Реферат по теме выпускной работы
Содержание
Введение
Компьютеры проникают все глубже и глубже в нашу жизнь. Они незаменимы в области космических исследований, связи, медицине, металлургии, информационных технологий и промышленности. В основных направлениях экономического и социального развития становится задача развивать производство электронных устройств регулирования и телемеханики, исполнительных механизмов, приборов и датчиков систем комплексной автоматизации сложных технологических процессов, агрегатов, машин и оборудования. Опыт, накопленный при создании автоматизированных и автоматических систем управления, показывает, что управление различными процессами основывается на ряде правил и законов, часть из которых оказывается общей для технических устройств, живых организмов и общественных явлений.
Современный уровень развития аппаратных (hard-wear) и программных (soft-wear) средств достаточно развит для создания АСУ ТП. Лимитирует развитие систем управления сталеплавильными процессами третья необходимая составляющая – содержательная часть (brain-wear), в которой описаны сами задачи управления и метод их решения. Brain-wear – сфера компетенции специалистов предметных областей, знающих, что происходит в агрегате и как он должен работать, а потому и способных определить, что и как надо автоматизировать. Ключевым фактором, определяющим качество всей системы управления, является эффективность именно этой части - методики выработки решения.
Самым надежным и эффективным методом является использование математической модели, описывающей все процессы, происходящие в управляемом объекте, это позволяет прогнозировать ход процесса и определять необходимые манипуляции.
Однако до последнего времени не удавалось создать математическую модель, в достаточной мере адекватно и точно описывающую тепло- и массообменные процессы, составляющие суть металлургической плавки. Этому препятствовали сложность этих процессов и обилие факторов, влияющих на их протекание.
Отсутствие такой модели не позволяло добиться и значимого прогресса в развитии АСУ ТП сталеплавильных агрегатов.
Актуальность темы
На современном этапе развития металлургических предприятий, сталевар уже не успевает учесть все факторы и условия производства, что приводит к частым ошибкам в управлении, а сталеплавильный агрегат представляет собой высокомеханизированный комплекс, включающий, кроме основных реакторов (ДСП, конвертер, ковш), целый ряд вспомогательных устройств (дозирующие и загрузочные устройства, фурмы, горелки, манипуляторы, системы управления движением электродов, характеристиками дуги и т.п.). Все эти устройства снабжены весьма совершенными локальными средствами автоматики, которые в совокупности образуют так называемый первый уровень (или технические средства) управления. Существующие системы первого уровня позволяют с достаточной надежностью реализовать все технологические операции плавки по сигналам, поступающим от оператора или от управляющей системы второго уровня, основная функция которых состоит в выработке решений по управлению технологическим процессом и его оптимизации.
Управление процессами при помощи АСУ ТП, как известно, основывается на моделировании, эту функцию выполняет модуль прогноза, опирающийся на систему уравнений — математическую модель процесса. Этот модуль предсказывает состав продуктов плавки на основе данных о загруженных в печь материалах. Качество работы этого модуля определяет показатели и возможности системы управления в целом. При выработке оптимальных решений по управлению процессом та же система уравнений решается в обратном направлении: состав металла задан, а находятся оптимальные значения входных (управляющих) параметров при минимальном (или максимальном) значении выходного параметра, выбранного в качестве целевой функции, например, при минимуме суммарных затрат на материалы и энергоносители.
Более современные интеллектуальные системы позволяют, в частности, реализовать принцип ситуационного управления, который схематически состоит в следующем. Управление процессами выплавки и внепечной обработки начинается с проектирования очередной плавки. В качестве входной информации используются марка (или состав) стали, перечень материалов, имеющихся на складе, характеристики оборудования и дополнительные ограничения, диктуемые условиями производства (состояние оборудования, условия смежных переделов, директивные ограничения и др.). После получения задания на плавку АСУ ТП выдает расчетный график будущей плавки с детальной проработкой режимов работы всех управляющих органов, оптимальных масс вводимых материалов, полную калькуляцию затрат по переделу, и выдает сообщения технологам, обеспечивающим службам и другим по заранее согласованному списку. При поступлении замечаний эта процедура повторяется до полного согласования. После получения согласия (или по умолчанию), АСУ ТП в назначенный момент приступает к реализации плана, непрерывно отслеживая текущие промежуточные результаты в сопоставлении с расчетными (фактические показания датчиков, замеры температуры, поступающие химические анализы и др.). При возникновении существенных отклонений от расчетного графика АСУ ТП сигнализирует об этом, повторяет расчет с учетом изменившихся условий, проводит согласование и продолжает плавку по измененному графику. В любой момент времени оператор может взять управление на себя или вернуться в автоматический режим. Во время перехода на ручное управление АСУ ТП продолжает работу в том же режиме, дополнительно учитывая действия сталевара, выводя свои рекомендации на экран, т.е. в режиме советчика, оставаясь при этом готовым снова принять управление "на себя".
Ряд параметров объекта, необходимых для управления, мы не можем ввести заранее, поскольку они индивидуальны для каждого агрегата и, главное, изменяются во времени (кинетические коэффициенты, тепловой КПД, эффективность дутьевых устройств и т.д.). Их значения могут быть найдены лишь статистически путем обработки данных массива прошлых плавок, относящихся к данному агрегату. Накопление таких коэффициентов и их использование в качестве "констант" или "характерных величин" может приводить к существенным ошибкам в управлении из-за непостоянства во времени (разгар футеровки, износ или замена отдельных узлов оборудования, неоднородность поступающего сырья, сезонные изменения и т.п.). В таких системах все необходимые для работы коэффициенты определяются по ограниченному массиву последних плавок и обновляются по окончании каждой плавки. Это позволяет при планировании очередной плавки использовать не только наиболее достоверные значения, констант, но и учитывать при необходимости их тенденции, дисперсию и другие статистические характеристики. Эту функцию выполняет система динамической адаптации.
Система управления плавкой, построенная на основе физико-химической модели, в режиме реального времени генерирует технологические решения, поддерживая работу агрегата в любых «нештатных» ситуациях (аварийные остановки печи, занятость оборудования, отсутствие материала и т.п.), совместимых с принципиальной возможностью выполнения поставленного задания (получение металла заданного состава и температуры). Адекватность управляющих команд такой системы обеспечивается за счет обратной связи (адаптация, самообучение). Кроме того, появляется возможность «проигрывать» различные варианты плавки при проектировании новой технологии – функция, принципиально недоступная для статистических моделей.
Выводы
АСУ ТП может быть использована при управлении самыми различными процессами производства стали, однако в первую очередь её следует применять на ключевых этапах технологической цепи – для управления плавкой в ДСП и внепечной обработкой.
Список иcточников
1. Пономаренко А.Г., Окоукони П.И., Храпко С.А., Иноземцева Е.Н. Управление сталеплавильными процессами на основе современных физико-химических представлений. Труды 4-го конгресса сталеплавильщиков. — Москва, 1997, с. 35-40.
2. А.Г.Пономаренко, М.П.Гуляев, И.В.Деревянченко, С.А.Храпко, Р.Н.Мартынов, Р.В.Синяков, Д.А.Пономаренко, О.Л.Кучеренко, Р.Н.Пильчук. Промышленное освоение компьютерного управления выплавкой стали на БМЗ и ММЗ на основе физико-химической модели ОРАКУЛ. Труды 5 конгресса сталеплавильщиков. – Москва, 1999, с. 174-178.