Главная Контакты Добавить в избранное Авторы Вопросы и ответы
,

УДК 669.187

ФОРМИРОВАНИЕ БАЗЫ ДАННЫХ АСУТП ДУГОВОЙ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ

Колесникова Е.В., Кострова Г.В.

Введение

Периодический процесс выплавка стали в дуговых сталеплавильных печах (ДСП) осуществляется в результате последовательного проведения операций: загрузки металлического лома и шлакообразующих компонентов, плавления шихты, окислительного и восстановительного периодов, рафинирования и корректировки состава металла перед выпуском. Принятие решений по управлению технологическим режимом процесса осуществляется, как правило, в условиях неопределенности не только из-за свойств объекта управления, но и ввиду отсутствия прогрессивных информационных технологий, позволяющих повысить эффективность управления ДСП за счет более полного учета доступной информации.

Анализ последних исследований и публикаций

При автоматизации процесса выделяют три взаимосвязанных режима ДСП: электрический, температурный и технологический [1]. Первый из них определяет изменение во времени потребляемой электрической мощности. Температурный режим характеризует изменение по ходу плавки температуры расплавленного металла, шлака и футеровки. Наибольшее число публикаций по автоматизации ДСП посвящено управлению электрическим и температурным режимами [1, 2]. Технологический режим ДСП определяет изменение состава металла и шлака в результате химических превращений и внесения шлакообразующих, легирующих или раскисляющих материалов. Реализация технологического режима, зависящая во многом от квалификации сталевара, автоматизирована в меньшей степени из-за сложности формализации признаков состояния ДСП и существенной неопределенности объекта управления. Планирование и нормирование затрат на производство продукции, при всей важности этих процессов, носят скорее оценочный характер из-за недостатков средств измерения или даже полного их отсутствия [3]. Как это имеет место в сталеплавильном производстве, где одним из основных инструментов измерения количества загружаемых в печь компонентов является единица массы: «лопата» [2]. А контроль качества ведения плавки осуществляется путем периодического измерения температуры металла в ванне с помощью разовых термопар с погрешностью до 70 °С из-за неоднородности ванны [2] и на основе анализа химического состава отобранных проб расплавленного металла. При этом результаты химического анализа поступают из лаборатории через 15-20 мин после отбора пробы металла.

В реальных условиях производства отсутствие системы учета и объективного контроля движения материальных потоков в процессе приводит к перерасходу и потерям до 20 % расходуемых материалов [4].

Поэтому система интеллектуальной поддержки принятия решений в составе АСУ ДСП должна включать в себя информационную составляющую, состоящую в общем случае из объектов двух классов [5, 6]. К первому классу следует отнести, собственно, информационные объекты — банки данных. Второй класс — включает расчетно-аналитические подсистемы, которые с использованием математических моделей позволяют получить информацию о состоянии объекта после осуществления соответствующих технологических операций [7].

Целью данной работы является разработка базы данных АСУТП ДСП, обеспечивающей информационную поддержку принятия решений и формирование паспорта плавки для дуговой сталеплавильной печи.

Структура базы данных АСУТП дуговой сталеплавильной печи

Принципиальная структура АСУТП ДСП приведена на рис. 1.

В общем случае целевая функция управления процессом может быть определена уравнением


с ограничениями по содержанию примесей для изготовляемой марки стали

 где gk— содержание k-го элемента в стали;

gk,min и gk,max — нижний и верхний пределы содержания k-го элемента в стали;

m — масса металлической части шихты;

X{x1, x2, ..., xk} — состав шихты;

S{s1, s2, ..., st}— множество технологических операций;

U{u1, u2, ..., un} — совокупность применяемых флюсов и ферросплавов;

gl — масса годного металла в l-ых отливках, l=1,2, ..., r;

Pl — цена единицы массы металла в отливках;

qij.— масса j-го компонента, загруженного в печь на i-ой операции;

Zj — цена j-го компенента;

Wi — расход электроэнергии на i-ой операции;

Е — стоимость электоэнергии.


Составляющие целевой функции (1) могут быть приняты по реальным данным либо определяются на основе математического моделирования (рис. 1). Состав металлического лома, заправочных материалов, флюсов и ферросплавов, а также состояние пода, стен и свода изменяются от плавки к плавке. В такой постановке в качестве управляющих воздействий процесса используются не только множество операций процесса S, изменяющих состояние равновесия системы «металл — шлак», но и качественные параметры U (наименования, номер партии) веществ, применяемых на отдельных стадиях процесса.


Назначение базы данных АСУТП ДСП состоит в информационной поддержке принятия решений по управлению процессом, регистрации принятых решений и учете расходных материалов и энергетических затрат на проведение процесса. Все параметры процесса, которые входят в целевую функцию (1) отражаются в паспорте плавке, что позволяет контролировать эффективность работы персонала и анализировать причины нарушений технологического режима.

Система информационного и программного обеспечения интеллектуальной поддержки принятия решений в составе АСУТП ДСП приведена на рис. 2. В левой колонке представлены массивы хранимых и формируемых по ходу плавки данных. Программные модули и сервисные программы взаимодействуют с этими массивами данных. Кроме этого сервисные программы позволяют осуществить регистрацию реализованных решений и учет расходных материалов и энергетических затрат на проведение процесса.

Приведем краткую характеристику информационных массивов и назначение программной составляющей базы данных.

Банк данных персонала включает данные об исполнителях и лицах, ответственных за эффективность хода плавки процесса и конечные результаты работы: начальники смен, старшие мастера печного пролета, мастера смен, сталевары, ответственные за подготовку шихты, мастера заливки, старшие мастера заливочного пролета, заливщики, контролеры отдела технического контроля. Включение фамилий сталеваров, заливщиков, мастеров и др. в состав базы данных упрощает работу с системой поддержки принятия решений, так как это исключает необходимость ручного ввода этих данных с клавиатуры. Фамилии исполнителей и лиц, принимающих решение, выбираются из введенного заранее списка, что позволяет сокращать время общения с системой. Кроме этого, применение индексного подхода, когда вместо текстовой переменной используется, индекс соответствующей записи, позволяет существенно уменьшить объем хранимых данных.

Нормативно-справочная информация служит для информационного обеспечения процесса. Эти данные могут быть востребованы персоналом в качестве справочной информации. Предлагаемая функция базы данных является весьма важной в условиях реального производства, так как не всегда результаты входного контроля всех материалов, используемых в технологическом процессе, доводятся до сведения персонала печи. Например, входной контроль состава окатышей железорудных, выполненный химической лабораторией показал, что содержание оксидов железа (II) в них 2 %, оксидов железа (III) — 88 %. В то же время расходные коэффициенты для окатышей железорудных определены исходя из данных ТУ 14-9-385-97, в которых нормировано содержание оксидов железа (II) — не менее 1,9 % и оксидов железа (III) — не менее 86,5 %. Проведение процесса с учетом реальных составов используемых материалов позволит предотвратить их перерасход.

Вторая функция нормативно-справочного блока заключается в обеспечении исходными данными операционных модулей, полученных в результате декомпозиции процесса [7]. Выбор соответствующих материалов и их составов осуществляется сервисной подпрограммой. При этом также применяется индексный подход. В качестве ключевого поля используется уникальный номер или слово, соответствующее номеру партии сырья. Такое построение базы данных позволяет учесть отличие в качестве исходных материалов разных партий поставки, а также материалов, поставляемых разными производителями.

Регистрация данных по ходу плавки позволяет осуществить текущий учет характеристик процесса: изменение температуры на каждой стадии процесса, результаты химических анализов о составе металла в ванне; длительности операций процесса; расход электроэнергии; вид, типы и количество шлакообразующих, легирующих и раскисляющих материалов, загружаемых в ДСП; время выполнения всех операций. Кроме указанных данных учету подлежат данные о разливке металла в формы, характеристика брака, а также согласованное с персоналом печи распределение результата между бригадами. Включение последней функции в базу данных обусловлено тем, что завершение процесса выплавки стали не всегда совпадает с окончанием производственной смены. Поэтому имеют место случаи, когда плавку начинает одна производственная смена, а завершает другая. В базе данных выполняется учет простоев с указанием причин остановки процесса. Фиксируются также замечания службы отдела технического контроля (ОТК) и руководства смены, цеха.

Организация массивов данных для текущего учета характеристик процесса основана на реализации реляционных связей типа “один ко многим” разных сущностей. При этом в качестве связующего элемента разных таблиц данных используется поле: “номер плавки”. Такой подход позволяет в дальнейшем сформировать отчет — паспорт плавки, в котором в подчиненных отчетах отражается множество данных о некоторой сущности объекта управления. Такими сущностями являются: температура, данные химических анализов о составе металла по ходу плавки, расход электроэнергии и др.

Эффективность использования блока регистрации данных зависит, прежде всего, от достоверности введенных данных. На первом этапе предполагается ручной ввод данных, что определяет существенное влияние человеческого фактора — ошибки ввода данных, искажение информации, ввод “регламентных” параметров, которые отличаются от реальных. Улучшение компьютерной системы поддержки принятия решений должно идти в направлении автоматизации операций сбора информации, необходимой для управления ДСП. Первоочередной задачей является автоматизация взвешивания шихты и других материалов с передачей результатов в базу данных. Технически реализуема задача автоматического учета активной и реактивной мощности трансформатора ДСП по ходу плавки. При организации компьютерной сети значительно сократится время передачи результатов анализов из химической лаборатории. Более того, при переходе к спектральным методам анализа, возможно сокращение и самого времени анализа. Наиболее сложной задачей является автоматическое измерение температуры в ванне печи.

Архив паспортов плавок представляет собой банк данных о проведенных плавках (карт плавок): всего загружено металлической шихты, получено годного металла, угар, разлито в формы, брак, недолив, слив, удельный расход электроэнергии, шлакообразующих, легирующих, раскисляющих материалов и ферросплавов, учет разливки металла по количеству и номенклатуре, отображение хода плавок по параметрам: температура, состав металла, расход электроэнергии по операциям и др. Для ускорения работы базы данных архив паспортов плавок рационально разделить на, собственно, архив и рабочий массив данных по текущей плавке. Данные о текущей плавке автоматически переписываются в архив при регистрации новой плавки.

Сервисная подпрограмма формирования документа (отчета) — паспорта плавки позволяет сформировать электронный документ и вывести его на печать. Паспорт плавки в виде электронной версии становится доступным для пользователей корпоративной сети предприятия.

Модули операций представляют собой алгоритмы и модели отдельных стадий процесса [7]. Применение модулей операций составляет основу интеллектуальной поддержки принятия решений по управлению ДСП, что позволяет получить дополнительную информацию о состоянии объекта после осуществления соответствующих технологических операций. При этом моделируется равновесие в ванне печи с определением распределения компонентов системы между расплавленным металлом и шлаком. Определяется температурный режим процесса, как функция времени проведения операции. На основе расчетов материального баланса отдельных стадий процесса рассчитывается количество и схема подачи ингредиентов в зону плавки для выбранного материала. Расчет количества шлакообразующих, легирующих или раскисляющих компонентов на каждой операции на основе математического описания системы «шлак — металл» и учет фактически загруженных в ванну материалов. Результаты опережающего прогнозирования” распространяются только на одну операцию, поэтому погрешности моделирования, связанные с неопределенностью параметров объекта мало сказываются на конечных результатах, так как в ходе плавки после каждой технологической операции расчетные концентрации примесей в металле уточняются по реальным данным химического анализа.

Сервисные подпрограммы базы данных выполняют операции выбора, пересылки и записи информации в таблицы хранимых данных.

Техническая реализация предложенной базы данных выполнена в среде СУБД ACCESS, которая предполагает возможность использования программных расчетных модулей. Выбор СУБД ACCESS продиктован еще и тем, что она позволяет за счет применения стандартных системных функций организовать передачу в базу данных информации (масса, температура, химический состав металла, показания счетчиков затрат электроэнергии и пр.) от разнообразных внешних устройств.

 

 

Выводы

Функционирование разработанной базы данных в режиме советчика с обеспечением информационных и учетных функций, а также интеллектуальная поддержка в форме предварительной оценки результатов проведения технологических операций позволит сталевару-оператору принимать обоснованные решения при управлении технологическим режимом ДСП. Отличительной особенностью предлагаемой базы данных является интеллектуальная составляющая, включающая применение моделей отдельных операций процесса для получения дополнительной информации о поведении объекта.

 

The data base of an automatic control system of the technological process melt of steel in arc steelmaking furnaces ensuring information support of a decision makings and forming the passport carried out melting is considered in the work.

 

1.                  АСУТП плавильных установок специальной электрометаллургии / В.С. Богушевский, Г.Г. Грабовский, Д.Ф. Чернега и др. – Одесса: Астропринт, 2000. – 192 с.

2.                  О построении автоматизированных систем управления технологическими процессами в металлургии / А.В. Старосоцкий, С.А. Храпко, В.Г. Скрябин и др. // Автоматизация в промышленности. – 2003 – № 6. – С. 32 – 35

3.                  Храпко C.А. Оптимизация режима ведения плавки стали в дуговой сталеплавильной печи по прибыли предприятия // Современная электрометаллургия.– 2003. – № 2 (71). – С. 37 – 40.

4.                  Лубашев Ю.А., Благий С.В. Методы построения систем учета и управления материально-энергетическими потоками на примере металлургического предприятия // Автоматизация в промышленности. — 2003. – № 6. – С. 36 – 39.

5.                  Станковский Д.П. Построение эффективных промышленных АСУТП по принципу детского конструктора // Автоматизация в промышленности. – 2003 – № 3. – С. 14 – 16.

6.                  Васильев С.Н. От классических задач регулирования к интеллектуальному управлению // І, ІІ. Известия РАН. М.: Теория и системы управления. – 2001. – № 1 – 2. – С. 5 – 22.

7.                  Кострова Г.В., Колесникова Е.В. Гогунский Е.Д Операционная декомпозиция модели выплавки стали в электродуговых печах // Труды Одес. политехн. ун-та. – Вып. 2(20) – 2003. – С. 113 – 116.

 

 





Ответы на вопросы [_Задать вопроос_]

Современные технические средства, комплексы и системы

Краснов В.А., Прохорович А.В., Шутов С.В., Деменский А.Н. Анализ флуктуаций размера растущего кристалла (на примере легированных монокристаллов кремния, вытягиваемых из расплава по методу Чохральского)

Завальнюк И.П. Управление высокопроизводительной экструзией неоднородных материалов

Долина В.Г., Писаренко А.В. Синтез складної багатовимірної системи управління випарною станцією на основі рефрактометричних вимірювань

Стопакевич А.А., Тодорцев Ю.К. Анализ современного состояния систем управления брагоректификационными установками спиртового производства

Поливода В.В. Современные компьютерные технологии в АСУ на хлебоприёмном предприятии

Ладанюк А.П., Українець А.І., Кишенько В.Д. Управління автоматизованими технологічними комплексами харчових виробництв на основі сценарного підходу

Ковриго Ю.М., Фоменко Б.В. Врахування обмежень для підвищення якості функціонування систем регулювання енергоблоків ТЕС і АЕС

Евдокимов А.В., Китаев А.В., Агбомассу В.Л. Исследование причин, определяющих вращение рамки с током в магнитном поле после воздействия на нее внешнего импульса

Аппазов Э.С. Применение твердых растворов InGaN в фотовольтаике

Кузнєцов Ю.М., Дмитрієв Д.О. Програмно математичний апарат керування виконавчим органом багатокоординатних верстатів нових компоновок

Черевко О.И., Ефремов Ю.И., Одарченко А.М., Одарченко Д.М, Агафонова Ю.Ю. Теоретическое обоснование перспективного биконического резонатора для СВЧ-устройств при переработке растительного сырья

Хобин В.А. Бабиков А.Ю. Системы экстремального управления молотковыми дробилками с функцией гарантированного соблюдения тепловых режимов их электродвигателей.

Стадниченко В.Н. Исследование влияния изменения эксплуатационных нагрузок на свойства металлокерамических слоёв полученных с использованием трибовосстанавливающих составов

Ісаєв Е.А., Наговський Д.А., Чернецька І.Е. До вибору факторів, що характеризують окомкування тонкоподрібнених залізорудних матеріалів

Федоровский К.Ю., Лунев А.А. Теплоотдача погружного пластинчатого теплообменника системы охлаждения энергоустановок морских технических средств

Федоровский К.Ю., Владецкий Д.О. Интенсификация теплоотвода замкнутых систем охлаждения энергоустановок морских технических средств.

Пономарьов Я.Ю., Ладанюк А.П., Іващук В.В. Досвід використання нечітких регуляторів в системі атоматизації випарної установки.

Левченко А.А., Кравчук О.И. Эквивалентный макромодуль процесса технического обслуживания радиотехнических средств.

Іволгіна Т.О. Енергетичний підхід до аналізу стійкості руху вимірювальної головки координатно-вимірювальної машини

Ладанюк А.П., Кишенько В.Д., Ладанюк О.А. Системна задача управління біотехнологічними процесами.

Тернова Т.І. Алгоритм оцінювання деформацій рапорту періодичних об'єктів

Рожков С.А., Федотова О.Н. Алгоритм обучения системы распознавания автоматической системы разбраковки тканей

Пупена О.М, Ельперін І.В, Ладанюк А.П. Особливості проектування комп’ютерно-інтегрованих систем управління

Квасніков В.П., Кочеткова О.В. Проектування координатно–вимірювальної машини на нейронних мережах

Водічев В.А., Мухаммед М.А. Дослідження системи стабілізації потужності різання металообробного верстата з фази-регулятором

Шутов С.В., Аппазов Э.С., Марончук А.И., Самойлов Н.А. Методика испытания термофотовольтаических преобразователей

Хобин В.А. Повышение качества формирования смесей средствами интеллектуализации алгоритмов управления порционным дозированием

Терновая Т.И. Автоматическая система разбраковки тканей с печатным рисунком методом компенсации информационных потоков

Рожков С.А., Бражник Д.А. Использование нейросетевых структур для построения систем распознавания образов

Місюра М.Д., Кишенько В.Д. Математичні моделі технологічних процесів пивоварного виробництва як об’єктів автоматизації

Ладанюк А.П., Власенко Л.О. Автоматизоване управління бізнес-процесами в комп’ютерно-інтегрованих структурах підприємства

Жукова Н.В., Литвинов В.І. Вирішення проблеми погодженого руху валків з неоднаковими катаючими діаметрами профілезгинальних станів

Денисова А.Е., Тодорцев Ю.К., Максименко И.Н. К вопросу об автоматизации интегрированной установки теплоснабжения с возобновляемыми источниками энергии

Бессараб В.И. Компьютеризированная система управления водоотливным хозяйством угольных шахт по критерию минимума энергозатрат

Хобин В.А. Регулятор переменной структуры для объектов технологического типа

Тонконогий В.М. Трехконтурная АСУ нанесением ионно-плазменного покрытия на режущий инструмент.

Водічев В.А. Автоматизована система керування швидкостями робочих рухів то-карного верстата для підвищення ефективності обробки торцевих поверхонь.

Бергер Е.Г., Дмитрієв Д.О., Бергер Є.Е., Діневич Г.Ю. Синтез строфоїдографів за методом параметричних сімей.

Бабак В.П., В.Н. Стадніченко, О.Г. Приймаков Прогнозування надійності, дов-говічності та витривалості авіаційних матеріалів

Бабак В.П., Стадниченко В.Н., Приймаков О.Г., Токарчук В.В. Прогнозування витривалості авіаційних матеріалів .

Куцак Р.С. Використання методу координатного еталону в задачах автоматизації контролю якості тканини.

Попруга А.Г. Усовершенствование электрических нагревателей по критерию экономии энергии.

Пашковский А.А., Далечин А.Ю. Система регистрации спектров фотолюминес-ценции

Никольский В.В., Цюпко Ю.М. Применение пьезоэлектрических датчиков в сис-теме кондиционирования воздуха судовых систем микроклимата.

Крапивко Г.И., Хлопёнова И.А. Повышение коэффициента полезного действия кремниевых фотоэлектронных преобразователей методом лазерной гравировки.

Кихтенко Д.А. Управление шаговыми двигателями в микрошаговом режиме, оп-тимизация управления.

Горохов В.А. Автоматизированная транспортно-складская система в текстильной и легкой промышленности.

Водічев В.А. Система стабілізації потужності різання фрезерного верстата з взаємозв'язаним керуванням швидкостями робочих рухів.

Шутов С.В., Аппазов Э.С., Марончук А.И. Испытание фотоэлектрических преобразователей в условиях экстремальных температурных колебаний.

Худяев А.А. К проблеме повышения точности воспроизведенияв классе многоканальных воспроизводящих систем с эталонной настройкой каналов.

Тверезовський В.С., Бараненко Р.В. Принцип побудови елементів вимірювальних систем, представлених цифровими програмно керованими давачами.

Никольский В.В., Сандлер А.К. Моделирование процессов в вискозиметре с пьезоэлектрическим приводом.

Марончук И.Е., Андронова Е.В., Баганов Е.А., Курак В.В. Использование метода импульсного охлаждения насыщенного раствора-расплава для формирования наноразмерных структур InSb в матрице GaSb.

Водічев В.А. Аналого-цифровий регулятор режиму металообробки для верстатів з числовим програмним керуванням.

Блинов Э.И., Кравцов В.И., Кравцов А.В., Недбайло А.Н. Управление гибкими протяженными объектами направленными силовыми воздействиями.