. В результате решения поставленных задач разработать, обосновать, исследовать количественный показатель выполнения установленных заданий и графиков, разработать и оценить эффективность алгоритма расчета качества реализованных оперативных управляющих воздействий на комплекс, разработать критерии их оценки, определить величину потерь Лроизводства при выполнении заданий-

Основным критерием качества и рациональной стратегией ОДУ определим такие С1,3], при которых оперативные управляющее воздействия u(i,j) должны формироваться с целью максимизации "длины выполнения ТМСК.Л", где под "длиной" понимается максимально большее количество выполненных технологических и транспортных операций в заданных диапазонных значениях без корректировки и переназначений ССГ-Сг,. . >.

2. Анализ информационных и материальных потоков в комплексе сталь-прокат

Исследования показали [3,4,7], что для задач оперативного управления необходимо контролировать следующие параметры металлопотока: Ма(к)-марку стали k=l,K; ш - массу стали в виде жидкой, слитка, заготовки; Т - температуру металла; t - время выполнения технологических и транспортных операций, здесь и далее индексы г,ф будут относиться к заданиям и фактическим значениям-соответственно. Установлено [2;35], что последовательность технологических и транспортных операций в комплексе сталь-прокат и отображаюшэя их организационно-технологическая информация рационально представляется:

ТМСК..},{время): -Сплавка}: {номер операции; параметры операции),(1) такая структура регистрации и контроля информации является достато- „ чной [5] и позволяет реализовать поставленные задачи.

Приведенная на рис. 4 структура ОДУ' комплексом сталь-прокат вклю-

*

чает две обязательные компоненты: информационно-контролирующую и информационно-прогнозирующую (ИКМ и ИЛМ соответственно). Обозначим Эп-Сф,.. > как текущее состояние контролируемых ССГ-С.Л параметров, причем Бп-Сф.. > не обязательно совпадает с что объясняет-

ся запаздыванием и искажением информации, оперативным изменением уставок и нормативов. Динамика выполнения ТМСХ..} представляется последовательностью типа (1), отображающую

N0

МаПо),Ма(г);

т( зо);

тио);

Ь0;

-N1

Ма( , Ма(г); ш( :о+1),т(2); Т(ф),Т(г);

N14

Ма(зо+п) ,Ма(г); т( j+n),m(z); Т(ф),Т(2); (2)

N0,.. Мп - последовательность номеров технологических и транспортных операций. Для ТМСК..}, структурированного согласно (2), динамика изменения описывается следующим образом „

где

Ра(1, л)-

ра(1,1) ра(2,1)

ра(1,2) ра(2,2)

ра(1,ш) ра(2,т)

(3)

ра(п, т) Производство описывае-

ра(п,1) ра(п, 2) где ра( ьз)-контролируемый СС1Ч..} параметр, тся последовательностью операций, (см. табл.1 приложения), допустимые значения которых определяются технологическими инструкциями

<1[ра( 1, з)]=! ра(тах, 1, ])-ра(тт, 1, у)! , (4)

для каждого заданного ТМСК..>. Показатель времени производства является компонентой С Ра(1, л) ], задание начального значения-столбец ра(1,1), определит конечное значение-столбец ра(п,1) с учетом допустимых диапазонных значений, которые задаются матрицами структуры (3), образованные,из (4). Для управлений и(1,з) индексы ^ - обозначают номер параметра и номер корректируемого ТМСКф,..> соответственно. Детально методы сбора, обработки и хранения информации, способы ее контроля на предприятиях отрасли приведены в [2,5].

3. Исследоёание моделей и алгоритмов расчета координации и критериев ее оценки

Традиционно, при анализе динамики производства, определяют классическую функцию потерь Р[г(I))] =РНраС1,1,> (при выборе критерием общий выпуск продукции), но ее использование в реальном производстве затруднено вычислительной сложностью и неинтерпретиру-

емостыо получаемых результатов Г31. Разработанная методика расчета меры координации основывается на том, что в реальном производстве каждому ТМСК.. > соответствует стоимостная мера - заказ 1а(..),руб/ заказ или руб/тонна, структуры ■

гаСЮ-^Б^п), Ма(..), т, Трп(к)}, руб/ааказ, (5)

где БЦп) - стоимость заказа, руб, Трп(к) - типоразмер проката.

Преобразуем (5) в вид, удобный для соотнесения стоимостных показателей ЭЦк) к технологическим, исходя из предпосылки, что затр-

ССГ(ф)

Рис .4 Организационная структура ОДУ комплексом сталь-прокат и схема информационных потеков Обозначения: ФГП-Фактические графики производства; ТГО-блок Формирования ТМЗС.); ВСрВр - блок расчета критериев и корректировок ТМЗС..); ОДУ<1),ОДУ(2)-нихний (иеховой) контур оперативного управления и верхний■(заводской) соответственно; У(0-управляющие воздействия (УВ) на комплекс; I)(1)-фактически реалиэованнье УВ, V(ф)-наблюдаемый выкод ОУ, соответствующий БЫ)-вектор набгкще-

ний на СЮЛтЭ; У(г)-входное для ЖМ и И1М представление У(ф> , г - вектср 5п(м) ОДУ.

аты на выполнение заданного ТМСЯ.Л для каедого цеха пропорциональны стоимости основных фондов, используемых ресурсов Sf(i) и эксплуатационным затратам Sr(i) на выполнение заданного TMCHz,..}. Доля затрат i-й технологической или транспортной опе'рации TO(i) от зат- • рат всего комплекса определяется

SzCT0(i)]-CSr(i)+Sf(i)3/Sz," где Sz-затраты всего комплекса на выполнение (5). Стоимостная мера технологической или транспортной операции StCtO(i)] определяется StCTO(l)] - St(n) *Sz[TO(i)], руб/операция, (6)

что является ее количественной мерой, соотнесенной к реализуемому е заданном ТМО(..) заказу. Разделив (7)' на величину временного инт-

ервала выполнения конкретной TO(i), получим для заданной операции

Sv[TO(i)] = StCTO(i)]/Cto,tn], руб/(операция, время) ее стоимостное значение в заданном ТМСХ.Л, что является дополнительной численной характеристикой (3). В [1] исследовано и показано, что полученная стоимостная характеристика TO(i) уникальна и определяется (6). В [4] исследовано и определено, что целевая функция ОДУ FCto.tn] на [to.tn] с учетом (2-6) и

CCríNh <ТМЭ( 1, t[ 1]), ТМЭ(1, t[2]) ,. . . ,ТМЭ( 1, tCп] )> , . (7) представляет собой линейную комбинацию ранжированных по времени и последовательности выполнения ТМСК.Л, фрагмент которых приведен на рис.З,. имеет вид

FCto,tn] =min(íe)-C VTO( i) СС1Ч.. >:.¡ ра(ф,.. )-pa(z,..)! <dL .]>, (8) где ®s=St[T0(l)]+StCT0(2)]+..+ StCT0(ОЬсуммарные затраты произво-■ детва на выполнение заданной последовательности согласованных (7). ,

4.Разработка алгоритмов расчета показателей координации

В [1] исследована FCto.tn] и показано, что анализ (7) структурно объединяет алгоритмы расчета координации, имеющие в своей осно- ' ве получение информации, анализ состояния системы и прогноз динамики выполнения (7):

1. Обеспечение согласованного ео времени исполнения каждого предписанного в (7) ТМСХ..> с выполнением ограничений (4).

2. Обеспечение согласованного во времени выполнения (7) как последовательности ТМО{..>, причем, выполнение п. 1 не обязательно обеспечивает, как показали исследования, выполнение (8).

3. Выполнение (8) при выполнении экономических показателей производства на С Lo, tn], причем St[T0(l)) +StCT0(2)]+. . + StET0( i)]-s- min, как для каждого ТМСН..}, так и для (8), поэтому, экономические требования к ОДУ имеют то же значение, что и технологические.

Показано [3,4], что перечисленные алгоритмы расчета имеют в своей первооснове выполнение согласованного во времени (7) при обеспечении комплекса условий (4), последовательностей (2), ограничений (7) и яеляются аспектами задачи технологической координации - основного показателя качества функционирования ОДУ.

Установлено С1], что управлявшие воздействия u(i,j), вырабатываемые и реализуемые в комплексе сталь-прокат, имеют координирующий

характер [6,7] и классифицируются в зависимости от полноты и достоверности организационно-технологической информации, характера возмущений и прогноза их развития. Основные алгоритмы, ранжированные по классам, мере важности, затратам на управление выполняют:

К1гизменение временных уставок ТО(i) или TpO(i) с целью-корректировки их продолжительности в пределах (4) без корректировки заданного ТМСК.Л и без изменения (2).

К2:изменение очередности обработки конкурирующих ТМСК.Л на Ag(k) . с допустимыми ТИ изменениями свойств металла.

КЗ: отмену исполнения TO(i) или TpO(i) и удаление ТМОШ из сменно-суточного графика с корректировкой ДЗГ без изменения СС1Ч.Л.

К4: замену контролируемого параметра в ТМСК.Л, например, изменение марки стали, массы заготовки, общей массы Za(..), без изменения (2) и заданных Cto.tn].

К5: переназначение ТМСК.Л с изменением (2), корректировкой Za(N) и составлением нового СС14. Л, повторяя процедуры суточного оперативного планирования с новыми, как показали исследования С5], более жесткими условиями и ограничениями.

Кб:рекомендуют использование комбинированного алгоритма, с одновременно К1 и К2, К2 и К4, К1 и К4.

Алгоритмы К1-К5 учитывают свойство человеко-машинного формирования u(i,j)-неоднозначность й слабую формализуемость, поэтому, для оценки управлений и последствий их реализации разработан алгоритм, имеющий в своей основе использование стоимостного показателя производства, связанного с мерой выполнения Za(N) и поставленным в соответствие ТМСК.Л, по расчетной схеме: Za(N)-^TMCK. ,}->-{TO(l)->-St [Т0(1)],.. ,ТО( i)-?-St[T0( i)]>, а показатель, приведенный к времени выполнения операций ТО[ i]-3- D[T0( i)]=St[TO( i)]/t, руб/мин, комплексно характеризует производство, занятое выполнением Za(N).

Достоинство DL.]- его наглядность, непосредственная связь результатов работы с конечными показателями призврдства, позволяюшэя:

измерить динамику выполнения операций путем сопоставления БфС..] и Dz[.. ] ; и определить численно координацию, как меру согласованной работы на интервале выполнения Za(N);

определить потери производства на интервале оперативного управления, вызванные раскоординацией, изменением СС1Ч. Л, исключением Za(N) из ССГЧ. Л или заменой ТМСК.Л и оценить качество оперативного управления путем сопоставления расдатанных для интервала операт-

ивного управления 0ф[.. ].БеС..] и БпС..] - соответствующей реальному состоянию производства, получаемому на основе, например, средних прогнозируемых оценок;

определить меру потерь каждого производства во взаимосвязи с результатами вьшолнения ТМ0(. •) на предыдущих и последующих переделах металла, например, в задачах межцехового взаиморасчета.

Характеристики разработанных алгоритмов для некоторых АС оперативного управления приведены в табл.1.

5. Разработка и исследование способов, алгоритмов и устройств формирования организационно-технологической информации

Исследования [2,4,51 показали, что оперативное управление горячим транзитом металла наиболее критично к несвоевременной, недостоверной и искаженной,информации, на основе которой вырабатываются и реализуются управляющие воздействия.

Определены два направления разработок для ликвидации этих недостатков: внедрение организационных и алгоритмических решений, обеспечивающих необходимый уровень достоверности и своевременности (при необходимости -.восстановление недостающей информации); разработка устойств, направленных на сокращение ручного ввода. В [2,7] показано, что определение состояния производства представляет собой сла-боформализуемую субъективную процедуру, обусловленную различием целей и интересов разных структурных подразделений, усугубляемую тем, что 70-90% информации в систему вводится в ручном режиме.

Изложенные [1,8,9,10] организационные и технические решения совместно с системой персонального контроля и стимулирования позволили с относительно небольшими затратами (10-30 руб.за 1000 правильно введенных символов) обеспечить уровень ошибок - не более 1.-2 на 10000 введенных символов. Исследования причин и зависимостей целенаправленных искажений 'информации путем введения дополнительных контуров контроля, например, "(1)-контролер ОТК, (2)-диспетчер цеха, (3)-диспетчер комбината", показали, что при двойном контороле количество ошибок сокращается на 10-30%, при тройном - на 30-50%, а при дополнительной проверке на верхнем уровне ОДУ (сопоставление с нормативами, контроль по зависимостям "время-температура") количество ошибок сокращается на 70-80% и практически отсутствует целенаправленное искажение информации.

таблица 1

Автоматизированные системы ЛЛГЛУ ЛГ Г¥П ЛГ ПС ЬГ Л1/П/Г№ лг т

Наименование автоматизированной системы опеоатиэно—диспетчерского управления и контроля комплексом сталь-прокат КГК ^пчггол газлсттк' оперативного контроля параметров металл-опотока РРК стеллажного контроля рельсового проката контроля состояния и производительности металлургических агрегатов анализа ,ко нтроля и учета валкового хоз Я -1

Назначение алгоритма контроля те хнологичес-кизс маршрутов расчета графика выпусков мартеновских печ расчета показателя координации разбраковки и анализа качес-ва рельсового проката расчета текущих производите ль нос т^-ей НК и графика ко годных ремонтов постановый анализ использования валков

характеристики алгоритмов и их реализаций

Занимаемая папять в ЭВМ, кЬ. 16 16 12000 560 4700 34

Требуемое время реализации, сек. 1 .8 а.5 32.0 130.0-180.0 20.0-25.0/200-600 35.0—40.0

Количество вычислительных операторов . 920 11380 3670 ~ 1400 2300 4600

Воемя* обновления входных данных, сек/запрос 4.5 2.2 5.0 0.5 ф 6.0 1.0

Удельное быстродействие ,оп-р ./сек 511 .1 1552 111.7 10.7 104.5/ 5.8 124.3

Сксоостъ» обновления исходных данных, сек 0.001 0.001 0.5 >0.0001 >0.0001 р/веод условий рас.

Количество параметров: входных ВЫХОДНЫХ 1322 200 256 15 1600 - 2800 ЗОО - 390 <50000 2500 - 10000 В00 на 1 НК 24 на 1 НК 200-300 32

Тип ЭВМ и соганизапия обработки 3-машинный СМ-Е комплекс 2Р1 1ВМ-СОВМ. сеть 1ВМ-совм. сеть 1ВМ—совм. сеть 1ВМ-совм. сеть

Количество АРМ/пользователей АСУ 14 пультов ¿ГЬ2000/52 8/24 '4/16 4/16 3/3

Для систем цехового уровня контроль по схеме "норматив -»-ТМСН.. ССП..}" позволяет определить источник грубых искажений информации по методикам [7,8,12]. Следует отметить, что разработка процедур повышения достоверности в АС ОДУ является предметом отдельных исследований и определяется конкретной структурой сбора информации, топологией металлопотока и т. д.

5.1. Разработка алгоритмического обеспечения автоматизированных систем контроля производительности металлургических агрегатов

Создание АС оперативного слежения'за производительностью металлургических агрегатов определяется, в первую очередь, их необходимостью для оперативного планирования, определения длительностей технологических операций, возможностью более тачного назначения агрегата на операцию с требуемыми выходными параметрами [2,6]. Определение длительности эксплуатации агрегата (кампании агрегата) сводится к определению компромисса между затратами на ремонт, снижению производительности и растущими затратами на эксплуатацию.

Анализ методик определения длительности кампаний на предприятиях отрасли [5,6] показывает, что отсутствуют как научное их обоснование, так и автоматизированные системы, ориентированные на выполнение функций слежения и контроля. На основе анализа были определены направления исследований:

разработка унифицированных методик слежения за состоянием агрегатов по технологическим и технико-экономическим показателям;

определение набора контролируемых параметров слежения, проверки их достоверности, методики сбора, обработки и хранения;

разработки алгоритмического обеспечения для реализации функций слежения в автоматизированном режиме;

разработки инженерной методики использования полученных данных по фактическому состоянию агрегатов для задач оперативного управления, особенно для определения конкретной длительности планируемой и/или корректируемой технологической операции.

Для разработки методики были выделены группы агрегатов - нагревательные колодцы (НК) обжимно-заготовочных цехов и сверхмощные электродуговые печи типа ДСП-100 НЗА, ДСП-100 И6, ДСП-100 И7. Анализ эксплуатационных данных и выполненные исследования НК и ДСП-100 показали, что инженерная методика для решения перечисленных выше за-

дач базируется на:

выявлении тенденций изменения производйгельностей и энергопотребления в зависимости от длительности кампании [16];

слежзнии за отклонениями технологических параметров в зависимости от кампании агрегатов (контроль диапазонных отклонений и тенденций) для каждой технологической операции [10];

выявлении закономерностей и зависимостей динамики технологических параметров от организационно-экономических показателей;.

разработке методики учета полученных результатов состояния агрегатов при оперативном планировании и управлении, при переназначениях и корректировках [15,16] и обоснованном планировании очередност-ей вывода однотипных агрегатов в холодный ремонт.

Исследования для НК выявили класс зависимостей .между производительностью Рг[ i,Т) ] и длительностью кампании, типа

lrHPrL.n = ао + alT + а2Т2+ аЗТ3+ а4Т4+ a5îf для расхода топлива в зависимости от длительности кампании

РЕ Ag"( í, Т) 3 « Ьо + ЫТ + Ь2Т2, где ао-а5, Ьо-Ь2 коэффициенты уравнений регрессии, Т-время. Коэффициенты корреляции уравнений 0. 79 и 0. 80 соответственно. Проверка на воспроизводимость показала (данные 1988-92 гг.), что отклонения от значений 1983-86 гг. , принятых за базовые, не превышает ±3.5%.

Для принятия оперативных и плановых решений разработан, исследо-Еан и внедрен критерий вида >

Q= min F {РгС Ag( i,Т) 1, Р[ Ag( i,T)] ; Е I Тэ < Тф>, где Е - длительность межремонтного периода, мес. , Тэ и .Тф - эффективная'и фактическая длительность кампании, (мес.), соответственно. Разработанная и внедренная для отделения нагревательных колодцев автоматизированная система контроля состояния металлугических агрегатов (АС АКСИОМА) реализует следующий алгоритм:

прием из АСКДУ сталь-прокат в АС АКСИОМА данных о количестве нагретого металла по маркам, времени посада, ко'личеству, типу слитков, простоях, времени начала и окончания регламентных работ, данные по стоимостным показателям и расходе топлива вводятся с видеотерминалов Е диалоговом режиме;

вычисление на заданном интервале (смена, сутки, месяц) и сравнение с пороговыми значениями PrCAg(i,T)], PCAg(i,T)], причем, пороговые значения считаются для недельного интервала для сглаживания случайных помех, адаптация значений IníPrí.. ] >, PC Ag-f i, Т) ] для ках-

дого НК и подстройка коэффициентов W( i) на основе текущих данных;

анализ динамики изменения Pr-[Ag(i,T)] и P[Ag(i,T)] для каждого колодца и групп колодцев, расчет потерь и расчет значения критерия Q»minR.. > для заданного временного интервала адаптированного на текущие условия Q( i) =F{ W1 *Pr[ Ag( i, T) ] + W2*P[ Ag( i,T) +W3*[ E( i -1, i)>, где W1,W2,W3 - пересчетные коэффициенты, определяющие текущую важность показателя по технологическим и организационным условиям работы, изменяя W1.W2.W3 определяют в диалоговом режиме рациональное значение Q, учитывая реальную технологическую и организационную ситуацию;

анализ ситуаций, формирование рекомендаций по эксплуатации и производительности НК (или групп колодцев), расчет тепловых мощностей, формирование и выдача оперативных документов, учет работы за смену и сутки по бригадам и сменам.

Кроме того, алгоритмической обеспечение АС АКСИМА, наряду с оперативными оценками состояния агрегатов, позволяет выполнять имитационные расчеты по определению очередности вывода в холодный ремонт НК по экономическим критериям [6]. При реализации программы исследований разработаны и внедрены (на уровне изобретений) способы и методики нагрева рельсового металла С 29], для компенсации неконтролируемых возмущений при нештатных технологических ситуациях [27,28].

Технико-экономические показатели, полученные в результате внедрения АС АКСИОМА приведены в табл.3 приложения.

5. 2. Разработка и внедрение систем оперативного анализа, контроля и учета хода производства

Исследование эффективности применения АСУ организационно-технологического назначения выявило необходимость их совместного применения с производственно-исследовательскими системами [351, что обеспечивает гибкость исследовательского процесса при разработке новых технологий, а формирование баз данных систем по "гибкому принципу" позволяет регистрировать и обрабатывать новые параметры, ориентированные на конкректые исследования [10,111.

Разработанные принципы проектирования автоматизированных систем оперативного управления производством [1,15] и требования к информационной совместимости с цеховыми системами типа [7,8,9,101 определили типоеой набор реализуемых функций [11]. Алгоритмическое обес-

печение АСУ горячего транзита металла разработано для следующих цеховых и общезаводских систем: оперативно-диспетчерского управления и контроля сталь-прокат; стеллажного контроля рельсового проката; оперативного управления рельсобалочным цехом; оперативного контроля производства комплекса сталь-прокат; оперативного анализа качества рельсового металла; анализа параметров металлопотока (технологических исследований); контроля и учета валкового хозяйства; Функции, реализованные в перечисленных системах изложены соответственно в [7,8,9,11,13]. Обобщением опыта разработки локальных АРМ и сетевых АСУ по представлению информации на видеотерминалах являются сформулированные требования, основные из них:

время формирования и выдачи видеограмм типа "Оперативная обстано-. вка в цехе, на участке, на переделе"- не белее 5-10 сек; время формирования видеограмм типа "Итоги работы за смену, сутки, * месяц" - не более 20-25 сек; ,

унифицированное представление информации для всех видеограмм, однократность ввода параметра, конкретная ответственность за его своевременность и достоверность, свободный доступ к любым видеограммам с любых сетевых АРМ (при наличии санкционированного доступа).

Внедрение разработанных требований позволило сократить время обработки информации на 40-80%, сократить в 18-20 раз число ошибок при формировании отчетных документов, сократить время анализа технологических параметров на 60-80%.

5. 3. Исследование алгоритмов формирования информации в электросталеплавильном производстве

Применение е электросталеплавильном производстве многоэтапных технологий получения высоколегированных сталей требует точного выполнения временных и иных организационно-технологических ограничений, новых способов контроля параметров ДСП-100. Исследования [18] показали, что режимы плавления определяют выполнение графиков, а их нарушения являются основными причинами раскоординации:

поломки электродоЕ увеличивают время плавки, в'среднем, на 2540 мин, а перепуск и наращивание электродов в процессе плавления приводит к увеличению времени плавки на Б-7 мин;

повышенные тепловые нагрузки на водоохлаждаемые панели стен, сЕода и подину печи приводят к аварийным ситуациям.

Поломки электродов составляют значительную часть технико-экономи-[еских потерь (до 8-12X) электросталеплавильного производства увели-шЕают их удельный расход, время простоя печи, снижают качество пит-иощей сети. Исследования экспериментальных данных распределения пол-imok электродов свидетельствуют о наличии закономерностей, присущих 'Тим аварийным ситуациям [19,201, а объяснение поломок наличием ток->непроводящих включений в шихте или массовым ее сходом не обязатель-ю соответствует действительности. Показано [18], что колебания фа-ных напряжений иф(L,t) и мощностей Рф(i,t) случайной длительности от нескольких секунд до 10-12 минут с частотой модуляции 1-10 Гц) ¡аиболее вероятны и устойчивы при наличий крупногабаритной фракции i шихте. Изучение причин колебаний иф(i,t), их взаимосвязь с колеба-;иями электродов проводилось на действующих печах типа ДСП-100. Методика исследований описана в [25], частотный диапазон измерений 2.0:0 Гц. Типичные диаграммы колебаний электродов приведены на рис. 6 :риложения. Зарегистрировано [27], что повышенные по амплитуде коле-'ания системы "электрод-электрододержатель"(Э-ЭД) вызывают повышенн-ie колебания короткой сети ДСП-100 и совпадения наблюдаются с точно-тью до фазы. Описанные в [25,27] различия в характере колебаний си-темы 9-ЭД плавках с поломками электродов и без поломок являются ипичными и выявлены на массиве диаграмм (более 250).Характерным яе-яется то, что большинство поломок (более 80Z) имеют усталостный ха-'актер излома, что свидетельствует о значительных механических усил-ях, предшествующих поломке [20]. Показано [19], подтверждено в [18, 3J что природа колебаний системы Э-ЭД обусловлена только наличием лектродинамических сил ввиду отсутствия иных. Выявленные закономер-ости колебаний системы Э-ЭД делают правомерными следующие выводы и аключения:

поломке электрода предшествует неустойчивое колебательное поведен-е в течение 60-250, сек, заключающееся в изменении амплитуды колеба-ий (увеличивающаяся/снижаюшдяся) и резкими сменами поляризации;

частотный спектр колебаний, вызываемых электродинамическими сила-и Гф(i,t), достаточно широк (2-20 Гц) и содержит собственные час-оты электродов в диапазоне их рабочих длин;

колебательное поведение системы 3-ЭД является первичным и определ-ет колебания фазных токов I$(i,t), напряжений иф( i,t), мощностей ф( i,t), что позволяет сделать заключение о колебаниях в системе электрод-элетрододержатель-короткая сеть-питающзя сеть";

в

колебания системы Э-ЭД и выявленные взаимосвязи поломок с рабочей длиной электродов впервые приводят к утверждению о резонансе, как одной из причин; вызывающей от 25-30% всех поломок электродов.

Проведенные исследования позволили разработать способы и алгоритмы оперативного контроля и управления плавкой (на уровне изобретений С26,27,28]), позволяющие идентифицировать по ходу плавления амплитуду колебаний системы Э-ЭД, (как новый контролируемый параметр плавления), что позволяет снижать риск поломки электродов.

В [18] приведены результаты исследований по перепуску и наращиванию электродов ДСП-100 до рабочей длины в процессе плавления и влияния этой операции на временные характеристики плавки. Показано, что возможно с требуемой точностью (±0.1 м) прогнозировать длину электрода на интервал времени 30-50 мин по регистрируемым параметрам тока, напряжения, характеристикам сечения Sa и расчитываемой плотности тока J(i,5з). Найденные зависимости для электродов диаметра 0.610 м

L3(t,t+dt)=F(t,Lo, I,U, J) позволяют расчитывать в каждый момент времени плавления текущую длину Ьэ(..), планировать перепуск электродов нй время, не связанное с горением дуги, что повышает ритмичность производства на 1.5-3.0%.

Решение задач оперативного контроля тепловых нагрузок на водоохл-аждаемые панели стен и свода печи приведено в [21,23]. Выполненные исследования показали, что возможно с требуемой достоверностью идентифицировать режимы горения дуги, не экранированной от панелей шихтой, по совместному контролю температур охлаждающей воды tB и отходящих газов tr, обладающих разными временами запаздывания. Алгоритм контроля изложен в [21] и основан на контроле диапазона резкого увеличения tr (на 150-200°С за 2-15 сек) и медленного, но-устойчивого увеличения ts(Ha 8-12°С за 40-70 сек). Установлено, что контроль по tr• позволяет констатировать открытке дуги (вероятность <.0. 75) одной из фаз, а динамика роста tB определяет по панели конкретный электрод с открывшейся дутой. С целью уменьшения теплового удара на открывшуюся панель укорачивают длину дуги соответствующего электрода или вспенивают шлак. Автоматизированный контроль тепловых нагрузок, Еключая алгоритмическое обеспечение ее реализующее, защищен авторским свидетельством [28]. Алгоритмическое обеспечение контроля тепловых нагрузок на подину печи использует натурно-модельный подход .[29], основанный на измерениях движения электрода и модельных тепловых расчетах. В модельном режиме расчитывается: текущая масса жидкого мет-

алла и высота его уровня над подиной, начальная и текушдя длина электрода (угар как функция температуры), скорость проплавления колодца, длина электрической дуги. Это позволяет предотвращать режимы горения дуги на подину печи не экранированную жидким металлом и умень-иать риск прогара подины. Дополнительный контроль выхода режима горения дуги на жидкий металл выполняется по контролю амплитуды колебаний электродов, снижающейся до 7-12Х относительно среднего [25]. Установлено, что применение разработанной системы контроля снижает вероятность прогара подины до уровня менее 0.05, действующие системы контроля гарантируют достоверное распознавание критических тепловых нагрузок с вероятностью не выше 0. 10-0. 15.

Применение систем автоматизированного контроля позволяет использование технологической информации в задачах оперативного управления для создания многоуровневых многоцелевых ,АСУ, функционирование которых отвечает возрастающим требованиям производства, причем, проблема достоверности технологической информации остается актуальной [1].

5.4. Разработка способов и алгоритмов формирования информации о Бесовых характеристиках металлопотока

Основным параметром контроля металлопотока на- всех стадиях передела является его вес. В прокатном производстве необходимо обеспечить точность измерений веса в пределах +(10-20)кГ. Существующие способы и устройства не позволяют измерять в движении вес заготовки или слитка (диапазон 0.5-8.5 тонн) при температуре 600-130'0°С, а остановка процесса даже на 10-30 сек, необходимая для измерения Беса, по технологическим и экономическим требованиям недопустима [21.

Необходимость измерений веса слитков и заготовок в движении определила направление исследований. Для оперативного формирования информации о Еесе металла в процессе его обработки создана серия устройств на уровне изобретений [30,31,32,33], где использован принцип регистрации массы тела в момент прохождения над измерителем центра тяжести, для этого на рольганге (шлеппере) устанавливается весоизмерительный ролик, поднятый на расчитываемую высоту над плоскостью цЕижения, при условии, что измеряемое тело не касается других точек. Г.пособ поясняется рис. 5, где обозначено: С-движущийся по рольгангу :литок; Р--ролики привода; Ри-измерительный ролик; О-весоивмери-

тельный датчик; Ь-высота поднятия весоизмерительного ролика над плоскостью движения; 1-положение слитка в момент наезда и схода с весоизмерительного ролика, 2-положение слитку в момент измерения; Р-си-ла, действующи на датчик в момент измерения. На приведенной диаграмме силы видно, что наибольшее ее значение-Ртах соотвествует положению слитка (2), при котором центр тяжести точно находится над весоизмерительным роликом. Установка весоизмерительного датчика ниже плоскости движения экранирует его от действия высоких температур.

В [30] исследовано, что пороговое значение скорости движения V, при котором происходит наезд и переваливание слитка (заготовки) зависит от ¡1 и движущейся массы т, а Ь определяется из условия

0.25м < Ь < 0.35м, V > к(ту); где V - скорость движения слитка (заготовки) м/сек, к - пересчетный коэффициент. Наличие первого максимума т! кривой (А) обусловлено ударом слитка об весоизмерительный ролик при наезде в диапазоне рабочих скоростей (0.3-1.5) м/сек. Для устранения нежелательного эффекта от т! разработаны конструкции весоизмерителей, в которых он отсутствует, что достигается расположением датчика под крепежной штангой (ш), находящейся под углом менее 90° по направлению скорости движения. Этот же принцип измерения веса использован для взвешивания заго-

О / Т

т1 /■

<Г,с ек.

Рис. 5

Рис. 6

товок на шлепперах [33], причем устройство [32] пригодно для взвешивания горячекатанных листов. Класс точности разработанных устройств 0.1-0. 05. На рис. 6 приведена структурная схема автоматической поде-

истемы (в составе АС ОДУ комбината), использующей в оперативном контроле даннные о весе заготовок совместно с их температурой и выполняющей слежение га весом металла (суммарный/заготовка), за временем измерения (при подаче на стан или в нагревательную печь), за температурой заготовки. Автоматическое измерение веса совместно с другими параметрами (счет заготовок по количеству измерений температуры) позволило организовать оперативный контроль числа нагреваемых заготовок в печах Сименса рельсобалочного цеха, оперативно управлять ритмом горячего транзита металла (обозначения на рис.6 : П1,П2,ПЗ-печи Сименса; К-клеть "900" линии стана; В-весоизмерительное устройство; Т1,Т2-оптические пирометры; С-сис?емный сервер; Кн-микропроцессорный контроллер; Дк-диспетчер комбината; До-диспетчер обжимного цеха; Др-диспетчер рельсобалочного цеха; Л-линия стана обжимного, цеха; АС ОДУ-общезаводская система). Информация от контроллера структуры

<номер>: <время>: <вес>: <температура> : <признак-шлеппер/стан> передается в системный сервер (AT/486 DX-2) по факту измерения веса, где организована дальнейшая обработка и передача пользователям.

6. Разработка алгоритмов расчета критериев модернизации

Исследования [5] показали, что многие предприятия отрасли стоят перед необходимостью технического перевооружения. Современный подход к определению направлений'модернизации производства включает экономическую оценку ее целесообразности. Модернизация технологии представляет собой набор мероприятий, состоящих б замене оборудования, в изменении технологии отдельных операций, введении новых агрегатов, способов с целью снижения затрат на производство и управление, повышении качества и т.д. При этом должна быть обеспечена "си: стемная устойчивость" в смысле [2J.

Определение направлений модернизации технологии чаще всего производится на основе неформальных оценок Cl], что приводит к нерациональным решениям. Существующие критерии оценки модернизации техно- . логии, направлений реконструкции и развития имеют в своей основе, чаще Есего, неформальные оценки или оценки, полученные из зашумлен-ной первичной информации.. Значительную роль играют волевые (или даже конъюнктурные) решения - под готовое решение о модернизации подгоняются экономические показатели. Не используется оперативный экономический и организационный анализ хода производства, данные по

его согласованности, не рассматривается координация технологических операций в плане оперативного управления - это приводит к корректировкам отработанной стратегии управления. Обоснование модернизации технологии сводится к сопоставлению затрат на выполнение ¿-го мероприятия 21(0 и эффекта Э(0, получаемого в результате его внедрения. Такой подход снижает достоверность анализа и не учитывает влияние организационных механизмов функццрнирования [4]. Исследование потерь С12], обусловленных раскоординацией производства, вызванной заменой только одного агрегата Ае(к) показало, что для интервала 1=240 суток потери от раскоординадии полностью перекрывают расчетные значения {Э( О0 >, экономического эффекта.

Разработанный подход к модернизации технологии и определению ее направлений по комплексному критерию обеспечения максимальной координации, (что является следствием исследований [1,3]) включает радч-%

ет критерия

■С}(П = пах {[ 1к( ¡)] I 03(1, г,® - 1ХЗ(и;г) < с1е(з)>, (9) где р(0 - численное значение критерия, руб/час или руб/сутки; 1к(0 = [5к]/[Е( 1,ф)-Е( 1,2)]-показатель координации; Е( ¿,ф) ,Е( \,г)-значение производительности фактическое и заданное соответственно, руб/час; БЭС 1,з;ф), 1,j;г) ~ фактический (ф) и заданный графики производства (г) по каждому з-му контролируемому параметру, <1е(з)-допустимое отклонение по каждому параметру, 1 - символ условия; Бк-матрица пересчетных коэффициентов. Параметры оперативного слежения за выполнением 1, з) определены в главе 2. Расчет отклонений производится в размерных величинах (тонн/час, руб/час, руб/сутки), пересчет количественных параметров- металлопотока в стоимостные производится по [1,3]. Критерий (9) основывается на том, что любая модернизация технологии, прежде Есего, должна^обеспечить "не ухудшение" среднего аначения СК О, основанного на расчете и анализе вектора наблюдений для каждой плавки У(з, I) ={(Ир) ДМз), (Рг), (Тп.Тк), (пб) > с конкретным определением причин, вызвавших отклонения, а изменение технологии должно обеспечивать эффективное выполнение СКЗО.з.г). Проектирование "рациональной технологии" должно учитывать "управляемость технологическим процессом" в смысле [1], не приводить к увеличению затрат на управление. Шдернизацией необходимо обеспечить, как минимум, среднее значение показателя координации [3,5], иначе интервальные (ежесменные, ежесуточные) потери от раскоординадии могут превысить предполагаемые экономические показатели. Алгоритм ан-

ализа и расчета целесообразности модернизации включает:

1.По методике [1,113 расчитываются суточные потери от раскоордин-ации по всему комплексу, агрегатам, цехам, по технологическим операциям, определяются причины потерь и их экономический эквивалент.

2.Расчитывается показатель координации, пооперационные потери, формируется комплексный показатель потерь на управление и(Ь).

3 Анализируются потери, вызванные ошибками оперативного планирования, определяются тенденции потерь, определяются агрегаты и операции, информационные потоки и связи, наиболее "неэкономичные" с точки зрения потерь, вызываемых раскоординацией.

4. На основе оперативных данных классифицируются потери по выделенным признакам-потери производства по собственным причинам, вызванным нарушениями технологических инструкций и работой потери, вызванные нарушениями параметров металлопотока на входе в цех (возмущения по входу); потери, вызванные нарушениями параметров металлопотока на выходе из цеха, агрегата (возмущения по'выходу); нарушения, обусловленные неритмичностью поставки компонентов и энергоносителей; потери, вызываемые рассогласованной работой подразделений, обеспечивающих работу основных производств. Расчитывается критерий 9(1,1)-И( 1,О] -и( О>, значение которого и определяет целесообразность модернизации технологии, (}((:) и У(Ь) анализируются совместно и имеют размерность руб/(сутки, смена, месяц). Применение критерия и алгоритма его расчета не ограничивается только определением общей целесообразности модернизации, при наличии конкурирующих вариантов может использоваться для их оценки.

Сановные еыводы по работе:

1. Предложен и исследован показатель координации для организационно-технологических систем характеризующий как потери производства при выполнении гаданий и графиков, так и его ритмичность; установлено и обосновано, что координация должна измеряться в размерных величинах - тонн/час, руб/час, тонн/смена и т.д.

2. Установлено, показатель координации может применяться для о не нки динамики контролируемых параметров и критерия качества оп<-рати вно-диспетчерского управления, д»я рнсчг-гч последствий насушеннй технологического процесса, для оценки качест^л оперативнее:

ения горячим транзитом металла.

3. Внедрение и эксплуатация алгоритмов, реализующих функции по п. 1,2 позволили: снизить время прохождения составов с изложницами на 3-5 мин/состав для горячего транзита и на 5-7 мин/состав для полуспокойного металла; повысить температуру всада слитков на 4-9°С/т; сократить время ожидания посада слитков на 2-4 мин/состав; исключить простои составов перед посадом в нагревательные колодцы из-за отсутствия информации о металле.

4. Разработано унифицированное алгоритмическое обеспечение автоматизированной системы контроля состояния металлургических агрегатов для формирования оценок по производительности и технологическим параметрам, позволившее увеличить длительность кампании нагревательных колодцев на 20-35 циклов нагрева.

5. Разработано алгоритмическое обеспечение системы контроля, анализа и учета качества рельсового проката в оперативном режиме, позволившее сократить число ошибок при анализе качества на 35-40% и сократить время обработки характеристик рельсов на 60-70 %.

6. Для оперативного планирования разработано и внедрено алгоритмическое обеспечение системы оперативного контроля и анализа по критериям кординации, позволившее увеличить ритмичность за счет повышения точности планирования времени выпусков мартеновских плавок, на 2-5% для 400-тонных печей и на 1-3% для 200-тонных печей.

7. Для обжимно-заготовочного производства разработано алгоритмическое обеспечение, позволяющее управлять нагревом слитков при нер-. итмичном производстве (смешанный посад слитков различных типов, марок, температур), разработан и внедрен комплекс задач контроля тем-' пературы всада с анализом причин понижения температуры.

8. Для формирования информации о состоянии электродуговых печей разработаны и исследованы: -способы диагностики, позволяющие распознавать критические режимы горения дуги; способы предотвращения поломок электродов; контроля тепловых нагрузок на подину, стены и свод печи для предотвращения критических тепловых нагрузок.

9. Разработаны способы и устройства взвешивания в движении массивных тел (слитков, заготовок) без замедления их скорости, что позволяет оперативно контролировать вес металлопотока в прокатном . производстве.

Основные материалы диссертации в форме научного доклада опубликованы в следующих работах:

1. Кудрин Б. И. , Буторин В. К. , Авдеев В. А. Принципы и методика автоматизированного расчета координации производства- и межцехового взаиморасчета для цехов . комплекса сталь-прокат металлургических предприятий. - Томск: Изд-во Томск, ун-та, 1993. - 64 с.

2. Вогаенко И. Н. , Головко И. М. , Буторин В. К. , Кошелев А. Е. .Стахно В. И. Принципы и методы автоматизации оперативного управления основным производством металлургического комбината // Приборы и системы управления. -1993. - N 3. - с. 3-5.

3. Буторин В. К , Головко И. М. , Парп&ров Я. Г. Технико - экономические оценки координации работы комплекса сталь-прокат // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. -1990. - N 6.-с. 110-111.

4. Буторин В. К. , Кудрин Б. И. , Катунин А. И. , Кожевин Ю. Ф. , Кошелев

A. Е. Экономическая мера оценок координации работы комплекса стадь-

* *

прокат // Сталь, - 1993.- N6,- с. 72-75.

Б. Стахно В. И. , Кошелев А. Е. , Головко И. М. ,Вогаенко И. П. ..Буторин

B. К. Анализ разработок и внедрения АСКДУ сталь - прокат // Сталь; 1992. -И 1. -с. 43-46.

6. Кошелев А. Е. , Буторин В. К , Головко И. М. , Велик Д. М. , Кожин А. В. Автоматизированный контроль состояния отделения нагревательных колодцев. // Сталь.-1988. - N 8. - с. 33-36.

7. Лебедев В. И. , Буторин В. К , Ильин М. Ю. , Ершов Н. В. Автоматизированная система оперативного управления рельсобалочным цехом // Сталь. -1994. -N8. -с. 36-38.

8. Лебедев В. И. , Буторин В. К. , Ильин М. Ю. , Ершов Н. В. Автоматизация оперативного управления прокатным цехом / Техника, Экономика. -Серия: Автоматизация проектирования. -ВИМИ. -1994. -с. 59-62.

9. Царев В. Ф. , КошелеЕ А. Е. , Анисимов Г. Я , Буторин В. К. , Щелоков Е. А. Автоматизированная система контроля, учета и анализа рельсового проката //Сталь.-1991.-N8. -с. 49-52.

Ю.Лебедев В. И. , Мезенцев А. Е, Буторин В. К. , Шэфер Ю. Р. , Выгодский А. Э. Автоматизированная система анализа, контроля и учета валкового хозяйства рельсобалочного цеха // Сталь. -1995. -N2.-с.69-70.

11. Буторин В. К Алгоритмическое обеспечение автоматизированных систем оперативно-диспетчерского управления•комплексом сталь-прокат /Тезисы докладов научно-технической конференции "Метрология и авто-

матизация-95". -КФ Инж. академии. -Новокузнецк. -1995. -с. 17

12. Кудрин Б. И. , Лебедев К И. , Буторин а К. Критерий максимальной координации при рационализации технологии в комплексе сталь-прокат // Сталь.-1995.-N7.-с. 72-74.

13. Фомин ЕА., Анисимов Г. Я , Кошелев А. Е., Буторин В. К Автоматизированная система опреративно-диспетчерского управления комплексом сталь-прокат // Тезисы докладов отраслевого семинара "Создание и внедрение АСУ ТП в черной и цветной металлургии.- М.: Черметинфо-рмация, 1990, с. 15-17.

14. Васильев В. И., Буторин Е К., Галямов А. X. Технико-экономические оценки работы комплекса сталь-прокат / В кн.: Тезисы докладов отраслевого семинара "Создание и внедрение АСУ ТП в черной и цветной металлургии. - М.: Черметинформация, 1990, с. 2-3.

15. Кошелев А. Е., Буторин ЕК. , Шеметов А. Г. Опыт внедрения и эксплуатации автоматизированной системы диспетчерского управления и контроля комплексом сталь-прокат / В кн.: Материалы Всесоюзной научно-практической конференции.- Кемерово, 1988, с. 7.

16. Фомин Н. А. , Елагин С. Е. , Буторин В. К. , Даниелян М. Е , Купчик М. Б. Алгоритмическое обеспечение адаптивной технологии нагрева слитков перед прокаткой // Изв. ВУЗов. Черная металлургия.-1990.-Ы 8. с. 92-93.

17. Буторин В. К Критерии рационализации технологии в цехах комплекса сталь-прокат/В кн. "Математические и экономические модели в оперативном ■управлении производством".-Иэд-е ТГУ. -Томск. -1995-с. 34-39.

18. Кудрин Б. И., Буторин В. К. К определению времени перепуска и наращивания электродов в сверхмощных дуговых электропечах // Сталь. -1986. - N8. -с. 37-38

19. Буторин Е К. , Кошелев А. Е. , Уланов 0. И. Предотвращение поломок электродов при их упоре в токонепроводйшую шихту // Известия ВУЗов. Черная металлургия. - 1992. - N8, с. 96-97.

20. Буторин Е К. Управление плавлением в ДСП-100 с минимальным отрицательным воздействием на питающую сеть. В кн.: Электрификация металлургических предприятий Сибири. Вып. 6.-Томск: Изд-во ТГУ, 1989, с. 130-135. -

21. Буторин В. К. Контроль динамики периода плавления в дуговых электропечах. В кн.: Применение микропроцессорной техники при автоматизации производств. -Днепроперовск: Укр. ВНГО. - 1989. - с. 128-130.

22. Буторин Е К., Киселев С. Ф., Подыногин Е И. Контроль динамики технологического объекта на примере ДСП. В кн.¡Тезисы докладов Всесоюзной научно-практической конференции. Секция: опыт эксплуатации .

АСУ. - Кемерово: НТО 4M. - 1988. - с. 95.

23. Кудрин Б. И. , Уланов О. И., Буторин В. К. Управление плавлением в дуговой электропечи ДСП-100 с предотвращением поломки электродов / В кн.: Материалы Всесоюзной научно-практической конференции. -Кемерово: ГК НТ СССР и СО АН СССР.-1991.- с.152-154.

24. Кудрин Б. И. , Буторин В. К. , Уланов О. И. Динамический контроль тепловых нагрузок дуговой электропечи ДСП-100 при плавлении шихты /В кн.: Материалы Всесоюзной научно-практической конференции. - Кемерово: ГК НТ СССР и СО АН СССР. -1991. -с. 151-152.

25. Мытпляев JL П.,. Киселев С. Ф. , Буторин В. К. Построение САР с координатными и параметрическими контурами. / В кн.: Тезисы докладов Всесоюзной научно-практической конференции. Секция: опыт эксплуатации АСУ. - Кемерово: НТО 4M, 1988, с. 94.

26. «А. С. СССР N 1266875. Способ управления электрическим «режимом дуговой электросталеплавильной печи / Фомин Н. А. , Буторин В. К. , Чухов И. И. , Кошелев А. Е. Оржех М. Б.

27. A.C. СССР N 1686712. Устройство для автоматического управления электрическим режимом дуговой электропечи / Буторин В. К. , Ельцов Б. П. , Репин В. П. , Кошелев А. Е.

28. А. С. СССР N 1663602. Адаптивная система управления объектами, подверженными координатным и параметрическим возмущениям / Мышляев Л. П. , Авдеев В. А. , Киселев С. Ф. , Буторин В. К , Оржех М. Б. , Кошелев А. Е.

29. А. С. СССР N 1641111. Система управления для объектов с рециклом./ Мышляев Л. П., Авдеев В. П., Кошелев А. Е. , Буторин R К. , Киселев С. Ф. , Дьячков А. Н. , Велик Д. М.

30. А. С. СССР N 1493684. Способ нагрева под прокатку массивных слитков в регенеративных колодцах /Кошелев А. Е. , Кожин А. В. , Велик Д. М. , Буторин В. К. , Аверин А. В.

31. А. С. СССР N1734459. Устройство для взвешивания массивных слитков в движении/Буторин В. К. , Тебеньков А. И. , Ильин М. Ю. , Уланов 0. И.

32. А. С. СССР N1811272. Устройство для взвешивания слитков.в движении. / Буторин В. К , Парпаров Я. Г. , Уланов 0. И. , Ильин М. Ю.

33. А. С. СССР N 1624271. Устройство для взвешивания слитков в дви-жении/Мышляев Л. П. .Буторин В. К. .Кошелев А. Е. .Велик Д. М. .Уланов 0. И.

34. А. С. СССР N 1631306. Весоизмерительное устройство/Авдеев В. П. , Митин В. В. , Кошелев А. Е. , Буторин В. К. , Уланов О. Я

35. Лебедев В. И. , Буторин В. К. , Катунин А. И. .Ильин М. КГ, Ершов Н. В. Оперативный контроль работы комплекса сталь-прокат на Кузнецком металлургическом комбинате //Сталь.-1995.-N12.-с. 69-72.

ПРИЛОЖЕНИЯ

На рис.1 приведена сетевая структура АС Оперативного управлен комплексом сталь-прокат и горячим транзитом металла, не показана на структуре АС АКСИОМА потому, что входит I состав обжимного цеха и Центральной теплотехнической ле боратории.

В табл. 1 приведены пооперационные экспериментальные данные исс дований прохождения рельсового металла по комплекс; всего 210 плавок, без нарушений ССГ-С..} - 102 плавки, ( нарушениями, но без переназначений - 71 плавка, перена; начены - 37 плавок

В табл. 2, 3 приведены технико-экономические показатели, получ ные в результате ввода в дейогвие АСКДУ сталь-прокат 1 АС АКСИОМА соответственно.

На рис. 2,3,4,5 приведены примеры ежесуточно формируемых выходи форм АС ОКП, всего формируется и выдается на печать 3: вид графика и 6 таблиц для оперативного анализа ход; производства к 8.00 текущих суток за прошедшие сутки.

На рис.6 приведены характерные диаграммы колебаний системы Э-на основе которых определен наиболее информативный час отный диапазон динамического контроля горения дуги дл предотвращений поломок злектодов ДСП-100.

На рис.7 показана характерная диаграмма реакции системы Э-ЭД ступенчатое воздействие.

На рис.8 приведен пример реализации способов управления злега ческим режимом ДСП-100 с минимальным риском поломки эл ктродов по [25,26] для трех видов характерных режимо горения дуги с идентификацией текущего состояния дуги.-

На рис. 9 приведены характерные кривые изменения Ьг и по хс плавки в ДСП-100, на основе которых производится иденти " икация открытия дуги по ходу плавления в ДСП-100 [27].

На рис. 10 приведена характерная диаграмма для иллюстрации ал: итма динамического контроля тепловых нагрузок на подга ДСП-100 по [20,21]. ,

А С К Д У сталь-

п р о к а т

м-1

и-г

Разливка

7-8

Стр-1 ОНК До

|5 6

1-6

Сервер ВЦ прок.цехов

Др

Дк

Сервер

АС ОДУ рельсобалочного цеха

1 г 3 4

Нач .цеха ПРБ « Фабрикат Эконом.

5 ь 7 8

Зам экон Зам техн Кадры Нормиров

9-12

9 10 11 1а

Дк , Оп.план! Оп.планЗ ПРУ

АС СКП

АР М-1

АРМ-е

Р-АС СК рельсового проката-

арм-1

арм-2

арм-1-

_АС анализа качества ЦК/К-

Прокат

р

Сталь

з

Б.Д.

Рис .1 Сетевая структура АС оперативного управления комплексом сталь-прскат и горячим транзитом металла

АСКЛУ гталь-ппрсат; 1-АРМ Диспетчера мат'еновского цеха-1 ; 3-АРМ Диспетчера мартеновского цеха-2; 3-АРМ 0ТК разливки; 4-АРМ ОТК Стрипперного отделения-1: 5-АРМ Посадчика металла ОНК; &-АРГ1 Диспетчера обжимного иеха; 7-АРМ Диспетчера РБЦ; 8,9-АРМ Диспетчера комбината; 10,11-АРМ,1 Оперативного планирования; 1Н-АРМ Производственного упр.

АС ОДУ рельсобалочного цеха: 1-АРМ Начальника цеха; 3-АРМ Начальника ПРБ: 3-АРМ Фабрика-.тора ПРБ; 4-АРМ Экономиста цеха; 5-АРМ Зам.нач.цеха по экономике; Ь-АРМ Зап.нач.цеха по технологии; 7-АРМ Кадры; 8-АРМ Нормировщика цеха.

_ 1-АРМ Анализа качества проката; Е-Анализа качества ста-

хранения оперативной информации и база данных системы.

табл. )

Тип текнолопичес- Время запаздьедния t г (i) , мин . , определяющее:

кой или транспор-

тной операции в полную частичную потерю

комплексе управляемость управляемость управляемости

Время выпуска

плавки, начало 10 + 5 го ± 10 более 30

Всемя разливки 0

начало 10 + 5 20 + 10 более 30

окончание 5 + 3 10 i 5 более 20

Время отстоя

начато 10 ± 5 12 + г более 15

скончание 5 + 5 10 i 5 более 15

Время стрипперов.

начато 15 + 5 го + 5 более 25

окончание 5 + 3 5 ± 3 более 10

Время посада сли-

тков в ОНК

начало 10 + 5 15 ± 5 более 20

скончание 5 + 3 10 + 5 более .15

Время выдачи наг-

ретых слитков:

reo ячий транзит

начало 5 ± 3 10 i 5 более 15

скончание 5 + 3 10 + 5 более 15

разд. передел

начало 15 i 5 20+10 более 35

окончание 15 ± 5 27 + 10 более ад

Время приема за-

готовок горячего

транзита в прскат 5 i г 10 + 2 более 12

Темпеоатура мета-

ла по стадиям об-

работки:

жидкий.

dt = + 50 - 20 ± 10 -

+ 80 - 10 i 5 ' -

+ 100 15 ± 5 20 + 5 более 15

более 150 10 ± 5 15 + 5 ' более 15

слиток, горячий

транзит

dt = + 75 10 i 5 20 ± 10 более 30

: +100 10 + 5 15 ¿ 5 более 20

+. 200 5 i. г 10 + 5 более 15

более 250 - 5 ± 2 более 10

Транспорт.■соста-

ва .reo ячий тран.:

разливка-отстой 15 i 5 20 ± 5 более 25 .

отстой-стриппер. 10 ± 5 15 ± 5 более 20

стриппер-ОНК 5 + г 10 ± г более 15

Транспорт, загот-

овок 0НК-РШ г + i 5 + 1 более 5

табл. г

Наименование контролируемого показателя Единица измерения Значения показателей

до внедрения (1987-89г) после внедрения <1990-91 г)

Среднее время ТрО стрип-пер-ОНК мин 22.0 20 .3

Среднее время простоев составов с изложницами перед посадом спитков мин 16.5 14 .7

Средняя температура вса-да слитков горячего тран. °С * 835.5 839.2

Среднее врепя простоя состава с изложницами из-за отсутствия сопроводительных документов мин 12 .5 3.5

табл. 3

Наименование контролируемого показателя Единица иэперения Значения показателей

до внедрения ( 1 987-89г> после внедрения (1990-91 г)

Среднее длительность кампании нагреват. колодцев месяц 1 1 .65 12 ,В2

Среднее время простоев колодцев между циклами нагреэа (без хол. хода) мин 18 .20 17.93

Среднее количество циклов нагрева слитков цикл/сут. 6.11 6 .27

Количество слитков, возвращаемых в ОНК по недо!— реву на цикл нагрева шт/цикл 0.0051 0 .0037

Среднее время нагрева одной садки слитков (7 шт.) мин 228.10 220.50

Анализ тенЭенций качества планиробигш роботы мартевэбских цехоб 30 4 агреля

спгр.5(3)

График прохождения металла по комплексу сталь-прокат за 4 апреля

-о • прочие

1—быпуск план, 2- -Люпуси <рокт, 3 - разлибка 4—стригк'|,.о1,о «.«з. 5--колп8ць>. 6 -ЬьЙсма

ОинаАлика тгллпературы бсада За 4 апреля

сгпр.20(6)

бромя начала посада, час

Рис 4

Ритм побачи слиткоЬ на блк-пичг V апреля '

стр И!1)

'.•лигг.коб

ЕЗ бсего

Н б

релос

60

П.7.ЕЙ

2х7.б

2.17

13.1.1,8

Б.13Й.9

так

«,2.5,6

7 В 9 10 11 12 13 I' к;

ЙД3.1

9,9,1

2.5 24 12 3 1 5 Ьремя, час

Рис. 6 Диаграммы

амплитуды колебаний системы Э-ЭД в горизонт;

плоскости снятые одновременно в частотном спекторе (П=2.4Гц; Г2=4.8 Гц; Г3=8 Гц; 14=10 Гц)

T, CSLK.

Рис. 7 Характерная реакция системы Э-ЭД на перемещение электрода в вертикальной плоскости при реализации способа подавления резонанса электродов С 25] |

Аэ = 0 % при положении равновесия системы. Э-ЭД при отсутствии дуги; Аэ = 100% при максимально возможном отклонении электрода от положения равновесия, конструктивный параметр печи ДСП-100, находится в диапазоне 0. 05-0. 25 м.

время от начала плавки мин.

Рис. Я

Рис. 9 Характерная динамика совместного изменения 1г и Рв Управляющее воздействие по способу [271, снижающее 1:п на 8-15сС нанесено на 23 мин от начала плавки (ДСП-100 НЗА).

1 - завалка (50-65 тонн); 2 - плавление завалки; 3 - проплавление колодцев; 4 - подвалка (35-50 тонн); 5 - плавление подвалки; 6 - окислительный период; В - выпуск; 7 - завалка следующей плавки. I пах - температура максимальной тепловой нагруз'ки на подину.