Синтез автоматической системы управления газовыми потоками конвертерного передела тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Аникин, Михаил Константинович

• Аникин, Михаил Константинович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Аникин, Михаил Константинович

Введение.

ГЛАВА 1. Состояние вопроса и задачи исследований.

1.1. Конвертерное производство в цветной металлургии.

1.2. Газоходная система конвертерного производства.

1.2.1. Межцеховая газоходная система.

1.2.2. Газоходная система металлургического цеха.

1.3. Опыт создания автоматических систем управления газовыми потоками.

1.4. Постановка задачи исследования.

ГЛАВА 2. Газоходная система как объект управления, синтез системы нижнего уровня управления.

2.1. Математическая модель газоходной системы.

2.1.1. Расчет статического режима функционирования газохода.

2.1.2. Моделирование статического режима работы газохода конвертера.

2.2. Динамическая математическая модель газоходной системы.

2.2.1. Элемент газохода.

2.2.2. Зазор между напыльником и конвертером.

2.2.3. Конвертер.

2.2.4. Дымосос.

2.2.5. Динамическая модель газоходной системы.

2.2.6. Результаты моделирования.

2.3. Синтез систем управления газовым режимом.

2.3.1. Методика синтеза регулирующего устройства.

2.3.2. Параметрический синтез регуляторов.

2.4. Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. Синтез автоматической системы управления эвакуацией газа.

3.1. Структура среднего уровня АСУ.

3.1.1. Адаптивный блок.

3.1.2. Блок выбора режима.

3.2. Математическая модель газоходной системы.

3.2.1. Модель разбавления газа в статическом режиме.

3.2.2. Динамическая модель эвакуации газа конвертерного передела.

3.3. Синтез адаптивной системы управления.

3.3.1. Критерий эффективности функционирования АСУ.

3.3.2. Синтез экстремального регулятора.

3.3.3. Функционирование экстремальной системы управления в динамических режимах.

3.3.4. Функционирование АСУ в обстановке помех.

3.4. Синтез блока выбора режима функционирования АСУ.

3.5. АСУ при измерении температуры газа.

3.6. Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. Синтез верхнего уровня управления газовыми потоками конвертерного передела.

4.1. Структурная схема системы управления верхнего уровня.

4.2. Имитационная модель газоходной системы конвертирования.

4.3. Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Синтез автоматической системы управления газовыми потоками конвертерного передела»

В настоящее время на отдельных переделах промышленных предприятий цветной металлургии широко применяются конвертерные процессы, как в вертикальных, так и горизонтальных агрегатах. К достоинствам плавок в них относятся: высокая производительность, относительная простота конструкции, многолетний опыт работы и др. Существенными недостатками конвертеров являются: периодичность их работы, трудность улавливания конвертерных газов связанную с конструкцией агрегата. Последний недостаток особенно остро чувствуется при применении вертикальных конвертеров, так как фурма опускается сверху через его горловину. [13, 24, 49,91]

От эффективности работы газоходной системы конвертерного производства зависит рентабельность последнего[100]. Это обусловлено необходимостью значительного разбавления серосодержащих конвертерных газов так как в противном случае может возникать выброс диоксида серы в цех, что нарушает экологические нормы и технику безопасности и на фоне пристального внимания общественности и контролирующих органов государства к проблеме снижения выбросов в атмосферу промышленными предприятиями, приводит к значительным убыткам [33]. Снижение рентабельности заставляет предприятия цветной металлургии искать замену конвертерным процессам и модернизировать производство. Эксплуатация газоходной системы конвертеров характеризуется низкими технико-экономическими показателями, к которым относятся: неконтролируемый выброс конвертерных газов при низких разрежениях в газоходе во время переходных процессов (загрузка материала, изменение положения фурмы и др.) и низкие концентрации сернистого ангидрида в газе во время стационарных режимов технологического процесса (продувка расплава) [1]. Повышение эффективности работы газоходной системы является весьма актуальной задачей, решение которой возможно путем создания автоматической системы управления АСУ газовым потоком конвертерного производства, практически исключив человека из процесса управления [8]. Однако, на производстве отсутствуют научно-обоснованные технические решения по созданию указанной автоматической системы, учитывающей технологические особенности конвертирования [49, 4].

Исследования, представленные в данной работе, выполнялись в рамках перечня научных направлений Российской Федерации: «Энергосбережение», «Компьютерное моделирование» и «Снижение риска и уменьшение последствий природных и техногенных катастроф»; а также в рамках Гранта РФФИ «Поддержка ведущих научных школ» (проект № 00-15-99070л); научных направлений: 6.30.022 «Исследование теоретических основ и разработка экологически безопасных ресурсосберегающих процессов комплексной переработки металлосодержащего сырья и продуктов» (20022004) и 6.30.021 «Исследование теоретических основ, разработка ресурсосберегающих, экологически безопасных технологий с применением компьютерного моделирования в производстве цветных металлов» (20052007).

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Аникин, Михаил Константинович

Основные результаты исследований заключаются в следующем:

- построена математическая модель процесса транспортирования конвертерных газов через газоход как объекта управления;

- произведено обоснование возможности применения предложенной структуры и алгоритмов автоматической системы управления газоходной системой конвертерного передела в рамках цеха.

- разработана инженерная методика расчета оптимальных параметров регулирующего устройства и, в соответствии с ней, произведен синтез системы управления разрежением в газоходной системе конвертерного производства;

- сформулированы принципы формирования критериальной функции характеризующей качество управления газовым режимом конвертерного производства для экстремальной системы управления и произведен синтез последней;

По итогам выполнения диссертационной работы были получены следующие научные и практические выводы:

1. для управления газовыми потоками конвертерного передела целесообразно применять адаптивную систему управления, декомпозиция которой по уровням иерархии произведена по структурному признаку: линейные алгоритмы - нижний уровень управления, экстремальные - средний уровень и алгоритмы оперативного управления - верхний уровень;

2. синтез оптимальных параметров устройства управления разрежением в газовом тракте целесообразно производить по предложенным соотношениям, связывающим минимум интеграла квадрата ошибки при ограничении на перерегулирования с параметрами объекта управления;

3. для дискретной экстремальной системы управления газовыми потоками конвертерного передела целесообразно применять предложенный алгоритм управления;

4. формирование критерия эффективности функционирования газоходной системы для экстремальной системы управления целесообразно проводить по разработанной методике.

Ожидаемые эффекты от внедрения результатов исследования:

1. повышение содержания диоксида серы в конвертерных газах, поступающих на сернокислотное производство, с 3-8% до 10-15%;

2. экономия электроэнергии более 3500 МВт час в год;

3. уменьшение выбросов сернистого ангидрида в цех и окружающую среду.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В диссертационной работе содержится новое решение актуальной научно-технической задачи, связанной с повышением экономической и экологической эффективности утилизации газовых отходов конвертерного передела при помощи автоматического управления газовыми потоками.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Аникин, Михаил Константинович, 2007 год

1. Анашкин А.С. Синтез системы оптимального управления газовымрежимом горизонтальных конвертеров / диссертация СПб, СПГГИ, 2002.

2. Анашкин А.С., Власов К.П., Гальнбек А.А. «Оптимальное управлениегазовым режимом конвертеров»/сборник трудов МИСиС, 2000 г.

3. Анашкин А.С., Власов К.П. Теория автоматического управления:специальные методы. Изд-во СПГГИ, 2001г.

4. Анашкин А.С. Исследование возможностей автоматической оптимизациигазового режима вертикальных конвертеров с использованием нечеткой логики/ отчет по НИОКР СПб, ООО «Технорос» 2001.

5. Анашкин А.С., Власов К.П. и др. «Автоматизированная системауправления газовым режимом конвертерной установки»/сборник трудов ХПИ, Харьков 1999г.

6. Аникин М.К. Выбор оптимальных параметров ПИ-регулятора //

7. Полезные ископаемые России и их освоение: Записки горного института, Том №159, 2004 г., СПб: СПГГИ, с.137-139.

8. Аникин М.К. Экстремальная система управления газоходной системойконвертера // Полезные ископаемые России и их освоение: Записки горного института, Том №167, 2006 г., СПб: СПГГИ, с.204-206.

9. Аникин М.К. К вопросу управления газоходной системой конвертерногопроизводства с целью снижения выбросов // Материалы Уральской горнопромышленной декады, 2004 г., Екатеринбург: УГГГА, с. 421-424

10. Аникин М.К. Способ управления газовым режимом конвертерногопередела цветной металлургии /М.К.Аникин, К.П.Власов.// патент РФ №2297463, бюл. №11, 2007 г.

11. Анхимюк B.JI. Теория автоматического управления, М., «Высшая школа», 1968.

12. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1975. 767 с.

13. Бир С. Кибернетика и управление производством. М. 1965г.

14. Брянцев Я.В. и др. Опыт интенсификации и модернизации оборудования конвертерных переделов на предприятиях цветной металлургии М 1975 107с

15. Власов К.П. Методы научных исследований и организации эксперимента: учебное пособие СПГГИ Санкт-Петербург 2000. 120с.

16. Власов К.П. Абраменко Г.И. и др. Микропроцессоры в системах управления процессами обогащения М. Недра, 1992 г.

17. Власов К.П. Основы автоматического управления технологическими процессами обогащения угля. М. Недра 1985г.

18. Власов К.П. Моделирование системы управления режимом работы газового тракта / К.П.Власов, М.К.Аникин // Цветные металлы №10 2006 г. с. 77-80.

19. Власов К.П. Теория автоматического управления: Учебное пособие / К.П.Власов, М.К.Аникин// СПГГИ, СПб, 2004 г. 99с.

20. Галактионов А.И. Основы инженерно-психологического проектирования АСУТП. М. 1987г.

21. Гальнбек А.А. Водовоздушное хозяйство металлургических заводов. ЛГИ. 1974г.

22. Гальнбек А.А. Гидроаэромеханика в металлургическом производстве: учебное пособие ЛГИ Ленинград 1991. 200 с.

23. Гречко А. В.,. Мечев В. В и др. Новое в технологии и аппаратуре конвертирования штейнов Обзорная информация, Вып 2 М 1987 44 с.

24. Гальнбек А.А и др. Расчеты пирометаллургических процессов и аппаратуры цветной металлургии Челябинск Металлургия. 1990г.

25. Гальнбек А.А. Гидроаэромеханика в металлургическом производстве. ЛГИ. 1991г.

26. Гейлер Л.Б. Введение в теорию автоматического управления. Минск. «Наука и Техника». 1967г.

27. Глинков Г.М., Климовицкий М.Д. Теоретические основы автоматического управления металлургическими процессами. М,: Металлургия. 1985г.

28. Голубь А.П., Кузнецов Б.И. и др. Системы управления электроприводами. Киев, УМК ВО. 1992г.

29. Гольдфарб Л.С. Теория автоматического управления. М, «Высшая школа», 1969г.

30. Гречко А.В. и др. Новое в технологии и аппаратуре конвертирования штейнов. М. ЦНИИдветмет экономики и информации. 1987г.

31. Гузенко А.И. Основы теории автоматического управления, М.: «Высшая школа», 1967г.

32. Джорж Ф. Основы кибернетики. М.: «Радио и связь» 1975г.

33. Джонсон Р.Е. и др. Обзор мировой практики использования конвертеров в производстве меди. М.: ЦНИИцветмет экономики и информации. 1989г.

34. Диомидовский Д.А., Шалыгин Л.М., Гальнбек А.А., Южанинов И.А. Расчеты пиропроцесов и печей цветной металлургии. М., «Метеллургия», 1963г.

35. Диомидовский Д.А. Печи цветной металлургии. М.: Металлургия, 1970,- 460 с.

36. Емельянов А.И., Капник О.В. Проектирование систем автоматизации технологических процессов М: Энергоатомиздат 1983 - 399 с.

37. Емельянов С.В. Системы автоматического управления с переменной структурой, М., «Наука» 1967.

38. Жуховицкий А.А. Физико-химические основы металлургических процессов, М.: «Металлургия», 1973г.

39. Зубов В.Н. Математические методы исследования систем автоматического регулирования, Судпромгиз, 1959г.

40. Исаченко В.П. Теплопередача, М.: «Энергия», 1969г.

41. Калмаков А.А., Кувшинов Ю.Я., Романова С.С., Щелкунов С.А. Автоматика и Автоматизация систем теплогазоснабжения и вентиляции: учебник для вузов, М Стройиздат 1986 479 с.

42. Калман Р. Очерки по материалам теории систем, М., «Мир», 1990г.

43. Каслей Г.Е. и др. Детальный анализ конвертерных операций с целью улучшения производительности конвертеров завода Маунт Айза. М.: ЦНИИцветмет экономики и информации, 1989г.

44. Кожеуров В.А. Статистическая термодинамика. М.: «Металлургия», 1975г.

45. Козлов В.Н. Вычислительные методы синтеза систем автоматического управления, М., 1995г.

46. Колесников А.А., Последовательская оптимизация нелинейных автоматических систем управления, М.: «Энергоатомиздат», 1989г.

47. Колмогоров А.Н. Элементы теории функций и функционального анализа, М.: «Наука», 1987г.

48. Костенко М.П., Пиотровский JI.M. Электрические машины, М, «Энергия», 1965г.

49. Котов К.И. Промышленные системы автоматизации металлургических агрегатов. М. Металлургия, 1980г.

50. Краткий справочник физико-химических величин, под редакцией А.А. Равделя и Н.М. Пономаревой JT-д, «Химия», 1983г.

51. Краткий технический справочник, под редакцией проф. Зиновьева. Москва-Ленинград, Гос.издательство технико-теоретической литературы, 1949г.

52. Косаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии -М: Химия 1971.-784 с.

53. Крутов В.И. Основы теории автоматического регулирования М., «Машиностроение» 1984г.

54. Куфнер А. Нелинейные дифференциальные уравнения. М.: «Наука»,1988г.

55. Ли Э и др. Основы теории оптимального управления., М.: «Наука», 1982г.

56. Лисиенко В.Г. Улучшение топливоиспользования и управление теплообменом в металлургических печах М.: «Металлургия», 1988г.

57. Лукас В.А. теория автоматического управления. М.: Недра, 1990г.

58. Лыков А.В. Исследования по теплопроводности. Минск, «Наука и техника», 1987г.

59. Максимов Ю.М., Рожков И.М. математическое моделирование металлургических процессов. М. Металлургия, 1976г.

60. Максимов Д.Б. Технологическая инструкция процессов сушки, плавки и конвертирования медных концентратов в металлургическом цеху Комбината «Североникель» ТИ 05746371-07-01-2000, Мончегорск 2000 200с.

61. Максимов Д.Б. Сгущение, сушка, плавка медного концентрата и конвертирование медных штейнов в металлургическом цехе; технологическая инструкция Мончегорск 2002 170 с.

62. Металлургическая теплотехника. Теоретические основы., под научной редакцией проф. Д.н.т. В.А. Кривандина, М., «Металлургия», 1986г.

63. Мучник Г.Ф. Методы Теории теплообмена. М.: «Высшая школа»,1974г.

64. Набойченко С.С. и др. Процессы и аппараты цветной металлургии. Екатеринбург,УГТУ, 1977г.

65. Назарчук М.М. Течение газа в каналах при наличии теплообмена. Киев, АН УССР 1963г.

66. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача, М.Высшая школа, 1975г.

67. Нелепин Р.А. Алгоритмический синтез нелинейных систем управления, ЛГУ, 1990г.

68. Нестеров Ю.И., Тохтабаев Г.М. «Ситуационное управление технологическими операциями конвертерного участка металлургического цеха»/ «Кибернетика и автоматика» КазПИ, Алма-Ата, 1978г.

69. Нестеров Ю.И., Тохтабаев Г.М., Скормин В.А. Кибернетика и автоматика, выпуск 7, 1978 с 78- 85.

70. Ордынцев В.М. Автоматическое регулирование металлургических процессов, М.: «Машгиз», 1960г.

71. Основы металлургии, под редакцией Н.С. Грейвера, т.1 и т.2, Металлургиздат, 1961г.

72. Плискин Л.Г. Оптимизация непрерывного производства, М.: «Энергоатомиздат», 1990г.

73. Понтрягин Л.С. Математическая теория оптимальных процессов. М.: «Наука», 1969г.

74. Пугачев B.C. Основы статистической теории автоматических систем управления, М., «Машиностроение», 1985г.

75. Пугачев B.C. Основы автоматического управления, М., «Наука», 1988г.

76. Пыжов С.С., Макарова С.Н. Автогенные процессы производства тяжелых цветных металлов за рубежом. М.: ЦНИИцветмет экономики и информации, 1981г.

77. Рахматулин Х.А. Газовая динамика М : Высш. Школ. 1965. - 722 с.

78. Романов В.А. Автоматизация типовых производственных процессов цветной металлургии, ЛПИ, 1989г.

79. Рудаков В.В. Синтез электроприводов с последовательной коррекцией, М.: «Энергия», 1989г.

80. Сильвестров А.Н. Идентификация и оптимизация автоматических систем, М.: «Энергоатомиздат», 1987г.

81. Сладков С.П. Автоматизация и телемеханизация газового хозяйства М Стройиздат 1977 - 293 с.

82. Смышляев П.П. Управление технологическими процессами. ЛГУ, 1989г.

83. Спесивцев А.В. и др. «Математическое моделирование процессов при переработке медно-никелевого сырья»/Известия ВУЗов, Цветная металлургия, 1985г., №5

84. Спесивцев А.В. Применение математической статистики в металлургической практике. Издательсвтво КГУ, Норильск, 1987г.

85. Спесивцев А.В., Метев В.В. «Влияние физико-химических свойств расплавов на их взаимодействие с газовыми струями»/Сборник трудов НВИИ,№15, 1972г.

86. Стрекаловский Г.Б., Спесивцев А.В. «О взаимодействии погруженной струи с жидкостями»/Известия ВУЗов. Цветная металлургия. 1973г., №6

87. Табак Д. Оптимальное управление и математическое программирование, М.: «Наука», 1975г.

88. Технологическая инструкция передела конвертирования меднониклевого штейна, под редакцией нач. мет. Отделения ЦЗЛ ГМК «Печенганикель» к.т.н. Я.Л.Серебряного.

89. Тихонов О.Н. Простые математические модели металлургических процессов, ЛГИ, 1979г.

90. Тохтабаев Г.М. и др. «Иерархическая система управления комплексом технологических процессов шихтоподготовки и отражательной плавки»/ «Кибернетика и автоматика» КазПИ,Алма-Ата, 1973г.

91. Тохтабаев Г.М., Палыпин В.П. «К оптимальному управлению процессом конвертирования медных штейнов»/ «Кибернетика и автоматика» КазПи, Алма-Ата, 1975г.

92. Усков А.А., Круглов В.В. Современные принципы построения систем управления, учебное пособие Смоленск 140 с.

93. Фельдбаум А.А. Основы теории оптимальных систем управления, М.: «Наука», 1966г.

94. Филатов Ю.М. Плавильный участок № 2 плавильного цеха медного завода/ технологическая инструкция. Норильск ОАО «Норильская горная компания» 2000.

95. Фудживара Ю. и др. Осуществление конвертерного процесса на медеплавильном заводе Саганосеки. М.: ЦНИИцветмет экономики и информации, 1984г.

96. Хайдер Э. и др. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений, М.: «Мир», 1990г.

97. Цейдлер А.А. Анализ практики конвертирования штейнов на заводах фирмы Kennecott Cooper. М.: ЦНИИцветмет экономики и информации, 1987г.

98. Цейдлер А.А. Мероприятия по улучшению работы конвертеров, М.: ЦНИИцветмет экономики и информации, 1991г.

99. Цейдлер А.А. Технические показатели конвертерных переделов медеплавильных и никелевых зарубежных заводов. М.: ЦНИИцветмет экономики и информации, 1981г.

100. Цемехман JI. ГЦ., Рябко А. Г., Лукашов Л. П. Цветные металлы 1998 № 2 с 26-27.

101. Черкасов Б.А. Автоматическое регулирование ВРД, М.: Машиностроение,1975г.

102. Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры М Энергия -422 с.