автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Информационная модель управления основностью аглошихты

Р Г Б ОД

2 2 КЮН .1933

На правах рукописи

ГОЛОВЫРИН СЕРГЕЙ СТАНИСЛАВОВИЧ

ИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ ОСНОВНОСТЬЮ АГЛОШИХТЫ

Специальность 05.13.16 - Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях (технические науки)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург 1998

Работа выполнена в Уральской государственной горно-геологической академии.

Научный руководитель: Зобнин Б.Б., доктор технических наук, профессор, член-корреспондент АИН РФ.

Официальные оппоненты: Бастан П.П., доктор технических наук, профессор;

Ефремов В.Н., кандидат технических наук, доцент.

Ведущая организация: АООТ "Уралмеханобр".

Защита диссертации состоится 25.06.98 в Ю00 на заседании диссертационного совета К 063.03.05. в Уральской государственной горно-геологической академии по адресу: 620144 г. Екатеринбург, ул. Куйбышева,30.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральской государствен ной горно-геологической академии.

Автореферат разослан " " мая 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета _ М.Д. Печорина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы:

Основные вопросы развития современных предприятий связаны с внедрением ресурсо- и энергосберегающих технологий, и к настоящему времени именно эти технологии позволяют получать дополнительную прибыль в производстве. Для производства окускованного материала (агломерата и окатышей) и домен-адго процесса внедрение ресурсо- и энергосберегающих технологий наиболее зажно. Одним из перспективных направлений в разработке подобных техноло-■ий является разработка способов улучшения качества окускованных материа-юв путем стабилизации их основных характеристик. Это позволяет прежде ¡сего:

- повысить производительность домны;

- уменьшить расход энергоносителей (кокса, электроэнергии, газа и т.д.);

- уменьшить количество вредных компонентов в металлургическом сырье.

Известные способы управления качеством аглошихты характеризуются от-

:утствием учёта качества возвратных продуктов, запаздыванием оперативной шформации и значительными погрешностями наблюдения, что обусловливает начигельный процент брака и снижение сортности выпускаемой продукции.

Поэтому актуальным является задача разработки информационной модели правления основностью аглошихты, позволяющей объединить в непротиворе-ивую систему априорно известные закономерности процесса с текущей опера-ивной информацией, и тем самым уменьшить потребности в объеме, точности ; оперативности информации о процессе шихтоподготовки.

Тема исследования соответствует задачам документа "Федеральная про-рамма технического перевооружения и развитие металлургии России до 2000 .", одобренного правительством России.

Цель работы состоит в повышении стабильности основных качественных ха-актеристик агломерата.

Задачи, решаемые в диссертационной работе, сформулированы следующим бразом:

- исследовать эффективность традиционных способов управления процес-ом, взаимосвязи качественных характеристик исходной шихты и агломерата,

статистические характеристики погрешностей измерений и стационарность ка чественных характеристик;

-обосновать управляющие воздействия, позволяющие стабилизировать основность агломерата;

- получить уравнение движения объекта с учетом возмущений, обусловлен ных изменением состава шихты;

- обосновать структуру информационной модели управления основностьк аглошихты;

- разработать и реализовать систему управления основностью аглошихты использующую информационную модель процесса.

Объект исследования - процесс формирования основных качественных показателей аглошихты.

Основная идея работы состоит в создании системы управления качеством агломерата, использующей информационную модель управления основностью аглошихты, построенную с учетом уравнений материального баланса, динамики движения материальных потоков и технических ограничений на возможность непосредственного контроля оборотных продуктов.

Научные положения, защищаемые автором. ■

1. Стабильность качественных характеристик аглошихты следует обеспечить путем сочетания двух взаимно дополняющих друг друга способов: формирования требуемой рудной шихты при недельно-суточном планировании и оперативного управления процессом шихгоподготовки путем изменения расходе флюсующих добавок.

Предпочтительным управляющим воздействием на основность технологического агломерата, характеризующимся самой высокой параметрической чувствительностью и автономностью по отношению к другим качественным показателям, является расход известняка.

2. Оперативное управление процессом шихтоподготовки необходимо осуществлять с использованием информационной модели, позволяющей объединить в непротиворечивую систему априорно известные закономерности процесса с текущей оперативной информацией.

3. Оптимальную структуру системы управления рационально искать в классе систем стабилизации с косвенным измерением возмущения.

При этом обеспечивается низкая чувствительность свойств агломерата к из мнениям параметров процесса формирования аглошихты.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомен [аций, содержащихся в диссертационной работе, подтверждаются результата га вычислительных и промышленных экспериментов; положительными ре ультатами внедрения разработанной системы управления участком шихтопо; отовки аглофабрики на Качканарском ГОКе, а также публикацией основны >езультатов исследований.

Научная новизна работы.

1. Установлены закономерности изменение параметров процесса подготовк .гломерата от состава железорудной части шихты, топлива и флюсующих дс ¡авок.

2. Предложена информационная модель управления основностью аглоши) :ы, построенная с учетом уравнений материального баланса, динамики движс гая материальных потоков и технических ограничений на возможность непс :редственного контроля оборотных продуктов.

3. Предложен способ управления процессом дозирования шихты для окускс ¡ания железорудных материалов с использованием информационной модел! ¡ащищенный патентом Российской Федерации № 977505.

Практическая ценность.

1. Алгоритмическое и программное обеспечение системы управления у час: :ом подготовки аглошихты разработано и внедрено на Качканарском ГОКе.

2. Реализована имитационная модель, позволяющая исследовать эффекта! юсть управления основностью аглошихты при различных вариантах построс ¡ия системы контроля.

Методика выполнения работы. При исследовании и моделировании процесс пихтоподготовки использованы методы математической статистики, теори !увствительности, имитационного моделирования, аппарат дифференциальны сравнений. В работе применен системный подход, позволяющий решить зад! ш на единой методологической основе.

Реализация результатов работы в промышленности. В период 1989-96 Уральской горно-геологической академией на Качканарском ГОКе проведен заботы по поиску методов повышения качества дозирования окускованных м! гериалов. Найден эффективный способ дозирования окускованных материало:

учитывающий предысторию процесса окускования. Разработана и внедрена ав томатизированная система управления участком шихтоподготовки.

Личное участие автора в получении научных результатов, изложенных диссертации заключается в анализе и декомпозиции объекта управления; соз дании математического, алгоритмического, информационного и программной обеспечения системы управления процессом формирования аглошихты; про верке работоспособности системы на реальном объекте.

Апробация исследований. Основные положения диссертации доложены ] обсуждены на технических советах Качканарского ГОКа и на научнс технических конференциях.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 статей, получен патент на изобретение № 1792438

Структура и объем работ. Работа состоит из введения, четырех глав и заклю чения, изложенных на 111 страницах машинописного текста, включая 15 таб лиц и 30 рисунков, библиографического списка из 57 наименований и прило жения.

При разработке и внедрении в производство-системы управления основнс стью шихты большую помощь автору оказали работники Качканарского ГОК; Искаков И.М., Огуречников А.П., Леушин В.Н., Куркин В.М., Кукалев В.А Редькин В.В., Маточкин A.B., Крупйн A.B., Козин A.A., Титов Н.С., Маточки: В.А., Александров В.П., Завгороднев В.И., работники горно-геологическо; академии Петров Ю.С., Боровков В.А., Краева О.В., Граф Д.В. Всем им авто выражает признательность и благодарит за помощь.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Требования к качеству товарной железной руды, концентрата, агломерата, экатышей регламентируют ГОСТы. Например, в условиях Качканарского ГО-<а на качественные выходные показатели накладываются одно- и двусторонние ограничения:

- по основности 1.24 < Мз < 1.35 ;

- по содержанию железа 56 < (3[С < 57.5 ;

- по содержанию ванадия Ру ^ 0.52.

Традиционно задача управления качеством товарной продукции решается на ¡авершающем технологическом переделе при условии, что качество сырья по-1аваемого на данный передел удовлетворяет заданным ограничениям. Однако 1а практике обеспечить подачу требуемой рудной шихты на фабрику не удает-:я, что вызывает изменение качества товарной продукции. Поэтому для реше-шя задач управления требуется рассмотреть в целом весь сырьевой тракт, )беспечивающий подачу обогащенной руды и флюсообразующих добавок на фоцесс агломерации.

Этот сырьевой тракт включает в себя процессы доставки руды из добычных абоев на обогатительную фабрику с соответствующей шихтовкой технологиче-ких типов руды, обогащение смеси руд на фабрике, а также шихтовку концен-рата, известняка и топлива непосредственно перед процессом агломерации.

Упрощенная схема процесса окускования представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Упрощенная схема процесса окускования

Существующая система управления, характеризующаяся запаздыванием ин-гормации о качественных характеристиках, отсутствием контроля горячего воз-рата, значительными погрешностями наблюдений, обуславливают значительную ;олю брака. Так, в условиях Качканарского ГОКа процент брака, определенный

как вероятность выхода за границы [2.0;2.4], при заданной основности 2.2, сосгаг ляет 7% для паспортного агломерата и 12% для технологического.

Выполненный анализ отечественного и зарубежного опыта стабилизации ка чественных характеристик шихты показывает, что существует два пути разре шения этой проблемъ! и их различные сочетания. Первый путь заключается стабилизации свойств железорудной части шихты и имеет ограничения при ис пользовании на горных предприятиях, обогащающих различные технологиче ские типы руд. Второй путь заключается в совершенствовании системы управ ления процессом формирования аглошихты.

В диссертационной работе решается задача разработки способа управлени. участком подготовки аглошихты, позволяющего при относительно нестабиль ной исходной шихте обеспечить минимум колебаний основности агломерата.

В соответствии с поставленной задачей исследованы закономерности про цесса формирования основности аглошихты. Упрощенная структура объект; управления представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Упрощенная структура объекта управления

Качество железорудной части шихты определяется соотношением расходо1 С>ь-.,С>„ отдельных технологических типов руд.

Процесс формирования аглошихты является объектом связанного регулиро вания, так как изменение расходов компонентов шихты влияет как на основ ность агломерата, так и на содержание железа в нем.

Результаты исследования чувствительности качественных характеристик же лезорудной части шихты к различным воздействиям показали, что основны.ч возмущающим воздействием является отклонение состава рудной шихты о: рассчитанного при недельно-суточном планировании.

Чувствительность массовой доли ^го компонента pj в концентрате к изменению расхода ¡-го технологического типа руды определяется из формулы:

О'р] ¿Ях

еири I д I £ ц - еи I б / ¿у /3; ]

_I = 1_/ = 1_

0)

2

/=1

где С>! - расход концентрата, полученного из ¡-го технологического типа руды, / = 1 ,п, т/смену;

Еу - извлечение ] -того компонента в концентрат, полученный из ¡-го технологического типа руды, %;

ру - содержание ]-того компонента в концентрате, полученном из ¡-го технологического типа руды, %.

Результаты расчета коэффициентов чувствительности, выполненного для условий Качканарского ГОКа приведены в таблице 1.

Таблица 1. Чувствительность массовой доли компонентов в концентрате к изменению соотношений технологических типов руд Расход рудной шихты С)„=13849 т/смену

Данные 1 тип 2 тип 3 тип

Соотношение руд: 37,00% 40,00% 23,00%

Содержание Бе в концентрате: 65,00% 62,00% 58,00%

Потери при прокаливании концен-

трата: 0,50% 0,83% 1,10%

Содержание А1 в концентрате: 2,20% . 2,60% 3,50%

Содержание Са в концентрате: 0,70% 1,40% 2,80%

Содержание в концентрате: 1,20% 1,90% 3,00%

Содержание в концентрате: 1,90% 3,40% 6,70%

Содержание Т1 в концентрате: 2,40% 3,10% 2,50%

Извлечение ¡-го компонента руды в

концентрат: 0,63 0,60 0,57

Результаты расчета 1 тип 2 тип 3 тип

ЗРМ 0,000204 -0,000021 -0,000292

дРпгт/сХк -0,000020 -0,000005 0,000023

ЭРл/ЗО! -0,000033 -0,000003 0,000058

эро/аз, -0,000055 -0,000002 0,000093

оРмс/Щ -0,000050 0,000002 0,000077

-0,000123 -0,000010 0,000215

5Рг/90. -0,000023 0,000029 -0,000014

Полученные значения коэффициентов чувствительности показывают знач тельное влияние изменения расхода технологических типов руд на массову долю компонентов в концентрате и, в конечном итоге, на основность агломера та. Наиболее чувствительным к изменению расхода технологических типов ру оказалось содержание 8Ю2 и содержание Ре в концентрате.

Установлено чередование периодов поступления стабильной (отвечающе техническим условиям) и нестабильной рудной шихты.

Полученные численные оценки дисперсий и ковариаций для стабильной нестабильной рудной шихты сведены в таблицы 2, 3.

Таблица 2. Статистические характеристики стабильной рудной шихты

FeK FeT Fen CaOK CaOT CaO„ Si02K Si02T Si02n

FcK 0,26 0,29 6 0,38 . Il -0,64 0 -0,32 6 -0,38 11 -0,71 0 -0,19 10 -0,19 12

FeT 0,63 0,38 8 0,25 -19 -0,95 0 -0,41 6 -0,23 -6 -0,68 0 -0,24 8

Fen 0,64 0,13 -21 -0,44 -8 -0,98 0 0,32 -22 -0,32 -8 -0,83 0

СаОк 0,084 0,18 1 0,16 '12 0,25 0 0,14 0 -0,19 6

СаОт 0,66 0,47 7 0,18 1 0,55 0 0,17 18

СаОп" 0,52 0,17 -6 0,32 -8 0,79 0

Si02K 0,24 0,18 7 0,26 6

Si02T 0,25 0,29 8

Si02n 0,19

Введены следующие обозначения:

FeK, Fer, Fe„ - содержания железа, соответственно в концентрате, технолог ческом и паспортном агломератах, %; . СаОк, СаОт, СаОп - содержания кальция, соответственно в концентрате, те

нологическом и паспортном агломератах, %;

БЮгк, ВЮ2х, 8102п - содержания кремния, соответственно в концентрате, технологическом и паспортном агломератах, %.

Таблица 3. Статистические характеристики нестабильной рудной шихты

Рек Рет Реп СаОк СаОт СаОп 8Ю2к 8Ю2п

Рек 0,86 -0,31 6 -0,28 8 -0,97 0 0,29 14 0,39 8 •-0,97 0 0,28 10 0,33 8

Ре, 0,68 0,29 0 0,29 -7 -0,96 0 0,5 26 0,25 -6 -0,49 0 0,47 27

Реп 0,53 0,29 -8 -0,62 14 -0,97 0 0,27 18 -0,47 16 -0,99 0

СаОк 0,27 -0,28 11 -0,41 8 0,96 0 -0,29 10 -0,35 8

СаОт 0,67 0,46 0 0,19 -6 0,40 0 0,64 -14

СаОп 0,48 '-0,25 -8 0,48 2 0,98 0

зю2к 0,61 0,17 2 0,17 0

м02т 0,27 0,39 0

>Ю2п 0,15

Верхние цифры в таблицах 2 и 3 соответствуют оценкам дисперсий и кова-шаций, а нижние цифры - временным сдвигам между соответствующими переменными.

Анализ взаимовлияния различных компонентов концентрата показал, что еснота связи между содержанием различных компонентов существенно ависит от соотношения руд, используемых при производстве концентрата. Для азличных выборок коэффициенты парной корреляции могут изменяться от -,96 (для связи Рек - СаОк при нестабильной рудной шихте) и -0,97 (для связи ек - БЮгк при нестабильной рудной шихте) до -0,64 (для связи Рек -СаОк при

I

габильной рудной шихте) и -0,71 (для связи Рек - 5Ю2к при стабильной рудной

п

шихте). Это объясняется тем, что соотношения компонентов в концентрате зависят от типа руды, поступающей на обогащение, и чем сильнее преобладает в смеси тот или иной тип руды, тем более высокой оказывается теснота связи между различными компонентами концентрата.

Исследования параметрической чувствительности основности к массовым расходам компонентов шихты. Результаты исследования сведены в таблицу 4 Анализ результатов выявил, что предпочтительным управляющим воздействи ем на основность технологического агломерата, является расход известняка. О? характеризуется самой высокой параметрической чувствительностью и авто номностью по отношению к другим качественным показателям.

Таблица 4. Параметрическая чувствительность основности к массовым расходам компонентов шихты

Км

Расход концентрата 0,645

Расход известняка 0,737

Расход топлива 0,092

Динамические характеристики объекта управления.

Динамика объекта управления определяется наличием рециклов (горячего холодного возвратов).

Объект с рециклом по каналам: расходы компонентов шихты - расход аглс мерата может быть представлен суммой транспортных ветвей:

ехрС-рг^) — К1

ехр(-рг2) —

К2

ехр(-ртп)

Рисунок 3. Объект с рециклом Введены следующие обозначения:

<3,)х(0, (2ВЫ1((Х) - расходы материальных потоков на входе и выход объекта, т/'

К,..КП - коэффициенты передачи отдельных транспортных ветвей, отн.ед.;

К

г,..^ - запаздывания в соответствующих транспортных ветвях, час. Коэффициент передачи ¡-ой транспортной ветви вычисляется по формуле: г-1

(2)

где ар - степень рециркуляции, т.е. отношение оборотного продукта к оригинальному питанию.

Коэффициенты передачи отдельных транспортных ветвей, рассчитанные по формуле 2, приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Коэффициенты передачи отдельных транспортных ветвей

Яр К, к2 • К3 к4

0,3 0,7692 0,1775 0,0410 0,0095

0,6 0,6250 0,2344 0,0879 0,0330

Объект по каналу "расход известняка - основность технологического агломерата" описывается следующим линеаризованным уравнением:

X =аХ+Ьи, (3)

где Х=М-М3;

' и^-С}«;

а"1 - инерционность канала, связывающего расход известняка с основностью технологического агломерата;

Ь - коэффициент передачи, связывающий приращение расхода известняка с изменением основности.

Значения параметров модели изменяются под действием неконтролируемого возмущения, обусловленного изменением состава рудной шихты. Значения параметров модели сведены в таблицу 6.

Таблица 6 - Значения параметров модели при вариации свойств компонентов

Значение неконтролируемого возмущения Значения параметров модели а Ь

Л=0 (стабильная шихта) Л=1 (нестабильная шихта) 0,025 0,0257 0,017 0,0310

К=-

ар +1

аг

ар +1

1

Таким образом, изменение состава рудной шихты приводит к изменениям рециклов, что, в свою очередь, определяет изменение коэффициентов передачи и инерционности объекта.

Инерционнрсть объекта с учетом рециклов оказывается существенно больше транспортного запаздывания, что позволяет рассматривать этот объект, как инерционный.

Уравнение движения управляемой системы, обусловленное вариациями качества аглошихты, при фиксированном значении вектора параметров записывается в виде:

X (О+Б (1)АЛ=аХ(1)+а,Х(0+а5(0 ДЛ+Шф+МЩ) АЛ, (4)

где 8(1)-5Х(1Л)

5Л

- функция чувствительности;

л = Л.

Дополнительное движение, определяемое как разность движений варьированной^) и исходной(З) систем, записывается в виде:

¿0)=а8(0+а,Х(1)+Ь1и(0, 8(0)=0 ' (5)

Пользуясь данными, приведенными в таблице 4, получим численные оценки производных оа/ЭЛ и дЪ/дА и представим движение системы для конкретного значения Л в виде:

X (г)=0,025Х(г)+0,02571ад, Х(0)=Х0;

(6)

Б (0=0,0258(0+0,017Х(0+0,031 и(1), Б(0)=0.

Обоснование способа управления.

Результаты исследования свойств объекта позволяют заключить, что качество готовой продукции можно регулировать сочетанием двух способов.

Первый способ - регулирование на относительно низких частотах, соответствующих периодам более 8 часов путем изменения расходов технологических типов руд (составление требуемой рудной смеси). Это регулирование характеризуется большим временем транспортного запаздывания в цепи передачи управляющего воздействия, а также большим диапазоном регулирования каче-

ства готовой продукции (агломерата). Данный сцособ регулирования лучше всего использовать на низких частотах и, главным образом, для регулирования качества продукции по содержанию железа, так как регулирование основности достаточно эффективно, проводится вторым способом регулирования.

Второй способ - регулирование при составлении шихтовой смеси для агломерационного процесса. Это регулирование характеризуется малым временем запаздывания. Оно производится путем изменения расходов флюсующих добавок. При изменении величины расходов флюсующих добавок на 10 % содержание железа меняется на 0,6 %, основность на 7 %. Данный способ лучше использовать для регулирования основности, так как он полностью компенсирует все отклонения.

Изменения в широких пределах тесноты статистических связей между качественными характеристиками аглошихты и нсстационарность процесса делают невозможным традиционный подход к прогнозированию этих показателен с использованием статистических моделей и требуют учета закономерностей, определяемых балансовыми соотношениями и динамикой движения материальных потоков при формировании аглошихты.

Информационная модель процесса формирования основности технологического агломерата построена с учетом уравнения материального баланса и динамики движения материальных потоков в процессе формирования аглошихты.

Максимальный объем информации о вещественном составе технологического агломерата, соответствующий полностью наблюдаемому процессу, содержится в аналитической модели, построенной с использованием уравнений материального баланса:

_ (Зк(1--УУк)СаОк +(?т(1-\Ут)2тСа07 +<3И(1-\Уп)СаОп +двСаОв аТ *3к(1" +(}т(1- \¥т)2т8Ю2г +*2и(1- ^п)8Ю2ц + С?в^102в '

где (X, (3„, (Зт - расходы концентрата, топлива, известняка соответственно, т/ч;

СаОК) СаОг, СаОи, ЯЮ2к, 8Ю2и 8Ю2и - содержания СаО и 8Ю2 в шихте (концентрате, золе топлива и известняке, соответственно), отн.ед;

7Т, '\УК, \¥т, \Уи - зольность топлива, влажности концентрата, топлива, известняка, соответственно, отн.ед;

СаОв, БЮ2В - содержания СаО и 8Ю2 в возврате, отн.ед;

()в - расход возврата, т/ч.

• Для косвенного контроля возмущений, связанных с изменением состав шихты, используются расходы возвратных продуктов.

Рассмотрены следующие основные варианты контроля расхода возвратны продуктов: оценка по фиксированному отношению возврата к оригинальном питанию; оценка по ежесменным провескам и непосредственное взвешивание.

При отсутствии контроля возврата расход возврата в формуле (8) предпол; гается равным нулю. При контроле расхода возврата с использованием пров( сок раз в смену полученная оценка считается верной до момента следующе провески. В случае непосредственного весового контроля возврата измереннь: значения подставляются в формулу(7).

Принимая во внимание динамику движения материальных потоков, полага ем, что возвратные продукты получены из шихты, которая поступила в про цесс за время т до момента расчета, вычислим:

Qк(i-т)(l-Wк(i-x))CaOк(i-т) + Qи(i-тKl-Wи)CaOи(i-т) а В дк0-т)(1-^к(!-т)) + <}и0-тК1-\Ун)(1-111Ш)

0т('- -0(1 - \Ут)СаОг(1 - х)Ъ + <3в(1 - т)СаОв(1 - т)

п_дкО-^)(1^ка-,»8ю2ко-Т)+дио-х)(1-уун)8ю2ио-х)

1 2в дки-т)(1-™ка-г)) + диа-т)(1-\уи)(1-ппп)

От (1 - т )(1 - Wт)SiO 2т0 ~ + Ов о - т)8Ю2в (1 - т)

+ <?т0-т)(1-\\'г)2 + (Ь(1-т) ' (9)

где СаОв(0, 8Ю2а(1) - вычисленные значения содержаний окиси кальция : кремнезема возврата на текущий интервал времени, %;

(}х(1-х),С)т(1-т),(Зи(1-т) - фактические расходы концентрата, топлива, извест няка в шихте, взятые за предыдущий интервал времени, т/ч;

СаСЦит), СаОт(1-т), СаОи(И), 8Ю2к0-т), БК^О-т), 8Ю2„(ьт) - содержав: СаО и Б^Ог в шихте (концентрате, топливе, известняке, соответственно), взят1 за предыдущий интервал времени, полученные на основе данных химанализс отн.ед;

\Ук(1-т) - влажность концентрата, взятая за предыдущий интервал времен] отн.ед;

Z, \УТ, \УИ, ППП - зольность топлива, влажность топлива и известняка, поте-га при прокаливании известняка, соответственно, полученные на основе хи-1анализов (производятся 1 раз в смену - 8 часов), отн.ед;

<Зв(1-т) - фактический расход возврата, взятый за предыдущий интервал вре-1ени, по данным конвейерных весов возвратных продуктов, т/ч;

СаО„(ьт), ЗЮгвО-т) - содержания СаО, 8Ю2 в технологическом агломерате ехнологическом, взятые за предыдущий интервал времени, полученные на >снове данных химанализов, отн.ед.

Информационная модель используется для косвенного измерения возмуще-шя.

Система управления, изображенная на рисунке 4, относится к системам ста' ¡илизации с косвенным измерением возмущения в основном контуре.

'исунок 4. Система стабилизации с косвенным измерением возмущения

Введены следующие обозначения: Ф0(Р), ФР(Р), ФМОд(Р), Ф*(Р) - передаточ [ые функции объекта, регулятора, модели объекта и компенсатора соответст ;енно.

Исследование эффективности предложенного способа управления выполне ю с использованием, разработанной автором, имитационной модели и про шшленного эксперимента.

Имитационная модель позволила сравнить качество управления основности .гломерата для ситуации, когда процесс является полностью наблюдаемым, т.е :онтролируются массовые расходы и качественные характеристики всех про

дуктов, при интервале дискретности контроля стремящемся к нулю, с ситуациями, когда контроль отдельных продуктов отсутствует, а интервал дискретности контроля увеличивается до используемого в настоящее время.

Значения средних квадратических отклонений (80) основности паспортного агломерата для различных режимов контроля горячего и холодного возвратов приведены в таблице 7.

Таблица 7. Стабильность паспортного агломерата при различных режимах

контроля горячего и холодного возвратов

Холодный возврат

Контроль возврата отсутствует Провески Весы

Горячий Бесы 0,06 0,041 0,03

возврат Провески 0,065 0,049 0,04

Контроль возврата отсутствует 0,077 0,06 0,052

Как следует из результатов, приведенных в таблице 7, без использованиз информационной модели, 80 составляет 0,077 отн. ед. При использовании информационной модели без весового контроля расходов горячего и холодной возвратов минимальное 8о=0,049 отн. ед.

Оценки полученные в вычислительном эксперименте следует рассматривав как гот возможный предел точности стабилизации, который может быть дос тигнут при условии справедливости принятых допущений.

В ходе промышленного эксперимента проанализирована работа цеха шихто подготовки в течение 50 рабочих смен подряд. В качестве данных использова но 180 паспортов (химанализов конечного продукта).

При управлении процессом дозирования шихты с использованием информа ционной модели в условиях автоматического контроля расходов возвратны; продуктов среднее квадратическое отклонение основности агломерата от за

шнного значения составило 0,030 отн. ед., что подтверждает результаты вы-гислительного эксперимента. Выпуск агломерата первого сорта (диапазон 1,23-.,37 отн. ед.) составил 97 %. Следует отметить, что при использовании предлагаемой информационной модели для управления процессом шихтоподготовки галичие брака исключено.

Промышленная реализация.

Для эффективного использования разработанного алгоритма управления не-)бходима его адаптация к конкретным производственным условиям.

Адаптация сводится к введению поправок, учитывающих дрейф характеристик •ехнологического процесса под воздействием неконтролируемых факторов.

Система управления включает в себя контуры, выполняющие функции: 'правление по возмущению (включается в работу, устанавливая новый расход 1звестняка, всякий раз, когда появляются новые анализы компонент шихты или вменяются задания в систему); управление по отклонению (реагирование на вменение основности технологического агломерата); коррекция связи между ос-ювностью готового агломерата и основностью технологического агломерата; :оррекция задания системе дозирования по усредненному значению основности в (вух последовательно проходящих партиях технологического агломерата.

Система управления реализована в виде АРМа оператора-технолога участка цихтоподготовки аглофабрики, выполняющего следующие функции; запуск гокальной системы управления на базе аппаратуры "Avtolog"; повышение дос-оверности контроля; документирование работы технологического комплекса, ; том числе регистрация в базах данных оперативной информации по техноло-ическим параметрам процесса (химанализы, массовые расходы продуктов, ра-юта оборудования, и т.д.), вызов подсистемы АРМа, производящей расчет не-|бходимого соотношения компонентов дозирования шихты для аглофабрики.

Программная реализация алгоритмов произведена с использованием СУБД гохРго. АРМ содержит 73 программных файла, 30 файлов баз данных и 3 фай-га (с расширением ехе) для взаимодействия с системой Avtolog.

Разработанная система управления внедрена на Качканарском ГОКе в соста-¡е АРМа оператора-технолога и с 1996 г находится в промышленной эксплуа-ации. Приведенная выше методика, управления процессом дозирования ших-ы, защищена патентом.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Необходимость повышения конкурентоспособности металлургическое продукции и внедрение жестких норм загрязнения окружающей среды отхода ми производства повышают требования к управлению процессом дозирование аглошихты.

"Однородность химического состава аглошихты дает возможность получе ния оптимального соотношения между кислыми и основными компонентам! шихты, от которых зависит результативность доменного процесса.

Известные способы управления качественными характеристиками агмоме рационной шихты не учитывают или несвоевременно учитывают характери стики возвратных продуктов, что приводит к значительным колебаниям каче ственных характеристик окускованного материала.

Запаздывание оперативной информации о качестве аглошихты обусловлива ет существенный процент брака по основным качественным показателям снижение сортности выпускаемой продукции.

При существующем способе управления среднее квадратическое отклонени основности агломерата от заданного значения по данным ОТК Качканарског ГОКа составляет 0,07 отн. ед. При этом вероятность выпуска агломерата вторе го сорта составляет 12 %, а вероятность брака 7 %.

2. Установлены следующие закономерности процесса подготовки аглошихть

- основным возмущающим воздействием является отклонение состава ру; ной шихты от расчитанного при неделыю-суточном планировании;

- теснота связи между содержанием различных компонентов в концентрат существенно зависит от соотношения типов руд, используемых при произво; стве концентрата: чем более преобладает в смеси тот или иной тип руды, те более высокой оказывается теснота связи;

- предпочтительным управляющим воздействием на основность технолог! ческого агломерата, характеризующимся самой высокой параметрической чу: ствительностью и автономностью по отношению к другим качественным пок зателям, является расход известняка;

- динамика объекта управления определяется наличием рециклов, зависяир от состава рудной шихты.

3. Стабильность качественных характеристик аглошихты обеспечивается п тем сочетания двух взаимодополняющих друг друга способов: формирован]

ри недельно-суточном планировании требуемой рудной шихты и оперативно-э управления процесса шихтоподготовки путем изменения расхода флюсую-щх добавок.

Причем регулирование железа в аглошихте осуществляется на низких часто-IX, путем формирования требуемой рудной шихты.

Управление основностью агломерата осуществляется на высоких частотах утем изменения расходов флюсующих добавок.

4. Рациональной структурой системы управления является система стабили-щии с косвенным измерением возмущения.

При этом обеспечивается низкая чувствительность свойств технологического чгомерата к изменениям параметров объекта.

Оперативное управление процессом шихтоподготовки осуществляется с ис-ользованием информационной модели, позволяющей объединить в непроти-зречивую систему априорно известные закономерности процесса с текущей теративной информацией.

В системе управления используется статическая, ненастраиваемая информа-ионная модель объекта, основанная на уравнениях материального баланса и татывающая динамику движения материальных потоков. Модель позволяет лполнить расчет основности технологического агломерата с учетом характе-гетик возвратных продуктов.

Адекватность разработанных моделей проверена путем проведения вычис-гтельных и промышленных экспериментов, причем вычислительные экспе-шенты производились в условиях учитывающих нестационарность техноло-гаеского процесса и чередования нестабильной и стабильной рудной шихты, вступающей на агломерацию.

Результаты промышленного и вычислительного экспериментов показывают, :о применение системы управления, построенной с использованием инфор-1ЦИонной модели, позволяет уменьшить среднее квадратическое отклонение тактически в 2 раза по сравнению с традиционным способом управления. Оценки, полученные в вычислительном эксперименте, следует рассматри-1ть как тот возможный предел точности стабилизации, который может быть )стигнут при условии справедливости принятых допущений. При управлении процессом дозирования шихты с использованием информа-гонной модели среднее квадратическое отклонение основности агломерата от

заданного значения составляет 0,030 отн. ед. Выпуск агломерата первого сорт (диапазон 1,23-1,37 отн. ед.) составляет 97 %.

При использовании предлагаемой информационной модели для управлени процессом шихтоподготовки наличие брака исключено.

5. Система управления реализована в виде двухконтурной системы (API1 оператора-технолога участка шихтоподготовки аглофабрики), выполняюще следующие функции: запуск локальной системы управления на базе аппарат) ры "Avtolog"; документирование работы технологического комплекса, в то: числе регистрация в базах данных оперативной информации по технологиче ским параметрам процесса (химанализы, массовые расходы продуктов, работ оборудования, и т.д.), вызов подсистемы АРМа, производящей расчет необхс димого соотношения компонентов дозирования шихты по информационно модели.

Программная реализация алгоритмов произведена с использованием СУБ, FoxPro. АРМ содержит 73 программных файла, 30 файлов баз данных и 3 ехе файла для взаимодействия с системой Avtolog.

6 Разработанная система управления внедрена на Качканарском ГОКе. ( 1996 года система в составе АРМа оператора-технолога находится в промыш ленной эксплуатации. Разработанная методика управления процессом дозирс вания шихты с использованием информационной модели защищена патентом.

Материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Пат. 1792438 A3 SU, МКИ С 22 В 1/14. Способ управления процессом дс зирования шихты для окускования железорудных материалов/ Соавторы В.А.Боровков, И.М.Искаков, Ю.С.Петров(РФ).-Ш747016/02; Заяв.06.07.85 Опубл.З0.01.93, Бюл.Ш. -28 с.

2.Управление процессом дозирования шихты для окускования железорудны материалов. Горный журнал, N9-10,1993. 4 стр. Соавторы - В.А.Боровко!

I

Ю.С.Петров, И.М.Искаков, В.А.Маточкин.

3. Комбинированный алгоритм управления процессом агломерации железе рудного концентрата. Горный журнал, N4, 1993. Соавторы - В.А.Боровко] И.М.Искаков, Ю.С.Петров.

4. Математическая модель процесса формирования качественных характер* стик товарной продукции горных предприятий. Горный журнал, N3, 1993.