Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ систем управления процессом конвертирования штейнов 10
1.1 Технологический процесс конвертирования штейнов 11
1.1.1 Основы процесса конвертирования 14
1.1.2 Влияние основных факторов на процесс конвертирования 20
1.2 Управление процессом конвертирования медных штейнов 24
1.2.1 Процесс конвертирования как объект автоматического контроля и управления 24
1.2.2 Автоматический контроль процесса 26
1.2.3 Автоматическое регулирование процесса 31
1.3 Информационные технологии как средства реализации управления процессом конвертирования 33
1.4 Выводы по первой главе и постановка задач исследования 36
2 Моделирование процесса конвертирования медных штейнов 38
2.1 Математические модели процесса конвертирования медных штейнов 38
2.1.1 Анализ состояния моделирования металлургических процессов 38
2.1.2 Разработка математических моделей процесса конвертирования медных штейнов .45
2.2 Структура модуля контроля и управления 62
2.3 Функции и алгоритмы работы модуля контроля и управления процессом конвертирования медных штейнов 69
2.4 Выводы по второй главе 72
3 Реализация модуля контроля и управления процессом конвертирования медных штейнов 74
3 1 Система поддержки принятия решений при управлении процессом конвертирования 74
3.1.1 Принципы построения СППР 74
3.1.2 Алгоритм работы СППР 76
3.1.3 Расчет управляющих воздействий в СППР 79
3.2 Модуль обучения и тренинга - компьютерный тренажер процесса конвертирования медных штейнов 81
3.2.1 Основные принципы и требования, предъявляемые к построению модуля обучения и тренинга 82
3.2.2 Алгоритм работы модуля обучения и тренинга 98
3.2.3 Реализация модуля обучения и тренинга 100
3.3 Информационно-измерительная система оперативного контроля за ходом процесса конвертирования 103
3.3.1 Система датчиков 105
3.3.2 Локальные комплексы 108
3.3.3 Подсистема передачи данных 116
3.3.4 Диспетчерский пункт 119
3.4 Использование модуля контроля и управления процессом конвертирования медных штейнов 121
3.4.1 Использование элементов модуля для исследования процесса конвертирования 121
3.4.2 Использование элементов модуля для обучения технического персонала принятию обоснованных решений 122
3.4.3 Использование модуля для управления процессом конвертирования 124
3.5 Выводы по третьей главе 125
Заключение 127
Библиографический список 129
Приложение
- Процесс конвертирования как объект автоматического контроля и управления
- Информационные технологии как средства реализации управления процессом конвертирования
- Функции и алгоритмы работы модуля контроля и управления процессом конвертирования медных штейнов
- Модуль обучения и тренинга - компьютерный тренажер процесса конвертирования медных штейнов
Введение к работе
Актуальность проблемы. Конвертирование медных, никелевых и медно-никелевых штейнов является одним из основных переделов, определяющих эффективность процесса переработки сульфидных руд. Сущность процесса конвертиро-вания заключается в окислительной обработке (продувке) медного штейнового расплава воздухом или дутьем, обогащенным кислородом, с целью преимущественного окисления железа и серы.
Повышение технико-экономических показателей процесса конвертирования может быть достигнуто за счет выбора обоснованных параметров процесса. Анализ существующих систем управления процессом конвертирования медных штейнов показал, что процесс слабо автоматизирован и оснащен лишь несколькими локальными системами автоматического регулирования (САР). Периодичность, высокая температура ведения процесса (более 1000С) и невозможность оперативного контроля большинства технологических показателей существеннно затрудняют управление им. Кроме того недостаточно развито математическое описание процесса конвертирования, поскольку к изучению гидродинамики и массообмена ванны расплава с использованием математических методов приступили не так давно. Для серьезных теоретических расчетов по гидродинамике и массообмену ванны расплава турбулентные характеристики (числа Рейнольдса и Пекле, кинематическая вязкость и др.) просто отсутствуют, как и доказательный механизм взаимодействия газовых струй с расплавами. Работы в этом направлении велись И.А. Блатовым, А.Б. Парщуковым, И.В. Деревцовым, О.И. Желдыбиным, Л.Ш. Цемехманом по расчетам материальных и тепловых балансов; З.Г. Салиховым, А.В. Спесивцевым, А.П. Щетининым, Е.В. Навиль-никовым по изучению кинетики конвертирования медно-никелевых штейнов путем объединения всех возможных химических реакций, протекающих в ванне расплава, и представления их в виде графа; Цымбалом В.П. на основе физико-химических представлений о сталеплавильном конвертерном процес-
се. Во всех работах принимались различные условности. Нет универсальных моделей, описывающих процесс конвертирования.
Отсутствие математических моделей различных уровней для компьютерного исследования металлургических процессов может приводить к необходимости вмешательства в производство со всеми вытекающими негативными последствиями, что является неоправданным риском.
Поэтому разработка модуля контроля и управления процессом конвертирования медных штейнов на основе корректных математических моделей с целью повышения технико-экономических показателей является актуальной.
Задачи контроля и управления процессом могут быть решены за счет разработки и внедрения высокоорганизованных автоматизированных систем управления и (или) повышения квалификации обслуживающего персонала.
Первое направление хотя и является более эффективным, однако требует больших затрат времени и средств, а также сопряжено с возможностью возникновения аварийных ситуаций при внедрении. Второе позволяет обучать технический персонал принимать обоснованные решения при управлении процессом, что снизит риск аварийных ситуаций и потери металла. Обучение персонала наиболее эффективно осуществляется с помощью компьютерных тренажеров (модулей обучения и тренинга), которые могут существовать самостоятельно или включаться в состав системы поддержки принятия решений.
Объектом исследования является система управления горизонтальным конвертером.
Предметом исследования является процесс конвертирования медных штейнов.
Целью исследования является разработка модуля контроля и управления процессом конвертирования медных штейнов.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
Разработать математические модели для контроля выходных параметров процесса конвертирования медных штейнов (извлечения меди в черновую медь, процентного содержания S02 в отходящих газах, температуры ведения процесса).
Разработать структуру и алгоритмы работы модуля контроля и управления процессом конвертирования медных штейнов.
Разработать элемент модуля контроля и управления - информационно-измерительную систему, позволяющую вести оперативный контроль за ходом процесса конвертирования и получать информацию об основных технологических параметрах.
Разработать математическое и программное обеспечение модуля обучения и тренинга, являющегося элементом модуля контроля и управления и позволяющего исследовать процесс конвертирования, получать дополнительную информацию о процессе, обучать персонал корректному ведению процесса, вырабатывать рекомендации по управлению процессом.
Методы исследования. Основные научные положения, выводы и рекомендации, сформулированные в диссертации, базируются на применении методов имитационного моделирования, методов мгновенных материальных и тепловых балансов и методов статистической обработки экспериментальных данных.
Научная новизна работы состоит в предложенных структуре и алгоритмах работы модуля контроля и управления процессом конвертирования медных штейнов на основе разработанного математического обеспечения модуля обучения и тренинга, а также в математических моделях зависимостей показателей качества процесса конвертирования медных штейнов (процентного извлечения меди в черновую медь, процентного содержания S02 в отходящих газах) от основных входных параметров и управляющих воздействий (расхода воздуха, содержания меди и цинка в штейне, количества штейна и добавляемого кварцевого флюса, температуры процесса и продол-
жительности цикла), что позволяет с помощью информационно-измерительной системы оперативно рассчитывать изменение выходных показателей без взятия проб и проведения химанализа. Значение для теории:
Математические модели зависимости выходных показателей процесса конвертирования медных штейнов - извлечения меди в черновую медь, процентного содержания SO2 в отходящих газах - от основных входных параметров, позволяющие посредством информационно-измерительной системы проводить оперативный контроль показателей качества процесса, развивающие его математическое описание в целом, а также модель логического управления температурой ведения процесса.
Структура и алгоритмы работы модуля контроля и управления процессом конвертирования медных штейнов, позволяющие проанализировать влияние основных входных параметров (содержания меди и цинка в штейне, количества штейна) и управляющих воздействий (расхода воздуха, количества добавляемого кварцевого флюса и холодных материалов, продолжительности цикла) на показатели качества процесса и осуществить управление процессом конвертирования в режиме «советчика».
Значение для практики:
Информационно-измерительная система, позволяющая получать оперативную информацию о параметрах процесса конвертирования и представлять ее модулю обучения и тренинга, системе поддержки принятия решений и оператору для контроля и управления процессом с целью повышения технико-экономических показателей;
Модуль обучения и тренинга, позволяющий проводить исследование процесса конвертирования медных штейнов, обучение персонала и студентов навыкам управления процессом без вмешательства в реальное производство.
Достоверность полученных данных подтверждается корректным применением математических методов, адекватностью разработанных математических моделей.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы путем внедрения в практику следующих предприятий и учреждений: ОАО «Краспромавтоматика», ООО «НПО Элкомтранс», ГОУ ВПО «Государственный университет цветных металлов и золота», Красноярского индустриально-металлургического техникума и Красноярского промышленного колледжа.
Перспективы дальнейшего использования результатов диссертации заключаются в практике проектирования и эксплуатации модулей контроля и управления процессами в цветной металлургии и методологии создания компьютерных тренажеров.
Основные положения, выносимые на защиту:
1) Математические модели, позволяющие осуществлять прогноз значе
ний процентного извлечения меди в черновую медь Сизвси и процентного со
держания S02 в отходящих газах Сдо до фактического окончания процесса
конвертир ования.
Структура и алгоритмы работы модуля контроля и управления процессом конвертирования медных штейнов.
Элемент модуля контроля и управления - информационно-измерительная система, позволяющая получать оперативную информацию о параметрах процесса конвертирования и представлять ее модулю обучения и тренинга, системе поддержки принятия решений и оператору для контроля и управления процессом с целью повышения технико-экономических показателей.
Математическое и программное обеспечение модуля обучения и тренинга, применяемого для исследования процесса конвертирования медных штейнов и обучения персонала навыкам управления процессом без вмешательства в реальное производство.
Апробация результатов. Основные научные результаты работы докладывались и обсуждались:
на Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Совершенствование технологий производства цветных металлов" (Красноярск, 2002, 2003, 2004 г.г.); на Международной научно-практической конференции "Внутривузовские системы обеспечения качества подготовки специалистов" (Красноярск, 2004 г.); на Юбилейной Международной научно-практической конференции "Теория и практика имитационного моделирования и создания тренажеров" (Пенза, 2004 г.);
на научных семинарах кафедр «Прикладная математика и автоматизированные системы управления», «Высшая математика», «Автоматизация производственных процессов» Государственного университета цветных металлов и золота, «Системы автоматики, автоматизированного управления и проектирования», «Электрификация промышленных предприятий» Красноярского государственного технического университета.
Основные идеи работы публиковались в центральной печати (журнал Вестник КрасГАУ) и в различных сборниках научных трудов международного, всероссийского, регионального и межвузовского уровней.
Процесс конвертирования как объект автоматического контроля и управления
Конвертер является высокопроизводительным агрегатом, все процессы в котором протекают с относительно большими скоростями. Эти свойства объекта накладывают высокие требования на функционирование системы автоматического контроля и управления [18, 24-32]. Все недостатки, связанные с несовершенством измерительных средств и способов управления, ведут при таких скоростях процесса к большим потерям производительности и возможным ухудшениям качества получаемой продукции. Следовательно, автоматическое управление процессом должно включать следующие функции: управление по возмущающему воздействию; автоматический контроль исходного материала; автоматический контроль общего введенного количества воздуха, требующегося для процесса конвертирования и регулирование интенсивности его подачи; автоматический контроль ввода требующегося количества холодного штейна, корок, руды и шлакообразующих по ходу процесса; автоматический контроль температуры и состава расплава и определение момента окончания процесса.
Процесс конвертирования с точки зрения объекта управления можно представить в следующем виде (рисунок 1.3)
Состав (содержание меди Ссшпт и цинка Cznm-r в штейне) и масса подаваемого в конвертер штейна GmT являются входными контролируемыми параметрами процесса конвертирования штейнов. Их величины являются координатами вектора х.
Управляющими воздействиями - координатами вектора и - являются количество добавляемого кварцевого флюса Ggio2, расход воздуха GD, длительность циклов tu, т.к. они влияют на выходные показатели процесса конвертирования, а также количество холодных материалов GXM, подаваемых в конвертер для поддержания температуры ведения процесса на заданном уровне.
Сама же температура ведения процесса Т является режимным параметром, влияет на выходные показатели и образует координаты вектора z.
К входным неконтролируемым параметрам (координаты вектора F) следует отнести: погрешности в определении состава ЛСцт и количества исходных материалов ЛОшт, колебания давления ДРВ и температуры ATU воздуха.
Выходными показателями процесса конвертирования являются извлечение меди в черновую медь СизвСи , процентное содержание S02 в отходящих газах С$о2, производительность П, величины которых и образуют координаты вектора у.
Система автоматического контроля конвертера должна обеспечивать получение информации о параметрах процесса, агрегата и о величинах управляющих воздействий. Она необходима для управления процессом и соблюдения условий надежной и безопасной работы всех узлов агрегата. В действующих системах контроля измерения осуществляются автоматическими средствами и путем ручного замера.
Особую сложность представляет контроль текущих значений параметров ванны в связи с высокой температурой и агрессивностью жидкого штейна, а также с тем, что доступ к ванне в рабочем положении агрегата чрезвычайно затруднен. Химический состав исходных материалов и расплавленного штейна определяется центральной заводской лабораторией и осуществляется периодически со значительной дискретностью и большим запаздыванием.
Все операции по взвешиванию подаваемых к конвертеру материалов механизированы и автоматизированы.
Последовательность движения исходных материалов следующая: отделение исходных материалов - расходные бункеры - весодозирующее устройство - промежуточный бункер - конвертер. В расходных бункерах имеются указатели верхнего и нижнего положения уровня материала. Автоматические весы-дозаторы представляют собой весовой бункер, подвешенный к рычажному весовому механизму, усилие от которого передается на тензодатчик, соединенный с устройством отображения. Пульт управления весами имеет также задатчики доз, дистанционные регистраторы масс и сигнальную аппаратуру.
Взвешивание штейна, подаваемого к конвертеру, осуществляется на платформенных весах. Весы обеспечивают взвешивание тары и дозирование штейна, регистрацию результатов взвешивания и их передачу на ЭВМ [18].
Контроль температуры расплавленного штейна, подаваемого к конвертеру, осуществляется в ковше автоматизированной термопарой погружения. При измерении температуры автоматически замыкается командный контакт и логическая схема на электромагнитных реле, обеспечивает последовательность операций по погружению термопары в ковш, измерению температуры и подъему термопары из ковша. Данные контроля регистрируются и передаются на ЭВМ.
Измерение температуры жидкого штейна при повалке конвертера с целью контроля конечной температуры металла производится термопарой погружения со сменным кварцевым наконечником и сменной измерительной головкой. Чтобы защитить оператора, производящего измерение, от мощного теплового излучения из полости конвертера, термопару вводят в горловину конвертера через отверстие в теплозащитном экране.
Информационные технологии как средства реализации управления процессом конвертирования
Под информационными технологиями (ИТ) понимают систему научных и инженерных знаний, а также методов применения средств вычислительной техники (ВТ), которые используются для создания, получения, сбора, передачи, обработки и хранения информации, и ее использование в технических системах с целью совершенствования последних.
Ключевым звеном ИТ является технология управления, для реализации которой создаются АСУ.
Из всех видов технологий информационная технология сферы управления предъявляет самые высокие требования к «человеческому фактору», оказывая принципиальное влияние на квалификацию работника, содержание его труда, физическую и умственную нагрузку, профессиональные перспективы и уровень социальных отношений.
В основу построения АСУ на основе ИТ была положена гипотеза, согласно которой задачи анализа и принятия решений относились к классу формализуемых, поддающихся математическому моделированию. Предполагалось, что такие АСУ должны были повысить качество, полноту, подлинность и своевременное информационное обеспечение лиц, принимающих решения, эффективность работы которых будет возрастать благодаря увеличению числа анализируемых задач.
Положительные сдвиги наметились при внедрении персональных ЭВМ, имеющих развитое программное обеспечение (ПО). Его наличие позволило с помощью ИТ решать многие технические задачи, такие как: обработка экспериментальных данных и построение математических моделей (ММ) объектов, проектирование АСУ и технологических агрегатов, решение оптимизационных задач.
Разработка компьютерных систем управления позволит в несколько раз снизить потери от неупорядоченности производства. С этой целью наиболее перспективным является использование ИТ для решения научных и технических задач при: моделировании технологических процессов; контроле параметров, неподдающихся прямому измерению; составлении прогнозирующих моделей изменения основных параметров ТП; расчете управляющих воздействий; диагностике состояния технологического оборудования и технологического процесса (ТП); исследовании нормальных и аварийных режимов работы оборудования; обучении персонала навыкам обоснованного управления ТП; контроле знаний персонала и сдаче квалификационных навыков на разряд; совершенствовании разработанных алгоритмов и работы оборудования; оптимизации режима работы ТП [34-39].
Весь спектр типов задач, решаемых с помощью информационных технологий, лежит в пределах от сильно структурируемых, повторяющихся, с заранее выработанной стандартной процедурой, детально описывающей алгоритм получения решения, до не структурируемых, для которых описание процесса решения невозможно.
Большую группу в этой совокупности составляют слабо структурируемые задачи, решение которых связано с определением количественных и каявственных переменных, причем зачастую качественные аспекты решения задачи доминируют. Именно к этому классу относятся задачи, представляющие реальный интерес при управлении процессом конвертирования медных штейнов.
Данное обстоятельство привело к необходимости создания программных систем, основанных как на традиционных методах алгоритмической обработки данных, так и на методах создания и использования баз знаний. Наиболее плодотворной методологией построения программных систем для решения таких задач является новая информационная технология, связанная с разработкой экспертных систем и систем поддержки принятия решений. Информационный характер принятия решений формируется на основе входной и выходной информации, случайных возмущений, состояния оборудования и наличия ресурсов [40].
Для повышения эффективности контроля и управления процессом конвертирования медных штейнов и поддержания технико-экономических показателей на заданном уровне необходимо с использованием информационных технологий разработать модуль контроля и управления. Этот модуль строится на основе имитационных моделей, которые учитывают опыт ведения процесса, и математических моделей, позволяющих установить влияние входных параметров и управляющих воздействий на выходные показатели процесса конвертирования (извлечение меди в черновую медь и процентное содержание S02 в отходящих газах).
Анализ процесса конвертирования медных штейнов, практики его ведения и состояния систем контроля и управления процессом, что: существенное влияние на объект управления оказывают: количество и химический состав загружаемого штейна, расход воздуха, количество кварцевого флюса и холодных материалов, продолжительность циклов. Основными показателями, характеризующими эффективность ведения процесса, являются извлечение меди в черновую медь, содержание 8( в отходящих газах, температура ведения процесса; процесс слабо автоматизирован и оснащен лишь несколькими локальными системами контроля (температуры расплавленного штейна, состава жидкого штейна и шлака по ходу процесса и на выпуске, положения воздушной фурмы и конвертера, времени продувки, мгновенного расхода воздуха) и управления (автоматическая подача исходных материалов в конвертер), а также мало изучен с точки зрения математического моделирования. При этом существующие системы контроля и управления обладают большим запаздыванием, что связано с отбором проб и их анализом.
Функции и алгоритмы работы модуля контроля и управления процессом конвертирования медных штейнов
Схема алгоритма работы МКУ представлена в приложении В. Алгоритм предусматривает ввод исходных данных (состав штейна, расход воздуха и флюса), после которого осуществляется выбор режима работы модуля между четырьмя подсистемами: информационно-измерительной системой, модулем обучения и тренинга, который может работать с ИИС и без нее, системой поддержки принятия решений и системой, работающей в режиме супервизорного управления. После выполнения работы системы производится вывод результатов или рекомендаций по управлению и выбору управляющих воздействий.
ИИС работает согласно алгоритму контроля (алгоритму сбора и первичной обработки информации), представленному на рисунке 2.9.
Алгоритм заключается в следующем: производится периодическое обращение к датчикам, сглаживание полученных текущих значений параметров и их сравнение с нормальными и аварийными уставками, которые задают нижние и верхние границы сравнения [87]. В случае выхода параметра за нормальные уставки производится печать значений параметра, его отклонения от нормы, номер датчика и текущее значение времени. Если параметр выходит за аварийные пределы, то выдается сигнал оператору.
Таким образом, ИИС позволяет контролировать работу и текущее состояние технологического оборудования. В случае необходимости управления процессом полученная информация поступает в СПГГР и систему, работающую в супервизорном режиме.
Информация в СППР обрабатывается, выбираются и рассчитываются управляющие воздействия и выдаются рекомендации по управлению оператору, Окончательный выбор и реализация управляющих воздействий остается за оператором. Параметры, которые не контролируются автоматически, рассчитываются по математической модели, программно реализованной в модуле обучения и тренинга, который является частью СППР.
При разработке системы, работающей в супервизорном режиме, в замкнутый контур автоматического управления включается ЭВМ с целью анализа информации с ИИС и выработки управляющих воздействий, поступающих как сигналы заданий непосредственно на входы к системам автоматического регулирования.
Данные об объекте, полученные с помощью ЭВМ, кроме вывода на централизованные средства отображения информации, могут выводиться для дальнейшей обработки на внешние накопители. В результате накапливается информация, позволяющая построить и (или) уточнить математическую модель процесса, которым нужно управлять. Через заданные промежутки времени полученные в ЭВМ данные о состоянии объекта и технико-экономические показатели анализируют с помощью математической модели управляемого процесса. Путем вычислений по модели определяют воздействия, необходимые для приближения процесса к оптимуму; результаты преобразуют в форму, пригодную для изменения задания настроек регуляторов. Так, например, если регуляторы воспринимают сигналы в форме постоянного тока, то управляющее воздействие, вырабатываемое вычислительным комплексом, преобразуется в ток соответствующего уровня и знака.
В таких системах функции оператора сводятся к общему наблюдению за ходом процесса. Вмешательство человека требуется лишь при возникновении каких-то редких, непредвиденных (например, аварийных) ситуаций. В системах супервиз орного управления вычислительный комплекс не только непрерывно контролирует процесс, но и автоматически управляет им вблизи оптимальной точки [84]. 1. Анализ состояния моделирования металлургических процессов показал их не достаточное описание логическими и математическими уравнениями вследствие сложности современного производства цветных металлов с точки зрения системных представлений. 2. Для построения математических моделей контроля выходных показателей процесса конвертирования медных штейнов наиболее пригодно использование регрессионного анализа. 3. Разработанные модели позволяют: - установить математические зависимости выходных показателей про цесса конвертирования медных штейнов от основных входных параметров и управляющих воздействий, позволяющие осуществлять прогноз значений процентного извлечения меди в черновую медь Сизвс„ и процентного содер жания S02 в отходящих газах Cso до фактического окончания процесса конвертирования и, в соответствии с результатом, корректировать ход его ведения; - вырабатывать решения по логическому управлению температурой процесса за счет подачи в конвертер холодных материалов; 4. Разработаны структура и алгоритм работы модуля контроля и управления процессом конвертирования медных штейнов, который позволяет проанализировать влияние основных входных параметров и управляющих воздействий на показатели качества процесса и осуществлять управление процессом конвертирования в режиме «советчика».
Модуль обучения и тренинга - компьютерный тренажер процесса конвертирования медных штейнов
Повышение требований к управлению металлургическими процессами поставило перед высшей школой проблему совершенствования подготовки кадров, как в рамках вузовского, так и после вузовского образования. Особенно остро данная проблема стоит при подготовке специалистов для предприятий цветной металлургии и химической промышленности. Сложность подготовки специалистов для предприятий данных отраслей промышленности объясняется тем, что металлургические процессы протекают, как правило, в высокотемпературных и химически агрессивных средах, в агрегатах большой единичной мощности, слабо оснащенных системами контроля основных технологических параметров по ходу процесса, что не позволяет оперативно контролировать текущие изменения основных технологических параметров. Кроме того, обучение персонала на действующих промышленных установках требует значительных временных и капитальных затрат и может привести к возникновению аварийных режимов работы и нештатных ситуаций в случае неправильной очередности ведения процесса конвертирования штейнов, что крайне недопустимо ввиду останова оборудования и потере ценных материалов. Поэтому для решения проблем, связанных с обучением персонала и исследованием процесса предлагается использовать модуль обучения и тренинга (компьютерный тренажер), который является составной частью модуля контроля и управления.
Оснащение учебных заведений и промышленных предприятий современными средствами вычислительной техники, а именно персональными компьютерами, дало возможность использования новых информационных технологий подготовки студентов и специалистов промышленных предприятий. Для организаций подготовки студентов целесообразно использовать компьютерные тренажерные и обучающие комплексы на базе персонального компьютера, так как создание механических тренажерных комплексов требует значительных капитальных затрат, связанных с изготовлением тренажеров, имитирующих реальную технику. Тренажерные комплексы используют для подготовки металлургов для предприятий черной металлургии, но эти тренажеры далеки от совершенства и не позволяют моделировать все возможные режимы работы технологического оборудования и не позволяют организовать обучение с позиций системного подхода.
Свободными от этих недостатков являются компьютерные тренажеры, построенные на базе персональных ЭВМ [89-94].
Модуль обучения и тренинга (МОиТр) представляет собой автоматизированную систему, состоящую из системного блока, в памяти которого хранится математическая модель исследуемого процесса; монитора для отображения информации и клавиатуры, используемой для управления процессом. МОиТр должен отвечать требованиям многофункциональности, наглядности и информативности. Для обеспечения наглядности модулем интерфейса пользователя (МИП) выводится мнемосхема конвертера с имитацией основной пускорегу-лирующей и контрольно-измерительной аппаратуры, применяемой для управления данным агрегатом. Предусматривается сигнализация аварийных режимов и нештатных ситуаций с выводом параметров, достигших аварийных значений, на экран с имитацией световой и звуковой сигнализации. Требования информативности обеспечивается тем, что МИЛ выводит график регулируемого параметра (извлечения меди, температуры) и значения основных входных и управляющих параметров, оказывающих существенное влияние на эффективность функционирования объекта. Многофункциональность предусматривает режим ускорения времени, который целесообразно использовать для циклических процессов, каким и является процесс конвертирования, а также использование МОиТр как для обучения персонала навыкам работы на конвертерном производстве, так и для исследования процесса конвертирования медных штейнов. Основой функционирования МОиТр являются разработанные математические модели с созданным для них программным обеспечением. Модели, осуществляющие прогноз извлечения Си в черновую медь и содержание S02 в отходящих газах, а также способ управления температурным режимом конвертера были описаны в главе 2. При создании МОиТр проводились металлургические расчеты конвертерного передела, результаты которых были использованы для реализации программного обеспечения тренажера. Данные расчеты приведены ниже. Задача металлургических расчетов конвертерного передела - определить количество потребного к подаче в конвертер воздуха и кварца с определением количества получающихся продуктов (газов, оборотных шлаков и черновой меди). Эту задачу можно решать разными способами, например, раздельно рассчитывать работу первого периода - ошлакования железа с получением белого штейна, а затем второго периода - продувки до черновой меди, и суммировать результаты обоих периодов. Можно применить упрощенный метод без разделения на периоды. От количества воздуха, вдуваемого в конвертер больше всего зависит производительность конвертера, рассчитанная в тоннах переработанного за сутки штейна. Чем больше будет вдуваться воздуха (м /мин), чем меньше будет простоев конвертера на сливе шлака и других простоев без подачи воздуха, тем больше будет переработано штейна. На заводах очень часто производительность конвертера определяют не в тоннах переработанного за сутки штейна, а в тоннах выпускаемой черновой меди. Производительность конвертера по меди в очень сильной степени зависит от состава перерабатываемого штейна. Поэтому в металлургических расчетах нужно всегда иметь в виду, что производительность конвертерного передела по выпуску меди величина переменная и зависит от содержания меди в штейне [95]. Рассчитаем количество воздуха (м ), требуемого для переработки в сутки 1000 т штейна, содержащего 20% Си (воздух подается при атмосферном давлении 740 мм рт. ст, и температуре 50С), а также состав и количество га-зов (м /сек) при 500С и 120% подсоса воздуха в напыльник. Расчет ведем на 100 кг штейна заданного состава. По справочным данным штейн, содержащий 20% Си, содержит 5,38% Оз, принимаемого условно в виде Fe04 (состав окислов железа в штейне не всегда точно совпадает с формулой Fe04, но обычно близко к ней подходит). Остальными примесями (Zn, Ni, Ag, Au, шлаковые включения и т.п.) пренебрегаем, считая их за железо. Конечно, если известен точный состав штейна, то нужно пользоваться им для расчета. Серы в штейне можно для расчетов принять 25%). В итоге имеем следующий состав заданного штейна; 20,0% Си, 25,0% S, 49,62% Fe. Кроме того, задаемся составом конвертерного шлака: 2,0% Си, 26,0% Si02, 50,0% Fe, 1,5% S, 20,5% прочих.
