Введение к работе
Актуальность работы. Постоянно растущие цены на сырье, топливо, ужесточение конкуренции на внутреннем и внешнем рынках ставят перед металлургами задачи непрерывного поиска путей улучшения технико-экономических показателей традиционной металлургической технологии. Пути совершенствования технологий доменного производства и результаты этой работы хорошо известны. На многих предприятиях различных стран достигнуты рекордные показатели работы доменных печей по производительности, по удельному расходу кокса. Современные тенденции по созданию и развитию АСУ ТП доменных печей характеризуются последовательным оснащением всех печей надёжными средствами измерений и контроля, компьютерной техникой, дальнейшим применением передовых системотехнических решений и математических моделей. В связи с этим актуальной научной проблемой является использование современных достижений в области математического моделирования, теории и практики доменной плавки, теории управления при разработке автоматизированных систем управления.
Цель работы. Совершенствование АСУ ТП доменной плавки на основе развития модельной системы поддержки принятия решений и интеграции системы в существующую информационную структуру металлургического предприятия.
Задачи исследования
-
Разработка усовершенствованной функциональной модели автоматизированной системы управления доменной плавкой, учитывающей внедрение новых компонентов АСУ ТП, изменения в системе учёта производства, источниках получения и использования данных, деятельности технологического персонала.
-
Усовершенствование математической модели доменного процесса УрФУ за счет учёта радиальной неравномерности распределения материалов и газов, разработка соответствующего математического, алгоритмического и программного обеспечения.
-
Разработка способа диагностики конфигурации и местоположения зоны вязкопластичного состояния железорудных материалов (ЗВСЖРМ) в доменной печи и исследование влияния на нее распределения шихтовых материалов и газов на колошнике доменной печи.
-
Интеграция АСУ ТП доменной плавки в единое информационное пространство металлургического предприятия.
-
Опытно-промышленные испытания и внедрение усовершенствованной АСУ ТП доменной плавки.
Методы исследований базируются на обобщении опыта создания автоматизированных систем управления технологическими процессами с использованием современных информационных технологий, технических и программных средств; на физических закономерностях основных процессов, протекающих в доменной печи; на применении методов структурного анализа, математического моделирования для создания модельных систем поддержки принятия решений; на современных принципах разработки алгоритмического и программного обеспечения, предназначенных для автоматизированного управления сложными технологическими процессами в металлургии.
Научная новизна диссертационной работы:
-
усовершенствованная математическая модель доменного процесса УрФУ, позволяющая по реально доступной информации рассчитывать распределения теплообменных, газодинамических процессов, свойств материалов в объеме доменной печи с учётом неравномерности распределения материалов и газов по радиусу печи;
-
совокупность алгоритмов модельной системы поддержки принятия решений, позволяющих оценивать местоположение, конфигурацию ЗВСЖРМ;
-
способ диагностики конфигурации и местоположения ЗВСЖРМ, включающий оценку формы и толщину зоны, число газопроницаемых коксовых окон, расположение зоны над уровнем фурм, степень уравновешивания шихты в кольцевых сечениях печи, что позволяет оценивать возможность интенсификации доменной плавки;
-
усовершенствованный метод управления доменной плавкой изменением распределения шихтовых материалов на колошнике и их свойств, обеспечивающий повышение технико-экономических показателей плавки за счет улучшения свойств ЗВСЖРМ;
-
модернизированная АСУ ТП доменной плавки, построенная на принципах единого интеграционного пространства, способная обеспечить решение комплекса технологических задач с учётом неравномерности распределения материалов и газов по радиусу доменной печи.
Практическая значимость
Полученные при выполнении работы результаты нашли практическое применение:
при анализе, прогнозировании работы доменных печей и решении комплекса технологических задач по управлению технологией выплавки чугуна, что повысит технико-экономические показатели работы доменных печей;
для совершенствования режимов работы и систем управления технологическими объектами в металлургии;
при интеграции подсистем в существующую информационную структуру металлургического предприятия;
при преподавании дисциплин для студентов соответствующих специальностей.
Достоверность полученных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается корректностью и физичностью модели, использованием современных методов, технологий и средств разработки программного обеспечения для автоматизированного управления технологическими процессами, а также соответствием полученных результатов современным закономерностям доменного процесса.
Использование результатов работы
В доменном цехе ОАО «ММК» внедрено: усовершенствованное автоматизированное рабочее место инженерно-технического персонала доменного цеха. Результаты работы внедрены в учебный процесс в УрФУ при преподавании дисциплин «Технология разработки программного обеспечения», «Информационные системы в металлургии», «Моделирование процессов и объектов в АСУ ТП», «Моделирование процессов и объектов в металлургии», «Автоматизация промышленных печей и систем очистки газов».
Личный вклад автора состоит:
-
в разработке усовершенствованной функциональной модели автоматизированной системы управления доменной плавкой;
-
совершенствовании математической модели доменного процесса за счет учёта радиальной неравномерности распределения материалов и газов;
-
разработке усовершенствованной модельной системы поддержки принятия решений, реализации алгоритмического, программного обеспечения системы и способа диагностики конфигурации и местоположения ЗВСЖРМ;
-
исследовании влияния распределения материалов и газа на колошнике доменной печи на свойства ЗВСЖРМ;
-
разработке структуры объекта управления и разработке программно-технической структуры автоматизированной системы управления с учетом радиальной неравномерности распределения материалов и газов;
-
руководстве и участии во внедрении и эксплуатации АСУ ТП.
Предмет защиты:
-
усовершенствованная функциональная модель автоматизированной системы управления доменной плавкой;
-
усовершенствованная математическая модель доменного процесса с введением блока радиальной неравномерности распределения материалов и газов;
-
способ диагностики конфигурации и местоположения ЗВСЖРМ и результаты исследования влияния на нее распределения материалов и газа на колошнике доменной печи;
-
усовершенствованное программное обеспечение автоматизированного рабочего места инженерно-технического персонала доменного цеха;
-
вариант структуры автоматизированной информационно-моделирующей системы доменной плавки, построенный и реализованный по магистрально-модульному принципу.
Апробация работы. Материалы исследований обсуждены на научно-технических советах центра АСУ и доменного цеха ОАО «ММК», расширенных научно-практических семинарах в ФГАОУ ВПО УрФУ, доложены на конференциях: международного уровня: IV и V Научно-практической конференции «Энергосберегающие технологии в промышленности. Печные агрегаты. Экология» (Москва, 2008, 2010); III конгрессе «Пече- и трубостроение: тепловые режимы, конструкции, автоматизация и экология» (Москва, 2008); научно-практической конференции «Творческое наследие Б.И. Китаева» (Екатеринбург, 2009); конгрессе «Доменное производство – XXI век» (Москва, 2010); научно-практической конференции «Теория и практика тепловых процессов в металлургии» (Екатеринбург, 2012); всероссийского уровня: VII, VIII Научно-практических конференциях «Системы автоматизации в образовании, науке и производстве AS’2009, AS’2011» (Новокузнецк, 2009, 2011), 3-й научно-практической конференции «Моделирование, программное обеспечение и наукоёмкие технологии в металлургии» (Новокузнецк, 2011).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 36 печатных работах, в том числе 1 монографии, 12 научных публикациях в изданиях, рекомендованных ВАК, 4 публикациях в зарубежных изданиях, 19 докладах в сборниках трудов конференций.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 127 страницах машинописного основного текста, включая 29 рисунков, 7 таблиц, состоит из общей характеристики работы, 5 глав, заключения, библиографического списка из 140 источников отечественных и зарубежных авторов, 6 приложений на 45 страницах.
