Реферат: Разработка автоматизированной системы управления сбором и отображением информации на установке продувки азотом

Таблица 6 – Результаты обработки весовой кривой робастным алгоритмом

Рисунок 7 – Результаты обработки кривой методом текущего среднего

Рисунок 8 – Результаты обработки весовой кривой методом робастной фильтрации

2.5 Алгоритм распознавания свищей продувочной фурмы

В процессе продувки расплава происходит заметалливание сопла фурмы, то есть намораживание своеобразной металлической диафрагмы на конце трубы с постепенно уменьшающимся отверстием по мере продолжения продувки. Заметалливание образуется и разрушается непрерывно в течение всей продувки. По мере роста заметалливания давление перед фурмой растет, так как гидравлическое сопротивление сопла увеличивается. При частичном разрушении (размывании расплавом) заметалливания давление падает. Полное разрушение заметалливания имеет место, как правило, лишь при укорочении фурмы, когда часть фурмы вместе с заметалливанием на конце отделяется от оставшейся части. При отделении части фурмы давление быстро снижается, так как укорочение фурмы при ее закрепленном положении в ковше ведет к снижению металлостатического напора. Перед отделением ковша в фурме обязательно возникают один или несколько свищей.

При частичном разрушении заметалливания либо при образовании небольших свищей газового тракта (при их зарождении) распознавание последних затруднено. Это связано с тем, что их зарождение имеет близкий по характеру отклик на кривой давления к появлению эффекта частичного разрушения заметалливания. В обоих случаях наблюдается снижение давления не ниже глобального минимума давления Рmin.

Задача распознавания зарождающихся свищей газового тракта при отсутствии стабилизатора давления может быть решена с использованием пробных воздействий по положению фурмы. При значительном снижении давления фурма приподнимается на расчетное значение DНм и анализируется дискретный аналог производной давления по величине перемещения:

DНм = Vn*Dt                                                   (5)

где Vn – скорость приподнимания фурмы; Vn»const;

Dt – время приподнимания фурмы;

Свищ располагается обязательно выше сопла фурмы. Металлостатический напор для свища Нмс оказывается меньше, чем для сопла фурмы Нмф.

Суммарное гидравлическое сопротивление газового тракта для свищей:

RSс = R1 + Rс + Rмс,                                    (6)

где R1 – среднее гидравлическое сопротивление на участке газового тракта от места регистрации давления до свищей;

Rс – гидравлическое сопротивление свищей;

Rмс – среднее гидравлическое сопротивление столба расплава над свищами.

Суммарное гидравлическое сопротивление газового тракта для сопла:

RSс = R1 + R2+ Rф + Rмф,                           (7)

где R2– среднее гидравлическое сопротивление на участке газового тракта от свищей до сопла;

Rф – гидравлическое сопротивление сопла фурмы;

Rмф – гидравлическое сопротивление столба расплава над соплом.

Учитывая продолжительность пробного воздействия, можно принять во время воздействия R1, R2, Rф, Rс постоянными:

(8)

RSс = Kс + Rмс;

RSф = Kф + Rмф;

где - Kc = R1 + Rc = const;

Kф = R1 + R2 + Rф = const.

На основе выражения изменение RSф при пробном воздействии составит:

DRSф = D Rмф.                                            (9)

При появлении свищей, находящихся при наложении пробного воздействия в расплаве, изменение гидравлического сопротивления DRS будет меньше, чем изменение гидравлического сопротивления DRSФ без свищей. На зависимости давления Р по времени t при наложении пробного воздействия это отражается в меньшем угле наклона (падении) прямой изменения давления Р по отношению к оси времени при наличии свищей, чем при отсутствии последних.

Чем больше свищи, тем уменьшение давления Р до наложения пробного воздействия больше. Такое же начальное падение давления Р может происходить не вследствие появления свищей, а за счет уменьшения заметалливания сопла. В этом случае давления до наложения пробного воздействия совпадут. Однако по итогам наложения пробного воздействия – анализируется угол наклона прямой давления от начальной точки Р1 до наложения воздействия до конечной точки Р2 после наложения воздействия – можно выявить причину падения давления Р.

Для этого измеренное изменение давления DР = Р1 – Р2 под влиянием поднятия фурмы за время Dt со скоростью Vn на величину DНм = Vn*Dt сравниваем с расчетным:

DРрасч = rмс*g*DНм,                                  (10)

где - rмс – плотность жидкого металла в ковше;

g – ускорение свободного падения.

Для избежания ошибки анализа из-за колебания заметалливания во время наложения пробного воздействия, неточностей контрольно-измерительной и пускорегулирующей аппаратуры, случайных колебаний давления Р и прочее устанавливается некоторый порог DРпор отклонение DР относительно DРрасч. Причиной изменения давления DР, отклонившимся от DРрасч на величину DР°, большую, чем DРпор, считается наличие свищей. Если же DР при наложении пробного воздействия отклоняется на величину DР°, не превышающую DРпор, то считается, что свищей нет, и отклонение DР° носит псевдослучайный характер. Иначе говоря, в последнем случае причиной падения давления до наложения пробного воздействия считается снижение заметалливания сопла.

Если свищи выходят над поверхностью расплава как во время нанесения, так и до него, то справедливость выводов на основе данного способа распознавания зарождающихся свищей сохраняется. Способ определения наличия свищей в этом случае также работоспособен.

Время нанесения пробного воздействия составляет несколько секунд. Поэтому рост заметалливания при одновременном росте свищей, с компенсирующими друг друга эффектами и не проявляющимися поэтому на кривой Р(t), маловероятен. Кроме того, вскоре после укорочения фурмы и, таким образом, снижения заметалливания вероятность быстрого образования свищей мала, так как с падением давления Р понижается величина механического усилия на элементы газового тракта.

Таким образом, вновь введенные операции в указанной связи с другими операциями дают возможность определить наличие свищей газового тракта при продувке расплава в ковше. Процедура определения наличия свищей запускается в действие по информации о локальном снижении давления перед фурмой. Распознавание наличие свищей осуществляется с использованием активного эксперимента путем наложения пробного сигнала на рабочие управления. В качестве информационного признака наличия свищей принят пониженный угол наклона к оси времени по отношению к рассчитываемому углу наклона, оцениваемый при известных Dt и DР.

С точки зрения реализации этого подхода в промышленных условиях удобно совмещать операцию активной идентификации состояния газового тракта с продувкой металла в автоматическом режиме (режим "качания" фурмы).

Проверка работоспособности алгоритма проводилась в ходе эксплуатации. При распознавании ситуации появления свищей продувочной фурмы фурма вынималась и обследовалась визуально. Алгоритм в 80% случаев правильно распознавал появление свищей.

Алгоритм распознавания свищей продувочной фурмы показан на рисунке 9.

Рисунок 9 – Алгоритм распознавания свищей продувочной фурмы

Результаты работы алгоритмов распознавания состояния фурмы приведены на рисунках 10-13.

Время продувки мин:сек

Рисунок 10(а) – Измеренные параметры продувки

Время продувки мин:сек

Рисунок 10(б) – Расчетные параметры состояния фурмы

Время продувки мин:сек

Рисунок 11(а) – Измеренные параметры продувки

Время продувки мин:сек

Рисунок 11(б) – Измеренные параметры состояния фурмы

Время продувки мин:сек

Рисунок 12(а) – Измеренные параметры продувки

Время продувки мин:сек

Рисунок  12(б) – Расчетные параметры состояния фурмы

Время продувки мин:сек

Рисунок 13(а) – Измеренные параметры продувки

Время продувки мин:сек

Рисунок 13(б) – Расчетные параметры  состояния фурмы

3.1 Общая техническая структура АСУ ТП УПСА

3.1.1 Обоснование и краткая характеристика основных решений по функциональной и обеспечивающей частям АСУ ТП УПСА

3.1.1.1 АСУ ТП УПСА разрабатывается с целью обеспечения оперативного контроля за ходом процесса обработки стали в ковше инертным газом, оперативного предоставления информации технологическому персоналу на постах управления УПСА, архивирования информации о процессе обработки стали на УПСА, формирование отчетных документов и подготовки информации для ретроспективного анализа хода процесса обработки стали в ковше на УПСА.

Технически АСУ ТП имеет двухуровневую иерархическую структуру (рисунок 14). В состав нижнего уровня иерархии входит подсистема "Параметры", реализованная на базе программируемого контроллера КТС ЛИУС-2 и предназначенная для сбора информации о ходе процесса обработки стали на УПСА (мгновенный расход газа на продувку, давление на фурме, состояние клапана подачи газа и контрольное положение фурмы (реперные точки), сигналы слива на печах, состояние весового оборудования (питатели, затворы) и текущий вес сыпучих по весо-дозаторам, текущее положение фурмы, признак разливки  и масса разлитой на МНЛЗ №№ 1 и 2 стали), предварительной обработки и передачи информации на верхний уровень.

В состав верхнего уровня входят подсистемы "Диспетчер" и "Обработка", реализованные на базе персонального компьютера типа IBM PC 486DX.

Рисунок 14 – Существующая структура технических средств АСУ ТП УПСА

Подсистема "Диспетчер" предназначена для приема информации от подсистемы "Параметры", клавиатур ВТА-2000 на постах управления УПСА №№ 1 и 2, обработки полученной информации, формирования и выдачи на экраны ВТА-2000 на постах управления УПСА №№ 1 и 2 видеограмм, архивирования принятой информации.

Подсистема "Обработка" предназначена для ретроспективной обработки архивной информации, формирования отчетных документов, представления информации о ходе обработки стали на УПСА в графическом виде.

Техническая связь между уровнями – асинхронная последовательная по прерываниям.

3.1.1.2 Описание общих принципов функционирования АСУ ТП УПСА

Работа АСУ ТП УПСА совместно с технологическим оборудованием дает возможность реализовать в реальном времени функции оперативного контроля технологических параметров процесса и состояния, их отображения на постах управления УПСА, выдачи рекомендаций оперативному персоналу.

АСУ ТП УПСА функционирует в информационно-советующем режиме, с оперативным представлением информации и предупреждающих сообщений на экранах ВТА-2000, при минимуме операций ручного ввода.

Подсистема нижнего уровня "Параметры" обеспечивает:

·      сбор информации о ходе процесса на УПСА, первичную обработку, пересылку на верхний уровень;

·      прием из внешней (по отношению к АСУ ТП УПСА) подсистемы "Электричество" информации о сливе на печах №1 и №2 и пересылку на верхний уровень;

·      прием из внешней (по отношению к АСУ ТП УПСА) подсистемы "МНЛЗ" информации о массе разлитой стали и пересылку на верхний уровень;

·      прием из внешней (по отношению к АСУ ТП УПСА) подсистемы "Сталь" информации о химическом составе и температуре стали в ковше, пересылку на верхний уровень.

Подсистема верхнего уровня "Диспетчер" обеспечивает:

·      прием информации из подсистемы "Параметры", обработку, вычисление расчетных параметров;

·      прием информации с клавиатур ВТА-2000 на постах управления УПСА, обработку полученной информации;

·      формирование видеограмм и вывод их на экраны ВТА-2000 на постах управления УПСА, а также по требованию и на экран ПК, на котором реализован верхний уровень.

Подсистема верхнего уровня "Обработка" обеспечивает:

·      выделение требуемой информации из файла базы данных;

·      формирование документов: паспорт, протокол, графический протокол, графики параметров продувки для заданной обработки;

·      формирование справок по расходу ферросплавов и инертного газа на УПСА за заданный промежуток времени.

3.1.1.3 Пользователями системы в частности оперативного контроля хода процесса обработки стали в ковше является оперативный персонал УПСА. В части формирования документов и анализа хода обработки стали на УСПА – инженер по сопровождению АСУ ТП УПСА, мастер УПСА.

3.1.1.4 Совместимость АСУ ТП УПСА с АСУ других уровней и других функциональных назначений. АСУ ТП УПСА односторонне связана с подсистемой "Сталь" для приема температуры и химического анализа, относящихся к УПСА, с подсистемой "МНЛЗ" для приема данных о признаке разливки и весе разлитой стали на МНЛЗ №№ 1и 2 и подсистема "Электричество" для приема информации о сливе на печи №№ 1 и 2.

3.1.2 Назначение АСУ ТП УПСА

АСУ ТП предназначена для автоматизации функций оперативного контроля и управления технологическим процессом обработки стали в ковше на УПСА с целью повышения качества обработки на установке, что дает снижение брака по поверхностным дефектам при разливке на МНЛЗ, снижения расхода фурм на продувку.

АСУ ТП УПСА реализует следующие функции:

-   информационные функции:

·     контроль технологических параметров;

·     контроль состояния оборудования;

·     представление информации технологическому персоналу;

·     формирование и печать учетных документов;

-   управляющие функции:

·     выдача оперативному технологическому персоналу рекомендаций по управлению (по состоянию фурмы).

3.1.3 Описание параметров, использующихся в АСУ ТП УПСА

1.     Номер УПСА – классифицируется по номеру сообщения из подсистемы "Параметры", либо по номеру порта, с которого поступила информация. Формат: #

2.     Номер печи – из подсистемы "Параметры", либо берется из параметра 8. Формат: #

3.     Номер плавки – из подсистемы "Параметры", либо берется из параметра 8. Формат: # # # #

4.     Код марки стали – с ВТА-2000 на постах управления УПСА.
Формат: # #

5.     Марка стали – читается из файла-марочника для введенного параметра "Код марки". Формат: # # # # # # # # # #

6.     Масса Al – с ВТА-2000 на постах управления УПСА. Формат: # # #

7.     Масса кокса – с ВТА-2000 на постах управления УПСА.
Формат: # # #

8.     Номер плавки в формате X X X X X: старшая цифра – номер печи (п.2), остальные четыре – номер плавки (п.3) – с ВТА-2000 на постах управления УПСА, либо формируется по значениям параметров 2 и 3. Формат: # # # # #

9.     Дата обработки плавки (начало обработки плавки).
Формат: # # / # # / # #

10.  текущая дата – внутренний параметр. Формат: # # / # # / # #

11.  Текущее время – внутренний параметр. Формат: # # : # #

12.  Время начала обработки плавки – внутренний параметр, формируется при возникновении ситуации "начало обработки плавки".
Формат: # # : # #

13.  Время окончания обработки плавки – внутренний параметр, формируется по ходу процесса обработки плавки. Формат: # # : # #

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7