автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Разработка и внедрение теплотехнической информационно-моделирующей системы доменного процесса

гчО <

На крапах рукописи

Суханов Евгений Леонидович

РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИОННО-МОДЕЛИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ДОМЕННОГО ПРОЦЕССА

Специальность 05.16.02 "Металлургия черных металлов" 05.13.07 "Автоматизация технологических процессов и производств"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Екатеринбург - 1997

Работа выполнена на кафедре "Металлургические печи" Уральского государственного технического университета (УГТУ-УПИ)

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Торопов Е.В.

доктор технических наук, профессор Зобнин Б.Б.

доктор технических наук, профессор Пластинин Б.Г.

Ведущее предприятие - АО "Кузнецкий металлургический комбинат"

Защита состоится " 22 " декабря 1997 г. в _час на заседании

специализированного совета Д.063.14.01 по присуждению ученой степени доктора технических наук при Уральском государственном техническом университете - УГТУ-УПИ по адресу: 620002, г. Екатеринбург, К-2, ул. Мира 19, УГТУ-УПИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УГТУ-УПИ.

Автореферат разослан " 3 " _¡997 г.

Ученый секретарь

специализированного совета Д.063.14.01, доктор технических наук, профессор

Шумаков Н.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Доменный процесс был и остается в

обозримой перспективе основным переделом металлургического производства, что было подтверждено Международным конгрессом "Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке" (Москва, 1994 г.).

Концепция развития доменного производства изложена в документе "Федеральная программа технического перевооружения и развития металлургии России до 2000 г.", одобренного Правительством РФ. Предусматривается освоение новых и дальнейшее совершенствование существующих технологий доменного процесса.

Повышение конкурентоспособности отечественного доменного производства и отдельных доменных цехов за счет улучшения качества выплавляемого чугуна задаваемых марок и снижения материально-энергетических затрат стало актуальной проблемой. Решению этой проблемы путем совершенствования методов контроля и управления тепловым режимом современных доменных печей, оснащенных автоматизированными системами управления технологическими процессами (АСУ ТП), посвящена диссертационная работа.

Предложен принципиально новый подход к решению рассматриваемой задачи, основанный не на применении известных алгоритмов теплового состояния доменной печи или уникальных математических моделей, а на создании единой информационно-моделирующей системы обработки всей собираемой информации с использованием относительно простых адаптируемых моделей разного назначения.

Цель работы. Разработка и внедрение теплотехнической информационно-моделирующей системы доменного процесса, предназначенной для логико-математического анализа собираемой информации о работе доменной печи с целью оценки ее теплового

состояния и влияния переменных факторов на развитие основных процессов доменной плавки, что позволяет управлять качеством выплавляемого чугуна и решать задачи оптимизации доменного производства.

Критериями оптимизации могут быть допустимые пределы изменений химического состава выплавляемой марки чугуна, минимизация удельного расхода кокса или общих материально-энергетических затрат при разных ситуациях ведения доменной плавки.

Разработка и внедрение новой информационно-моделирующей

системы доменного процесса потребовало решения серьезных научно-

технических проблем и конкретных задач. Основные из них следующие:

1. Исследование современных доменных печей большого объема, оснащенных АСУ ТГ1, с целью выявления их особенностей как объектов контроля и управления тепловым режимом доменной плавки.

2. Выбор и разработка метода математического моделирования доменного процесса, пригодного для решения практических задач контроля и управления тепловым режимом печи путем логико-математического анализа собираемой информации о ходе доменной плавки.

3. Разработка надежного многовариантного способа проверки достоверности исходных данных и резервирования основной информации, необходимой для реализации выбранного метода математического моделирования доменного процесса.

4. Разработка методов определения по информации о работе печи теплофизических и других коэффициентов, которые характеризуют развитие теплообменных и восстановительных процессов доменной плавки при реальных условиях работы печи.

5. Разработка комплекса необходимых функционально-физических моделей разного назначения, метода их адаптации к реальным условиям работы доменной печи и методик использования отдельных моделей для решения конкретных задач оценки развития теплообменных и восстановительных процессов в разных зонах печи, прогноза влияния переменных факторов на тепловой режим плавки и расчета управляющих воздействий при оптимизации доменного производства.

6. Постановка и проведение опытно-промышленных испытаний, связанных с оценкой адекватности новых методов решения задач доменного производства и внедрением основных узлов разработанной информационно-моделирующей системы путем их включения в прикладное математическое обеспечение верхнего уровня АСУ ТП современных доменных печей большого объема.

Научная новизна работы. Проявилась в следующих разработках и

научных достижениях:

1. Установлено, что современные доменные печи представляют собой сложные человеко-машинные технологические комплексы, которые обладают свойствами самоорганизации, причем, ведущая роль при управлении тепловым режимом доменной плавки остается пока за технологами. Выявлено, что при решении этих задач методами

математического моделирования требуется ''индивидуальный подход" к отдельным доменным печам, которые отличаются конструктивными и другими характеристиками, а также необходимость свертки собираемой информации в обобщенные показатели входных воздействий, состояния отдельных процессов доменной плавки и выходных параметров работы печи.

2. Установлено, что для математического моделирования теплового режима печи пригодны только детерминированные зависимости, так как статистические характеристики рассматриваемого технологического комплекса, обладающего свойствами самоорганизации, отражают результаты ведения доменной плавки при конкретных условиях работы печи, а не объективные закономерности доменного процесса. Это послужило обоснованием применения известных закономерностей доменной плавки и развития теплообмена по высоте печи, теоретически найденных Б.И. Китаевым и экспериментально подтвержденных его последователями.

3. Исходя из объективных закономерностей доменного процесса, разработано два комплекса обобщенных показателей состояния теплообмепных и восстановительных процессов в верхней и нижней золах печи, автоматически рассчитываемых при обработке собираемой информации. Применение таких обобщенных показателей позволило оценивать развитие основных процессов доменной плавки и прогнозировать влияние переменных факторов на тепловой режим печи, что явилось основой решения многих задач доменного производства.

4. Разработан метод оценки информационной (параметрической)

чувствительности сложных математических зависимостей (моделей и алгоритмов), которые используются при моделировании доменного процесса. С помощью этого метода были выявлены основные взаимосвязи теплового режима доменной плавки, необходимые для создания относительно простых функционально-физических моделей разного назначения, а также определялась пригодность известных алгоритмов теплового состояния доменной печи для решения практических задач ведения плавки.

5. Разработан оригинальный метод натурно-математического моделирования доменного процесса, основанный на использовании автоматически рассчитываемых обобщенных показателей и концепции опорно-возмущенного движения. Это послужило основой создания моделей оценки базового состояния доменного процесса в отдельных зонах печи и функционально-физических моделей возмущенного

режима, позволяющих анализировать как статику, так и динамику теплового режима доменной плавки.

6. Разработаны многовариантный способ повышения достоверности исходных данных и многоуровневый метод адаптации основных расчетных моделей, что обеспечило возможность применения новой информационно-моделирующей системы для решения ответственных задач контроля и управления тепловым режимом доменной печи.

7. Разработана и внедрена теплотехническая информационно-моделирующая система, предназначенная для решения задач контроля и управления тепловым режимом доменной печи путем логико-математического анализа собираемой информации о работе доменной печи с целью оценки ее теплового состояния и влияния переменных факторов на развитие теплообменных и восстановительных процессов доменной плавки. На использовании результатов оценки теплового состояния печи и выявленных взаимосвязей доменного процесса при реальных условиях ведения плавки основан расчет управляющих воздействий, которые позволяют оптимизировать доменное производство.

Практическая ценность работы. Характеризуется результатами использования найденных решений и конкретных разработок следующими металлургическими комбинатами и организациями:

• доменными лабораториями и отделами АСУ Новолипецкого металлургического комбината (НЛМК), Череповецкого металлургического комбината (ЧерМК) и Карагандинского металлургического комбината (КарМК) использованы методы расчета коэффициентов пофакторного анализа, позволяющих учитывать конкретные условия работы доменной печи за последний период ее работы, методы расчета перешихтовок с анализом их влияния на результаты плавки, методы оценки нагрева продуктов плавки и теплового состояния в отдельных зонах печи с применением автоматически рассчитываемых обобщенных показателей;

• Всесоюзным научно-исследовательским и проектным институтом систем автоматического управления (ВНИПИСАУ-30) использованы научно-обоснованные рекомендации но совершенствованию систем отображения о ходе доменной плавки и прикладного математического обеспечения АСУ ТП при проектировании систем автоматизации доменной печи №9 объемом 5000 м3 металлургического комбината "Криворожсталь", доменной печи №6 объемом 3200 м3 НЛМК и доменной печи №5 объемом 5580 м3 ЧерМК (ныне АО "Северсталь");

• ОАО "Уральским институтом металлов" использовались методы ретроспективного анализа работы доменных печей ВПО "Союзметаллургпром" и прогнозирования развития доменного производства предприятий этого промышленного объединения;

• высшими учебными заведениями УГТУ-УПИ и СибГГМА при преподавании дисциплин "Автоматическое управление металлургическими процессами", выполнении студен гами-металлургами курсовых и дипломных проектов.

Копии актов внедрения и промышленных испытаний новых разработок даны в приложении диссертации.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на 12 Международных конгрессах и симпозиумах, 21 Общегосударственных и региональных конференциях и семинарах, а также на межотраслевых и областных совещаниях по проблемам металлургической теплотехники и при решении научно-практических задач создания АСУ I'll при строительстве доменных печей большого объема. Основные из них следующие:

Международного уровня: IV и V Конгрессы ИФАК (Варшава. 1969 г., Париж, 1972 г.); Советско-индийский симпозиум по черной металлургии (Донецк, 1982 г.); V симпозиум ИФАК/ИФИП (Ереван, 1986 г.); 5-я, 6-я и 8-я Международные конференции доменщиков (Острава, 1975, 1979 и 1989 гг.); Международная конференция "Новые и усовершенствованные технологии окускования сырья, производства чугуна и ферросплавов" (Варна, 1990 г.); Международный конгресс доменщиков (Гула, 1992 г.); Международная конференция ИКА1111-94 (Барнаул, 1994 г.); Научно-практическая конференция с международным участием "Современные проблемы и пути развития металлургии" (Новокузнецк, 1997 г.).

Общегосударственного и регионального уровня: II Всесоюзное совещание по автоматизации металлургических процессов в металлургии (Новокузнецк, 1963 г.); Научно-техническая конференция по основам автоматического управления доменным процессом (Днепропетровск, 1969 г.); Научно-технические семинары "Проблемы автоматизированного управления доменным производством" (Киев, 1973, 1975, 1977, 1979, 1981 и 1985 гг.); Научно-техническая конференция "Проблемы тепло- и массообмена в доменном производстве, при агломерации и обжиге окатышей" (Свердловск, 1978 г.); Всесоюзные совещания по проблемам автоматического управления (Тбилиси, 1969 г.; Ереван, 1972 г.; Москва, 1974 г.; Минск, 1977 г.); Конференция "Применение ЭВМ в металлургии"

металлургических процессов и агрегатов" (Свердловск, 1983 г.); Конференция "Повышение эффективности металлургического производства" (Новокузнецк, 1985 г.); Конференция "Эффективность внедрения новых технологических процессов в металлургии" (Свердловск, 1986 г.); Конфёренция "Социально-экономические проблемы коренного перелома эффективности развития производительных сил Кузбасса" (Кемерово, 1988 г.); Конференция "Создание и совершенствование энергосберегающих технологий в пирометаллургии" (Караганда, 1988 г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в одной монографии, двух брошюрах, 168 статьях и докладах; по новым разработкам получено 5 авторских свидетельств. Результаты опытно-промышленных испытаний и внедрения новых разработок отражены в 18 зарегистрированных в ВНИЦИ огчетах по НИР, которые были выполнены при участии и под научным руководством соискателя.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, приложения и списка использованной литературы из 200 наименований. Работа изложена на 234 страницах, включая 63 рисунка и 25 таблиц.

Предмет защиты и личный вклад автора диссертации. На защиту выносится крупное научное достижение в развитии металлургической теплотехники и автоматизации технологических процессов -принципиально новый подход к решению проблемы контроля и управления тепловым режимом доменной печи, который основан на применении разработанной информационно-моделирующей системы, предназначенной для логико-математического анализа всей собираемой информации о работе доменной печи с целью оценки ее теплового состояния и влияния переменных факторов на развитие основных процессов доменной плавки, что позволяет управлять качеством выплавляемого чугуна и решать задачи оптимизации доменного производства.

Личный вклад автора заключается в непосредственном творческом участии на всех стадиях выполнения диссертационной работы, начиная с научного обоснования необходимости принципиально нового подхода к решению рассматриваемой проблемы и до внедрения разработанной информационно-моделирующей системы доменного процесса, включая самостоятельные разработки следующих решений и методов:

• постановка основных задач управления доменным процессом с выделением подзадачи "'Управление тепловым состоянием печи" и двух относительно самостоятельных объектов - верха и низа доменной печи;

• разработка концептуальной модели, описывающей развитие взаимосвязанных теплообменных и восстановительных процессов в верхней и нижней зонах доменной печи;

• постановка и организация исследований сложного технологического комплекса на базе современной доменной печи как теплотехнического объекта контроля и управления;

• разработка метода оценки информационной (параметрической) чувствительности математических зависимостей, описывающих закономерности сложных технологических процессов;

• разработка метода и критериев оценки пригодности моделей и алгоритмов теплового состояния доменной печи для решения практических задач контроля и управления доменным процессом;

• разработка нового варианта метода натурно-математического моделирования, основанного на использовании концепции опорно-возмущенного движения и автоматически рассчитываемых обобщенных показателей входных воздействий, состояния доменного процесса в отдельных зонах печи и выходных параметров доменной плавки;

• разработка общей структуры теплотехнической информационно-моделирующей системы доменного процесса, представляющей собой комплекс функционально связанных алгоритмов анализа собираемой информации и моделей решения конкретных задач доменного производства;

• разработка многоканальной динамической модели теплового режима доменной плавки, предназначенной для расчета управляющих воздействий, применение которых позволяет решать задачи оптимизации доменного производства;

• научное обобщение экспериментальных и расчетно-теоретических исследований, выполненных совместно со своими аспирантами

B.J1. Мойшелисом, Л.П. Кожурковой, В.Д. Сучковым, С.А. Загайновым. JT.A. Сульманом, А.Н. Дмитриевым, H.A. Драничниковым и

C.А. Новокрещеновым.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ.

Совершенствование технологии доменной плавки при переходе на использование офлюсованного агломерата, окатышей, углеводородных добавок и обогащения дутья кислородом потребовало разработки новых методов контроля и управления доменным процессом, основанных на применении управляющих вычислительных машин (УВМ), которыми начали оснащаться отдельные доменные печи. В решении этой проблемы приняли участие многие учебные и научно-исследовательские институты, предложив свои разработки, которые получили название "алгоритмов теплового состояния доменной печи".

На доменных печах, оснащенных УВМ, были опробованы алгоритмы теплового состояния разработки Донецкого политехнического института (ДНИ), Московского института стали и сплавов (МИСиС), Ленинградского политехнического института (ЛПИ), Центрального научно-исследовательского института черной металлургии (ЦНИИчермет), Научно-исследовательского института автоматизации черной металлургии (НИИАчермет), Всесоюзного научно-исследовательского института металлургической теплотехники (ВНИИМТ), Французского научно-исследовательского института (ИРСИД) и некоторых других организаций.

Несколько позднее по инициативе Б.И. Китаева, обосновавшего необходимость раздельного контроля и управления тепловым состоянием верха и низа доменной печи, к решению рассматриваемой проблемы подключилась кафедра "Металлургические печи" Уральского политехнического института (УПИ). Новое научное направление кафедры, связанное с автоматизацией технологических процессов, было поддержано Министерством приборостроения и средств автоматизации, которое вело разработку и проектирование АСУ ТП для строящихся доменных печей большого объема. Кафедре было поручено подготовить научно обоснованные рекомендации по совершенствованию систем отображения информации о ходе доменной плавки и прикладного математического обеспечения АСУ ТП доменных печей.

Экспериментальные исследования, связанные с подготовкой нужных рекомендаций и опытно-промышленными испытаниями при внедрении новых разработок, проводились на доменной печи №7 объемом 1719 м-1 Днепродзержинского металлургического завода (ДМЗ), доменной печи №10 объемом 2014 м3 Магнитогорского металлургического комбината (ММК), доменной печи №9 объемом 5000 м3 металлургического комбината

"Крипорожсталь", доменной печи №6 объемом 3200 м3 НЛМК, ■ на

доменных печах №4 объемом 2700 м^ и №5 объемом 5580 м3 ЧерМК.

В экспериментальных и расчетно-теоретических исследованиях, исполнителем и научным руководителем которых был автор диссертационной рабогы, принимали участие его аспиранты, соискатели и студенты-дипломники металлургического и радиотехнического факультетов УГ1И. Комплексные исследования проводились в творческом содружестве с кафедрами "Рудно-термические технологии" и ''Управление и автоматизация в технических системах'" УГТУ-УПИ, кафедрой "Системы информатики и управления" СибГГМЛ. В опытно-промышленных испытаниях новых разработок участвовали руководители и ведущие специалисты отделов АСУ и доменных лабораторий указанных металлургических предприятий.

Автор работы выражает искреннюю признательность коллегам по кафедре "Металлургические печи" УГТУ-УПИ и Региональному Уральскому отделению АИН РФ, аспиранту и верному помощнику Л.П.

Кожурковой, всем другим своим аспирантам и соискателям, профессорам В.11. Авдееву и В.Г. Лисиенко за добрые советы и поддержку при решении сложной проблемы на стыке металлургической теплотехники и автоматического управления технологическими промессами.

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБОВ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫМ СОСТОЯНИЕМ ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ

В этой главе рассмотрены вопросы, связанные с выбором исходных предпосылок постановки диссертационной работы:

• изучение особенностей современных доменных печей, оснащенных АСУ ТП, как объектов контроля и управления;

• аналитический обзор эволюции систем управления доменным производством и оценка пригодности известных алгоритмов теплового

состояния печи для решения практических задач ведения доменной плавки;

• общая постановка основных задач управления доменным процессом и их декомпозиция, исходя из условий выполнения диссертационной работы;

• анализ собираемых массивов информации о работе доменной печи с использованием методов статистики и экспертных оценок;

• выводы по результатам предварительных исследований.

Объектом контроля и управления является технологический комплекс, в состав которого, помимо самой доменной печи, входят блок четырех воздухонагревателей, турбовоздуходувка, бункерная эстакада с системой дозирования шихтовых материалов, система подачи и загрузки шихты в печь, установки пылегазоочистки и придоменной грануляции шлака. Современные печи объемом 3200-5500 м3 имеют конвейерную систему подачи шихтовых материалов на колошник печи и бесконусное загрузочное устройство конструкции фирмы "Паюль Вюрт" с вращающимся лотком и регулируемым углом наклона.

Рассматриваемый технологический комплекс управляется тремя группами сменных технологов (мастером печи и его помощником, мастерами шихтоподготовки и воздуходувки) с применением средств автоматизации. Например, для контроля и управления доменной печью №9 объемом 5000 м3 завода "Криворожсталь" используется более 6100 единиц аппаратуры, в том числе:

• измерительные преобразователи температуры - 255;

• измерительные преобразователи давления и расхода - 1336;

• измерительные преобразователи уровня - 639;

• вторичные показывающие и регистрирующие приборы -1481;

• регулирующая и исполнительная аппаратура - 1725;

• прочие приборы и устройства - 701.

Работа всех агрегатов комплекса находится под постоянным наблюдением сменных технологов, за которыми остается ведущая роль при решении многих задач управления. Поэтому такой технологический комплекс нельзя принимать за пассивный объект управления, а следует относить к классу интерактивных человеко-машинных систем, обладающих свойствами самоорганизации.

Исходя из этого, анализируемый доменный процесс рассматривается как система с внутренним контуром управления, структура которой изображена на рис.1. Количество контролируемых входов Уп(х)>150 (с учетом показателей химсостава и массы отдельных компонентов шихты), регулирующих воздействий "сверху" и "снизу" Кт(т) около 10 (изменение рудной нагрузки, среднего уровня засыпи и распределения шихтовых материалов по поверхности засыпи, параметров комбинированного дутья), автоматически контролируемых выходных величин Х;(х)>40, а основных управляемых показателей доменной плавки У^т)<12 (содержание химических элементов в чугуне, его температура, основность шлака, масса продуктов плавки).

V

-Q-

.¡LM

wi /

T

Доменный процесс

hO-

1 j?

X.

Контур управления с участием технологов

! ч

_Ц [a—J (J -J -Д Управляемая система

У

Рис. 1. Обобщенная структура рассматриваемой системы:

Vn(x) - контролируемые воздействия; Rm(T) - регулирующие воздействия; Х,(т) - выходные контролируемые переменные; Yj(t) - основные управляемые показатели; Z - возмущения; V/. и R, - потери кокса и воздуха; X/ - изменения параметров газа; \7 - потери чугуна со шлаком; Ц - функция цели; А - алгоритм управления; О - офаничения; Л - пополнительная информация; О - помехи

Внешние и внутренние неконтролируемые факторы обозначены величиной 7.. Оценка эффекта возмущений, отнесенная к входу или к выходу объекта, является весьма трудной задачей, но ее необходимо решать, так как влияние возмущений на ход доменной плавки часто соизмеримо с влиянием контролируемых воздействий.

Большое количество контролируемых параметров требует свертки информации в обобщенные показатели входа, выхода и состояния доменного процесса. Это особенно важно, так как прямых способов контроля развития восстановительных и теплообменных процессов в объеме печи пока нет. Выбор и разработка методик расчета обобщенных показателей является одной из задач диссертационной работы.

Одной из особенностей рассматриваемой системы является тесная взаимосвязь между многими контролируемыми переменными, что обусловлено закономерностями доменного процесса и влиянием контура управления, действия которого определяются заданным алгоритмом (точнее - действующей технологической инструкцией). Когда это не учитывается, то при статистических исследованиях получают результаты, которые отражают условия ведения плавки при конкретной

технологической ситуации, а не физику процесса. Это обстоятельство не позволяет даже рассматривать возможность использования метода "черного ящика" при решении задач управления доменным процессом.

Следовательно, за основу моделирования надо брать хорошо известные закономерности доменного процесса, а методы статистики применимы лишь для уточнения значений отдельных коэффициентов и при оценке эффекта влияния случайных воздействий.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что состояние рассматриваемой системы и, следовательно, результаты плавки определяются как закономерностями доменного процесса, так и эффективностью функционирования контура управления. В свою очередь, это зависит от совершенства методов контроля и управления, которые используются технологами при ведении плавки.

Можно отметить, что к настоящему времени довольно удачно решены вопросы автоматического управления шихтоподготовкой, режимом загрузки, переводом воздухонагревателей с одного режима работы на другой, стабилизации заданных параметров дутья и многое другое. Применение загрузочных устройств конструкции фирмы "Пауль Вюрт" с вращающимся лотком, горизонтальных зондов и термовизорного устройства типа "Спиротерм" позволяет контролировать и управлять газодинамическим режимом доменной печи.

Остаются нерешенными наиболее сложные задачи контроля и управления тепловым режимом доменной печи, требующие применения методов математического моделирования, т.к. прямых способов контроля развития теплообменных и восстановительных процессов в объеме печи нет.

Существующее прикладное математическое обеспечение верхнего уровня АСУ ТП, основанное на использовании известных алгоритмов теплового состояния печи или отдельных довольно сложных моделей, не позволяет путем логико-математического анализа всей собираемой информации надежно оценивать тепловой режим плавки и рассчитывать управляющие воздействия.

К наиболее совершенным автоматизированным системам управления доменными печами России можно отнести модернизированную в 1995 г. АСУ ТП доменной печи №5 объемом 5580 м3 ЧерМК. Эта система разрабатывалась ВНИПИСАУ-30 совместно с АО "Черметавтоматика" и фирмой "СИМЕНС АГ".

В подготовке прикладного математического обеспечения для отдельных подсистем принимали участие СибГГМА, УГТУ-УПИ и некоторые другие организации. Система иерархическая трехуровневая:

• нижний уровень включает локальные средства контроля и регулирования;

• к среднему уровню относятся подсистемы контроля и управления отдельными агрегатами с применением программируемых контроллеров (используется 75 устройств типа МикроДАТ и СИМЕНС-С5);

• верхний уровень осуществляет функции централизованного контроля и управления с использованием двух машин типа СМ-2М, а также специализированных вычислительных устройств фирм "Тиссен Шталь" и "СИМЕНС АГ".

При разработке прикладного математического обеспечения верхнего уровня АСУ ТП изучалась возможность использования известных алгоритмов теплового состояния доменной печи для решения

практических задач контроля и управления доменным процессом. Для сопоставимого анализа этих алгоритмов были предложены следующие критерии:

• возможность выполнения требований по объему и структуре массива исходных данных, необходимых для реализации отдельных алгоритмов;

• возможность выполнения требований по точности измерения переменных, используемых для расчета обобщенных параметров теплового состояния доменной печи;

• возможность расчета предлагаемых обобщенных показателей с погрешностью не более ±15% (отн.) при использовании обычно собираемой информации о ходе плавки, если отдельные переменные могут измеряться с погрешностью до ±5% (отн.);

• возможность использования алгоритма для количественной оценки

теплового состояния печи или расчета управляющих воздействий, если судить об этом по той информации, которая действительно определяет значение рассчитываемых обобщенных показателей.

Для ответа на поставленные вопросы было предложено использовать метод оценки информационной (параметрической) чувствительности моделей или алгоритмов, описывающих закономерности доменного процесса. Применение разработанного нами варианта метода оценки информационной чувствительности сложных математических зависимостей при решении рассматриваемой задачи было реализовано путем выполнения следующих операций:

1. Путем тщательного анализа собранной информации о работе нескольких доменных печей большого объема был создан "эталонный" массив исходных данных, необходимых для расчета: 70 обобщенных показателей по алгоритмам МИСиС, ЛПИ, ЦНИИчермет, НИИАчермет, ДПИ, ВНИИМТ и ИРСИД.

2. Путем изучения опубликованных данных и при встречах с разработчиками многих алгоритмов была уточнена методика расчета отдельных обобщенных показателей, что позволило создать пакеты вычислительных программ по отдельным алгоритмам.

3. С использованием "эталонного" массива данных и соответствующего пакета вычислительных программ рассчитывалось исходное значение ¡-го обобщенного показателя 81. Затем расчеты повторялись при небольшом изменении одной ]-й переменной на величину 8х^ равной 1, 2, 3, 4 и 5% ее исходного значения. После этого анализировалось влияние вариаций (небольших изменений) всех других входных переменных, используемых при расчете конкретного обобщенного показателя (для расчета некоторых показателей требовалось до 153 переменных).

4. По результатам расчетов находились функции информационной чувствительности ¡-го обобщенного показателя (одного из выходов модели или алгоритма) к вариациям входной переменной 5х^ Для расчетов этой функции используется формула

бвд = [(вц — вО / • 100%,

где Б; - исходное значение обобщенного показателя, рассчитанное по "эталонному" массиву исходных данных;

- значение этого показателя, рассчитанное по той же информации, но величина одной ]-й переменной была изменена на ±8х).

Частное значение функции, найденное при 8xj = 1, названо коэффициентом информационной чувствительности выходного показателя модели к >й переменной и обозначено символом 68у(1). Графическое представление результатов исследований дано на рис. 2.

информационной чувствительности сложных математических

моделей:

- функция информационной чувствительности ¡-го обобщенного показателя к ]-й переменной; б8ц(1) - коэффициент информационной чувствительное™.

Найденные функции информационной чувствительности обобщенных показателей, рассчитываемых с использованием рассматриваемых алгоритмов теплового состояния доменной печи, приведены в диссертации. Анализ полученных результатов показал, что большинство обобщенных показателей не отвечают но совокупности требованиям тех критериев, которые были сформулированы при оценке пригодности алгоритмов для решении практических задач копроля и управления доменным процессом.

Выявленные достоинства или недостатки отдельных обобщенных показателей были учтены при подготовке научно обоснованных рекомендаций по совершенствованию прикладного математического обеспечения АСУ ТП доменных печей большою объема.

Можно отметить, что разработка и опытно-промышленные испытания алгоритмов теплового состояния доменной печи сыграли определенную роль в совершенствовании не только способов контроля и управления, но и технологии доменной плавки. Это было особенно важно для периода развития доменного производства, когда началось внедрение новых способов ведения плавки с использованием природного газа и обогащения дутья кислородом.

Опытно-промышлепные испытания алгоритмов теплового состояния доменной печи потребовали применения дополнительной и более точной контрольно-измерительной аппаратуры, управляющих вычислительных машин и разработки необходимого программного обеспечения. Решение этих задач стало актуальной проблемой. Появилось новое научное направление, поддержанное многими вузами и Киевским институтом автоматики, который организовал действующий в течение многих лет всесоюзный семинар по проблемам автоматизации доменного производства. Всесоюзные конференции и совещания по теоретическим основам автоматизации доменного производства проводили МИСиС, ДМЕТИ, ВНИИМТ и УПИ.

Анализ результатов многолетних опытно-промышленных испытаний алгоритмов теплового состояния на доменных печах, оснащенных средствами вычислительной техники, а также опубликованных данных о достижениях зарубежных фирм при автоматизации доменного производства, позволяет сделать вывод о необходимости поиска принципиально нового подхода к решению проблемы управления доменным процессом с использованием АСУ ТП.

Имеется несколько вариантов. По нашему мнению наиболее перспективным направлением является совершенствование прикладного математического обеспечения верхнего уровня автоматизированных систем управления, которыми оснащены доменные печи большого объема или разработка которых ведется.

Решение этой задачи предлагается реализовать не за счет использования отдельных алгоритмов теплового состояния или уникальной математической модели доменного процесса, а путем создания единой и достаточно надежной информационно-моделирующей системы функционально связанных алгоритмов логико-математической обработки всей собираемой информации и сравнительно простых функционально-физических моделей, пригодных для анализа как статики, так и динамики теплового режима доменной печи.

Для создания таких моделей вполне пригоден разработанный метод оценки информационной чувствительности, который позволяет выявлять основные взаимосвязи доменного процесса и представлять их в виде линеаризованных уравнений.

При постановке диссертационной работы рассмотрена возможность декомпозиции основных задач управления доменным процессом с выделением подзадачи "Управление тепловым состоянием печи" и двух относительно самостоятельных объектов контроля и управления - верхней

и нижней тепловых зон. Осуществлена оценка статических и динамических свойств этих объектов и предложены необходимые для расчетов количественные характеристики. С использованием методов статистики и экспертных оценок изучались существующие методы контроля и ведения доменной плавки. Было выявлено, в каких случаях и какие воздействия применяют мастера печи при управлении качеством чугуна.

По результатам предварительных исследований были сделаны следующие выводы:

1.11ри решении задач контроля и управления тепловым режимом доменной печи следует учитывать, что современные печи, оснащенные АСУ ТП, представляют собой сложный человеко-машинный технологический комплекс, который обладает свойствами самоорганизации.

2. Из-за конструктивных особенностей, разной сырьевой базы и различий в принятой технологии плавки доменные печи требуют "индивидуального

подхода" при определении и использовании количественных характеристик, описывающих реальные условия доменной плавки.

3.Даже наиболее совершенные АСУ ТП используются технологами недостаточно эффективно, что можно объяснить несовершенством прикладного математического обеспечения верхнего уровня таких систем и недостаточным вниманием к разработке интерфейса "человек-машина" применительно к задачам управления доменным производством.

4. Для математического моделирования теплового режима доменной печи

пригодны только детерминированные зависимости, т.к. определяемые статистические характеристики отражают реальные условия ведения плавки, а не объективные физические закономерности доменного процесса.

5. Большие массивы собираемой многомерной информации требуют ее свертки в обобщенные показатели входа, состояния и выхода рассматриваемых объектов контроля и управления - верхней и нижней тепловых зон доменной печи.

6. Разработанный метод оценки информационной чувствительности оказался пригодным для выявления основных взаимосвязей доменного процесса, определения пригодности отдельных математических моделей и алгоритмов для решения практических задач контроля и управления, а также для уточнения требований к исходным данным при. использовании моделей.

2. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДОМЕННОГО ПРОЦЕССА

В этом разделе диссертации рассмотрены следующие вопросы:

• уточнение информационной модели доменной печи и основных требований к собираемой информации о ходе плавки;

• поиск рационального объема и форм представления информации о ходе плавки и работе печи;

• подготовка предложений по совершенствованию системы сбора, передачи и отображения информации с использованием современной вычислительной и видеотехники;

• разработка общей схемы решения всех информационных, технологических и других задач с использованием теплотехнической информационно-моделирующей системы доменного процесса;

• решение задач, связанных с повышением достоверности исходных данных и резервированием основной информации, с подготовкой рекомендаций по структуре информационного обеспечения верхнего уровня АСУ ТП доменной печи.

Под термином "информационная модель доменной печи" понимается система отображения контролируемых и рассчитываемых показателей, характеризующих ход плавки, работу отдельных агрегатов и механизмов. Такая модель может быть реализована с использованием как обычных вторичных приборов и технологических мнемосхем, так и цветных видеотерминалов, работающих в комплекте с аппаратурой на базе микропроцессорной техники.

Для определения какая информация действительно необходима мастеру печи, газовщику и его помощнику при разных ситуациях ведения доменной плавки был разработан метод наблюдений за действиями сменных технологов, получивший название "метод масок". Наблюдения проводились на доменных печах №3 и №4 ЧерМК, оснащенных разными системами отображения информации о работе печи. Результаты этих исследований описаны в диссертации, приведены в опубликованных работах и были использованы при проектировании принципиально новых пунктов управления доменными печами ДП-9 Криворожского металлургического комбината, ДП-6 НЛМК и ДП-5 ЧерМК.

Проведенные исследования позволили подготовить научно обоснованные рекомендации но созданию рациональной системы сбора, передачи, первичной обработки и отображению информации с

использованисм современной вычислительной и видеотехники. Структура такой системы приведена в диссертации.

При совершенствовании информационной модели основное внимание было уделено повышению достоверности и резервированию основной информации при сбоях в работе систем контроля и появления помех, обусловленных цикличностью отдельных технологических операций и другими особенностями доменной плавки.

Достоверность исходных данных оценивалась по совокупности таких показателей, как представительность контролируемого параметра при разных ситуациях ведения плавки, своевременность отражения происходящих изменений режима работы печи, стабильность метрологических характеристик при реальных условиях эксплуатации измерительных преобразователей и надежность (точнее, объективность) вводимых вручную дополнительных сведений о результатах химического анализа.

Для проверки достоверности исходных данных при первичной обработке информации были использованы известные и предложенные С.А. Загайновым методы логического анализа отдельных групп контролируемых параметров, описанные в нашей работе /30/.

Разработанный многовариантный способ проверки достоверности исходных данных и резервирования основной информации, необходимой для выполнения расчетов, характеризуется следующими особенностями:

1. Все исходные данные разделены на отдельные группы:

• по своему функциональному назначению все контролируемые параметры объединены в пять групп ("технологический контроль", "автоматическое регулирование", "защита оборудования, охрана труда, техника безопасности", "аварийная и технологическая сигнализация", "хозрасчетные и другие отчетные данные"), каждая из которых характеризуется своими требованиями к исходным данным;

• по способам сбора, использованию при расчетах и назначению все исходные данные объединены в четыре информационных массива -нормативно-справочная информация, текущие, отчетные и дополнительные данные (массивы "НСИ", "ТД", "ОД" и "ДД");

• по способам первичной обработки и проверки достоверности текущие данные разбиты на четыре группы - параметры дутья и газодинамического режима доменной плавки, параметры шихты и режима загрузки, параметры колошникового газа, параметры продуктов плавки.

Для каждой из указанных групп были разработаны свои методы проверки достоверности исходных данных и резервирования основной информации.

2. При первичной обработке собираемой информации о ходе плавки используются медианные и экспоненциальные фильтры с разными параметрами настройки, исходя из динамических характеристик контролируемых процессов и влияния случайных помех.

3. При проверке достоверности текущих данных оценивались изменения за определенный интервал времени не абсолютных значений переменных, а отклонений переменных от медленно меняющихся их базовых значений.

4. При проверке достоверности текущих данных учитывались возможные резкие изменения переменных при выполнении отдельных технологических операций (например, при переключениях воздухонагревателей, изменениях положения клапана "Снорт", переход на '■тихий ход" и т.п.). Это учитывалось путем использования так называемых "инициативных сигналов", поступающих в систему в моменты осуществления технологических операций.

5. Использование логических алгоритмов позволило учитывать устойчивые взаимосвязи между отдельными переменными, обусловленные закономерностями доменного процесса или найденные при статистическом анализе собираемой информации. Было выявлено, что в некоторьге случаях целесообразно оценивать изменения не контролируемых, а рассчитываемых обобщенных или других показателей (например, данные о выходе шлака, его химсоставе и другое).

6. Оказались пригодными и были использованы такие способы, как например, проверка достоверности данных о химсоставе агломерата методом так называемого "обратного расчета шихты".

7. Результаты проверки достоверности исходных данных заканчиваются формированием двух информационных массивов:

• массив достоверных данных, пригодных для автоматического расчета обобщенных показателей теплового состояния доменной печи и решения задач управления методами математического моделирования;

• общий массив всей собираемой информации без какой-либо корректировки исходных данных, но с индикацией тех величин, значения которых при проверке достоверности информации вызвали сомнение.

Массив достоверных данных и рассчитанные по ним базовые или другие усредненные значения показателей, которые хранятся в памяти вычислительной машины, было предложено использовать как резервную информацию при сбоях в работе систем контроля или когда отдельные переменные признаны сомнительными. Это позволяет продолжать расчеты, но при выдаче результатов должно быть указано, что использовалась резервная информация о значении таких-то переменных.

Можно заметить, что без использования резервной информации невозможно эффективное применение вычислительной техники, т.к. вряд ли можно обеспечить для условий доменного производства абсолютную надежность около 2000 источников информации и достоверность до 100 переменных величин, необходимых для выполнения расчетов.

Помимо повышения качества информации были разработаны методы ее свертки в обобщенные показатели входа, выхода и состояния объектов контроля и управления, без чего было бы невозможно решать многие задачи доменного производства. При этом учитывалось, чтобы

обобщенные показатели имели определенный физический смысл, а их использование при ведении плавки было понятно сменным технологам.

Рекомендуемая структура информационного обеспечения верхнего уровня АСУ ТП изображена на рис. 3.

На этом рисунке символами БВ и ПУГ'Ш обозначены блок воздухонагревателей и придо.менная установка грануляции шлака, а символами ПУ-ВВ, ПУ-ВН, ПУ-ПД, ПУ-РЗ, ПУ-ШП и ПУ-ГШ -подсистемы сбора, первичной обработки информации и управления воздуходувкой, блоком воздухонагревателей, параметрами комбинированного дутья, режимом загрузки печи, шихгоподготовкой и установкой грануляции шлака. Все собираемые исходные данные поступают в систему отображения информации (СОИ). Мастера печи, воздуходувки и шихтоподготовки и другие сменные технологи, ведущие доменную плавку, условно показаны буквой "М".

Основной массив текущих данных о ходе плавки и работе печи (массив "ТД") формируется путем сбора информации, которую по объектам контроля и методам первичной обработки рекомендуется подразделить на восемь групп:

• параметры работы воздуходувки и холодного дутья (группа Х0;

• параметры работы блока воздухонагревателей (группа Х2);

• параметры колошникового газа (группа Хз);

Доменный газ

Цех газоочистки Доменная печь

IГ

Бункерная эстакада

V-Я-» V --:-=«- Массив текущих данных о ходе доменной плавки и работе печи 1

N

Проверка достоверности исходных данных ■ Массив "НСИ"!

Общий массив всей собираемых данных с индикацией сомнительных величин

Массив достоверных данных

Массив базовых и усредненных значений переменных , пригодных для решения задач контроля и управления

I.______

Ц Решение технологических задач методами моделирования

Массив "ОД"

Массив -дд-

_У.

Рис. 3. Рекомендуемая структура информационного обеспечения верхнего уровня АСУ ТП доменной печи

• параметры комбинированного дутья и газодинамического режима работы печи (группа Х4);

• параметры рабочего пространства печи, огнеупорной кладки и систем охлаждения (группа Х5);

• параметры шихты и программы загрузки (группа Х6);

• параметры продуктов плавки (группа Х7);

• параметры работы придоменной установки грануляции шлака (группа X*).

Весь цикл сбора исходных данных, проверки их достоверности и резервирования основной информации завершается формированием двух массивов (см. рис. 3):

• массива достоверных данных, пригодных для расчета базовых и других усредненных показателей, необходимых для решения задач контроля и

управления доменным процессом;

• общего массива всех собираемых данных с индикацией сомнительных величин, необходимых для диагностики систем контроля, выявления критических ситуаций и проведения статистических исследований.

Проведенные исследования выявили, что для решения технологических и других задач доменного производства необходимы дополнительные исходные данные, которые рекомендуется объединить в три информационных массива:

• массив нормативно-справочной информации (массив "ПСИ"), формируемый путем ручного ввода в ЭВМ всех необходимых справочных и других данных, характеризующих конструктивные особенности печи, принятой технологии доменной плавки, различные константы и т.п. (более 200 величин);

• массив отчетных данных (массив "ОД") за предыдущий, сопоставимый или "эталонный" период работы печи, который может храниться в памяти вычислительного комплекса АСУ ТП или вводиться вручную при использовании ПЭВМ (около 60 величин);

• массив дополнительных данных (массив "ДД"), которые вводятся вручную и содержат сведения, необходимые для решения задач планирования или оптимизации доменного производства (объем массива определяется постановкой решаемой задачи).

Общая схема решения основных задач с использованием разработанной теплотехнической информационно-моделирующей системы доменного процесса, описание которой дано в пятой главе диссертации, представлена на рис. 4.

Исходными данными для решения задач являются уже описанные четыре информационные массива "ТД", "НСИ", "ОД" и "ДЦ". Путем сопоставления рассчитываемых показателей определяется тот массив исходных данных, использование которых при анализе работы печи обеспечивает более достоверные результаты (методика реализации этой задачи доведена до практического применения Л.Ю. Гилевой). Исходя из этого, выбирается нужный вариант функционально-физической модели типа МВР-НС или МВР-НД, которая используется для задач, указанных на рис. 4. Найденные решения Ро...Р5 выдаются технологам в виде видеограмм или другим способом и хранятся в памяти вычислительного комплекса системы.

По результатам исследований, которые рассматриваются во второй главе диссертации, были сделаны следующие основные выводы:

1. Применение разработанного метода наблюдений за действиями сменных технологов при разных ситуациях ведения плавки, получившего название "метода масок", позволило сформулировать конкретные рекомендации по совершенствованию информационной модели доменной печи, что было использовано при проектировании новых систем автоматизации доменного производства.

2. Разработана общая схема решения информационных, технологических и других задач доменного производства, основанных на логико-математическом анализе исходных данных, которые по способам сбора и назначению предложено делить на четыре информационных массива -нормативно-справочной информации, текущих, отчетных и дополнительных данных (массивы "НСИ", "ТД", "ОД" и "ДЦ").

3. Разработан и реализован многовариантный способ проверки достоверности исходных данных и резервирования информации, что послужило основой создания надежной теплотехнической информационно-моделирующей системы доменного процесса.

Кассив "ТД"

Массив "НСИ"

Ка с сиз " ОД"

Выбор ■ нужного варианта модели

т

4—

I

Проверка достоверности информации

Формирование цассива'ба-зовых и технологических значений переменных, пригодных для расчетов

1

Расчет анализируемых величин

-Ъ

Расчет об обценных и других показателей

Сопоставимый анализ работы печи

—С

-Н

Формирование массива текущих данных, с индикацией признаков сомнительности отдельных величин

Выявление критических ситуаций, диагностика систем сбора данных

Решение технологических

задач ведения плавки

\--

Рис. 4. Общая схема решения задач доменного производства с использованием теплотехнической информационно-моделирующей системы доменного процесса

1

J

Решение задач по планировании, оптимизации и совершенствованию' производства

3. ОСОБЕННОСТИ ПРИНЯТОГО МЕТОДА НАТУРНО-МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДОМЕННОГО ПРОЦЕССА

В этой главе диссертации приведены описания исходной концептуальной модели доменного процесса и оригинального метода натурно-математического моделирования, принятого за основу решения всех основных задач.

Известно, что первоначальной основой всех моделей, в том числе и математических, является натура - реальная действительность. По способам использования натурных (апостериорных) данных о свойствах реального объекта математические модели можно подразделить на две основные группы:

• методы имитационного моделирования;

• методы натурно-математического моделирования.

На рис. 5 показана схема решения задач методом имитационного моделирования. Используемые модели обычно называются "математическими", т.к. они представляют собой системы дифференциальных или интегральных уравнений. Об адекватности таких моделей судят по результатам сопоставления рассчитываемых величин с экспериментальными (натурными) данными. Примером могут служить хорошо известные модели доменного процесса, предложенные ВНИИМТ, ИМЕТ УрО РАН, некоторыми зарубежными фирмами и другие. Такие модели позволяют познавать закономерности доменного процесса, уточнять его характеристики, совершенствовать технологию плавки и конструкцию доменных печей.

Отличительной особенностью метода натурно-математического моделирования является то, что натурный блок и модель представляют собой единую систему передачи и анализа информации. Возможны два варианта компоновки и применения таких систем, как это показано на рис. 6.

При первом варианте, который представлен схемой на рис. 6, а, роль натурного блока выполняет реальный контур автоматического или автоматизированного управления, а используемая модель отражает

реакцию объекта на регулирующее воздействие 11тМ. Такой вариант натурно-математического моделирования обычно используется при создании тренажера или разработке алгоритмов управления.

Рис. 5. Схема решения задач методом имитационного моделирования:

н н н

уп , 11т и Х-, - натурные (реальные) входные воздействия и выходные

м м м м

показатели; Ъ - неконтролируемые возмущения; V,, , 11т , X; и -входные и выходные показатели модели; АД - апостериорные данные о свойствах объекта; ПА - параметры адаптации.

Рис. 6. Два варианта реализации метода иатурно-математического

моделирования:

А - алгоритм функционирования регулятора; ЭС - элемент сравнения; е - сигнал рассогласования системы; - рассчитываемый обобщенный показатель состояния объекта. (Остальные обозначения те же, что на рис. 5.).

Второй вариант, который пояснен схемой на рис. 6, б, предназначен для логико-математического анализа собираемой информации с целью объективной оценки состояния технологического процесса, прогноза ожидаемых изменений его показателей и, исходя из этого, определения нужных корректирующих воздействий. Используемые модели называют иногда "приобъектными" или "пересчетными", которые реализуются с помощью физических (например, балансовых) или функционально-физических (упрощенных) зависимостей.

Особенностью рассматриваемого варианта натурно-математического моделирования является то, что для анализа состояния процесса используется информация как об изменении входных воздействий, так и выходных показателей. Это позволяет создавать адаптивные модели и оценивать эффект неконтролируемых возмущений Х{х).

При разработке метода натурно-математического моделирования, были учтены основные взаимосвязи между тепловыми и восстановительными процессами доменной плавки, которые показаны на структурной схеме принятой концептуальной модели (рис. 7).

Рис. 7. Структурное представление концептуальной модели:

Тп и Вц - тепловые и восстановительные процессы в нижней зоне печи; Т» и Во - те же процессы в верхней зоне печи; ЫН) и ЫН) -температурные поля в объеме верхней и нижней зон доменной печи; Асощ и ДЯц] - изменение скорости схода шихты и химсостава шихтовых материалов; ДУгг и ЛИгг - изменение выхода и химсостава горнового газа; Д(3хим - изменение затрат тепла на развитие химических процессов доменной плавки.

Отличительная особенность принятого метода натурно-математического моделирования заключается в том, что он основан на применении концепции опорно-возмущенного движения, предложенной одним из основоположников теории управления A.M. Ляпуновым. Это существенно расширило возможности метода натурно-математического моделирования, так как позволило его использовать для анализа как статики, так и динамики доменного процесса.

Реализация нового метода натурно-математического моделирования потребовала разработки комплекса моделей разного типа и назначения:

• модели разделения значений контролируемых переменных на базовую составляющую и приращение (отклонение значения переменной от базы);

• балансовые модели базового состояния, предназначенные для оценки квазистационарного режима доменного процесса в верхней и нижней тепловых зонах доменной печи (модели типа МБС-В, МБС-Н);

• функционально-физические модели возмущенного режима, предназначенные для анализа изменений приращений переменных в статике (модели типа МВР-ВС, МВР-НС) и в динамике (модели типа МВР-НД, ММВР-НД), которые, в свою очередь, подразделяются по назначению (модели для решения задач оценки теплового состояния, расчета коэффициентов пофакторного анализа и управляющих воздействий, прогнозирования и оптимизации доменного производства).

Методика разработки конкретных функционально-физических моделей описана в диссертации. Параметрами адаптации статических моделей являются коэффициенты передачи К|, а динамических моделей -передаточные функции W;(p).

На рис. 8 и 9 представлены статические и динамические характеристики верхней и нижней тепловых зон доменной печи, которые были апробированы на "Научно-технической конференции по основам управления доменным производством" /2, 3/. Эти характеристики названы "ориентировочными", т.к. были найдены приближенным аналитическим методом по конкретным данным о работе доменной печи №2 НТМК.

Статические характеристики (см. рис. 8) отражают влияние ступенчатых изменений температуры дутья расхода природного газа AVnr, удельного расхода кокса ДК, влажности дутья А1д и содержания в дутье кислорода Асод на тепловое состояние верхней и нижней зон доменной печи, которое оценивается обобщенными показателями -индексом верха iB и индексом низа iH, измеряемых в относительных единицах.

В

и, 786

0,780 0,744

0,768

1,04

1,00

0,96 0,92

АК

й±л

°! 20, 40, 6°1 8? 100

0 1 ю I 20 | 301 40 501

0 1 8 , 16, 24 | 32| 40 |

0, 3 I 61 9| 12, 15,

01 <ц 0,8, 1,2 , Х,6| 2,0,

А ■

V

о г

1 а г , т/*

Рис. 8. Ориентировочные статические характеристики верхней и нижней тепловых зон доменной печи при указанных ступенчатых изменениях корректирующих воздействий

загрузки

Рис. 9. Ориентировочные динамические характеристики верхней н нижней тепловых зон доменной печи при ступенчатых изменениях корректирующих воздействий:

1 - увеличение расхода природного газа на 10 м3/т чугуна; 2 -увеличение удельного расхода кокса на 10 кг/т чугуна; 3 - увеличение температуры дутья на 40°С; 4 - увеличение влажности дутья на 4 г/м''; 5 -увеличение содержания кислорода в дутье на 0,6%.

Динамические характеристики (см. рис. 9.) показывают влияние

ступенчатых изменений отдельных корректирующих (управляющих)

воздействий на изменение во времени приращений обобщенных

б

показателей Д1В и Д1н(базовыс значения этих показателей ¡и = 0,78, . б

1ц =1,0). Динамические характеристики представлены как функции независимой переменной, измеряемой количеством циклов загрузки печи от момента применения корректирующих воздействий, что позволяет устранять влияние на рассматриваемые зависимости такого переменного фактора как интенсивность плавки.

При анализе работы доменных печей большого объема динамические характеристики нижней тепловой зоны печи принимались по опубликованным данным, которые были получены с использованием модели ВНИИМТ.

Как уже отмечалось, эффект неконтролируемых возмущений часто соизмерим с влиянием контролируемых воздействий на тепловой режим доменной печи. Это послужило причиной разработки метода оценки эффекта возмущений, который может быть реализован путем логико-математического анализа собираемой информации о ходе плавки.

Найденное нами решение основано на использовании разной инерционности каналов передачи влияния возмущений и контролируемых воздействий на выходные показатели доменного процесса.

Так как принятый метод натурно-математического моделирования доменного процесса основан на анализе изменений рассчитываемых обобщенных показателей ДБк, то оценка эффекта возмущений, приведенных к выходу объекта, сводится к решению следующей системы уравнений:

Д8,(т) = М! ЛУДт); Л1С(т); ЛХ/'(т)]; Д82(т) = М2 ЛУДт); ДЯДт)]; Д82(т) = Д8,(т)-Д82(т); Д8/ = Э[Д82(т)].

Здесь М| и М2 - модели типа МВР-НД;

Э - экстраполятор, используемый для приведения эффекта возмущения к выходному показателю доменной плавки (например, к содержанию кремния в чугуне);

Бк - базовое значение обобщенного показателя, найденное с использованием модели типа МБС-Н;

АХ] (т) - автоматически контролируемый выходной показатель работы печи (например, состав колошникового газа);

(т) - контролируемое входное воздействие;

ДКт (т)- контролируемое регулирующее (корректирующее)

воздействие;

ДSZУ - результаты оценки эффекта возмущений, приведенные к основному показателю плавки (например, к содержанию кремния в чугуне).

По результатам исследований, которые изложены в этой главе диссертации, сделаны следующие выводы:

1. Установлено, что для решения задач контроля и управления тепловым режимом доменной печи путем логико-математического анализа собираемой информации наиболее пригоден метод натурно-математического моделирования.

2. Разработан оригинальный вариант метода натурно-математического моделирования, основанный на использовании концепции опорно-возмущенного движения и обобщенных показателей теплового состояния верхней и нижней зон доменной печи.

3. Разработана принятая за основу постановки исследований

концептуальная модель, отражающая основные взаимосвязи теплообменных и восстановительных процессов в верхней и нижней зонах доменной печи.

4. Разработан метод оценки эффекта возмущений, основанный на логико-математической обработке собираемой информации о ходе доменной

плавки.

4. ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ МЕТОДА КОНТРОЛЯ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ВЕРХА И НИЗА ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

В этой главе рассмотрены вопросы, связанные с выполнением следующих исследований:

• уточнение характера температурного поля печи при современной технологии доменной плавки;

• разработка и реализация моделей базового состояния верха и низа доменной печи;

• разработка моделей возмущенного режима, предназначенных для анализа влияния переменных факторов на тепловое состояние верха и низа доменной печи;

• постановка исследований, связанных с опытно-промышленными испытаниями разработанного способа контроля теплового состояния печи;

• подготовка предложений по созданию системы раздельного контроля и управления тепловым состоянием верха и низа доменной печи.

Решение указанных задач потребовало разработки методов расчета теплофизических характеристик горнового й колошникового газов, объемного коэффициента теплообмена между встречными потоками шихты и газа для реальных условий плавки, а также уточнения закономерностей теплообмена при современной технологии доменной плавки.

Обобщение результатов расчетно-теоретических исследований, выполненных аспирантами П.Л. Мойшелисом, Л.П. Кожурковой, А.Н. Дмитриевым и H.A. Драничниковым, позволило получить расчетные формулы для определения значений нужных теплофизических коэффициентов и выявить на температурных кривых по высоте печи два участка замедленного теплообмена. Это подтвердило завершенность теплообмена в средней части печи при современной технологии доменной плавки и возможность использовать при моделировании те закономерности, которые были установлены Б.И. Китаевым.

Центральным узлом разрабатываемой теплотехнической информационно-моделирующей системы доменного процесса являются модели базового состояния типа МБС-В и МБС-Н, которые выполняют следующие функции:

• расчет по базовым значениям переменных около 20 обобщенных показателей, необходимых для количественной оценки состояния теплообменных и восстановительных процессов в верхней и нижней зонах доменной печи;

• расчет статических и динамических параметров адаптации комплекса моделей возмущенного режима, предназначенных для решения технологических и других задач доменного производства.

За основу разработки моделей базового состояния приняты известные закономерности развития тепло- и массообмепных процессов доменной плавки.

За счет упрощения исходного интегрального уравнения, описывающего процессы тепло- и массобмена в шахте доменной печи, и линеаризации найденной зависимости были получены расчетные формулы:

У,

• - - ехр(-в)]

<Ху$-Н& тЛл/г

(1-т)

доли ед.

доли ед.

Здесь ^ - температура колошникового газа в общем газоотводе, °С;

1|пк - средняя температура загружаемых в печь шихтовых материалов, °С;

ш - среднее для верхней зоны печи отношение теплоемкостей потоков шихш и газа, равное ш = 0,5(1 + ), доли ед.;

ау - средний для верхней зоны печи объемный коэффициент теплообмена между потоками шихты и газа, Вт/(м3 град);

5 - средняя площадь сечения шахты печи, м2;

В - обобщенный показатель интенсивности теплообмена в

верхней зоне печи, доли ед.;

Нв - средняя высота верхней тепловой зоны печи, м; ЧУр - теплоемкость ("водяное число") потока газа, Вт/град.

Для оценки теплового состояния нижней зоны печи разработана система обобщенных показателей, которая позволяет оценивать работу фурменной зоны, степень прямого восстановления железа, интенсивность плавки и изменение теплового баланса низа печи.

Указанные в расчетных формулах цифровые коэффициенты найдены для условий современной доменной плавки, основанной на применениии офлюсованного агломерата, окатышей, природного газа и обогащенного кислородом высокотемпературного дутья.

Для расчета основных показателей теплового состояния нижней зоны доменной печи путем анализа собираемой информации предложены следующие зависимости:

Здесь qr - суммарная мощность теплового потока, поступающего в нижнюю тепловую зону печи (без учета влияния физического тепла шихтовых материалов), кДж/мин;

Рр - найденная расчетом интенсивность плавки ("минутная производительность печи"), т чугуна/мин;

Feo - содержание железа в чуг уне, за вычетом металлодобавок, %;

r¿ — степень прямого восстановления железа, доли ед.;

24600 - коэффициент, учитывающий расход тепла с газами, которые образуются при восстановлении кремния, марганца, фосфора и других элементов, кДж/т чугуна;

Qoni - оптимальные затраты тепла на выплавку 1 т чугуна требуемого химсостава при конкретных условиях работы печи, кДж/т чугуна (обычно принималось базовое значение этого показателя);

Qui - физическое тепло шихтовых материалов при температуре tino, кДж/т чугуна.

Для определения значений обобщенных показателей РР, r<j, Qui и других существуют разные методы, основанные на использовании нескольких возможных вариантов составления балансовых соотношений. Эти методы с физической точки зрения равнозначны, но их применение для анализа реальных условий доменной плавки по собираемой информации дает разные результаты. Это можно объяснить влиянием неконтролируемых воздействий и незавершенностью переходных процессов доменной плавки при реальных условиях работы печи.

Поиск наиболее надежных методик расчета обобщенных показателей теплового состояния печи являлось одной из задач проводимого исследования. Для этого были использованы разработанный нами метод оценки информационной (параметрической) чувствительности и известные методы статистического анализа. При расчетах использовалась собранная

ГР

¿H

информация о работе ДП-7 Днепродзержинского завода, ДП-2 НТМК и ДГТ-10 ММК. По результатам этих исследований были выбраны для дальнейшего использования тс методики, которые при анализе собираемых массивов информации дают более достоверные значения обобщенных показателей теплового состояния доменной печи.

Модели возмущенного режима позволяют анализировать изменения приращений переменных (относительно небольших отклонений переменных от своих базовых значений) как в статике, так и в динамике. Модели возмущенного режима, предназначенные для оценки изменения теплового состояния в верхней и нижней зонах печи при завершении переходных процессов, т.е. в статике, обозначены символами МВР-ВС и МВР-НС. Для анализа динамики теплового режима в нижней зоне доменной печи разработана модель возмущенного режима типа МВР-НД, а также многоканальная модель типа ММВР-НД.

Модели типа МВР-ВС и МВР-НС представляют собой системы линеаризованных уравнений вида

п т

&=фл г

I => / и

где ДБк - относительное приращение к-го обобщенного показателя, %;

ДУП -относительное приращение п-го контролируемого входного показателя, %;

АЯт - относительное приращение гп-го регулирующего

(корректирующего) воздействия, %;

НК„ и НКт - параметры адаптации модели возмущенного режима.

Параметры адаптации НКП и НКт являются по-существу коэффициентами информационной чувствительности, методика расчета которых была рассмотрена. Так как при этих расчетах за основу принимаются базовые значения обобщенных показателей, то при их изменениях меняются и все коэффициенты информационной чувствительности. За счет этого осуществляется "привязка" параметров адаптации и, следовательно, характеристик модели к реальному тепловому состоянию верха или низа доменной печи.

Опытно-промышленные испытания нового способа контроля, основанные на использовании индексов ¡в и ¡н, проводились на ДП-7 Днепродзержинского металлургического завода с использованием

управляющей вычислительной машины "Днепр-1". Позднее исследования были продолжены на ДП-10 ММК, оснащенной машиной "УМгНХ". Более продолжительные опытно-промышленные испытания раздельного способа контроля теплового состояния верха и низа печи проводились на ДП-4 ЧерМК с использованием УВМ типа "Харьков-3". Алгоритм расчета основных показателей теплового состояния - индексов ¡в и ¡м - был реализован вычислительной программой и включен в прикладное математическое обеспечение системы централизованного контроля и управления (СЦКУ). Для расчетов использовались данные о работе печи, усредненные за цикл за1рузки (за 10-15 минут). Результаты вычисления индексов ¡у и ¡н, помимо цифропечати, были выведены на регистрирующий вторичный прибор типа ЭПП-09, установленный на щите в центральном пункте управления печью. На диаграмме прибора указывались также данные о содержании кремния в чугуне [81], что позволило оценивать тепловой режим плавки по тенденции изменения трех показателей - Л1ц, А1Н и

Анализ полученных результатов выявил зависимость интенсивности плавки и перепадов давления по высоте печи от величины индекса верха ¡ц. Довольно тесные взаимосвязи были установлены между значениями индекса низа ¡ц и содержанием кремния в чугуне [51]. Так как индекс низа ¡н рассчитывается с использованием данных о параметрах загружаемой в печь шихты, то применение метода динамической коррекции при анализе рассматриваемой взаимосвязи целесообразно. В этом случае взаимно-корреляционная функция гху(т), отражающая тесноту связи между значениями величин ¡н и [81], достигает значения, равного 0,7, что позволяет прогнозировать тепловой режим доменной плавки.

Результаты проведенных исследований позволили подготовить рекомендации по созданию автоматизированной системы контроля и управления тепловым состоянием верха и низа доменной печи. В диссертации приводится схема предлагаемой системы, которая основана на использовании ситуационного метода управления с использованием данных об изменении трех показателей теплового состояния доменной печи - значений Д]ц, А\ц и А[Б1]. Эти предложения были апробированы на Международных конгрессах ИФАК и Всесоюзных совещаниях по проблемам управления.

По результатам исследований, которые изложены в четвертой главе диссертации, сделаны следующие выводы:

1. Расчетно-теоретические исследования, выполненные другими авторами с использованием кинетико-динамических моделей, подтвердили

существующие представления о закономерностях доменного процесса при современной технологии доменной плавки.

2. Опытно-промышленными испытаниями доказана возможность использования существующих систем централизованного контроля и управления, которыми оснащены многие доменные печи' большого объема, для расчета в темпе с процессом обобщенных показателей теплового состояния верха и низа доменной печи.

3. Выявлена возможность краткосрочного прогноза содержания кремния в чугуне по изменению индекса низа Ьь причем надежность прогноза повышается при использовании метода динамической коррекции.

4. Установлено, что для оценки теплового состояния верха доменной печи более целесообразно использовать обобщенный показатель В, чем индекс ¡о, для расчета которого необходима дополнительная информация о средней температуре загружаемых в печь шихтовых материалов ^ц«, а надежных способов измерения этого параметра пока нет. Для оценки теплового состояния низа доменной печи практическое применение получил обобщенный показатель Он, при расчете которого не требуется определение величины Оопт-

5. ПРИМЕНЕНИЕ РАЗРАБОТАННОЙ ИНФОРМАЦИОННО-

МОДЕЛИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ТЕХ1ЮЛОГИЧКСКИХ И ДРУГИХ ЗАДАЧ ДОМЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

В последней главе диссертационной работы описана разработанная

система и на конкретных примерах показано ее применение для решения

практических задач доменного производства. Содержание главы

излагается в следующей последовательности:

• описание разработанной теплотехнической информационно-

моделирующей системы доменного процесса;

• показано применение системы для автоматического решения по запросам сменных технологов информационно-расчетных задач (на примере решения трех задач);

• изложена методика решения трех основных задач ведения доменной плавки с участием сменных технологов;

• показан поиск решения с участием эксперта двух сложных "интеллектуальных" задач при подборе с помощью динамической модели комплекса управляющих воздействий, позволяющих решать задачи оптимизации и прогнозирования доменного производства.

Структура разработанной теплотехнической информационно-моделирующей системы доменного процесса представлена на рис. 10.

Система представляет собой единый комплекс функционально связанных моделей и алгоритмов, предназначенных для логико-математического анализа собираемой информации о работе печи с целью оценки ее теплового состояния и влияния переменных факторов на тепловой режим плавки, что позволяет управлять качеством чугуна и снижать его себестоимость.

Для решения задачи используются описанные ранее четыре информационных массива - "ТД", "НСИ", "ОД" и "ДД".

Для логико-математического анализа этих информационных массивов и решения задач доменного производства используются входящие в систему следующие модели:

• модель разделения переменных (МРП), предназначенная для выделения : базовых составляющих контролируемых величин и их приращений

(отклонений текущих значений переменных от базовой составляющей);

• интегральная и балансовая модели базового состояния (МБС-В, МБС-Н), необходимые для раздельной оценки теплового состояния верха и низа доменной печи, на чем основано решение всех других задач;

• модели базового состояния (МБС-ВА, МБС-НА), позволяющие анализировать влияние переменных факторов на тепловое состояние отдельных зон печи и выполняющие функции блока адаптации функционально-физических моделей;

• комплекс функционально-физических моделей возмущенного режима, предназначенных для решения многих технологических и других задач, которые основаны на результатах анализа статики теплового состояния нижней зоны печи (МВР-НСа, МВР-НСП, МВР-НС1...МВР-НСк);

• динамическая функционально-физическая модель возмущенного режима (МВР-НД), используемая для краткосрочного прогноза ожидаемых изменений теплового состояния нижней зоны печи;

• многоконтурная динамическая модель возмущенного режима (ММВР-НД), которая позволяет подбирать нужный комплекс корректирующих воздействий, как это будет показано на конкретном примере.

Массив "НСй"

Доменная печь

Алгоритм сборе и обработки информации

£

Массив "ОД" /у Массив "ТД" . // Массив "дд

Алгоритм»! проверки достоверности данных

I

Массив достоверных данных +

М Р П

Алгоритм адаптации к массиву данных

т

Алгоритм

статической

адаптации

МБС-В

МБС-Н

I

МБС-ВА

МБС-НЛ

X

Алгоритм

динамической адаптации

| г Анализ изменений теп-| 'лового состояния печи

Раздельная оценка теплового состояния верха и низа доменной печи

ЖВР-НД

Анализ переходных у процессов в ниией зоне п^чи

/ Общий массив, ' информации /

~1--

диагности-

' ка систем

* контроля

МБР-НС,

, Сопоставимый анализ работы печи

КВР-НС,

п

, Прогнозирование 1/ производства

МВР-НС

X * * *1

мвр-нс.

к

| Решение технологичес-. ких задач ведения

у доменкой плавки

МЗР-НД

Прогноз теплового у режима плавки

Рис. 10. Структура теплотехнической информационно-моделирующей системы доменного процесса

Центральным узлом системы является алгоритм проверки достоверности исходных данных, резервирования основной информации и формирования двух информационных массивов - достоверных данных и общего массива всей собираемой информации с индикацией величин, которые вызывают сомнения.

В состав системы входят также следующие алгоритмы:

• алгоритм сбора и первичной обработки информации, который реализует заданную программу опроса источников информации, фильтрацию, линеаризацию и масштабирование исходных данных, а также выполняет расчеты, связанные с приведением некоторых, величин к нормальным условиям;

• комплекс алгоритмов решения конкретных технологических и других задач доменного производства.

• алгоритмы адаптации функционально-физических моделей.

Используется разработанный многоуровневый способ адаптации системы к конкретной печи, принятой технологии доменного процесса и реальным условиям доменной плавки. Адаптация к конкретной печи и принятой технологии доменной плавки осуществляется изменением массива нормативно-справочной информации. Адаптация к пригодному для расчетов информационному массиву реализуется выбором нужной модели из тех возможных вариантов моделей, которые основаны на использовании разных балансовых соотношений и, следовательно, разных исходных данных. Статические и динамические параметры адаптации моделей корректируются автоматически при каждой новой оценке теплового состояния печи. При анализе динамики теплового режима плавки и решении задач прогноза учитывается также эффект неконтролируемых возмущений.

Разработанная информационно-моделирующая система позволяет с использованием вычислительной техники и необходимых информационных массивов решать следующие задачи:

1. Информационно-расчетные задачи, решаемые автоматически по запросу сменных технологов:

• расчет обобщенных и других усредненных показателей состояния доменного процесса;

• расчет коэффициентов пофакторного анализа, характеризующих реальные условия плавки за последний период работы печи;

• объективная оценка нагрева продуктов плавки по тенденции изменения трех показателей теплового состояния печи.

2. Основные технологические задачи ведения доменной плавки, решаемые с участием сменных технологов:

® оценка влияния изменений химсостава сырья на показатели доменной плавки;

• расчет перешихтовок и анализ их влияния на основные показатели работы доменной печи;

• краткосрочный прогноз теплового режима доменной плавки.

3. Сложные "интеллектуальные задачи", поиск решения которых требует участия экспертов (опытных технологов):

• расчет нужного комплекса корректирующих воздействий "сверху" и "снизу" и программы применения отдельных воздействий при

стабилизации качества чугуна;

• анализ работы доменной печи по отчетным данным;

• решение задач прогнозирования и оптимизации доменного производства.

Ниже на конкретных примерах рассматривается применение разработанной системы при решении наиболее сложных задач.

Задача 1. Подбор нужного комплекса корректирующих воздействий при стабилизации качества выплавляемого чугуна

Задача решается с использованием многоканальной динамической модели типа ММВР-НД, входящей в теплотехническую информационно-моделирующую систему (см. рис. 10). Эта модель позволяет рассчитывать переходные процессы, которые возникают в нижней тепловой зоне печи при использовании корректирующих воздействий "сверху" и "снизу" в любых сочетаниях и произвольном их применении. Выбор анализируемых вариантов и поиск нужного решения требует участия эксперта (опытного технолога).

Рассматривается вариант решения задачи, постановка которой формулируется следующим образом.

"Содержание кремния в чугуне по невыявленной причине устойчиво повышается. В соответствии с технологической инструкцией мастер печи увеличил рудную нагрузку на 200 кг/т. Так как в этом случае из-за

Таблина 1.

Опробованные варианты корректирующих воздействий

Вар. Изменение управляющих воздействий, ед. изм. График функции Р;(т) Параметры функции Р|(т) -

Т, ди. Т2 ЛЯ2 Т3 ДЯз т4

1 Рудная нагрузка, кг/т . я Г 0 200 -

2 Рудная нагрузка, кг/т 1 ; . ! 0 200 -

Влажность дутья, % 0 3 6 -2 13 -1 - -

3 Рудная нагрузка, кг/т 0 200

Влажность дутья, % ) ' 1 0 3 6 -2 13 -I - -

Температура дутья, °С , ' ' 1— 2,5 50 4,5 -50 7 -50 9 50

Рис. 11. Кривые переходных процессов при использовании трех вариантов корректирующих воздействий, которые указаны в табл. 1.

инерционности доменного процесса содержание кремния в чугуне на выпуске может увеличиться, по сравнению с начальным, еще на 0,6 % (абс.), как это показано на рис. 11 кривой "вариант 1", то предлагается методом моделирования подобрать такой комплекс малоинерционных воздействий "снизу", который позволил бы улучшить динамику переходного процесса и стабилизировать качество выплавляемого чугуна".

В табл. I даны характеристики двух дополнительных вариантов корректировок, выбранных экспертом. Результаты анализа влияния этих корректировок на тепловой режим плавки, рассчитанные с помощью модели, показаны на рис. 11 кривыми "Вариант 2" и "Вариант 3". Получив эти данные, эксперт может их сопоставить, а затем выбрать наиболее приемлемый для конкретной ситуации ведения доменной плавки. Если есть возможность изменять температуру дутья, сохранив ее среднее значение, то целесообразно использовать 3-й вариант корректировки с определенной программой ступенчатых изменений влажности и температуры дутья в требуемые моменты времени ТДсм. табл. 1).

Следует обратить внимание на то, что но существу решались задачи оптимизации, г.к. были найдены условия стабилизации качества чугуна при увеличении рудной нагрузки и сохранении средней температуры дутья.

Задача 2. Прогнозирование работы отдельных доменных печей и оптимизация доменного производства

Для решения задачи используется модель МВР-НСц (см. рис. 10.), основанная на использовании коэффициентов пофакторного анализа, при определении которых осуществлен "индивидуальный подход" к отдельным доменным печам и учитываются реальные условия плавки за последний период работы конкретной печи.

С использованием таких коэффициентов можно достаточно надежно прогнозировать ожидаемые показатели работы печи при изменении

сырьевых или других условий ее работы. Эта методика была применена ОАО "Уральским институтом металлов" для анализа отчетных данных о работе доменных печей.

В табл. 2 показан возможный разброс коэффициентов пофакторного анализа, характеризующих влияние семи технологических факторов на удельный расход кокса для 10 доменных печей ММК за один годичный период их работы. Существенно разное влияние содержания кислорода в дутье на удельный расход кокса объясняется изменением условий тепло- и массообмена в нижней зоне печи при температуре дутья ниже или выше 1000°С, как это было установлено Б.И. Китаевым/1/. В доменном цехе

Таблица 2.

Оценка влияния технологических факторов на удельный расход кокса, кг/т чугуна (рассчитано по отчетным данным о работе доменных печей №№ 1-10 ММК)

Технологический фактор ДП-1 ДП-2 дп-з ДГ1-4 ДП-5 ДП-6 ДП-7 ДП-8 ДП-9 ДП-10 Отношение предельных значений

Уменьшение содержания кремния в чугуне на 0,1 % -2,8 -2,6 -2,6 -3,4 -3,0 -3,5 -з,о -2,7 -3,2 -2,7 1,35

Уменьшение содержания серы в чугуне на 0,01 % 22,8 23,0 22,7 30,7 18,9 28,5 25,4 21,4 24,7 22,9 1,62

Повышение основности шлака на 0,01 отн. ед. 0,54 0,48 0,48 0,63 0,56 0,65 0,54 0,46 0,58 0,49 1,37

Повышение температуры дутья на 10 °С -1,4 -1,3 -1,4 -1,8 -1,6 -1,8 -1,6 -1,4 -1,6 -1,3 1,43

Уменьшение влажности дутья на 1 г/м3 -1,3 -1,2 -1,3 -1,8 -1,5 -1,7 -1,5 -1,3 -1,5 -1,2 1,46

Обогащение дутья кислородом на 1 % (абс.) 2,9 2,8 2,3 1,2 3,1 0,2 1,5 2,6 2,2 2,7 15,50

Повышение удельного расхода природного газа на 10 м3/ т чугуна — ^»,0 -3,4 -3,7 -5,1 -3,2 -3,5 -3,9 -5,6 -5,6 1,75

ММК только одна ДН-6 работала при Тл = 897°С, а все остальные при Тд > 1000°С, Поэтому отношение предельных значений коэффициентов пофакторного анатиза при оценке влияния обогащенного дутья кислородом достигает значения 15,5. Эффективность влияния других факторов на удельный расход кокса по разным печам тоже различна и лежит в пределах от 1,35 до 1,75, т.е. довольно существенна.

Выявленная разная эффективность влияния отдельных технологических факторов па удельный расход кокса позволяет решать задачу минимизации этого основного показателя себестоимости чугуна для доменного цеха в целом за счет перераспределения заказов и имеющихся материально-технических ресурсов между отдельными доменными печами.

Такая постановка задачи оптимизации доменного производства была сформулирована в нашем докладе /18/, а более подробна изложена в отчете по НИР, выполненной по заданию доменного цеха ММК.

Решение задач прогнозирования и оптимизации, как и многих

других, возможно лишь при "индивидуальном подходе" к отдельным доменным печам при определении коэффициентов пофакторного анализа и других количественных характеристик, на чем основаны разработанные нами методы математического моделирования доменного процесса.

Глава диссертации заканчивается научно обоснованными рекомендациями но выбору рациональной структуры АСУ ТП доменной печи. Для использования таких систем в замкнутом контуре управления предлагается создать контрольно-согласующий блок, который можно назвать "Супервизором". На этот блок возлагается решение таких ответственных задач, как согласование и определение возможности применения управляющих воздействий, рассчитанных разными подсистемами ("Управление тепловым состоянием печи", "Управление газодинамикой", "Управление шлаковым режимом" и другими), с учетом реальной технологической ситуации, существующих ограничений и других факторов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Повышение конкурентоспособности доменного производства России и отдельных доменных цехов за счет улучшения качества выплавляемых марок чугуна и снижения общих материально-энергетических затрат стало актуальной проблемой. Решению этой проблемы путем совершенствования методов контроля и управления тепловым режимом современных доменных печей, оснащенных АСУ ТП, посвящена диссертационная работа.

При выполнении диссертационной работы реализован принципиально новый подход к решению рассматриваемой проблемы, основанный на применении единой информационно-моделирующей системы логико-математического анализа всей собираемой информации с использованием разработанного метода натурно-математического моделирования и комплекса относительно простых функционально-физических моделей разного назначения.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы могут быть сформулированы следующим образом.

1. Установлено, что современные доменные печи представляют собой сложные человеко-машинные комплексы, которые обладают свойствами самоорганизации, причем, ведущая роль при управлении тепловым режимом доменной плавки остается пока за технологами. Выявлено, что при решении этих задач методами математического моделирования требуется "индивидуальный подход" к отдельным доменным печам, которые отличаются конструктивными и другими характеристиками, а также необходимость свертки собираемой информации в обобщенные показатели входных воздействий, состояния отдельных процессов доменной плавки и выходных параметров работы печи.

Сформулированные требования послужили основой постановки диссертационной работы и поскольку имеют общее значение, то их рекомендуется использовать при анализе работы сложных технологических агрегатов разных отраслей производства.

2. Установлено, что для математического моделирования теплового режима печи пригодны только детерминированные зависимости, так как статистические характеристики рассматриваемого технологического комплекса, обладающего свойствами самоорганизации, отражают результаты ведения доменной плавки при конкретных условиях работы печи, а не объективные закономерности доменного процесса. Это послужило обоснованием применения известных закономерностей доменной плавки и развития теплообмена по высоте печи, теоретически найденных Б.И. Китаевым и экспериментально подтвержденных его последователями.

Выявленная необходимость применения детерминированных, а не стохастических зависимостей, имеет общий характер и поэтому найденное решение рекомендуется использовать при математическом моделировании многих сложных технологических процессов.

3. Исходя из объективных закономерностей доменного процесса, разработано два комплекса обобщенных показателей состояния теплообменных и восстановительных процессов в верхней и нижней зонах печи, автоматически рассчитываемых при обработке собираемой информации. Применение таких обобщенных показателей позволило как технологам, так и методами математического моделирования оценивать развитие основных процессов доменной плавки и прогнозировать влияние переменных факторов на тепловой режим печи, что явилось основой решения многих задач доменного производства.

Применение подобных автоматически рассчитываемых обобщенных показателей, характеризующих развитие отдельных тепло-и массообменных процессов, которые прямыми методами измерений контролировать невозможно, рекомендуется использовать при создании систем контроля и управления многими сложными технологическими агрегатами.

4. Разработан метод оценки информационной (параметрической) чувствительности сложных математических зависимостей (моделей и алгоритмов), которые используются при моделировании доменного процесса. С помощью этого метода были выявлены основные взаимосвязи теплового режима доменной плавки, необходимые для создания относительно простых функционально-физических моделей разного назначения, а также определялась пригодность известных алгоритмов теплового состояния доменной печи для решения практических задач ведения плавки.

Новый метод, позволяющий оценивать функциональные и другие возможности математических зависимостей, описывающих закономерности сложных технологических процессов, рекомендуется использовать при разработке моделей и алгоритмов управления металлургическими и другими агрегатами разных отраслей производства.

5. Разработан оригинальный метод натурно-математического моделирования доменного процесса, основанный на использовании автоматически рассчитываемых обобщенных показателей и концепции опорно-возмущенного движения. Это послужило основой создания моделей оценки базового состояния доменного процесса в отдельных зонах печи и функционально-физических моделей возмущенного режима, позволяющих анализировать как статику, так и динамику теплового режима доменной плавки.

Разработанный вариант метода натурно-математического моделирования рекомендуется использовать при решении задач

контроля и управления сложными технологическими процессами разных отраслей производства.

6. Разработаны многовариантный способ повышения достоверности исходных данных и многоуровневый метод адаптации основных расчетных моделей, что обеспечило возможность применения новой информационно-моделирующей системы для решения ответственных задач контроля и управления тепловым режимом доменной печи.

Эти разработки рекомендуется использовать при решении актуальной проблемы повышения достоверности и надежности исходных данных, которые необходимы для реализации задач, основанных на анализе собираемой информации о работе технологических агрегатов в разных отраслях производства.

7. Разработана и внедрена теплотехническая информационно-моделирующая система, предназначенная для решения задач контроля и управления тепловым режимом доменной печи путем логико-математического анализа собираемой информации о работе доменной печи с целью оценки ее теплового состояния и влияния переменных факторов на развитие теплообменных и восстановительных процессов доменной плавки. На использовании результатов оценки лилового состояния печи и выявленных взаимосвязей доменного процесса при реальных условиях ведения плавки основан расчет управляющих воздействий, которые позволяют оптимизировать доменное производство.

Внедрение разработанной системы осуществлялось путем включения ее основных узлов, реализованных вычислительными программами, в состав прикладного математического обеспечения АСУ ТП доменных печей большого объема.

Новый подход к решению задач контроля и управления сложными технологическими процессами, который основан на применении информационно-моделирующих систем, позволяющих повышать достоверность исходных данных, выявлять основные взаимосвязи технологического процесса и решать задачи оптимизации, рекомендуется использовать при разработке прикладного математического обеспечения АСУ металлургическими и другими агрегатами разных отраслей производства.

Результаты диссертационной работы нашли практическое применение при создании АСУ ТП строящихся доменных печей объемом 3200-5580 м3, для ретроспективного анализа работы доменных печей ВПО

"Союзметаллургпром" и прогнозирования доменного производства на предприятиях этого промышленного объединения, используются доменными лабораториями и отделами АСУ ряда металлургических комбинатов для совершенствования способов ведения доменной плавки, а также учебными заведениями при обучении студентов-металлургов.

Практическая значимость выполненных разделов диссертационной работы подтверждается актами внедрений и промышленных испытаний новых разработок, копии которых даны в приложении к диссертации.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Теплотехника доменного процесса / Б.И. Китаев, Ю.Г. Ярошенко, ЕЛ. Суханов, Ю.Н. Овчинников, B.C. Швыдкий. М.: Металлургия, 1978. 248 с.

2.0 возможности раздельного контроля и локального управления тепловым состоянием верха и низа доменной печи / ЕЛ. Суханов, Б.И. Китаев, Ю.Г. Ярошенко, B.C. Швыдкий, П.Л. Греков. Днепропетровск, Изд.: ДМЕТИ, 1968. 8 с.

3. Выбор корректирующих воздействий при стабилизации теплового состояния верха и низа доменной печи / ЕЛ. Суханов, Б.И. Китаев, Ю.Г. Ярошенко, Ю.Н. Овчинников, B.C. Швыдкий. ПЛ. Мойшслис, Л.П. Кожуркова. Днепропетровск; Изд.: ДМЕТИ, 1968. 10 с.

4. Китаев Б.И., Ярошенко Ю.Г., Суханов ЕЛ., Лазарев БЛ. Количественная оценка теплового состояния верха доменной печи // Известия вузов, Черная металлургия, 1965, №10, с.31-36.

5. Контроль теплового состояния шахты доменной печи / Ю.Г. Ярошенко, Б.И. Китаев, B.C. Швыдкий, БЛ. Лазарев, ЕЛ. Суханов и др.// Автоматизация доменного производства. М.: Металлургия, 1966, с. 29-35.

6. Рациональный алгоритм управления тепловым состоянием доменной печи при использовании информационно-управляющих машин / ЕЛ. Суханов, B.C. Швыдкий, Б.И. Китаев, Ю.Г. Ярошенко, Ю.Н. Овчинников, В.Г. Лисиенко // V Конгресс ИФАК, Варшава, 1969. т. II, секц. 39, с. 187-203. (русск., англ., нем., польск.).

7. Расчет распределения колошникового газа и шихтовых материалов по сечению верхней части доменной печи / ПЛ. Мойшелис, B.C. Швыдкий, Ю.Г. Ярошенко, ЕЛ. Суханов, Б.И. Китаев, Б.К. Сеничкин // Известия вузов, Черная металлургия, 1971, №10, с. 148-151.

8. Мойшелис П.Л., Суханов Е.Л., Трахтенберг Б.Ф., Загайнов С.А. Особенности теплообмена в противотоке при переменном коэффициенте теплообмена // Механика. Куйбышев: Изд. Куйбышевского политехнического института, 1972, с. 53-57.

9. Суханов Е.Л., Кожуркова Л.П., Загайнов С.А. Термодинамические свойства колошникового газа // Тепло- и массообмен, т.VII, Минск: Изд. ИТМО, 1972, с. 77-80.

10. Управление тепловым режимом доменной плавки при неполной информации о процессе и ограниченных ресурсах / Е.Л. Суханов, Б.И. Китаев, В.С Швыдкий и др. // Труды II Всесоюзного совещания по проблемам управления (технической кибернетики). М.: Изд. ИЛУ, 1971, с. 103-107.

11. Оптимальное управление тепловым режимом доменной печи с помощью ЭВМ / Е.Л. Суханов, Б.И. Китаев, В.С Швыдкий, С.А. Загайнов //5-й Конгресс ИФАК: Аннотация докладов. Париж, 1972 (англ., нем., франц., русск.), с. 47-49.

12. Применение обобщенных параметров для построения многосвязной системы управления тепловым состоянием современных доменных печей / Е.Л. Суханов, С.А. Загайнов, Б.И. Китаев, Л.А. Сульман // Управление многосвязными системами, ч.Н. М.: Изд. ИПУ, 1973, с. 212-214.

13. Суханов Е.Л., Сульман Л.А., Загайнов С.А. Основные принципы построения автоматизированной системы контроля и управления доменным процессом // Проблемы автоматиз. упр. доменным производством. Киев: Изд. Института автоматики, 1973, с. 6-9.

14. Суханов Е.Л., Китаев Б.И., Загайнов С.А. Доменная печь как объект контроля и управления // Проблемы автоматиз. упр. доменным производством. Киев: Изд. Института автоматики, 1973, с. 13-16.

15. Китаев Б.И., Суханов Е.Л., Загайнов С.А., Кожуркова Л.П. К определению температуры потока газа и шихты на границе раздела тепловых зон доменной печи // Теоретические основы металлургии чугуна. М.: Металлургия, Изд. МИСиС, 1974, с. 72-73.

16. Применение ЭВМ при исследовании методов контроля и управления тепловым режимом доменных печей / Е.Л. Суханов, Б.И. Китаев, С.А. Загайнов, Л.П. Кожуркова, Л.А. Сульман, П.Л. Мойшелис // Применение ЭВМ в металлургии. М.: Металлургия, 1975, с. 33-37.

17. Опытно-промышленное опробование алгоритма раздельного контроля теплового состояния верха и низа доменной печи / Е.Л. Суханов, Б.И.

Китаев, JI.II. Кожуркова, , С.А. Загайнов // Применение ЭВМ в металлургии. М.: Металлургия, 1975, с. 59-62.

18. Китаев Б.Й., Дмитриев А.Н., Загайнов С.А., Суханов Е.Л. Расчет и анализ статических характеристик доменного процесса // Проблемы автоматиз. упр. доменным производством. Киев: Знание, 1977. с. 5-6.

19. Суханов Е.Л., Авдеев В.П., Криволапова Л.И., Дмитриев А.Н. Совместное извлечение информации из показателей состояния и выходов доменного процесса // Известия вузов, Черная металлургия, 1976, №12, с. 147-149.

20. О динамических показателях эквивалентных возмущений доменного процесса / Л.И. Криволапова, В.П. Авдеев, Е.Л. Суханов, Л.А. Сульман, A.M. Шафир // Известия вузов, Черная металлургия, 1978, №12, с. 133-135.

21. Методика расчета температурного поля доменной печи с учетом неравномерности движения потоков шихты и газа / А.Н. Дмитриев, В.Б.

Щербатский, Е.Л. Суханов, Б.И. Китаев, B.C. Швыдкий // Известия вузов, Черная металлургия, 1979, №8, с. 28-32.

22. Криволапова Л.И., Суханов Е.Л., Сульман Л.А., Тараборина Е.И. Исследования алгоритмов оценивания динамических показателей эквивалентных возмущений шихтового режима доменного процесса // Известия вузов. Черная металлургия, 1980, №12, с. 111-115.

23. Дмитриев А.Н., Суханов Е.Л., Щербатский В.Б. Учет неравномерности газораспределения при оценке теплового состояния шахты доменной печи // Применение вычислительных средств для расчетов металлургических аг регатов. Свердловск: Изд. У ПИ, 1980. с. 61-62.

24. О взаимном влиянии теплообменных и восстановительных процессов в шахте доменной печи: Сообщение 1 / H.A. Драничников, Б.И. Китаев, Е.Л. Суханов, С.А. Загайнов, Н.В. Бычкова // Известия вузов, Черная металлургия, 1982, №2, с. 6-9.

25. О взаимном влиянии теплообменных и восстановительных процессов в шахте доменной печи: Сообщение 2 / H.A. Драничников, Б.И. Китаев, E.JI. Суханов, С.А. Загайнов, Н.В. Бычкова // Известия вузов. Черная металлургия, 1982, №4, с. 8-11.

26. Определение параметров восстановления доменного процесса аналитическим методом / H.A. Драничников, Б.И. Китаев, Е.Л. Суханов, С.А. Загайнов, Н.В. Бычкова // Известия вузов,„Черная металлургия, 1982, №6, с. 22-26.

27. Суханов Е.Л., Раев Ю.О., Драннчников H.A. Разработка алгоритма расхода кокса для доменных печей при измерении параметров их работы // Методологические основы нормирования расхода топлива в черной металлургии. Свердловск: Изд. ВНИИМТ, 1982, с. 15-17.

28. Суханов Е.Л., Ярошенко Ю.Г., Загайнов С.А. Особенности идентификации сложных технологических процессов // Всесоюзное совещание по проблемам управления. М.: ВИНИТИ, 1983, с. 147-149.

29. Суханов Е.Л., Гилева Л.Ю., Соколов В.В., Раев Ю.О. Разработка алгоритма расчета основных показателей доменного процесса при изменении условий плавки // Использование математического и физического моделирования в управлении тепловыми режимами и САПР. Свердловск: Изд. УПИ, 1984, с. 13-14.

30. Алгоритм проверки достоверности информации о параметрах дутья и колошникового газа / Е.Л. Суханов, Л.А. Сульман, С.А. Загайнов, В.Н. Цыплаков, В.Л. Сафрис // Известия вузов, Черная металлургия, 1988, №6, с. 118-121.

31. Компьютерный метод решения задач управления доменной плавкой в диалоговом режиме / Е.Л. Суханов, С.А. Загайнов, А.П. Калинин, Э.А. Шепетовский, В.В. Мадисон // 8-й Международный конгресс доменщиков ВИТКОВИЦЕ-1989, Чехословакия, Острава, 1989, с. 435-436.

32. Суханов Е.Л., Загайнов С.А., Раев Ю.О. Определение методом моделирования показателей доменного процесса при изменении условий плавки // Известия вузов, Черная металлургия, 1989, №8, с. 129-133.

33. Суханов Е.Л., Загайнов С.А., Ярошенко Ю.Г., Гилева Л.Ю. Применение моделей при решении задач управления тепловым и шлаковым режимами доменной плавки // Новые и усовершенствованные технологии для окускования сырья и производства чугуна и ферросплавов: Международная конференция. Болгария, Варна, 1990, с. 94-95.

34. К развитию динамических систем контроля и компенсации входных возмущений инерционных объектов / В.П. Авдеев, С.М. Кулаков, Е.Л. Суханов и др. // Известия вузов, Черная металлургия, 1990, №8, с. 154-157.

35. Гилева Л.Ю., Ярошенко Ю.Г., Загайнов С.А., Суханов Е.Л. Разработка математической модели с переменной структурой для анализа и прогноза показателей работы доменной печи на основе отчетных данных // Известия вузов, Черная металлургия, 1993, №4, с.52-55.

36. Оценка положения зоны вязкопластичного состояния материалов" в доменной печи / E.JI. Суханов, Э.А. Шепетовский, В.И. Мойкин и др. // Черная металлургия, 1990, №3, с. 52-53.

37. Анализ нелинейности характеристик доменного процесса / Л.Ю. Гилева, С.А. Загайнов, Ю.Г. Ярошенко, О.Г1. Онорин, ЕЛ. Суханов /У

Известия вузов, Черная металлургия, 1994, №8, с.66-68.

38. Суханов E.J1. Анализ переходных процессов при управлении тепловым режимом доменной плавки // Международная конференция ИКАПП-94. т. 1,4.2. Барнаул, 1994, с. 151-154.

39. Суханов Е.Л., Кутахова И.В. Многоканальная динамическая модель доменной плавки // Современные аспекты металлургии получения и обработки металлургических материалов. Екатеринбург: Изд. ОСО НИЧ УГТУ, 1995, с. 111.

40. Суханов Е.Л., Загайнов С.А., Гилева Л.Ю. Теплотехническая информационно-моделирующая система доменного процесса //

Современные проблемы и пути развития металлургии: Тезисы докладов. Новокузнецк, Изд. СГГГМА,1997, с. 109.

41. Устройство для определения средних значений медленно меняющихся параметров: A.c. (СССР) № 157123, кл. G 06d; 42d; 10 / Ю.Г. Ярошенко. Е.Л. Суханов, Д.П. Морозов, Б.Л. Лазарев. Заявл. 28.06.62. Бюллетень. 1963, №17

42. Способ контроля температуры шихтовых материалов в зоне непрямого восстановления в доменной печи: A.c. (СССР) № 186522, кл. 18а, 3/00 / Суханов Е.Л., Китаев Б.И., Ярошенко Ю.Г., Лазарев Б.Л. Заявл. 6.08.63. Бюллетень, 1966, №19.

43. Адаптивный прогнозатор: A.c. (СССР) № 1198455, кл, О. .05 В, 13/00/ Е.Л. Суханов, В.П. Авдеев, Л.П. Мышляев. Заявл. 3.04.84. Бюллетень, 1985, №46.

44. Способ измерения физических величии: A.c. (СССР) № 1327016, кл. G Ol, R, 19/00/ В.Г1. Авдеев, Г.А. Бегишев, Е.Л. Суханов и др. Заявл. 5.06.85. Бюллетень, 1987, №28.

45. Способ измерения физических величии: A.c. (СССР) № 1394149. кл. G 01, R, 19/00/ В.П. Авдеев, Т.М. Даниелян, Е.Л. Суханов и др. Заявл. 23.07.85. Бюллетень, 1988, №17.

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ АББРЕВИАТУРА

ИП - измерительный преобразователь ("датчик")

ВП - вторичный показывающий или регистрирующий прибор

ДМ -дисплейный модуль ("видеотерминал")

СОИ - система отображения информации

ПМО — прикладное математическое обеспечение

УВМ - управляющая вычислительная машина

СЦКУ - система централизованного контроля и управления

ЗСМК - ОАО "Западносибирский металлургический комбинат"

КарМК - Карагандинский металлургический комбинат

('' ИСГ1АТ-К АРМ ЕТ") КМК - АО "Кузнецкий металлургический комбинат"

ММК - АО "Магнитогорский металлургический комбинат"

НЛМК - АО "Новолипецкий металлургический комбинат" НТМК - ОАО "Нижнетагильский металлургический комбинат" ЧерМК - Череповецкий металлургический комбинат (ОАО "Северсталь")

ВНИПИСАУ - Всесоюзный научно-исследовательский проектный институт систем автоматического управления (г. Москва)

ИМЕТУрОРАН - Институт металлургии Уральского отделения

Российской академии наук (г. Екатеринбург) ИЧМ АН Украины - Институт черной металлургии Академии наук Украины

МИСиС - Московский институт стали и сплавов (Технологический университет)

ДМЕТИ - Днепропетровский металлургический институт

(Днепропетровская металлургическая академия) СибГГМА -Сибирская государственная горно-металлургическая

академия (г. Новосибирск) УГТУ-УПИ - Уральский государственный технический университет Урал НИ ИЧМ - Уральский научно-исследовательский институт черных

металлов (ОАО "Уральский институт металлов") ЦНИИчермет - Центральный научно-исследовательский институт черной

металлургии (г. Москва) ' НИИАчермет - Научно-исследовательский институт автоматизации черной

металлургии (г. Днепропетровск)

ДП-4 - доменная печь №4 объемом 2700 м3 ЧерМК

ДП-5 - доменная печь №5 объемом 5580 м3 ЧерМК

ДП-6 - доменная печь №6 объемом 3200 м3 НЛМК

ДП-7

ДП-9

ДП-10 МРП МБС МВР

- доменная печь № 7 объемом 1719 м-' Диепродзержинского металлургического завода

- доменная петь №9 объемом 5000 м3 Криворожского металлургического комбината

- доменная печь №10 объемом 2014 м-' ММК

- модель разделения переменных

- модель базового состояния

- модель возмущенного режима