автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Разработка АСУТП стабилизации химического состава агломерата

На правах рукописи

С УРИН Александр Александрович

РАЗРАБОТКА АСУТП СТАБИЛИЗАЦИИ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА АГЛОМЕРАТА

Специальность 05.13.06- Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург - 2005

Работа выполнена на кафедре информатики ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет».

Научный руководитель: действительный членАИНРФ,

доктор технических наук, профессор Б.Б. Зобнин

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент

C.B. Поршнев

кандидат технических наук И.В. Суковатин

Ведущая организация: ОАО «Уралмеханобр»,

г. Екатеринбург

Защита состоится 21 октября 2005 г. в 15.00 часов в аудитории Р—217 на заседании диссертационного совета К.212.285.02 при ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ» по адресу: 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 32.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организация, просим направлять по адресу: 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19, ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ», ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ»

Автореферат разослан сентября 2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета К.212.285.02 кандидат технических наук, доцент

В.А. Морозова

10£>£>-</ 4 £>613

Мб £364

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В мировой практике агломерации все более актуальным становится вопрос создания современного малозатратного и экологически безопасного производства высококачественного железорудного агломерата, который и в дальнейшем будет оставаться основным компонентом доменной шихты. Последнее предопределяется тем, что агломерационный процесс в настоящее время является самым производительным и экономичным способом получения офлюсованного сырья для доменной плавки, а также попутной утилизации отходов металлургического производства.

В России в настоящее время работают 11 предприятий, производящих железорудный агломерат. Парк агломерационных машин России на 2005 год включает 56 машин общей площадью спекания 6600 м2 и производственной мощностью 57 млн. т агломерата в год. Однако технология производства агломерата на них по ряду причин не содержит в полном объеме ни одного из современных элементов, обеспечивающих требуемое качество агломерата при низких затратах. Несоответствие технологических схем и технического уровня оборудования шихтовым условиям, интенсивная эксплуатация большинства отечественных агломерационных фабрик без серьезной реконструкции в течение многих лет, привела к их износу и глубокому отставанию по техническому уровню от агломерационных фабрик зарубежных заводов, например Европы и Японии. Средние характеристики качества агломерата, например, колеблемость химического состава, в три-четыре раза хуже требуемого.

Усовершенствование технологии агломерации, главным образом, осуществляется путем интенсификации процесса спекания и роста единичной мощности. Управление мощными технологическими агрегатами на основании опыта и интуиции обслуживающего персонала, а также отсутствие совместной обработки информации, получаемой из разных источников, приводит к невозможности оперативного выявления причин разладки технологического процесса, не обеспечивает стабильность управления процессом агломерации и, как следствие, приводит к ухудшению качества выпускаемого агломерата.

Разнообразие агрегатов и режимов их работы, необходимость повышения стабильности химического состава агломерата в условиях формирования железорудной части шихты из компонентов, существенно отличающихся по своим химическим и физико-механическим свойствам (концентратов, агломерационных руд, отходов металлургического производства), существенная неполнота информации о состоянии технологического процесса - все это требует высокого уровня организации системы управления. Создание и внедрение автоматизированной системы управления технологическим процессом стабилизации химиче-

рос. нлциенлльнАя{ БИБЛИОТЕКА |

о ъЩыАэтЯк

-«I I .................... *

ского состава агломерата с использованием современной информационной технологии является актуальной научно-технической задачей.

Объект исследования. Технологический комплекс, формирующий химический состав агломерата.

Предмет исследования. Алгоритмы моделирования и управления химическим составом агломерата.

Цель работы. Разработка алгоритмов и программ, использование которых позволяет повысить эффективность системы стабилизации химического состава агломерата в условиях изменения структуры и параметров технологического процесса.

Задачи исследования. Исходя из цели работы, были поставлены и решены следующие задачи:

- выполнить совместное исследование технологических и информационных аспектов формирования стабильного химического состава агломерата;

- разработать алгоритмическое обеспечение решения задачи синтеза системы стабилизации химического состава агломерата;

- разработать программное обеспечение с использованием алгоритмов синтеза системы стабилизации химического состава агломерата, и апробировать его в промышленных условиях.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы вычислительного эксперимента, математической статистики, методы системного анализа, объектно-ориентированного анализа и проектирования, математического моделирования.

Достоверность полученных результатов. Достоверность результатов обеспечивается использованием аппарата системного анализа, математического программирования и оптимизации, численных методов, балансовых соотношений, математической статистики, сопоставлением результатов моделирования и экспериментальных данных, сопоставлением полученных результатов с известными результатами, содержащимися в научной и справочной литературе, а также успешным промышленным внедрением выполненных разработок.

Научная новизна. Научная новизна работы состоит в следующем.

1 Разработана методика синтеза системы стабилизации химического состава агломерата. Система включает в себя воздействия на процесс формирования железорудной части шихты, предупреждающие возникновения аномальных зон в усреднительном штабеле, а также коррекцию расходов флюсов и твердого топлива по прогнозируемым значениям основности агломерата и содержания монооксида железа в агломерате.

2 Разработан, исследован и апробирован комплекс упрощенных балансо-во-статистических моделей, описывающих процесс стабилизации химического

состава агломерата с учетом неопределенностей, связанных с изменениями структуры и параметров технологического процесса.

3 Выявлены и исследованы основные факторы, дестабилизирующие функционирование системы стабилизации химического состава агломерата.

4 Разработана интегрированная система стабилизации химического состава агломерата, включающая в себя процедуры прогнозирования химических свойств шихты и агломерата с использованием уравнений материального баланса и текущих значений расходов компонентов аглошихты.

Практическая ценность работы. Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что разработанное алгоритмическое обеспечение позволяет прогнозировать химический состав шихты и агломерата, и реализовать АСУТП стабилизации химического состава агломерата, что способствует повышению качества управления процессом и увеличению производства годного агломерата.

Внедрение результатов. Результаты диссертационной работы в форме алгоритмического и программного обеспечения АСУТП стабилизации химического состава агломерата внедрены на ОАО «ММК» г. Магнитогорск и ОАО «Северсталь» г. Череповец. Материалы диссертации включены в учебные курсы для студентов специальности «Автоматизированные системы обработки информации и управления» направления 654600 - «Информатика и вычислительная техника» Уральского государственного горного университета г. Екатеринбург.

Апробация результатов. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на IV международной конференции «Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства» (г. Череповец, 2003), на третьей международной научно-практической конференции «На передовых рубежах науки и инженерного творчества. РУО АИН» (г. Екатеринбург, 2004), на III Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы информатики в образовании, управлении, экономике и технике» (г. Пенза, 2003), на II Всероссийской научно-технической конференции «Информационные системы и модели в научных исследованиях, промышленности и экологии» (г. Москва - г. Тула, 2004), на технических советах горно-обогатительного производства ОАО «ММК» г. Магнитогорск и агломерационного производства ОАО «Северсталь» г. Череповец.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ.

Структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 165 страницах машинописного текста, включая 61 рисунок, 19 таблиц, и состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 90 источников отечественных и зарубежных авторов, трех приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность решаемой научной задачи, сформулированы цель и задачи исследования, изложены основные положения, выносимые на защиту; научная новизна; практическая ценность полученных результатов; сведения о внедрении результатов работы.

Первая глава посвящена обзору существующих методов управления процессом агломерации и современным методам анализа и синтеза программных систем. Рассмотрены тенденции развития современных информационных систем.

Анализ литературных источников показал, что стабилизация химического состава (ХС) агломерата открывает возможность приготовления доменной шихты оптимального химического состава, обеспечивающего необходимые качественные характеристики чугуна и свойства шлака. Стабилизация качественных характеристик агломерата напрямую связана с управлением процессом дозирования компонентов шихты перед агломерацией. Кроме того, аналитический обзор показывает значимость гомогенизации железорудной шихты, поступающей на агломерацию. В то же время гомогенизация не решает полностью проблему стабилизации ХС агломерата и требует создания эффективных автоматизированных информационных систем, обеспечивающих разрешение этой проблемы.

Известные исследования ученых-металлургов Е.Ф. Вегмана, В.И. Коротича, Л.И. Каплуна и других создают базу теоретических знаний для решения задачи стабилизации ХС агломерата, однако не позволяют непосредственно использовать полученные результаты для управления ХС агломерата в темпе с процессом.

Следует также отметить, что в известных публикациях рассмотрены, в основном, технические решения, обеспечивающие гомогенность сырья, использование которых сопряжено с очень большими затратами. Технические решения, позволяющие сформировать гомогенное по химическому составу сырье при относительно небольших затратах, отсутствуют. Также отсутствуют имитационные модели, позволяющие дифференцировано исследовать влияние различных факторов на эффективность процессов усреднения Отсутствуют работы, обосновывающие использование современных информационных технологий для стабилизации ХС агломерата в условиях дискретного запаздывающего контроля компонентов ЖРЧШ и аглошихты.

Современные информационные технологии создают основу адекватного отображения состояния управляемого процесса и объектно-ориентированного программирования АСУТП сложных технологических комплексов. Адекватность отображения обеспечивается интеграцией информации полученной из

различных источников; гибкостью, присущей объектному подходу, удобством реализации программных средств. Современный подход к построению АСУТТТ предполагает использование многоуровневого иерархического принципа (изложенного, в частности, у В.Г. Лисиенко, Б.Б. Зобнина и других авторов), ориентированного на широкое применение ЭВМ. Многоуровневый способ построения АСУТП распространяется на средства реализации системы (алгоритмические и технические). Отмечено, что, в верхнем, поддерживающем контуре используются полные модели технологических процессов.

Анализ литературных источников показал, что наиболее рациональным подходом к созданию современных гибких, надежных программных систем является использование объектно-ориентированной технологии. Выбранное объектно-ориентированное средство разработки программного обеспечения должно поддерживать механизмы обработки исключительных ситуаций и автоматического управления памятью.

Во второй главе технологический комплекс формирования ХС агломерата рассматривается как объект управления. Технологический комплекс формирования ХС агломерата, оснащенный локальными системами регулирования расходов компонентов железорудной части шихты (ЖРЧШ) и аглошихты, включает в себя операции смешивания в заданных пропорциях и гомогенизацию компонентов ЖРЧШ; смешивание ЖРЧШ с твердым топливом и флюсами, и собственно агломерацию. Технологический комплекс является сложным объектом управления, что определяется:

- большой размерностью вектора качественных характеристик ЖРЧШ, аглошихты и агломерата, а также отсутствием автономных управляющих воздействий;

- многосвязностью (изменение любых управляющих воздействий оказывает влияния на несколько выходных переменных);

- отсутствием автоматического контроля качественных характеристик компонентов аглошихты и самого агломерата;

- неполной управляемостью, обусловленной модульными ограничениями на значения управляющих воздействий, а также невозможностью точно реализовать в локальных контурах регулирования расчетные значений управляющих воздействий.

Объект управления представлен совокупностью детерминированной составляющей, описанной алгоритмической схемой замещения, и стохастической составляющей, обусловленной факторами неопределенностей.

При этом контур стабилизации содержания железа в ЖРЧШ является, с позиции управления химическим составом агломерата, фильтром, формирующим возмущения на процесс дозирования и агломерации.

Формирующий фильтр

ад

Рисунок 1 - Алгоритмическая схема исследуемого технологического комплекса

Введены следующие операторы, описывающие пять технологических звеньев:

1) - оператор, соответствующий перемешиванию компонентов исходной шихты перед загрузкой на усреднительный склад;

2) Нш, - оператор, соответствующий формированию штабеля на складе концентратов;

3) НРШ - оператор, соответствующий разгрузке штабеля;

4) Ъд - оператор, соответствующий дозированию компонентов аглошихты;

5) НА - оператор, соответствующий процессу агломерации.

Свойства компонентов шихты рассматриваются в признаковом пространстве Пи (/), позволяющем оценить состояние каждого из звеньев процесса стабилизации. Элементами вектора Пи (?) являются содержания отдельных химических элементов {Ре, 5,2п...) и оксидов (СаО, БЮг, . Компоненты ЖРЧШ объединяются в соответствии со схемой транспортных магистралей, по которым они подаются для усреднения.

Без потери общности химические свойства ЖРЧШ будем характеризовать содержанием железа .

Оператор описывается выражением:

<•(') = £а,л(0-и,(0, (1)

1=1

»,« = §§, (2)

где аРс'(/) - средневзвешенное содержание железа в шихте подаваемой на склад;

аГ(0 ~ текущие значения содержания железа в каждом из т смешиваемых сырьевых компонентов, из которых формируется ЖРЧШ;

и1 (?) - текущее значение относительного расхода /-го компонента; Ql(t) - текущий расход /-го компонента;

<2{() - суммарный расход всех компонентов в момент времени Л Управляющими воздействиями в системе верхнего уровня являются относительные расходы компонентов исходного сырья.

С учетом зависимости ХС шихты от относительных расходов компонентов исходного сырья и их состава имеем:

Ре*л * Ре(и,а„а2,...,ат) < Ре^, (3)

где 1/ - вектор относительных расходов смешиваемых сырьевых компонентов.

Относительные расходы смешиваемых сырьевых компонентов искажены случайными погрешностями дозирования Аи,(/) в трактах подачи исходных компонентов ЖРЧШ. Тогда относительные расходы /-го компонента исходного сырья и, (/) записываются в виде:

и,(/) = У,(0 + ДИ,('), - (4)

где у((Г) - расчетное отношение / -го компонента сырья к общему количеству смеси, образующей ЖРЧШ за заданный интервал времени.

Должно выполняться балансовое ограничение на относительные расходы смешиваемых сырьевых компонентов:

£^.=1. (5)

Для того чтобы задать состав т - компонентной смеси достаточно сформировать (т -1) вектор V, поскольку доля т- го компонента всегда может быть определена из балансового соотношения:

^-Ь, (6)

/=1

Относительные массовые доли смешиваемых компонентов должны удовлетворять ограничениям:

1=1,...,И- (7)

Сопоставление офаничения (7) с мощностью возмущающих воздействий определяет неполную управляемость технологического комплекса.

Кроме ограничений (5) и (7), должны учитываться условия физической реализуемости рассчитываемых заданий:

у,>0. (8)

Выходом первого технологического звена является вектор /7ж/>(/), описывающий расходы и ХС ЖРЧШ объединенного материального потока. Усредни-тельный склад представлен двумя технологическими звеньями. Первое является преобразователем вектора Пжр(1) в распределение П(х,у,г) ХС ЖРЧШ в объеме штабеля:

П(х,у,2) = /1(ПЖР(1)). (9)

Второе является преобразователем П(х, у, в вектор Пш (/), описывающий расходы и ХС ЖРЧШ, отгружаемой из штабеля:

Пш(0 = /г{П{х,у,г)), (10)

где х,у,г - пространственные координаты штабеля усреднительного склада.

Шихта с выхода усреднительного склада поступает на дозирование. Процесс дозирования компонентов в четвертом технологическом звене аналогичен процессу перемешивания компонентов исходной шихты перед загрузкой на ус-реднительный склад (первое технологическое звено). В пятом технологическом звене реализуется прогноз ХС агломерата.

Прогнозирование ХС агломерата базируется на уравнениях материального баланса и на статистических связях содержаний монооксида железа в шихте РеОш и железа Ре" в том же продукте, а также связях между содержаниями монооксида железа в агломерате РеО1*, углерода в шихте Сш и монооксида железа в шихте РеОш:

ЕеО" =сх + с1-Реш, РеО* =а-С+Ь-РеО +с2,

где <?,, й, а, Ь, сг - параметры модели.

Стохастическая составляющая объекта управления обусловлена следующими факторами неопределенностей:

- отсутствием актуальных результатов анализа ХС компонентов шихты;

- отклонениями фактических расходов компонентов шихты от заданных значений;

- нарушениями циклического графика подачи партий привозных руд;

- нарушениями технологии загрузки и отгрузки штабеля.

Численный анализ факторов неопределенности выполнен с использованием формулы:

V 5*<

(—)2 Ж

(13)

где - дисперсия содержания железа в 1-м компоненте; - дисперсия массового расхода /-го компонента.

Значения частных производных в формуле (13), найденные при средних расходах компонентов шихты для условий ОАО «ММК», сведены в таблицу 1.

Таблица 1 - Значения частных производных средневзвешенного содержания железа к содержанию железа в компонентах шихты и к расходам отдельных компонентов

Привозное ДОФ РОФ БСР

сырье

да да да да да да да да

дах ¿а да2 3& да3 Щ даг4

0,777 0,005806 0,097 0,005981 0,097 0,005796 0,029 0,004699

Таблица 2 - Дисперсии, обусловленные вариациями содержания железа в компонентах шихты и расходов компонентов

Привозное сырье ДОФ РОФ БСР

{--) -еГа. 9а, 4 1да^ „1 (да\г г,1 даг ' с—)г-< да, щ (д(ХЛ1 гт1 г да 2 , (.-—) -о да4 , да 2 , (за)

9,670 14,515 0,010 0,234 0,005 0,226 0,0008 0,0165

Привозное сырье, ДОФ, РОФ, БСР - компоненты ЖРЧШ.

Результаты, сведенные в таблицу 2, показывают, что при отсутствии оперативного управления дозированием компонентов шихты дисперсия средневзвешенного содержания железа в потоке составляет 24,68 %.

Невозможность натурного эксперимента делают актуальным проведения исследований отдельных звеньев технологического комплекса на имитационной модели (ИМ).

Разработана трехмерная ИМ работы усреднительного склада. Модель позволяет исследовать влияния режимов формирования и отгрузки штабеля на характеристики отгружаемого со штабеля потока аглошихты.

Моделировалась работа двухштабельной усреднительной системы с загрузкой сырья автостеллой и с разгрузкой грейферными кранами на примере и по регламенту работы склада концентратов ОАО «ММК».

При послойном формировании штабеля объединенный поток компонентов ЖРЧШ проходит усреднение. Забор руды осуществляется вразрез штабеля с таким расчетом, чтобы грейферный кран захватывал одновременно как можно больше слоев, усредняя тем самым состав отгружаемого со склада сырья.

Операторы формирования Нш и разгрузки Нрщ штабеля для ИМ построены при следующих условиях:

- состав входного материального потока не успевает существенно измениться за время загрузки одного слоя материала в штабель;

- известен расход подаваемого материала и его качественные характеристики;

- автостелла формирует штабель, укладывая один за другим последовательно слои материала, двигаясь с постоянной скоростью равной 0,2 м/с;

- в элементарный разгружаемый блок, соответствующий объему ковша грейферного крана, попадает материал из разных слоев. Общее число слоев, входящих в блок, остается постоянным (при горизонтальном расположении слоев в штабеле ширина элементарного блока принимается равной глубине проникновения ковша грейферного крана в толщу вырабатываемого материала).

В качестве исходных данных для ИМ используется реальный циклический график подачи партий привозных руд и сменный план расхода местного сырья на участке усреднения концентратов ОАО «ММК». Исходные данные, а также трехмерный вид разгружаемого штабеля приведены в диссертации. На ИМ исследовалось изменения содержания железа в различных режимах работы усред-нительного склада. В частности, в качестве нарушения регламента загрузки штабеля имитировалась неравномерная подача концентрата ДОФ-5 в течение смены. Результаты имитационного моделирования представлены на фафиках изменения содержания железа в потоке ЖРЧШ при загрузке и отгрузке штабеля (рисунок 2 и 3), по результатам получена таблица 3.

--Загрузка-Отгрузка | Ъ мин

Рисунок 2 - Изменение содержания Fe при соблюдении регламента работы

О 200 400 ООО МО 10СО 1300 1400 1600 1800

--Загрузка-Отгрузка] ^мин

Рисунок 3 - Изменение содержания Fe при несоблюдении регламента работы

Таблица 3 - Результаты имитационного моделирования

Регламент загрузки штабеля Дисперсия, %2 Среднее квадратичное отклонение, %

Равномерная загрузка 0,045 0,211

Неравномерная загрузка по концентрату ДОФ-5 0,227 0,477

Результаты имитационного моделирования позволили установить следующие закономерности:

- более высокочастотный характер изменения содержания железа в потоке, отгружаемом с усреднительного склада, по сравнению с потоком ЖРЧШ, поступающем на склад;

- уменьшение амплитуды колебаний содержания железа в потоке, отгружаемом с усреднительного склада, по сравнению с потоком ЖРЧШ, поступающем на склад;

- увеличение дисперсии содержания железа в потоке, отгружаемом со склада, при нарушении регламента загрузки штабеля по сравнению с дисперсией содержания железа в этом же потоке при соблюдении регламента.

В третьей главе рассматривается синтез системы стабилизации ХС агломерата. Требования к функциональности проектируемой системе представлены в форме многоуровневой функциональной модели АСУ 111 стабилизации ХС агломерата в семантике и нотации IDEF0, методологии SADT.

Функциональная модель первого уровня разбита на взаимосвязанные подсистемы: усреднения компонентов ЖРЧШ, дозирования аглошихты и агломерации. В диссертации проиллюстрировано дальнейшая декомпозиция (до четвертого уровня включительно) обозначенных функций, вклад которых определяет основные функциональные требования к системе стабилизации ХС агломерата. Функции распределяются по трем уровням АСУ Til стабилизации ХС агломерата.

Обоснованы, функциональные требования, алгоритмическая структура и комплекс задач, решаемых верхним уровнем системы стабилизации ХС агломерата.

Результаты анализа позволили сформулировать функциональные требования и выявить следующие задачи системы стабилизации ХС агломерата:

1) мониторинг объемных и качественных характеристик компонентов шихты;

2) интеграция данных о материальных потоках;

3) оперативное управление усреднением ЖРЧШ;

4) оперативное управление процессом агломерации.

Обработка непрерывной и дискретной информации, получаемой из различных источников, производится в соответствии с предлагаемой методикой, включающей в себя алгоритмы:

- синхронизации информации, получаемой из разных источников;

- прогнозирования ХС шихты и агломерата;

- расчета управляющих воздействий.

Оперативное управление усреднением ЖРЧШ осуществляется с использованием алгоритмов стабилизации соотношений компонентов ЖРЧШ, а также прогнозирования ХС шихты.

Оперативное управление процессом агломерации осуществляется с использованием алгоритмов стабилизации соотношений компонентов аглошихты, а также прогнозирования ХС агломерата.

Алгоритмическая структура системы стабилизации ХС агломерата представлена на рисунке 4.

Алгоритмическая структура системы стабилизации ХС агломерата

Синхронизация информации, поп/чаемой из разных источников

Прогнозирование химического состава шихты и агломерата

Прогнозирование ХС ЖРЧШ на сборном конвейере

Прогнозирование аномалий в штабеле

Расчет управляющих воздействий

Расчет оптимальных расходов компонентов шихты

Расчет оптимальных расходов флюса и твердого топлива

Прогнозирование химического состава агломерата

Рисунок 4 - Алгоритмическая структура

Общая задача стабилизации ХС агломерата сводится к определению расходов компонентов ЖРЧШ, флюсов и топлива, доставляющих минимум взвешенной сумме квадратов отклонений FeO и основности агломерата от заданных значений. Вектор управления разбивается на два подвекгора Ul и U2, первый из которых соответствует относительным расходам компонентов ЖРЧШ, а второй - относительным расходам твердого топлива и флюсов.

Общий критерий /0стабилизации ХС агломерата имеет вид:

In = min

" и

где co4,coFe0~весовые коэффициенты, обеспечивающие соизмеримость вклада отклонений основности и FeO в значения критерия;

g- порядковый номер шага управления (интервал квантования по времени = 10 мин);

U - вектор относительных расходов компонентов аглошихты, включая твердое топливо и флюсы.

ХОм • (Mg (U) -М')2+ coFe0 ■ (FeO* (U) -FeO'f}\, (14)

Минимизация критерия осуществляется при г(17) с Лу, где г(17)~ область допустимых значений V в пространстве Я". Область допустимых значений определяется ограничениями (5), (7), (8), (11), (12), а также:

где Qт - удельный расход твердого топлива, кг/100кг аглоспека;

С™ - удельный расход углерода в шихте, кг/100кг аглоспека;

Сд - удельный расход углерода в оборотных продуктах, кг/100кг аглоспека;

Ст - массовая доля углерода в топливе.

Выполнена декомпозиция общей задачи стабилизации ХС агломерата, исходя из условия эффективного и достаточно простого управления сложным технологическим комплексом.

В результате декомпозиции общей задачи стабилизации ХС агломерата выделена частная задача стабилизации содержания железа в ЖРЧШ. Частная задача сводится к минимизации суммы квадратов отклонений содержания железа в потоке сырья, подаваемого в штабель, от заданного значения при условии разделения ЖРЧШ на ведущие и ведомые компоненты и аддитивности критерия. Процесс управления включает в себя N шагов. Количество шагов определяется количеством партий привозного сырья (ведущий компонент), поступающих в течение смены. Таким образом эта задача имеет вид:

= ™п] ]Г£<*(£/,,а,,а2.....,ат)-а']2 [ (16)

I *=■! Л )

при выполнении ограничений (5), (7), (8).

Решение общей задачи позволяет определить расходы железорудных материалов, флюса и твердого топлива для получения агломерата заданного ХС, включая основность и РеО.

Выполненное моделирование системы стабилизации ХС агломерата позволило оценить влияние ограниченных запасов компоненты ЖРЧШ на качество регулирования (рисунок 5).

Q:

тонн 1000

500 --

1=10.72

1=37.88

1=3.31

1000

2000

тонн

Рисунок 5 - Зависимость качества стабилизации от запасов компонентов железорудной части шихты

По осям отложены сменные запасы двух компонентов ЖРЧШ. Показано, что с увеличением запасов качество стабилизации по формуле (16) может быть существенно улучшено.

В четвертой главе рассматривается практическая реализация интегрированной программной системы стабилизации ХС агломерата. Гибкость и простое развитие системы обеспечены объектно-ориентированным подходом к проектированию и реализации системы. Программное обеспечение стабилизации ХС агломерата работает под управлением ОС Windows. Для разработки использовался современный язык программирования С# на базе технологии Microsoft dot NET.

Показано, что систему верхнего уровня АСУТП стабилизации ХС агломерата рационально строить с использованием предложенной архитектуры, предполагающий расслоение на три уровня: представление, модель и интерфейс данных (рисунок 6).

Рисунок 6 - Многослоевая архитектура программного обеспечения АСУТП стабилизации ХС агломерата

Каждый слой реализуется отдельной сборкой (в виде dll или ехе файла). Слой представления - интерфейс пользователя. Слой предоставляет услуги: по отображению данных, обработке событий пользовательского графического интерфейса, поддержки функций командной строки и функций инициализации пакетного выполнения программных расчетов по созданным алгоритмам модели. Алгоритмическое обеспечение системы реализовано в слое модели. К таким алгоритмам относятся вычисления на основе вводимых и хранимых данных, проверка всех элементов данных и обработка команд, поступающих от слоя представления, передача информации слою источника данных, прогнозирование ХС агломерата и компонентов ЖРЧШ, управляющие и другие алгоритмы. Слой интерфейс данных обеспечивает взаимодействие программного обеспечения как с СУБД (чтение, создание, обновление и удаление данных, обмен сообщениями, управление транзакциями), так и со сторонними системами, которые выполняют задания в интересах приложения. Показаны варианты альтернативной реализации отдельных слоев. Слоя представления - в виде: консольной программы для маломощных ЭВМ; автоматизированных рабочих мест (АРМ) ведущих и главных специалистов; АРМ оперативного персонала. Показан вариант альтернативной реализации слоя интерфейса данных для СУБД другого производителя.

Каждый слой инкапсулирует структуру и поведение используемых классов и определяет интерфейс взаимодействия с другими слоями. В качестве объекта переноса данных между слоями выступает отсоединенный от СУБД локальный набор данных модели предметной области.

Решена задача автоматического обновления программного обеспечения из корпоративной информационной сети предприятия. Механизм обновления предполагает создания сервера обновлений, куда помещаются новые версии сборок. При запуске программного обеспечения универсальный исполняемый модуль обращается к серверу обновлений и запрашивает список доступных на сервере сборок. После анализа имеющихся на сервере сборок происходит оперативная динамическая замена старых сборок новыми.

Создана структурная модель данных на основе концептуальной модели в терминах предметной области. С использованием диаграммы развертывания иМЬ разработан план установки программных модулей на ОАО «ММК» и ОАО «Северсталь». Введенные сущности и отношения между ними являются общими для всего класса объектов, что создает основу построения унифицированной системы стабилизации ХС агломерата. Возможность повторного использования позволяет адаптировать программное обеспечение для других металлургических предприятий.

Произведена оценка эффективности АСУТП стабилизации ХС агломерата. Оценка точности прогноза ХС агломерата производится путем вычисления относительной дисперсии разности фактического и прогнозного значений к дисперсии фактического содержания химического элемента или оксида в агломерате:

о-2

¿(Л-Я)2

сг? =—-, (18)

(Ы -1)

где N ,к - количество опытов и порядковый номер опыта;

ук - фактическое значение к - ого опыта, позволяющее определить содержание химического элемента или оксида;

ук - прогнозное значение содержания к - ого химического элемента, или оксида;

а2у - дисперсия фактического содержания химического элемента или оксида в агломерате.

Для оценки точности прогнозирования в контуре стабилизации ХС агломерата использовался массив из 577 значений результатов, последовательно выполненных опробований ХС агломерата, за период с 1 марта 2005 года по 18 апреля 2005 года на аглофабрике № 3 ОАО «Северсталь». Результаты представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Оценка точности прогноза на ОАО «Северсталь»

Дисперсия FeO Дисперсия основности

CT? У ^от» CT- У ^отн

0,679 0,507 0,747 0,00203 0,00164 0,80758

Для сопоставления эффективности стабилизации содержания железа в потоке, поступающем на усреднительный склад ОАО «ММК», использованы результаты опробования за два периода. Первый период соответствует управлению участком усреднения концентратов при отсутствии АСУТП, а второй - при ее наличии. Результаты представлены в таблице 5.

Таблица 5 - Эффективность контура стабилизации ЖРЧШ агломерата

Январь-февраль 2004 Январь-февраль 2005

Среднее, % Дисперсия Среднее, % Дисперсия Относительная дисперсия

55,95 0,4503 56,58 0,2363 0,525

Существенное снижение относительной дисперсии: в контуре стабилизации ХС агломерата по ГеО в агломерате на 25 %, по основности агломерата на 20 %; в контуре стабилизации железорудной части шихты на 50 %, показывает эффективность разработанной АСУТП стабилизации ХС агломерата.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1 Установлено, что исследуемый технологический комплекс является сложным объектом управления, характеризующийся:

- большой размерностью вектора качественных характеристик ЖРЧШ и агломерата, а также отсутствием автономных управляющих воздействий;

- многосвязностью (изменение любых управляющих воздействий оказывает влияние на несколько выходных переменных);

- отсутствием автоматического контроля качественных характеристик компонентов аглошихты и самого агломерата;

- неполной управляемостью, обусловленной модульными ограничениями на значения управляющих воздействий, а также невозможностью реализовать в

локальных контурах регулирования точные расчетные значения управляющих воздействий.

- высоким уровнем помех, обусловленных погрешностями дискретного контроля ХС компонентов ЖРЧШ.

2 Предложено описывать технологический комплекс стабилизации ХС агломерата совокупностью детерминированной составляющей, описанной алгоритмической схемой замещения, и стохастической составляющей, обусловленной факторами неопределенностей. К факторам неопределенностей относятся:

- отсутствие актуальных ХС компонентов шихты;

- отклонения фактических расходов компонентов шихты от заданных значений;

- нарушения циклического графика подачи партий привозных руд;

- нарушения технологии загрузки и отгрузки штабеля.

Предложенная модель позволяет:

- прогнозировать в реальном времени средневзвешенное содержание железа в потоках, поступающих и отгружаемых с усреднительного склада и ХС агломерата;

- исследовать возмущения, связанные с образованием аномальных по ХС зон в штабеле на усреднительном складе;

- исследовать влияния погрешности контроля на точность прогнозирования;

- оценить чувствительность качественных характеристик ЖРЧШ к изменению характеристик компонентов шихты.

3 Разработана трехмерная имитационная модель работы усреднительного склада, позволяющая исследовать влияния режимов формирования и отгрузки штабеля на характеристики отгружаемого потока аглошихты.

4 Выполненный системный анализ технологического комплекса и результаты имитационного моделирования работы усреднительного склада позволил установить следующие закономерности:

- существенное отличие фактического технологического режима от регламентного, обусловленное влиянием факторов неопределенности;

- прерывистый характер расхода ЖРЧШ в потоке, поступающем на ус-реднительный склад, вследствие нарушения графика подачи привозного сырья, и зависания материала в бункерах;

- более высокочастотный характер изменения содержания железа в потоке, отгружаемом с усреднительного склада, по сравнению с потоком ЖРЧШ, поступающем на склад;

- уменьшение амплитуды колебаний содержания железа в потоке, отгружаемом с усреднительного склада, по сравнению с потоком ЖРЧШ, поступающим на склад;

- увеличение дисперсии содержания железа в потоке, отгружаемом со склада, при нарушении регламента загрузки штабеля по сравнению с дисперсией содержания железа в этом же потоке при соблюдении регламента.

5 Общая задача стабилизации ХС агломерата сводится к определению расходов компонентов ЖРЧШ, флюсов и топлива, доставляющих минимум взвешенной сумме квадратов отклонений FeO и основности агломерата от заданных значений. В результате декомпозиции общей задачи стабилизации ХС агломерата выделены частные задачи стабилизации содержания железа в ЖРЧШ и стабилизация ХС агломерата. Первая задача сводится к минимизации суммы квадратов отклонений содержания железа в потоке сырья, подаваемого в штабель, от заданного значения при условии разделения ЖРЧШ на ведущие и ведомые компоненты и аддитивности критерия. Вторая задача заключается в стабилизации ХС агломерата с использованием математической модели, учитывающей ограничения и взаимосвязи между расходами компонентов аглошихты.

6 Верхний уровень АСУТП стабилизации ХС агломерата реализован в виде трех слоев: представления, модели и интерфейса данных. Гибкость и простое развитие системы обеспечиваются объектно-ориентированным подходом к проектированию и реализации системы. Возможность повторного использования позволяет адаптировать программное обеспечение для других металлургических предприятий.

7 Разработано программное обеспечение, направленное на реализацию методики решение задачи синтеза системы стабилизации ХС агломерата и основанное на использование языков моделирования, поддерживаемых CASE-средствами. Надежность функционирования поддерживается объектно-ориентированным средством разработки.

8 Эффективность разработанной системы управления в контуре стабилизации ХС агломерата характеризуется снижением относительной дисперсии по содержанию монооксида железа в агломерате на 25 %, основности агломерата на 20 %, в контуре стабилизации железорудной части шихты - на 50 %. Практическую полезность полученных результатов подтверждает успешное внедрение системы на двух крупнейших металлургических предприятиях России.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Сурин, A.A. Анализ эффективности рудоподготовительных комплексов с использованием современных информационных технологий // Новые технологии и пути экономии затрат на предприятиях горно-металлургического и маши-

ж

2006;4

10979 °

ностроительного комплексов : сб. докладов первой молодежной научно-практической конференции. - Верхняя Пышма, 2003. - С. 250-252.

2 Зобнин, Б.Б, Сурин, A.A. Информационная технология проектирования АСУТП рудоподготовительного комплекса // Проблемы информатики в образовании, управлении, экономике и технике : сб. материалов Ш Всероссийской научно- технической конференции. - Пенза, 2003. - С. 138-140.

3 Зобнин, Б.Б., Сурин, A.A., Головырин, С.С. Расширение возможностей функционального моделирования подготовки металлургического сырья // Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства : материалы IV Международной конференции. - Череповец, 2003, С. 301-303.

4 Зобнин, Б.Б., Сурин, A.A. Управление рудоподготовительным комплексом металлургического комбината II Вестник УГТУ-УПИ. На передовых рубежах науки и инженерного творчества: труды третьей международной научно-практической конференции. РУО АИН / под. ред. д-ра техн. наук, проф. В.Г. Лисиенко. - Екатеринбург : ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2004. - № 15(45) - 4.1. -С. 235-237.

5 Зобнин, Б.Б., Сурин, A.A. Исследование стратегий управления смешиванием многокомпонентных смесей // Автоматизация технологических и производственных процессов в металлургии : Межвузовский сборник научных трудов / под общей ред. д-ра техн. наук, проф. Б.Н. Парсункина. - Магнитогорск : МГТУ, 2004. С. 270-274.

6 Сурин, А.А Анализ и синтез системы управления рудоподготовительным комплексом с использованием современных информационных технологий // Информационные системы и модели в научных исследованиях, промышленности и экологии: материалы II Всероссийской научно-технической конференции. - Москва - Тула, 2004, С. 62-65.

7 Сурин, A.A. Использование современных средств отладки программного обеспечения // Материалы Уральской горнопромышленной декады 4-14 апреля 2005 года : Раздел Компьютерные и информационные технологии / отв. за выпуск д.т.н. проф. Н.Г. Валиев. - Екатеринбург, 2005. С. 239-240.

8 Сурин, A.A. Имитационная модель усреднительного комплекса // Интел-лектика, логистика, системология. - Челябинск, 2005 . - №14. - С. 59-61.

Подписано в печать ^4-09.0^ Формат 60x84 1/16

Бумага писчая Усл. печ. л. ^ 0

Уч. -изд. л. Тираж 100 экз. Заказ №

620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30 Уральский государственный горный университет Лаборатория множительной техники

ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИЗ ПРОБЛЕМНОЙ СИТУАЦИИ, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Характеристика проблемной ситуации.

1.2 Аналитический обзор существующих методов управления процессом агломерации.

1.3 Современные методы анализа и синтеза программных систем.

1.4 Выводы и задачи исследований.

2 СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССА СТАБИЛИЗАЦИИ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА АГЛОМЕРАТА.

2.1 Технологический комплекс формирования химического состава агломерата как объект управления.

2.2 Алгоритмическая схема замещения.

2.3 Исследование технологического комплекса.

2.4 Выводы.

3 СИНТЕЗ СИСТЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ ХС АГЛОМЕРАТА.

3.1 Формирование функциональных требований.

3.2 Алгоритмическая структура системы стабилизации ХС агломерата.

3.3 Решение задачи оптимизации.

3.4 Выводы.

4 ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ.

4.1 Архитектура реализуемой системы.

4.2 Проектирование базы данных.

4.3 Методика оценки эффективности.

4.4 Выводы.

Актуальность работы. В мировой практике агломерации все более актуальным становится вопрос создания современного малозатратного и экологически безопасного производства высококачественного железорудного агломерата, который и в дальнейшем будет оставаться основным компонентом доменной шихты. Последнее предопределяется тем, что агломерационный процесс в настоящее время является самым производительным и экономичным способом получения офлюсованного сырья для доменной плавки, а также попутной утилизации отходов металлургического производства.

В России в настоящее время работают 11 предприятий, производящих железорудный агломерат. Парк агломерационных машин России на 2005 год fj включает 56 машин общей площадью спекания 6600 м и производственной мощностью 57 млн. т агломерата в год. Однако технология производства агломерата на них по ряду причин не содержит в полном объеме ни одного из современных элементов, обеспечивающих требуемое качество агломерата при низких затратах. Несоответствие технологических схем и технического уровня оборудования шихтовым условиям, интенсивная эксплуатация большинства отечественных агломерационных фабрик без серьезной реконструкции в течение многих лет, привела к их износу и глубокому отставанию по техническому уровню от агломерационных фабрик зарубежных заводов, например Европы и Японии. Средние характеристики качества агломерата, например, колеблемость химического состава, в три-четыре раза хуже требуемого.

Усовершенствование технологии агломерации, главным образом, осуществляется путем интенсификации процесса спекания и роста единичной мощности. Управление мощными технологическими агрегатами на основании опыта и интуиции обслуживающего персонала, а также отсутствие совместной обработки информации, получаемой из разных источников, приводит к невозможности оперативного выявления причин разладки технологического процесса, не обеспечивает стабильность управления процессом агломерации и, как следствие, приводит к ухудшению качества выпускаемого агломерата.

Разнообразие агрегатов и режимов их работы, необходимость повышения стабильности химического состава агломерата в условиях формирования железорудной части шихты из компонентов, существенно отличающихся по своим химическим и физико-механическим свойствам (концентратов, агломерационных руд, отходов металлургического производства), существенная неполнота информации о состоянии технологического процесса -все это требует высокого уровня организации системы управления. Создание и внедрение автоматизированной системы управления технологическим процессом стабилизации химического состава агломерата с использованием современной информационной технологии является актуальной научно-технической задачей.

Объект исследования. Технологический комплекс, формирующий химический состав агломерата.

Предмет исследовании. Алгоритмы моделирования и управления химическим составом агломерата.

Цель работы. Разработка алгоритмов и программ, использование которых позволяет повысить эффективность системы стабилизации химического состава агломерата в условиях изменения структуры и параметров технологического процесса.

Задачи исследования. Исходя из цели работы, были поставлены и решены следующие задачи:

- выполнить совместное исследование технологических и информационных аспектов формирования стабильного химического состава агломерата;

- разработать алгоритмическое обеспечение решения задачи синтеза системы стабилизации химического состава агломерата;

- разработать программное обеспечение с использованием алгоритмов синтеза системы стабилизации химического состава агломерата, и апробировать его в промышленных условиях.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы вычислительного эксперимента, математической статистики, методы системного анализа, объектно-ориентированного анализа и проектирования, математического моделирования.

Достоверность полученных результатов. Достоверность результатов обеспечивается использованием аппарата системного анализа, математического программирования и оптимизации, численных методов, балансовых соотношений, математической статистики, сопоставлением результатов моделирования и экспериментальных данных, сопоставлением полученных результатов с известными результатами, содержащимися в научной и справочной литературе, а также успешным промышленным внедрением выполненных разработок.

Научная новизна. Научная новизна работы состоит в следующем.

1 Разработана методика синтеза системы стабилизации химического состава агломерата. Система включает в себя воздействия на процесс формирования железорудной части шихты, предупреждающие возникновения аномальных зон в усреднительном штабеле, а также коррекцию расходов флюсов и твердого топлива по прогнозируемым значениям основности агломерата и содержания монооксида железа в агломерате.

2 Разработан, исследован и апробирован комплекс упрощенных ба-лансово-статистических моделей, описывающих процесс стабилизации химического состава агломерата с учетом неопределенностей, связанных с изменениями структуры и параметров технологического процесса.

3 Выявлены и исследованы основные факторы, дестабилизирующие функционирование системы стабилизации химического состава агломерата.

4 Разработана интегрированная система стабилизации химического состава агломерата, включающая в себя процедуры прогнозирования химических свойств шихты и агломерата с использованием уравнений материального баланса и текущих значений расходов компонентов аглошихты.

На защиту выносится:

- результаты системного анализа процесса стабилизации ХС агломерата, позволившие обосновать структуру и параметры моделей, описывающих свойства компонентов шихты и регулировочные характеристики;

- постановка и численное решение задач стабилизации средневзвешенного содержания железа в компонентах ЖРЧШ и ХС агломерата для конкретных предприятий;

- комплекс концептуальных моделей, обосновывающих функции проектируемой системы, классы объектов, а также сущности и связи между ними;

- многослоевая архитектура системы верхнего уровня стабилизации ХС агломерата, основанная на объектно-ориентированном подходе и обеспечивающая гибкость и простое развитие системы.

Практическая ценность работы. Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что разработанное алгоритмическое обеспечение позволяет прогнозировать химический состав шихты и агломерата, и реализовать АСУТП стабилизации химического состава агломерата, что способствует повышению качества управления процессом и увеличению производства годного агломерата.

Внедреппе результатов. Результаты диссертационной работы в форме алгоритмического и программного обеспечения АСУТП стабилизации химического состава агломерата внедрены на ОАО «ММК» г. Магнитогорск и ОАО «Северсталь» г. Череповец. Материалы диссертации включены в учебные курсы для студентов специальности «Автоматизированные системы обработки информации и управления» направления 654600 - «Информатика и вычислительная техника» Уральского государственного горного университета г. Екатеринбург.

Апробация результатов. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на IV Международной конференции «Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства» г. Череповец, 2003), на третьей Международной научно-практической конференции «На передовых рубежах науки и инженерного творчества. РУО ЛИН» (г. Екатеринбург, 2004), на III Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы информатики в образовании, управлении, экономике и технике» (г. Пенза, 2003), на II Всероссийской научно-технической конференции «Информационные системы и модели в научных исследованиях, промышленности и экологии» (г. Москва - г. Тула, 2004), на технических советах горно-обогатительного производства ОАО «ММК» г. Магнитогорск и агломерационного производства ОАО «Северсталь» г. Череповец.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ.

Стру1стура диссертации. Диссертационная работа изложена на 165 страницах машинописного текста, включая 61 рисунок, 19 таблиц, и состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 90 источников отечественных и зарубежных авторов, трех приложений.

Основные выводы по работе заключаются в следующем:

1 Установлено, что исследуемый технологический комплекс является сложным объектом управления, характеризующийся:

- большой размерностью вектора качественных характеристик ЖРЧШ и агломерата, а также отсутствием автономных управляющих воздействий;

- многосвязностыо (изменение любых управляющих воздействий оказывает влияние на несколько выходных переменных);

- отсутствием автоматического контроля качественных характеристик компонентов аглошихты и самого агломерата;

- неполной управляемостью, обусловленной модульными ограничениями на значения управляющих воздействий, а также невозможностью реализовать в локальных контурах регулирования точные расчетные значения управляющих воздействий.

- высоким уровнем помех, обусловленных погрешностями дискретного контроля ХС компонентов ЖРЧШ.

2 Предложено описывать технологический комплекс стабилизации ХС агломерата совокупностью детерминированной составляющей, описанной алгоритмической схемой замещения, и стохастической составляющей, обусловленной факторами неопределенностей. К факторам неопределенностей относятся:

- отсутствие актуальных ХС компонентов шихты;

- отклонения фактических расходов компонентов шихты от заданных значений;

- нарушения циклического графика подачи партий привозных руд;

- нарушения технологии загрузки и отгрузки штабеля.

Предложенная модель позволяет:

- прогнозировать в реальном времени средневзвешенное содержание железа в потоках, поступающих и отгружаемых с усреднительного склада и ХС агломерата;

- исследовать возмущения, связанные с образованием аномальных по ХС зон в штабеле на усреднителыюм складе;

- исследовать влияния погрешности контроля на точность прогнозирования;

- оценить чувствительность качественных характеристик ЖРЧШ к изменению характеристик компонентов шихты.

3 Разработана трехмерная имитационная модель работы усреднительного склада, позволяющая исследовать влияния режимов формирования и отгрузки штабеля на характеристики отгружаемого потока аглошихты.

4 Выполненный системный анализ технологического комплекса и результаты имитационного моделирования работы усреднительного склада позволил установить следующие закономерности:

- существенное отличие фактического технологического режима от регламентного, обусловленное влиянием факторов неопределенности;

- прерывистый характер расхода ЖРЧШ в потоке, поступающем на усреднительный склад, вследствие нарушения графика подачи привозного сырья, и зависания материала в бункерах;

- более высокочастотный характер изменения содержания железа в потоке, отгружаемом с усреднительного склада, по сравнению с потоком ЖРЧШ, поступающем на склад;

- уменьшение амплитуды колебаний содержания железа в потоке, отгружаемом с усреднительного склада, по сравнению с потоком ЖРЧШ, поступающим на склад;

- увеличение дисперсии содержания железа в потоке, отгружаемом со склада, при нарушении регламента загрузки штабеля по сравнению с дисперсией содержания железа в этом же потоке при соблюдении регламента.

5 Общая задача стабилизации ХС агломерата сводится к определению расходов компонентов ЖРЧШ, флюсов и топлива, доставляющих минимум взвешенной сумме квадратов отклонений FeO и основности агломерата от заданных значений. В результате декомпозиции общей задачи стабилизации ХС агломерата выделены частные задачи стабилизации содержания железа в ЖРЧШ и стабилизация ХС агломерата. Первая задача сводится к минимизации суммы квадратов отклонений содержания железа в потоке сырья, подаваемого в штабель, от заданного значения при условии разделения ЖРЧШ на ведущие и ведомые компоненты и аддитивности критерия. Вторая задача заключается в стабилизации ХС агломерата с использованием математической модели, учитывающей ограничения и взаимосвязи между расходами компонентов аглошихты.

6 Верхний уровень АСУТП стабилизации ХС агломерата реализован в виде трех слоев: представления, модели и интерфейса данных. Гибкость и простое развитие системы обеспечиваются объектно-ориентированным подходом к проектированию и реализации системы. Возможность повторного использования позволяет адаптировать программное обеспечение для других м етал л у ргич ее ких пр ед прияти й.

7 Разработано программное обеспечение, направленное на реализацию методики решение задачи синтеза системы стабилизации ХС агломерата и основанное на использование языков моделирования, поддерживаемых CASE-средствами. Надежность функционирования поддерживается объектно-ориентированным средством разработки.

8 Эффективность разработанной системы управления в контуре стабилизации ХС агломерата характеризуется снижением относительной дисперсии по содержанию монооксида железа в агломерате на 25 %, основности агломерата на 20 %, в контуре стабилизации железорудной части шихты - на 50 %. Практическую полезность полученных результатов подтверждает успешное внедрение системы на двух крупнейших металлургических предприятиях России.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе решена научно-техническая задача разработки АСУТП стабилизации ХС агломерата. Актуальность этой задачи постоянно возрастает в связи с вовлечением в переработку сырья с различными химическими и физико-механическими свойствами; многообразием технологических ситуаций, возникающих при управлении процессом подготовки агло-шихты; совместной переработкой концентратов и агломерационных руд; большими масштабами аглопроизводства.

Диссертация представляет собой комплексную научную работу, сочетающую в себе исследования как методического, так и прикладного характера, направленные на повышение эффективности управления ХС агломерата. Разработан и адаптирован к промышленным условиям для ОАО «ММК» и ОАО «Северсталь» программный продукт, позволяющий стабилизировать ХС агломерата.

1.В. Актуальные задачи развития агломерационного производства в России // Агломерация. Высокоэкономичная технология, надежное и высокопроизводительное оборудование : Материалы международной научно-практической конференции. - Екатеринбург, 2001.

2. Автоматизированные системы управления подготовкой металлургического сырья и доменным переделом / под ред. К.А. Шумилова. М. : Металлургия, 1979. 184 с.

3. Производство агломерата и окатышей : Справочник / Базилевич С.В., Астахов А.Г., Майзель Г.М., Федоровский Н.В., Фролов Ю.А., Цейтлин М.А., Юсфин Ю.С. М. : Металлургия, 1984. - 216 с.

4. Жгткин, В.П., Доронин, Д.Н. Производство агломерата : Технология, оборудования, автоматизация. Екатеринбург : Марат, 2004. -292 с. -ISBN 5-85247-034-1.

5. Прием, усреднение и выдача железорудного сырья и извести на участке усреднения концентратов аглоцеха : Технологическая инструкция ТИ Ю1-ГОП-4-99. Магнитогорск, 1999.

6. Доменное производство : Справочное издание: В 2-х т. Т. 1. Подготовка руд и доменный процесс / под ред. Е.Ф. Вегмана. М. : Металлургия, 1989.-496 с.

7. Новожилов, М.Г., Ройзен, Я.Ш., Эрперт, A.M. Качество рудного сырья черной металлургии. М. : Недра, 1977. - 415 с.

8. Кармазин, В.И. Обогащение руд черных металлов : Учебник для вузов. М. : - Недра, 1982. - 216 с.

9. Теория и практика автоматизации агломерационного производства : сборник научных статей / под ред. Н.Ф. Федоровского. Киев, 1971. - 265 с.

10. Вегман, Е.Ф. Краткий справочник доменщика. М. : Металлургия, 1981.-240 с.

11. Базилевич, С.В., Вегман Е.Ф. Агломерация. М. : Металлургия, 1967.-368 с.

12. Вегман, Е.Ф. II Изв. вуз. Черная металлургия. 1964. № 5. С. 28-32.

13. Wegmann, E.F. II Transaction of the Indian Institute of Metals Text. 1973.-June. P. 61-65.

14. Вегман, Е.Ф., Деткова, T.B., Дубе Ндабезиихле II Изв. вуз. Черная металлургия. 1992. -№ 1. С. 8-12.

15. Коротич, В.И. Горение топлива и окислительно-восстановительные процессы при агломерации железорудных материалов : Текст лекций. Екатеринбург, УГТУ, 1996. - 64 с.

16. Коротич, В.И., Фролов, Ю.А., Бездежский, Г.Н. Агломерация рудных материалов. Екатеринбург : ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ», 2003. - 400 с.

17. Каплун, Л.И. Анализ процессов формирования агломерата и совершенствование технологии его производства : Автореферат дисс. докт. техн. наук : 05.16.02. Екатеринбург, 2000. - 49 с.

18. Вегман, Е.Ф. Метод расчета расхода топлива на агломерацию с учетом массы возврата//Изв. вуз. Черная металлургия. 1996. -№3.- С. 70-71.

19. Юсфин, Ю.С. Металлургия чугуна / Е.Ф. Вегман, Б.Н. Жеребин,

20. A.Н. Похвиснев, Ю.С. Юсфин, И.Ф. Курунов, А.Е. Пареньков, П.И. Черноусое ; под редакцией Ю.С. Юсфина. 3-е изд.. М. : Академкнига, 2004. - 774 с.

21. Головырин, С.С. Информационная модель управления основностью аглошихты : Дисс. канд. техн. наук : 05.13.16. Екатеринбург, 1998. - 111 с.

22. В.Б. Огородов. Основные направления модернизации и реконструкции предприятий по обогащению и переработке железорудного сырья /

23. B.Б. Огородов, П.А. Таценко, В.А. Сантемова // Развитие сырьевой базы промышленных предприятий Урала : Тезисы докладов межгос. науч. техн. конф. - Магнитогорск, 1995. - С. 23-32.

24. She Xifang. Предварительное смешивание и усреднение шихтовых материалов черной металлургии // Iron and Steel. 1992. - № 9. С. 1-4.

25. Nakajima, R. Технология усреднения больших количеств железной руды при производстве чугуна и стали / R. Nakajima, М. Hattori, Н. Fukuyo // Нецу сери Jap. Soc. Heat. - 1991. - №2. - С. 89-94.

26. Способ складирования сырья для производства чугуна: Заявка 3191028 Япония, МКИ С22 В 1/00 / Куросава Синъити Огиянаги Хидэо; Ниппон кокан К. к № 1 - 329021 ; Заявл. 19.12.89 // Кокай токе кохо 3(4). -1991.-51.-С. 133-135.-Яп.

27. Batterham, R.J. Optimization of an iron-ore indurator Text. / R.J. Batterham, J. A. Thurlby, G.J. Thornton II Chen. Eng. (Great Britain). 1977. - № 324

28. Hamada Katsushige. Прогрессивная АСУТП агломерационным процессом / Hamada Katsushige, Murai Tatsunori, Jyoko Tadatsugu, Nakamura Yuji, Morioki Keiji II Сумитомо киндзоку Sumitomo Metals. - 1992. №1. -C. 151-160.

29. Iwada Kunihiro. Применение экспертной системы на аглофабрике № 3 в Тобата / Iwada Kunihiro II Дзайре то пуросэсу Curr. Adv. Mater, and Proc.- 1991.-№1.-С. 123.

30. Викулов, Г.С. Производство агломерата заданного химического состава / Г.С. Викулов, А.Е. Вилков, Ю.А. Кабанов, H.JI. Татаркии // Металлург,2002, № 6. с. 47-49.

31. Fukagama, Т. Автоматизированная система управления агломерационным процессом с искусственным интеллектом / Т. Fukagama II Кавасаки сэйтэцу тихо Kawasaki steel gino. - 1991. - №3. - С. 203-209.

32. Автоматизация агломерационного и доменного производства : сборник статей / А.Г Астахов, Б.Г. Микрюков, В.И. Плескан, JJ.H. Полищук, JJ.H. Ткаченко, К.И. Удовечко, Н.В. Федоровский, К.А. Шумилов ; Ин-т автоматики. Киев. : Техника, 1969. - 206 с.

33. Автоматизированные системы управления подготовкой металлургического сырья и доменным переделом / под ред. К.А. Шумилова. М. : Металлургия, 1979.- 184с.

34. П.Г. Русаков. Разработка теоретических основ производства агломерата стабильного химического состава : Дисс. докт. техн. наук : 05.16.02. -Коммунарск, 1989- 168 с.

35. Зобиин, Б.Б. Моделирование систем : конспект лекций по дисциплине «Моделирование систем» : Екатеринбург : Изд-во. УГГГА, 2001. 129 с.

36. Лисиенко, В.Г. Принципы построения трехуровневых АСУ ТП объектов с распределенными параметрами на примере АСУ нагревом металлом : Учебное пособие. Екатеринбург : УГТУ, 1999. - 73 с. - ISBN 5-230-06544-3.

37. Кузякин, В.И., Лисиенко, В.Г., Крюченков, Ю.В. Основы теории и проектирования измерительных информационных технологий и систем. -Екатеринбург : УГТУ-УПИ, 2002. 237 с. - ISBN 5-283-04395-9.

38. Марка, Д., Макгоуэн, К Методология структурного анализа и проектирования : предисл. Дугласа Т. Росса. М.: Метатехнология, 1993. - 240 с.

39. Структурный анализ сложных систем : Методические рекомендации. 3-е изд.. - Калинин, 1987. - 27 с.

40. Буч, Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++. М.: Бином, 1998. - 560 с. - ISBN 5-7940-0017-1.

41. Райордан, Р. Основы реляционных баз данных. М. : Русская редакция, 2001. - 384 с. - ISBN 5-7502-0150-3.

42. Коннолли, Т., Бегг, К. Базы данных. Проектирование, реализация и сопровождение. Теория и практика. 3-е изд.. - М. : Вильяме, 2003. -1440 с. - ISBN 5-8459-0527-3.

43. Бадд, Т. Объектно-ориентированное программирование в действии. СПб. : Питер, 1997. - 460 с. - ISBN 5-88782-270-8

44. Мейер, Б. Объектно-ориентированное конструирование программных систем. М.: Русская Редакция, 2005. - 1232 с. ISBN 5-7502-0255-0.

45. Орлов, С.А. Технологии разработки программного обеспечения : разработка сложных программных систем : учеб. пособие. 2-е изд. - СПб. : Питер, 2003. - 480 с. - ISBN 5-94723-145-Х.

46. Роббинс, Дж. Отладка приложений для Microsoft .NET и Microsoft Windows. М. : Русская Редакция, 2004. - 736 с. - ISBN 5-7502-0243-7.48 http://www.tiobe.com/tiobeindex/index.htm Electronic Resource.

47. Шаммас, H.K. Основы С++ и объектно-ориентированного программирования. К.: Диалектика, 1996. - 448 с. - ISBN 966-506-038-8

48. Эккель, Б. Философия Java. Библиотека программиста. 3-е изд.. -СПб.: Питер, 2003. 976 с. - ISBN 5-88782-105-1.

49. IDEF0 specification Electronic resource.

50. Методология функционального моделирования IDEF0 : руководящий документ : Госстандарт России. 2000.

51. Рамбо, Дж., Якобсон, А., Буч Г. UML руководство пользователя. -СПб. : Питер, 2004. 432 с. - ISBN 5-94074-260-2.

52. Фаулер, М., Скотт, К. UML Основы. СПб. : Символ-плюс, 2002. - 192 с. - ISBN 5-93286-032-4.

53. Ларман, К. Применение UML и шаблонов проектирования. 2-е изд.. - М. : Вильяме, 2004. - 624 с. - ISBN 5-8459-0250-9.

54. Рамбо, Дж., Якобсон, А., Буч Г. UML специальный справочник. -СПб. : Питер, 2002. 656 с. - ISBN 5-318-00174-2.

55. Фаулер, М. Архитектура корпоративных программных приложений. М. : Вильяме, 2004. - 544 с. - ISBN 5-8459-0579-6.

56. Mill, #., Jaoude, G.B., Lefebvre, E., Tremblay, G., Petrenko, A. Business process modeling languages: Sorting through the alphabet soup Electronic Resource. Tech. report, Universite du Quebec a Montreal, 2003.

57. Математика в техническом университете : комплекс учебников из 20 выпусков. Т. 17. Математическая статистика / под ред. д-ра техн. наук, профессора B.C. Зарубина и д-ра физ.-мат. наук, профессора А.П. Крищенко.- М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. 423 с.

58. Калиткин, Н.Н. Численные методы. М. : Наука, 1978 .-512 с.

59. Ракитин, В.И., Первушин, В.Е. Практическое руководство по методам вычислений с приложением персональных компьютеров : Учеб. пособие. М.: Высшая школа, 1998. - 382 с. - ISBN 5-06-003342-2.

60. Руды и концентраты марганцевые, методы отбора и подготовки проб для химического анализа и определения содержания влаги : Госком-стандартов Совета Министров СССР . 1971. - С. 25.

61. Зобнин, Б.Б. Алгоритм повышения достоверности контроля содержания железа в продуктах обогащения / Б.Б. Зобнин, A.M. Самаркин, Е.И. Гибелев II Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 1978.- № 8. С. 142-146.

62. Ицкович, Э.Л. Контроль производства с помощью вычислительных машин.-М. : Энергия, 1975.-416 с.

63. Опробование привозного железорудного сырья, агломелочи, флюсов, компонентов шихты и шихты для агломерации в цехах ГОП ОАО «ММК» : Технологическая инструкция ТИ 101-ГОП-8-98.-Магнитогорск, 1998.

64. Подача железорудного сырья на участок усреднения концентратов (УУК) аглоцеха ГОП по циклическому графику : Технологическая инструкция ТИ Ю1-ГОП-6-97.- Магнитогорск, 1997.

65. Ввод известковой пыли и извести в шихту аглофабрик : АОП Технологическая инструкция ТИ-101-АОП-15-92. Магнитогорск, 1991.

66. Производство офлюсованного доменного агломерата : Технологическая инструкция ТИ-Ю5-ОА-01-2001. -Череповец, 2001.

67. Спекание агломерата на аглофабрике № 4 : Технологическая инструкция ТИ-101 -ГОП-10-95. Магнитогорск, 2000.

68. Microsoft MSDN library Electronic resource.

69. Альманах программиста, том I : Microsoft ADO.NET, Microsoft SQL Server, доступ к данным из приложений / Сост. Ю.Е. Купцевич. М. : Русская Редакция, 2003.-400 с. ISBN 5-7502-0234-8.

70. Microsoft Books Online Electronic Resource.

71. Квакернаак, X., Саван, P. Линейные оптимальные системы управления. М. : Мир, 1977. - 650 с.

72. Плискнн, Л.Г. Оптимизация непрерывного производства. — М. : Энергия, 1975. 336 с.

73. Рей, У. X. Методы управления технологическими процессами. -М.: Мир, 1983.-368 с.

74. Маклин, С., Нафтел, Дэ/с., Уильяме К. Microsoft .NET Remoting. -М. : Русская Редакция, 2003. 384 с. - ISBN 5-7502-0229-1.

75. Орфали, Р., Харки, Д. Java и CORBA в приложениях клиент-сервер. М. : Лори, 2000. - 734 с. - ISBN 5-85582-092-0.79 http://msdn.microsoft.com/practices Electronic Resource.

76. Бастан, П.П., Болотин, Н.Н. Усреднение руд на горнообогатительных предприятиях. М. : Недра, 1981. 280 с.

77. Шупов, Л.П. Математические модели усреднения : Справочное пособие. М. : Недра, 1978. - 287 с.

78. Сурин, А.А. Имитационная модель усреднительного комплекса // Интеллектика, логистика, системология. Челябинск, 2005 . - №14. - С. 59-61.