Авторы: Олег Шатилов, Анатолий Челпанов, Сергей Чуйков
Источник: Журнал Современные технологии автоматизации
3/2002
ОАО Комбинат Магнезит
крупнейший в стране производитель огнеупорной продукции недавно отметил свой столетний юбилей. Несмотря на солидный возраст, предприятие динамично развивается и большое внимание уделяет внедрению современных наукоёмких разработок как в управленческой сфере (на предприятии внедряется корпоративная система R/3), так и в сфере управления технологическими процессами. Начиная с 1993 года, с участием НТЦ Лидер
(г. Озерск) было внедрено более десяти автоматизированных систем в нескольких цехах и на различных технологических объектах: вращающихся печах, печах термической обработки, линиях дозирования компонентов шихты, испытательном стенде, а также реализованы системы контроля подачи порошков, контроля и учета работы прессов, контроля работы трубомельниц, контроля и управления деаэраторами, паровыми и водогрейными котлами.
Как на большинстве предприятий, вначале внедрялись информационные системы диспетчеризации и контроля хода технологических процессов. Однако целью автоматизации, безусловно, является повышение качества ведения технологического процесса, а в идеале и его оптимизация. Именно управляющие системы способны дать реальный экономический эффект, стабилизировать качество продукции. Наиболее трудоёмкой в реализации таких систем является разработка управляющих алгоритмов, адекватных по сложности управляемым процессам. Немаловажным является также выбор инструмента, с помощью которого эти алгоритмы можно было бы реализовать на реальном объекте.
Данная статья посвящена опыту разработки и внедрения управляющей системы, давшей существенный экономический эффект.
Задача контроля и регулирования процесса обжига материала во вращающихся печах решалась с момента установки их на комбинате, а именно с 30–х годов XX века.
Проблема в разное время решалась по-своему, но в целом методика решения оставалась прежней: человек наблюдал ход технологического процесса и выдавал задание на выработку управляющих воздействий либо «вручную», либо (в последние десятилетия) посредством каких‑то контуров регулирования и управления. Необходимость полной автоматизации процесса ни у кого сомнений не вызывала, хотя в возможность практического достижения поставленной цели мало кто верил.
В начале 90–х годов предпринимались попытки автоматизации регулирования процесса обжига, в частности, на печах 7–8 ЦМП–3 (ЦМП цех магнезиальных порошков) с помощью системы САРА. Успех данной системы также был весьма ограниченным: какое‑то время процесс шел в пределах установленных границ режима обжига, а потом печь глохла
, так как процесс выходил за допустимые границы и требовалось вмешательство обжигальщика.
Новый этап развития систем управления режимом обжига начался в мае 1993 года после установки системы МАИС.
После первых дней эксплуатации системы стало очевидным, что эффективность внедрения будет зависеть от того, удастся ли решить важнейшие задачи оптимизации хода технологического процесса обжига на уровне, недостижимом для человека‑оператора, и минимизации влияния человеческого фактора на результаты производственного процесса в целом.
Процесс обжига сырого магнезита во вращающейся печи является чрезвычайно сложным, с точки зрения возможности автоматизации. Если рассматривать процесс обжига, не вникая в детали, то он представляет собой процесс термического разложения сырого магнезита, усложненный наличием разного рода примесей в составе. Схема технологического процесса во вращающейся печи исходного сырья и значительным влиянием газодинамических характеристик печи. Процесс обжига сырого магнезита сопровождается нагревом магнезита, испарением влаги, содержащейся в сыром магнезите, плавлением легкоплавких примесей и т.д.
В ходе обжига сырого магнезита происходит уменьшение толщины слоя, снижение объёма материала, причем степень изменения объёма материала зависит от большого числа факторов, наиболее значимыми из которых являются химический и фракционный состав поступающего сырья, распределение температур по длине печи, или температурный профиль печи (положение и протяженность зон подогрева, каустизации, обжига), условия течения потока газов в пространстве печи. Различие степени изменения объёма материала приводит к изменениям условий течения потока газов и, как следствие, газодинамических характеристик печи в целом.
Нестабильность газодинамических характеристик печи вызывает отклонения в режиме горения топлива, вследствие чего изменяется положение факела, влияющее на положение зоны обжига. Температура в этой зоне и её положение в значительной степени определяют производительность печи и качество порошка на выходе.
В настоящее время регулятор работает устойчиво при любых изменениях параметров материалов на входе печи, обеспечивая заданное качество порошка на её выходе с максимально возможной для текущего режима производительностью.
В ходе технологического процесса удается оптимизировать температуру зоны обжига в диапазоне С, причем это делается без применения кислородного дутья, а только за счет решения многофакторной задачи управления реально работающим промышленным тепловым агрегатом.
По результатам проведенных исследований в течение определенного промежутка времени средний расход топлива сократился на 7% при повышении производительности печи на 3,5% и одновременном снижении пылевыноса на 3,8%, что в конечном счёте позволило снизить срок окупаемости программно‑технического комплекса на базе МАИС для системы управления 3 печами до 6 месяцев.