Патент на изобретение №2209837

(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ АГРЕГАТОМ – ДОМЕННОЙ ПЕЧЬЮ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при управлении доменными печами. При управлении энерготехнологическим агрегатом – доменной печью – измеряют и регистрируют выходные параметры и управляющие воздействия, обеспечивающие возможность поддерживать выходные параметры в пределах установленной нормы. Предварительно для выходных параметров и управляющих воздействий устанавливают значения, соответствующие норме. Формируют пары состояний “выходной параметр – управляющие воздействия”. Устанавливают качественные зависимости в категориях “норма”, “больше нормы” или “меньше нормы” между ними и последовательность изменения управляющих воздействий, требуемую для приведения выходных параметров к норме. В дальнейшем осуществляют пошаговое управление. При этом на каждом шаге управления фиксируют отклонения выходных параметров от нормы с логическим признаком “больше” или “меньше нормы”. Определяют управляющие воздействия и знак отклонения управляющих воздействий, требуемые для приведения к норме выходных параметров путем последовательного анализа изменения выходных параметров при изменении управляющих воздействий для перевода печи в следующее состояние при условии приведения всех выходных параметров к норме. Изобретение позволяет обеспечить выдачу точной информации оператору для управления доменной печью в реальном времени, удешевить стоимость экспертной системы. 2 ил., 3 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к процессам в доменных печах, и может быть использовано для других сложных энерготехнологических агрегатов.

Многие энергетические и энерготехнологические агрегаты представляют собой сложные многомерные объекты управления с большим количеством параметров состояния и управляющих воздействий. Именно к таким объектам относятся доменные печи.

Известны способы и экспертные системы для контроля хода доменной печи и управления доменными печами, в которых применяются количественные математические модели и зависимости, на основании которых и осуществляется прогноз для контроля и управления [1. Никадзияма Н., Сумигата Т., Маки А. и др. Разработка и применение экспертной системы для контроля хода печи с применением искусственного интеллекта. Тэуу то хаганэ, 1987, т. 73, с.2100-2107. 2. Инкола П., Карптенен А., Сеппянен М. Опыт эксплуатации экспертной системы в управлении доменными печами в фирме “Раутаруукки”. Сталь, 1994, 9, с.7-12. 3. Б.И.Китаев. Управление доменным процессом. Свердловск, Изд. УПИ, 1984. 94 с.]. При этом такой сложный объект управления, как доменная печь, оснащается экспертной системой советчика (ЭС), которая, опираясь на информацию об объекте управления – доменной печи, представленную в виде данного объекта, вырабатывает прогноз-совет, помогающий оператору принять в каждой конкретной ситуации правильное решение.

Однако известные способы и реализующие их экспертные системы энерготехнологических объектов, в частности доменных печей, используют в качестве основы для прогноза управления количественные математические модели и зависимости, мгновенные материальные и тепловые балансы, что в условиях такого сложного объекта, как доменная печь, имеющего многомерные многопараметрические системы управления, не обеспечивает достаточно точного и своевременного прогноза. При этом для решения подобного ряда задач требуется установка весьма сложной и дорогостоящей вычислительной техники типа суперкомпьютеров, способных проводить весьма разветвленные вычисления, и при этом в реальном масштабе времени, для выдачи своевременного прогноза-совета.

Таким образом, известны способ прогноза для управления и экспертная система объекта управления – доменной печи [2. Инкола П., Карптенен А., Сеппянен М. Опыт эксплуатации экспертной системы в управлении доменными печами в фирме “Раутаруукки”. Сталь, 1994, 9, с.7-12], при которых предусмотрено использование в качестве основы для прогноза-совета оператору количественных физико-химических математических моделей и которые наиболее близки к предлагаемому техническому решению и поэтому выбраны в качестве прототипа.

Недостатком этого способа и экспертной системы является сложность используемого количественного физико-химического математического аппарата, в результате чего в процессе вычислений накапливаются значительные ошибки и существенные запаздывания, а для реализации выдачи прогноза-совета в реальном времени требуется весьма сложная и дорогостоящая вычислительная техника.

Технической задачей настоящего изобретения является обеспечение выдачи достоверной информации оператору для управления объектом – доменной печью – в реальном времени и удешевление стоимости экспертной системы за счет применения доступной вычислительной техники в виде, например, персональных компьютеров.

Указанная задача достигается тем, что экспертная система, реализующая на подготовительном этапе сбор и обработку информации об объекте – доменной печи, обеспечивает в реальном времени пошаговый прогноз – совет оператору о необходимых действиях (изменениях управляющих воздействий) по выводу выходных параметров доменной печи (производительность, содержание кремния в чугуне, температура колошника, перепад давления по высоте печи, содержание двуокиси углерода в колошниковом газе и др.) от некоторого отклоненного от нормального состояния (“норма”) – т. е. “больше” или “меньше” нормы – к нормальному состоянию “норма”. Таким образом, в данном способе для характеристики состояния объекта используют троичную логику с признаками состояний: “норма” (=), “больше” (>), “меньше” <). При этом нормальным состоянием объекта – доменной печи – считают состояние, определяемое технологическими инструкциями, опытом работы и математическим описанием и моделированием процессов, реализующими поддержание выходных параметров доменной печи на требуемом уровне для обеспечения требуемой производительности и качества чугуна при минимальном расходе кокса и других топливных добавок, энергоносителей и материалов и обеспечивающими нормальный (безаварийный) ход доменной печи. Любые отклонения от нормального состояния (“норма”) в большую (“больше”) или меньшую (“меньше”) сторону, выходящие за пределы допустимой погрешности измерений (1-3%), считают отклонениями от нормального состояния и требуют соответствующего изменения входных управляющих параметров доменной печи. Изменение управляющих параметров также определяют в рамках троичной логики значениями “норма”, “больше” или “меньше” нормы, а их выбор определяют на основании технологических инструкций, опыта работы и математического описания и моделирования процессов в доменной печи.

При этом на основании технологической инструкции, опыта работы и данных математического моделирования формируют логическую поведенческую модель печи в виде определенного множества пар “состояние – управление” доменной печи, при этом “состояние” определяется выходными параметрами состояния, а “управление” – управляющими воздействиями и, в частности, отклонениями выходных параметров и управляющих воздействий от состояния “норма”.

Используя указанное множество пар, логическое вычислительное устройство, построенное в виде таблиц или композиции блоков, устанавливает качественные зависимости между выходными параметрами и управляющими воздействиями печи в виде знака отклонения от нормы выходного параметра (“больше” или “меньше”) и соответствующего этому знаку знака (“больше” или “меньше”) управляющего воздействия. Кроме того, задается последовательность изменения управляющих воздействий на каждом устанавливаемом шаге управления для приведения к норме выходных параметров. На основании действий данного логического вычислителя в зависимости от состояния печи и формируется совет мастеру-технологу о способе и порядке использования управляющих воздействий. В частности, на каждом шаге управления формируется прогноз поведения печи и ее перехода в следующее состояние, и этот процесс продолжается вплоть до предсказанного установления всех выходных параметров в положение “норма”.

Наглядным отражением указанных принципов прогноза является логическая модель доменной печи, представленная в виде табл. 1. Аналогичные модели могут представляться в виде системы блоков с соответствующими связями.

Таким образом, построение данной таблицы и функционирование на ее основании экспертной системы находятся в соответствии с теорией дискретных автоматов, основой которой, как известно, является наличие дискретного множества внутренних состояний и свойства скачкообразного перехода (в рамках определенного промежутка времени – интервала дискретного автомата) из одного состояния в другое [4. Глушков В.М. Синтез цифровых автоматов. М.: Физматгиз, 1962. 476 с.].

При этом принято для таблиц переходов и выходов строки таблиц обозначать входными сигналами автомата, а столбцы – его состояниями. В нашем случае входными сигналами являются управляющие воздействия, а параметрами состояния автомата – выходные параметры состояния доменной печи.

Эта таблица, в частности, включает 6 важнейших выходных параметров доменной печи (производительность, содержание кремния в чугуне, температуру колошника, перепад давления по высоте печи, содержание двуокиси углерода в колошниковом газе, влажность кокса) и 10 управляющих воздействий (расход дутья, влажность дутья, температуру дутья, содержание кислорода в дутье, расход природного газа, рудную нагрузку, кинетическую энергию дутья, типы загрузки шихты, уровень засыпи) и устанавливает в рамках троичной логики соответствие каждому из трех состояний выходных параметров <=>) соответствующего (для приведения в нормальное состояние – “норму”) значения управляющих воздействий: прямого, соответствующего изменению выходных параметров (<=>), или обратного, соответствующего обратному состоянию управляющих воздействий (>= <). При этом, естественно, значение “норма” (=) выходного параметра соответствует значению “норма” управляющего воздействия. В таблице прямые воздействия отражены знаком (+), обратные – знаком (-).

Кроме того, таблица соответствия устанавливает ранжирование для каждого изменения выходного параметра соответствующих управляющих воздействий. Номер ранга при этом определяется как оптимальный из совокупности двух факторов – наибольшей степени значимости влияния данного управляющего воздействия на соответствующий выходной параметр и наименьшей степени влияния на все другие выходные параметры, кроме рассматриваемого, то есть наибольшей степени комулятивности (избирательности) данного управляющего воздействия.

При этом суммарный критерий оптимальности для оценки ранга i-го воздействия K_i определяется по соотношению

а условием выбора и оценки номера ранга является соотношение
K_i = K_imax, (2)
где К_i – коэффициент усиления (передачи) параметра i по данному воздействию i, K_i – коэффициент усиления всех остальных параметров по данному воздействию i.

В табл. 1 этот ранг управляющего воздействия отражается цифрами, возрастающими по убывающей значимости.

Представленная таблица отражает наиболее типичное для доменного процесса соответствие выходных параметров и управляющих воздействий, основанное на обобщении технологических инструкций, производственного опыта, данных расчетов и математического моделирования доменных печей ряда комбинатов и заводов. В случае внесения существенных изменений в специфику доменного процесса (выплавки специальных чугунов, ферросплавов и т.д.) эта таблица может быть соответственно несколько видоизменена.

В данном способе при установлении с помощью системы сбора и обработки информации (СОИ) отклонения любого из выходных параметров, представленных в таблице, от состояния “норма” (= ) в большую (>) или меньшую (<) сторону обеспечивается изменение управляющих воздействий в соответствии с таблицей. При знаке (+) соответствующее выходному параметру изменение, при знаке (-) – обратное. При этом на каждом шаге определяется текущий знак отклонения j-го выходного параметра от нормы, исходя из соотношения
y_j=y_j-y_jn, (3)
где у_j – текущее значение j-го выходного параметра, у_jn – нормальное значение j-го выходного параметра; у_j – алгебраическая разница текущего и нормального значения j-го выходного параметра. В случае получения величины у_j со знаком “+” данному отклонению j-гo параметра присваивается индекс “больше нормы” (“больше” или “>”). В случае получения у_j со знаком “-” данному отклонению j-гo параметра присваивается индекс “меньше нормы” (“меньше” или “<“). При величине y_jj (здесь _j – величина метрологически допустимого отклонения параметра j от нормы, задаваемая равной К от диапазона изменений параметра, здесь К – класс точности определения параметра) данному отклонению j-го параметра присваивается индекс “норма” или “=”.

После данной оценки на каждом шаге k выбирается для данного j-го параметра индекс управляющих воздействий U_j ранга 1 в соответствии с таблицей 1. В случае идентификации j-го параметра у_j индексом “>” и соответствия в таблице для j-гo воздействия ранга 1 знака “+” j-e управляющее воздействие U_j выбирается с индексом “больше” или “>”. В случае идентификации j-го параметра индексом “>” и соответствия в таблице для j-гo воздействия знака “-” j-е управляющее воздействие выбирается с индексом “<“. В случае идентификации j-го параметра у_j индексом “<” j-e управляющее воздействие при знаке “+” в таблице выбирается со знаком “<” и при знаке “-” в таблице – со знаком “>”. Параметр у_j считается приведенным к “норме” на данном шаге в случае реализации соответствующего, требуемого по таблице изменения управляющего воздействия U_j.

При этом, в первую очередь, на шаге k изменяется управляющее воздействие, обозначенное рангом 1. Как видно из таблицы, в силу многомерности объекта – доменной печи – изменение на шаге k одного из управляющих воздействий U_jk с целью ликвидации отклонения от нормы на этом шаге одного из выходных параметров у_jk может повлечь за собой в соответствии с таблицей изменение других выходных параметров у_zk. Для их приведения к норме на шаге k+1 используются соответствующие управляющие воздействия U_jk+1, в первую очередь обозначенные рангом 1. В случае совпадения по рангу управляющего воздействия, измененного для первого из отклоненных от нормы выходных параметров, с рангом этого воздействия для другого выходного параметра используется для этого выходного параметра воздействие под рангом 2. В дальнейших итерациях (k+1) в случае совпадения рангов данного управляющего воздействия на шаге “k ” и “k+1” используется ранг управляющего воздействия на единицу больше ранга управляющего воздействия на предыдущем шаге.

Т. е., обозначая ранг j-го воздействия U_jk по параметру у_jk индексом l_jk в случае совпадения на шаге k +1 ранга у j-го воздействия U_jk по параметру y_zk+1 с рангом этого воздействия U_jk+1 на шаге k+1 l_zk+1
l_jk=l_zk+1, (4)
для z-го воздействия по параметру y_zk+l на шаге k+1 выбирается ранг воздействия на единицу больше предыдущего
l_zk+1=l_jk+1. (5)
Данные итерации продолжаются до приведения всех выходных параметров у_j в положение “норма”.

Указанные итерации реализуются в пошаговом режиме в условном времени, например, через каждые 30 минут. На первом шаге производится изменение управляющих воздействий в соответствии с требуемым изменением выходных параметров и рангом воздействий. На втором шаге ликвидируются возможные последствия выхода из нормального состояния выходных параметров вследствие нанесения первых управляющих воздействий и т.д. Как указывалось, итерационный процесс продолжается до тех пор, пока все выходные параметры не будут приведены к состоянию “норма”.

Способ также обеспечивает контроль логического вычислительного устройства доменной печи на управляемость. При этом задается любое ненормативное состояние выходных параметров и устанавливается значение “норма” всех управляющих воздействий. Далее производится запуск устройства. Признаком управляемости логического вычислительного устройства считается приведение к “норме” в результате работы устройства всех выходных параметров доменной печи.

Отметим, что непосредственное использование в процессах управления логической таблицы 1 наиболее удобно при отклонении от положения “норма” одновременно одного или двух параметров состояния доменного процесса. При одновременном отклонении от состояния “норма” большего количества параметров состояния выбор управляющих воздействий непосредственно с помощью табл.1 может быть затруднен вследствие возможного противоположного влияния управляющих воздействий на отдельные параметры состояния, многоступенчатостью переходных состояния и т. д. Так, в соответствии с теорией комбинаторного анализа [5. Рыбников К.А. Введение в комбинаторный анализ. М.: Изд-во Московского университета, 1985. 308 с.6. Комбинаторный анализ. Задачи и упражнения / Меньшиков М.В., Ревякин А.М., Копылова А.Н. и др. М.: Наука. Физматгиз, 1982. 368 с.] при наличии q множеств – в данном случае это логические признаки состояний выходных параметров (в рамках троичной логики это “меньше”, “равно”, “больше”) и числа выборок n количество возможных комбинаций параметров состояний объекта равно
k=qⁿ. (6)
Например, при q=3 и n=4 количество комбинаций параметров состояний объекта уже равно 81 и при большем количестве q и n оно соответственно формуле (6) увеличивается.

Конечно, одновременное отклонение от положения “норма” сразу нескольких параметров состояния явление довольно редкое, но в принципе оно может иметь место.

Для возможной реализации управления при таких сложных случаях с использованием табл. 1, которая в этом случае является стратегической или базовой таблицей, отрабатываются вспомогательные или тактические таблицы состояний объектов на случай одновременного изменения n параметров состояния. При разработке этих вспомогательных или тактических оперативных таблиц используются известные правила комбинаторного анализа и данные табл. 1, которая в этом случае выполняет как бы стратегические функции.

При этом с использованием таблиц состояний на каждом шаге по времени отрабатываются требуемые воздействия до перевода объекта в состояние “норма”.

В реальных условиях управления принимаемое количество комбинаций состояний объекта, которое определяется степенной зависимостью (6), зависит от наличия соответствующей памяти и быстродействия вычислительных устройств.

Для современных реальных условий управления, например, может быть принято при q=3 величина n=4-5 и для этих условий строятся вспомогательные оперативные логические таблицы параметров состояний объекта.

Упрощение модели параметров состояний осуществляется также при декомпозиции табл. 1 и разбиении ее на отдельные блоки, связанные между собой.

Так, одним из вариантов декомпозиции принято разбиение табл. 1 на два взаимосвязанных блока: блок теплового состояния и блок управления перепадом давления.

При этом блок теплового состояния представлен выходным параметром – содержанием кремния в чугуне Si, выходными параметрами являются рудная нагрузка R_H, расход природного газа ПГ_д, содержание влаги в дутье W_д, температура дутья Т_д. При этом расход природного газа ПГ_д и содержание кислорода в дутье O_2д для упрощения считаются взаимосвязанными. Блок управления перепадом давления представлен выходным параметром – перепадом давления р и управляющим воздействием – расходом дутья V_д.

Пример вспомогательных (тактических) таблиц для этого случая упрощения и декомпозиции табл. 1 представлен табл. 2 и 3, построенными в соответствии с теорией комбинаторного анализа.

Табл. 2 отражает три параметра состояния: перепад давления р, содержание кремния в чугуне Si и текущее значение расхода дутья V^Т _Д. Управляющими воздействиями являются устанавливаемый расход дутья V_д и обобщенный параметр Е_ОБ, представляющий в обобщенном виде количество энергии, вносимой в доменную печь и отражающей влияние управляющих воздействий W_д, Т_д, ПГ_д и R_H дутья по их воздействию на тепловое состояние горна (на содержание кремния в чугуне Si) в соответствии с табл. 1. При наличии трех признаков состояний выходных параметров (“меньше”, “равно”, “больше”) q= 3 и числа параметров состояния n=3 в соответствии с формулой (6) размерность такой таблицы будет равна k=3³=27.

Табл. 3 работает в последовательности с табл. 2 и устанавливает порядок подключения указанных источников энергии (W_д, Т_д, ПГ_д и R_H) при обобщенном количестве энергии Е_ОБ “больше” (>) и “меньше” (<) нормы. При наличии трех признаков состояний выходных параметров q=3 и числе параметров состояния n=4 размерность табл. 3 равна k=3⁴=81.

При отработке реакции управляющих воздействий (новое состояние) на текущую ситуацию (текущие значения) придерживались следующих принципов. Ранги воздействий выбираются в соответствии со стратегической табл. 1. Каждое состояние и реакция на него представляет один шаг во времени, при этом в требуемое состояние (“меньше”, “норма”, “больше”) переводится только одно из управляющих воздействий. В табл. 3 представлены реакции управляющих воздействий при необходимости увеличения Е_ОБ в соответствии с табл. 2. При необходимости уменьшения Е_ОБ знаки изменяемых управляющих воздействий меняются на противоположные, хотя возможны и некоторые вариации рангов воздействий при необходимости увеличения или уменьшения величины Е_ОБ.

На фиг. 1 представлено устройство, реализующее предлагаемый способ. Оно содержит: доменную печь 1, включающую систему загрузки 2, подачу дутья 3 с вводом в дутье влаги 4, кислорода 5 и топливных углеродсодержащих добавок 6 (природный газ, жидкое топливо, пылеугольное топливо, горячий восстановительный газ и др. ), выпуск чугуна и шлака 7, вывод колошникового газа 8; датчики величин – выходных параметров: производительности (скорости схода шихты) 9, содержания кремния в чугуне 10, температуры колошника 11, общего перепада давления 12, содержания CO₂ 13 в колошниковом газе, влажности кокса 14; датчики величин – управляющих воздействий: расхода дутья 15, влажности дутья 16, температуры дутья 17, содержания кислорода в дутье 18, расхода природного газа или других углеродсодержащих топливных добавок (мазут, угольная пыль, горячий восстановительный газ) 19, кинетической энергии дутья 20, рудной нагрузки 21, системы загрузки А и В 22 и 23, уровня засыпи 24; вычислительные блоки: системы сбора и обработки информации (СОИ) 25, базы данных 26, корректировки базы данных 27, логической модели 28, корректировки логической модели 29, блока обработки сигналов 30, генератора шагов во времени 31, ввода данных при анализе системы на управляемость 32, блоки контроля системы на управляемость 33, а также блок отображения информации – дисплей 34 и, кроме того, блок задания периодичности времени измерений 35 и блок отображения информации системы сбора и обработки информации 36.

При этом выходы датчиков величин – выходных параметров 9, 10, 11, 12, 13 и 14 – и выходы датчиков величин – управляющих воздействий 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23 и 24 – соединены с входом вычислительного блока системы сбора и обработки информации 25, выход вычислительного блока ввода данных при анализе системы на управляемость 32 соединен с входом в вычислительный блок базы данных 26, выходы вычислительных блоков системы сбора и обработки информации 25 и корректировки базы данных 27 также соединены с входами в вычислительный блок базы данных 26, выход вычислительного блока корректировки логической модели 29 соединен с входом вычислительного блока логической модели 28, выходы вычислительных блоков базы данных 26, логической модели 28 и генератора шагов во времени 31 соединены с входом вычислительного блока обработки сигналов 30, выход которого соединен с входом блока отображения информации – дисплея 34. Выход блока контроля системы на управляемость 33 соединен с входом вычислительного блока обработки сигналов 30.

Выход блока задания периодичности времени измерений 35 соединен с входом блока сбора и обработки информации 25, а выходы блоков 25 и 26 соединены с блоком отображения информации 36.

Устройство работает следующим образом.

Датчики величин – выходных параметров 9, 10, 11, 12, 13 и 14 – измеряют соответственно производительность (скорость схода шихты), содержание кремния в чугуне, температуру колошника, общий перепад давления, содержание СO₂ в колошниковом газе и влажность кокса.

Датчики величин – управляющих воздействий 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23 и 24 – измеряют соответственно расход дутья, влажность дутья, температуру дутья, содержание кислорода в дутье, расход природного газа или других углеродсодержащих топливных добавок (мазута, угольной пыли, горячего восстановительного газа), рудную нагрузку, определяют систему загрузки и уровень засыпи.

Сигналы всех этих датчиков поступают в вычислительный блок системы сбора и обработки информации 25, в котором нормируются и переводятся в числовой код. Данные о величинах выходных параметров и управляющих воздействий поступают в вычислительный блок базы данных 26, в котором содержатся данные о значениях всех указанных величин, представляющих “норму”, т.е. величину, соответствующую нормальному протеканию технологического процесса в доменной печи. Данные об этих нормированных значениях величин могут корректироваться с помощью вычислительного блока корректировки базы данных 27. Данные о значениях величин выходных параметров и их номинальных значениях “норма” передаются в вычислительный блок обработки сигналов 30. В этот же блок вводятся данные из вычислительного блока логической модели 28, представляющей собой табличный код в виде логической табл. 1 или ее тактических модификаций типа табл. 2 и 3 и устанавливающей логическую связь между величинами выходных параметров и управляющих воздействий (в виде соотношений “меньше”, “норма”, “больше”), а также ранги соответствующих управляющих воздействий в виде приоритетной последовательности управляющих воздействий для данного выходного параметра.

При этом вычислительный блок генератора шагов 31 формирует последовательность шагов во времени с задаваемым шагом по времени t_k.

На каждом шаге по времени k в вычислительном блоке 30 определяется знак отклонения текущего значения j-го выходного параметра у_j от нормы у_jn, исходя из соотношения
y_j=y_j-y_jn.

В случае получения величины у_j со знаком “+” данному отклонению присваивается индекс “больше”, в случае получения величины у_j со знаком “-” – “меньше”. При величине y_jj, где _j – величина допустимого отклонения параметра j от “нормы”, задаваемая равной К от диапазона изменения параметра (здесь К – класс точности определения данного параметра), данному отклонению j-го параметра присваивается индекс “норма”.

После данной оценки на каждом шаге по времени k выбирается для данного j-го параметра индекс управляющих воздействий ранга 1 U_j в соответствии с табл. 1. В случае идентификации j-го параметра у_j индексом “больше” (+у_j) и соответствия в таблице для j-го управляющего воздействия U_j знак “+” j-е управляющее воздействие отбирается со знаком больше (>), а в случае знака “-” – со знаком меньше (<). В случае идентификации j-го параметра у_j со знаком “меньше” (-у_j) и соответственно в таблице 1 для управляющего воздействия _j знака “+” j-е управляющее воздействие отбирается со знаком меньше (<), а в случае “-” – со знаком больше (>).

Параметр у_j считается приведенным к “норме” на данном шаге k в случае соответствующего таблице выбора и фиксации изменения управляющего воздействия U_j.

При дальнейшей работе устройства на следующем шаге k фиксируются возможные изменения остальных выходных параметров у_zk в случае изменения управляющего воздействия U _jk. Для их приведения к норме на шаге k+1 используются соответствующие управляющие воздействия табл. 1 U_jk+1, в первую очередь обозначенные рангом 1. В случае совпадения по рангу управляющего воздействия U_jk, примененного для предыдущего из отклоненных от нормы выходных параметров у_jk с рангом этого воздействия для другого выходного параметра _jk+1 для приведения к норме этого выходного параметра, используют воздействие под рангом 2. В дальнейших итерациях – шагах во времени в случае совпадения рангов данного управляющего воздействия на шаге k и k+1 используется ранг управляющего воздействия на единицу больше ранга управляющего воздействия на предыдущем шаге.

Данные итерации продолжаются последовательно во времени до приведения всех выходных параметров в положение “норма”.

Указанные итерации в виде соответствия состояний выходных параметров и управляющих воздействий на каждом шаге (“больше”, “меньше”, “норма”) отображаются на дисплее 34 и являются конечной информацией – “советчиком” технолога. При анализе вычислительного устройства на управляемость в вычислительный блок системы сбора и обработки данных 26 через блок ввода данных 32 искусственно вводятся данные о выходных параметрах, отклоненных от нормы. В этом случае блок 30 блоком 33 переключается в режим контроля управляемости. При этом процесс приведения выходных параметров к норме в этой же последовательности, как это описано выше. Признаком управляемости является приведение к норме всех выходных параметров при любых заданных вариантах отклонения выходных параметрах от нормы. В случае невыполнения условия управляемости возможна корректировка математической модели с помощью блока 29 или нормированных значений выходных параметров с помощью блока 27.

При работе устройства текущие значения выходных параметров и управляющих воздействий и их отклонения от нормы фиксируются на дисплее 36, а время периодичности фиксации и усреднения информации задается блоком 35.

Блок-схема устройства для упрощенного представления табл. 1 в виде табл. 2 и 3 приведена на фиг.2. На фиг.2: 1 – доменная печь; 2 – блок автоматического и ручного задания управляющих воздействий (последнее необходимо в режиме “тренажера”); 3 – блок базы данных (таблица состояний) по изменению управляющих воздействий 7-11; 4 – блок базы данных (таблиц состояний) по изменению управляющего воздействия 12; 5 – узел измерения содержания кремния в чугуне; 6 – узел измерения перепада давления; 7 – рудная нагрузка; 8 – температура дутья; 9 – влажность дутья; 10 – расход природного газа; 11 – расход кислорода; 12 – расход дутья; 13 – изменение энергетического состояния (индекса) Е_ОБ доменной печи; 14 – текущее значение расхода дутья. При этом база данных 3 включает табл. 3. База данных 4 включает табл. 2. В табл. 2 и 3 величина Е_ОБ определяет необходимость внесения энергетического воздействия на верх и низ доменной печи при изменении содержания кремния в чугуне. Знаки и ранги конкретных воздействий (W_д, Т_д, ПГ_д и R_H) при этом определяются, как указывалось, в соответствии с табл. 1.

Указанное устройство (фиг.2) работает следующим образом. При изменении содержания кремния в чугуне Si – 5 и перепада давления р – 6 соответствующие сигналы поступают в блок базы данных 4, где в соответствии с табл. 2 определяются необходимые воздействия в виде изменения расхода дутья V_д – 7 и индекса Е_ОБ – 13. Далее при необходимости изменения индекса Е_ОБ в соответствии с базой данных (табл. 3) блок 3 выбирает изменение воздействий на верх доменной печи в виде рудной нагрузки 7 и низ доменной печи в виде воздействий 8-11. Блок 2 реализует работу устройства в автоматическом режиме или в режиме тренажера. В конкретных условиях при работе устройства на определенные управляющие воздействия могут накладываться ограничения в соответствии с технологическими инструкциями. Например, часто требуется, чтобы расход дутья _Д поддерживался на постоянном и максимальном уровне (значение “норма”) и может только уменьшаться с целью необходимости снижения перепада давления в случае, например, повышенной проницаемости шихты.

Преимуществом предложенного способа управления энерготехнологическим агрегатом – доменной печью – является повышение оперативности управления доменной печью, обеспечение выдачи совета оператору в реальном времени и, как следствие, снижение расхода кокса и предотвращение расстройств и аварийных состояний хода доменных печей.

Формула изобретения

Способ управления энерготехнологическим агрегатом – доменной печью, при котором измеряют и регистрируют выходные параметры и управляющие воздействия, обеспечивающие возможность поддерживать выходные параметры в пределах установленной нормы, отличающийся тем, что предварительно для выходных параметров и управляющих воздействий устанавливают значения, соответствующие норме, формируют пары состояний “выходной параметр – управляющие воздействия”, а также устанавливают качественные зависимости в категориях “норма”, “больше нормы” или “меньше нормы” между ними и последовательность изменения управляющих воздействий, требуемую для приведения выходных параметров к норме, в дальнейшем осуществляют пошаговое управление, при этом на каждом шаге управления фиксируют отклонения выходных параметров от нормы с логическим признаком “больше” или “меньше нормы”, определяют управляющие воздействия и знак отклонения управляющих воздействий, требуемые для приведения к норме выходных параметров путем последовательного анализа изменения выходных параметров при изменении управляющих воздействий для перевода печи в следующее состояние при условии приведения всех выходных параметров к норме.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 01.11.2003

Извещение опубликовано: 20.04.2006 БИ: 11/2006