Розробка та дослідження алгоритмів в автоматизованій системі управління технологічним процесом машин безперервної розливки заготовок, що підвищують вихід корисного при безперервній розливці сталі

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство промислової політики України

Науково-виробнича корпорація

"Київський інститут автоматики"

05.13.07 - Автоматизація технологічних процесів

УДК 658.012.011.56:621.746.047

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Розробка та дослідження алгоритмів в автоматизованій системі управління технологічним процесом машин безперервної розливки заготовок, що підвищують вихід корисного при безперервній розливці сталі

Каплан Володимир Нусійович

Київ 1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у науково-виробничій корпорації "Київський інститут автоматики"

Міністерства промислової політики України.

Науковий керівник - доктор технічних наук, старший науковий співробітник Богушевський Володимир Святославович, зав. лабораторією НВК "Київський інститут автоматики".

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор Соболєв Сергій Кузьмич, зав. лабораторією НВК "Київський інститут автоматики".

- кандидат технічних наук Баранов Святослав Олександрович, старший науковий співробітник Центру таймерних обчислювальних систем Інституту кібернетики ім. Глушкова НАНУ.

Провідна установа - Київський державний технічний університет будівництва і архітектури.

Захист відбудеться 20 жовтня 1999 року о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.818.01 НВК "Київський інститут автоматики" за адресою: 254107, Київ-107, вул. Нагірна, 22.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці НВК "Київський інститут автоматики".

Автореферат розісланий 17.09.1999 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради кандидат технічних наук Л.П. Тронько.

алгоритм розливка сталь заготовка

Загальна характеристика роботи

Актуальність. Розвиток чорної металургії більшості країн в останній час визначається зростаючим використанням безперервної розливки сталі. В 1996 році на Україні було відлито 3,2 млн. т сталі, що становить близько 10% від світового її виробництва. Зараз на металургійних заводах України є вісім машин безперервної розливки заготовок (МБРЗ). А щоб докорінно реформувати чорну металургію України та вивести її на рівень передових індустріальних країн, на металургійних заводах України в найближчий час необхідно збудувати 35 машин безперервної розливки заготовок різних типів.

Практично всі МБРЗ, що працюють з середини вісімдесятих років, мають високий рівень автоматизації і комп'ютерну систему контролю та управління технологічним процесом.

Серед задач автоматизованого управління МБРЗ особливе місце займають задачі розкрою безперервного зливка і управління заключною фазою розливки, особливо на багатострумкових МБРЗ.

Необхідність оптимізації розкрою зливка виникає при утворенні в безперервному зливку дефектних ділянок, так званих "поясів", які необхідно вилучити з безперервного зливка при отриманні заготовок. Успішне рішення цієї задачі дозволяє збільшити вихід корисного металу.

В заключній фазі розливки на багатострумкових МБРЗ виникає задача мінімізації сумарних немірних залишків зливка, які виникають наприкінці розливки на всіх струмках. Успішний розв'язок цієї задачі також дозволяє підвищити вихід корисного.

Подана дисертаційна робота присвячена удосконаленню автоматизованого управління машинами безперервної розливки сталі в результаті оптимального розв'язку зазначених задач.

Актуальність обраної тематики обумовлюється широким використанням безперервної розливки в індустріально розвинених країнах і необхідністю введення в дію досить великої кількості машин безперервної розливки сталі на металургійних заводах України в найближчий час. А також зростаючими вимогами до економічних показників технологічних процесів в чорній металургії та відсутністю в технічній літературі досить повних результатів в частині розробки алгоритмів оптимізації розкрою зливка та оптимізації управління закінченням розливки в АСУ ТП МБРЗ.

Робота виконувалась згідно з планами НДПІ САУ (м. Дніпропетровськ) і угодами на розробку і введення в дію систем автоматизованого управління машинами безперервної розливки заготовок Кузнецького металургійного комбінату ім. В.І. Леніна та Дніпровського металургійного комбінату ім. Ф.Е. Дзержинського.

Розробку і введення в дію АСУ ТП МБРЗ комбінату ім. Дзержинського виконано разом з фірмою Фест-Альпіне (Австрія).

Об'єктом дослідження являються системи автоматизованого управління МБРЗ, а також можливості сучасних технічних засобів вимірювання та обчислювання, що використовуються для їх створення.

Предметом дослідження є алгоритми оптимізації розкрою безперервного зливка та алгоритми оптимізації управління заключною фазою розливки на одно- та багатострумкових МБРЗ.

Ціль роботи полягає в підвищенні ефективності автоматизованого управління машинами безперервної розливки сталі за рахунок зменшення немірних залишків зливка та підвищення виходу корисного при виникненні в безперервному зливку, так званих "поясів" і при закінченні розливки на МБРЗ.

Метою досліджень були розробка і дослідження алгоритмів оптимізації розкрою зливка при різних способах задання можливих довжин заготовок і алгоритмів оптимізації управління закінченням розливки на МБРЗ у випадках можливості отримання заготовок різної довжини.

Наукова новизна роботи полягає в тому, що досліджені можливості отримання корисних безперервнолитих заготовок різної довжини та вперше одержано алгоритм оптимізації розкрою безперервнолитого зливка у випадку задання декількох мірних довжин з допусками. Вперше одержано алгоритм оптимізації управління закінченням розливки на багатострумковій МБРЗ у випадку можливості отримання заготовок різної довжини, а також модифікацию цього алгоритму з урахуванням необхідності першочергового перекриття крайніх струмків наприкінці розливки. Удосконалено спосіб вимірювання довжини безперервного зливка у випадку використання для вимірювання довжини зливка імпульсного датчика, розташованого на валу клітки, що тягне зливок. Удосконалено спосіб управління закінченням розливки на однострумковій МБРЗ у випадку можливого отримання заготовок мірної та кратної довжини. Удосконалено спосіб вирізання "поясів" із безперервного зливка в процесі розливки.

На захист виносяться:

Спосіб підвищення точності вимірювання довжини зливка у МБРЗ з урахуванням збільшення довжини зливка, що виникає в результаті здавлення зливка в клітках.

Алгоритм оптимізації розкрою безперервного зливка у випадку задання декількох мірних довжин з допусками.

Алгоритм оптимізації управління закінченням розливки на багатострумковій МБРЗ і модифікація цього алгоритму у випадку необхідності першочергового перекриття крайніх струмків.

Спосіб отримання мірних та кратних заготовок на однострумковій МБРЗ наприкінці розливки.

Спосіб автоматичного управління вирізуванням (надрізуванням) "поясів" із безперервного зливка в процесі розливки.

Достовірність результатів перевірялась шляхом контрольних вимірювань довжин отриманих заготовок та дослідженням результатів виконання розроблених алгоритмів в умовах діючих МБРЗ.

Практична цінність та результати впровадження роботи полягають в обґрунтуванні можливості використання розроблених алгоритмів у складі алгоритмічного забезпечення АСУ ТП МБРЗ, виконаних на базі сучасних програмованих логічних контролерів, та розробці програм на мові Турбо-С, що дозволяє досліджувати ефективність розроблених алгоритмів.

Спосіб підвищення точності вимірювання довжини безперервнолитого зливка був використаний в АСУ ТП МБРЗ Кузнецького металургійного комбінату, що була введена до дії в 1990 році. Алгоритми оптимізації розкрою безперервного зливка і оптимізації управління закінченням розливки на багатострумковій МБРЗ пройшли іспити в умовах МБРЗ Дніпровського металургійного комбінату. За результатами цих іспитів прийнято рішення про включення вказаних алгоритмів до складу діючої АСУ ТП МБРЗ.

Особистим внеском здобувача є розробка та дослідження вказаних алгоритмів, а також безпосередня участь у проектуванні та вводі в дію АСУ ТП МБРЗ Кузнецького та Дніпровського металургійних комбінатів.

Апробація роботи. Основні положення дисертаційної роботи доповідались на науково - технічній конференції "Проблеми автоматизації металургії України" (АСУ МЕТАЛУРГІЯ-95, Київ, 1995 р.), П'ятої української конференції "Автоматика-98" (Київ, 1998 р.), науковому семінарі НВК "Київський інститут автоматики" та річних наукових семінарах ВНДПІ САУ (Москва, 97, 98 рр.).

Публікації. За темою дисертації є вісім публікацій, у тому числі п'ять статей в науково-технічних журналах і збірниках.

Новизна технічних рішень, що запропоновано у дисертації, підтверджена двома патентами України та одним авторським свідоцтвом СРСР.

Структура та об'єм роботи. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел з 97 найменувань та додатків і містить (без додатків) 115 сторінок машинописного тексту, 7 таблиць і 8 рисунків.

Основний зміст роботи

У вступі дано обґрунтування актуальності задач, що розглядаються у дисертації, визначено мету та задачі дослідження, приведено результати, які виносяться на захист.

У першому розділі наведено основні задачі по управлінню машинами безперервної розливки заготовок (МБРЗ) і основні напрямки сучасних досліджень, які виконуються в галузі автоматизації безперервної розливки сталі. Виконано огляд літератури та обґрунтовано необхідність рішення задач, поставлених у дисертації. На прикладах МБРЗ Кузнецького та Дніпровського металургійних комбінатів дано оцінку можливості збільшення виходу корисного при підвищенні точності вимірювання довжини безперервного зливка, оптимальному рішенні задач розкрою зливка та управління закінченням розливки на багатострумковій МБРЗ. Наведена методика вимірювання довжини заготовок, що отримуються .

У другому розділі розглянуто спосіб підвищення точності вимірювання довжини безперервного зливка при використанні для вимірювання довжини імпульсного датчика, який розташовано на валу привода клітки, що тягне зливок. Підвищення точності вимірювання досягається в результаті урахування подовження зливка, яке виникає при здавленні зливка в клітках.

Поточну мірну довжину заготовок пропонується визначати на основі наступного виразу

Lпот = Lвим x Kпод, (1)

де Lпот - поточна довжина заготовки;

Lвим - довжина заготовки, яка отримується на основі показів датчика довжини зливка;

Kпод - загальний коефіцієнт подовження зливка.

Загальний коефіцієнт подовження зливка визначається із співвідношення

Kпод = (1 + K1) x (1 + K2) x … x (1 + Kn), (2)

де n - кількість тягнучих кліток МБРЗ; K1, K2,…,Kn - коефіцієнти подовження, які викликані здавленням зливка в кожній із тягнучих кліток.

При цьому враховується загальне здавлення зливка по відношенню до клітки, на якій установлено датчик довжини.

Кожний із коефіцієнтів подовження Ki (i = 1,2,...n) досить точно можна визначити із співвідношення:

Ki = ai x di + bi, (3)

де di - відношення різниці розхилу валків попередньої і даної тягнучих кліток до розхилу валків даної клітки (здавлення в даній клітці); ai, bi - емпірічні коефіціенти.

Запропонований спосіб підвищення точності вимірювання довжини зливка був використаний при управлінні різкою зливка в АСУ ТП МБРЗ Кузнецького металургійного комбінату. При цьому підвищення виходу корисного за рахунок збільшення точності різу склало 1,17%.

Розглянуто також спосіб автоматичного управління вирізанням (надрізанням) "поясів" у безперервному зливку в процесі розливки при використанні для різа зливка машин газової різки. Спосіб полягає в постійному контролі в процесі вирізання "поясу" можливості повернення машини газової різки в початкове положення до слідуючого різу.

В третьому розділі розглянуто задачу оптимального розкрою безперервнолитого зливка.

Якщо алгоритми оптимального розкрою для випадків задання допустимих довжин заготовок у вигляді декількох фіксованих довжин або одного діапазону довжин відомі, то розглядається алгоритм оптимального розкрою для задання допустимих довжин заготовок у вигляді декількох діапазонів з пріоритетами, що не перетинаються.

Для формулювання постановки задачі введемо наступні позначення:

n - кількість діапазонів допустимих довжин заготовок;

l imin - мінімальна довжина заготовки у i - му діапазоні ( i = 1,2,...,n );

l imax - максимальна довжина заготовки у i - му діапазоні ( i = 1,2,...,n );

Lрозк - довжина зливка, яку необхідно розкроїти;

d - товщина різу (при використанні для різу зливка ножиць або машини імпульсної різки d = 0, при використанні МГР d > 0, і для одержання високої точності розкрою в цьому випадку величину d необхідно враховувати).

В прийнятих позначеннях задачу про оптимізацію розкрою для цього випадку можливо сформулювати таким чином:

Мінімізувати

n

(N) =Lрозк - Ni ( li + d ) ; N = {N1, N2,…, Nn }. (4)

i =1

при обмеженнях

n

Ni ( li + d ) Lрозк ; (5)

i =1

l imin li l imax (i = 1,…, n ); (6)

Ni 0. (7)

Задача (4)...(7) за своїм формулюванням зовні схожа на задачу цілочислового лінійного програмування. Але істотно відрізняється тим, що коефіцієнти лінійної форми, що мінімізується - також невідомі, а вказані лише діапазони їх зміни. Розв'язок цієї задачі можливо отримати методами цілочислового лінійного програмування. Для цього, наприклад, кожний із відрізків [limin , limax] можна розбити на елементарні інтервали та розглядати кожний li у кожному з цих інтервалів. Для того щоб не "проскочити" оптимальне рішення, кожний із таких інтервалів повинен мати довжину не більшу, ніж прийнята одиниця вимірювання довжини. Очевидно, що при такому підході одна задача (4)-(7) розпадеться на дуже багато задач цілочислового лінійного програмування, рішення кожної з яких досить складне. Крім того, при розв'язуванні задачі (4)-(7) як задачі цілочислового лінійного програмування, наприклад, за допомогою алгоритма Гоморі, неможливо врахувати пріоритети діапазонів заданих довжин.

Все викладене вище і привело до необхідності розробки спеціального комбінаторного алгоритму для рішення задачі (4)-(7).

Робота запропонованого алгоритму основана на використанні наступних двох критерієв безвідходності розкрою (8) и (9)

N = Lрозк lmin ; N lmax L розк -, (8)

де [Lрозк lmin] означає операцію знаходження максимального цілого числа, яке менше або дорівнює Lрозк lmin.

N1 l1min + … + Nn l nmin L розк N1 l1max + … + Nn l nmax. (9)

Критерій (8) відомий і використовується для перевірки можливості безвідходного розкрою зливка в самому пріоритетному діапазоні допустимих довжин, а критерій (9) використовується в алгоритмі для визначення можливості безвідходного розкрою зливка в декількох діапазонах допустимих довжин заготовок.

В алгоритмі послідовно перевіряється можливість безвідходного розкрою з максимально можливою кількістю заготовок більш пріоритетних діапазонів.

Якщо при такому розгляді варіанту безвідходного розкрою не знайдено, то кількість заготовок передостаннього діапазону по одній зменшується до нуля. Після кожного зменшення визначається можливість безвідходного розкрою.

При відсутності безвідходного розкрою в такому разі на одиницю зменшується кількість заготовок наступного по зростанню пріоритетів діапазону. І весь вищезгаданий процес повторюється. І таким чином, продовжується до діапазону з найвищим пріоритетом.

При знаходженні варіанту безвідходного розкрою спочатку визначається кількість заготовок з кожного діапазону, а потім довжини заготовок. При цьому всі заготовки кожного діапазону мають однакову довжину . Алгоритм побудовано таким чином, що максимально можливі довжини отримують заготовки, які відносяться до більш пріоритетних діапазонів.

Якщо при послідовному перегляді всіх варіантів, варіанту безвідходного розкрою не знайдено, то як рішення задачі (4)...(7) приймають варіант з мінімальним залишком. При цьому перевага надається варіанту, що містить більшу кількість заготовок більш пріоритетних діапазонів.

Проведені в умовах шестиструмкових блюмових МБРЗ конверторного цеху Дніпровського металургійного комбінату дослідження розробленого алгоритму показали можливість збільшення виходу корисного металу на 0,93% за рахунок зменшення немірних залишків зливка при видаленні з безперервного зливка "поясів".

Для перевірки можливості використання даного алгоритму в системах базової автоматизації МБРЗ, що реалізуються на базі програмованих логічних контролерів, були виконані контрольні прогони алгоритму на контролері PLC 5/30 фірми Allen - Bradley (США).

Одержані результати дають змогу ствержувати про реальні можливості використання даного алгоритму в системах базової автоматизації МБРЗ, що побудовані на базі сучасних програмованих логічних контролерів.

У розділі 4 розглянуто методи оптимізації управління закінченням розливки для одно- і багатострумкових МБРЗ.

Для однострумкових МБРЗ оптимізація управління закінченням розливки у випадку можливості отримання корисних заготовок різної довжини складається з визначення в момент закінчення лиття металу із сталеливного ковша оптимального розкрійного плану для сумарної довжини зливка, що містить струмок, і зливка, що отримається з металу, що міститься в проміжному ковші, та наступного отримання заготовок відповідної довжини.

Для багатострумкових МБРЗ оптимізація управління закінченням розливки, окрім мінімізації сумарних немірних залишків зливка, включає також і мінімізацію часу роботи МБРЗ в заключному періоді розливки. Якщо раніше було показано можливість отримання оптимального розкройного плану для різних способів задання допустимих довжин заготовок, то в подальшому будемо розглядати тільки задачу мінімізації загального часу розливки на МБРЗ.

Для постановки задачі оптимізації управління закінченням розливки для багатострумкової МБРЗ потрібні такі позначення:

m - кількість струмків МБРЗ, що працюють при закінченні розливки ;

n - кількість інтервалів допустимих довжин заготовок;

L i - довжина зливка на i -му струмку (i = 1,2,..., m );

Vi - швидкість розливки на i -му струмку;

Lпк - довжина зливка, який можливо отримати з металу, що міститься в проміжному ковші;

j - довжина заготовки j -го типу (j = 1,2,...,n );

Nj - кількість заготовок j -го типу, що отримують наприкінці розливки в сумі з усіх струмків;

Nij - кількість заготовок j -го типу, що отримують наприкінці розливки на i - му струмку.

Очевидно, що довжина, яку треба розкроїти, буде визначена залежністю

m

Lзаг = L пк + L i . (10)

i=1

Нехай оптимальний розкройний план для довжини Lзаг буде

m n

Lзаг = Nij l j + d , (11)

i=1 j=1

де d -немірний залишок зливка.

Позначимо довжину зливка, яка отримується з металу, що знаходиться в проміжному ковші і дає безвідходний розкрій - L*пк. Тоді

L пк = L*пк + d (12)

Час роботи i -го струмка наприкінці розливки, тобто час до припинення постачання металу із проміжного ковша в кристалізатор i -го струмка, в прийнятих позначеннях буде визначатися виразом:

n

ti = ( Nij lj - Li ) / V i , (13)

j=1

де ti - час роботи i -го струмка наприкінці розливки.

Тепер задачу про мінімізацію загального часу розливки на МБРЗ можна записати таким чином:

Мінімізувати

T (N) = max { ti }, (14)

i

при обмеженнях:

m

Nij = Nj ; (15)

i =1

n

Nij lj Lj ; (16)

j =1

Nij 0 (17)

В задачі (14)-(17) не враховується залишок d у випадку відсутності варіанту безвідходного розкрою. Але в цьому випадку можна умовно вважати d заготовкою n+1-го діапазону.

Очевидно, що Nn+1 = 1. Тобто і в випадку розкрою з залишком задача зводиться до виду (14)-(17).

Задача (14)-(17) не лінійна и не опукла, тому будемо застосовувати для її розв'язку методи динамічного програмування, які застосовують для широкого класу оптимізаційних задач без обмежень на тип функції цілі.

Для рішення поданої задачі будемо використовувати алгоритм зворотної прогонки.

Рекурентні співвідношення динамічного програмування для задачі (14)...(17) можна записати в наступному вигляді:

n

fm ( Ym) = (( zm j l j - L m) / V m ) ;

j=1 (18)

n

zmj l j L m

j=1

n

fk ( Yk) = min { max {( zk j l j - L k) / V k , f k+1 ( Yk - Z k ) }} ;

Zkj Ykj j=1

n (19)

zk j l j L k

j=1

Очевидно, що Y1 ={N1,N2,…,Nn}

Об'єм обчислень (кількість допустимих варіантів), що виконується на кожному етапі розв'язку задачі (18), (19), можна суттєво зменшити, якщо врахувати наступне міркування.

Сумарна довжина зливків, що розподіляються на этапах m, m - 1,…,k, повинна бути не менша як сума довжин струмків m, m - 1,…,k, і не більша ніж ця сума плюс довжина зливка, який отримається з металу, що міститься в проміжному ковші.

В прийнятих позначеннях це можна записати так

m n m

Lnk + Li ykj l j Li (20)

i=k j=1 i=k

Особливий випадок з точки зору оптимізації управління закінченням розливки представляють собою багатострумкові МБРЗ, у яких при закінченні розливки в першу чергу необхідно припинити постачання металу з проміжного ковша в крайні струмки. Найчастіше це шести- і більш струмкові МБРЗ.

Розв'язок задачі (14)-(17) і в цьому випадку можна отримати, користуючись рекурентними співвідношеннями динамічного програмування.

Дослідження розробленого алгоритма, які були проведені в умовах шести-струмкових блюмових МБРЗ конверторного цеху Дніпровського металургійного комбінату ім. Дзержинського, показали можливості збільшення виходу корисного за рахунок скорочення немірних залишків зливка наприкінці розливки в середньому на 0,3% і скорочення часу заключної фази розливки в середньому на 27%.

У розділі 5 розглянуто сучасні тенденції створення АСУ ТП МБРЗ і можливості реалізації розроблених алгоритмів.

Відзначається, що теперішнього часу як закордонні, так і вітчизняні фірми-виробники обладнання та систем автоматизації МБРЗ прийшли до єдиної концепції при створенні архітектури АСУ ТП МБРЗ.

Ця концепція така.

Системи автоматичного контролю та управління МБРЗ будуються по загальноприйнятому дворівневому принципу.

До складу першого рівня (базової автоматизації) входять:

- контрольно-вимірювальна апаратура;

- локальні системи контролю та управління;

- програмовані логічні контролери (PLC) з розподільною структурою;

- операторські станції на базі ПЕОМ.

До складу другого рівня автоматизації, як правило, входить управляюча міні- або мікро - ЕОМ з досить великою кількістю периферійного устаткування.

Розроблені в поданій роботі алгоритми можуть бути реалізовані з точки зору можливостей сучасних засобів вимірювання.

Розроблений алгоритм оптимального розкрою зливка на МБРЗ може бути реалізовано в рамках першого рівня систем автоматизації МБРЗ, побудованих на сучасних програмованих логічних контролерах середньої можливості .

Розроблений алгоритм оптимізації управління закінченням розливки на багатострумкових МРЛЗ може бути реалізовано в рамках першого рівня систем автоматизації МБРЗ тільки у випадку використання програмованого логічного контролера, що має можливість організації переривання програми.

Висновки

В результаті виконаних в поданій дисертаційній роботі досліджень отримано наступні результати:

1. Розроблено метод підвищення точності вимірювання довжини безперервнолитого зливка при використанні для вимірювання довжини зливка імпульсного датчика, що встановлюється на валі привода тягнучих кліток. Підвищення точності вимірювання довжини зливка досягається з урахуванням подовження зливка, що виникає в результаті здавлення зливка в тягнучих клітках. Розроблений метод було використано в АСУ ТП МБРЗ Кузнецького металургійного комбінату і дало можливість досягти високої точності автоматичного управління різом зливка. Підвищення виходу корисного в результаті автоматичного управління порізкою зливка склало 1,17%.

2. Розроблено спосіб автоматичного управління вирізанням (надрізанням) "поясів" у безперервному зливку в процесі розливки при використанні для різа зливка машин газової різки. Спосіб полягає в постійному контролі в процесі вирізання "поясу" можливості повернення машин газової різки в початкове положення до початку наступного різу і дозволяє досягати максимально можливого перерізання зливка без зменшення швидкості лиття.

3. Розроблено алгоритм оптимального розкрою безперервного зливка у випадку задання декількох можливих довжин заготовок з допусками. Алгоритм дозволяє мінімізувати немірні залишки зливка при такому способі задання довжин заготовок. На основі результатів досліджень алгоритму, що виконано в умовах блюмових МБЛЗ Дніпровського металургійного комбінату, запропонований алгоритм рекомендовано для включення до складу діючої АСУ ТП МБРЗ. При цьому очікуване підвищення виходу корисного складає 0,93%. Аналіз часу виконання алгоритму на використаних в складі цієї АСУ ТП PLC 5/30 підтвердив можливість застосування алгоритму в АСУ ТП МБРЗ, побудованих на базі сучасних програмованих логічних контролерів.

4. Розроблено спосіб отримання мірних та кратних заготовок при закінченні розливки на однострумковій МБРЗ. Спосіб полягає в визначенні в момент закінчення розливки металу із сталеливного ковша оптимального розкрійного плану для сумарної довжини зливка, який міститься в струмку, і зливка, що буде одержано з металу, який міститься в проміжному ковші. Та наступному отриманні заготовок відповідних довжин. Розроблений спосіб дозволяє мінімізувати немірні залишки зливку, що отримують на однострумковій МБРЗ наприкінці розливки у випадку задання декількох можливих довжин заготовок.

5. Розроблено алгоритм оптимізації управління закінченням розливки на багатострумковій МБРЗ. Використання цього алгоритму дозволяє мінімізувати немірні залишки зливка, які отримують наприкінці розливки на багатострумковій МБРЗ у випадку задання декількох можливих довжин заготовок. При цьому також зменшується загальний час роботи МБРЗ на заключному етапі розливки і таким чином підвищується продуктивність МБРЗ. Модифікація алгоритму дозволяє забезпечити першочергове перекриття крайніх струмків наприкінці розливки та запобігти переохолодження металу у проміжному ковші. У цьому випадку підвищується якість кінцевої частини зливка і таким чином збільшується вихід корисного за рахунок зменшення "хвостових" залишків. На основі результатів досліджень алгоритму, що були виконані в умовах блюмових МБРЗ Дніпровського металургійного комбінату, запропонований алгоритм рекомендовано для включення до складу діючої АСУ ТП МБРЗ, при цьому очікуване підвищення виходу корисного складає 0,3%. Результати аналізу часу виконання алгоритму на IBM-сумісній ПЕОМ і кількості варіантів, що розглядаються під час виконання алгоритму, засвідчили можливість використання запропонованого алгоритму для управління безперервною розливкою в реальному часі.

6. Виконаний у роботі аналіз тенденцій побудови систем управління МБРЗ з використанням сучасних програмованих логічних контролерів та можливостей засобів вимірювання дозволяє підтвердити реальну можливість використання розроблених алгоритмів в межах першого рівня АСУ ТП МБРЗ.

7. Результати виконаних досліджень дозволяють підвищити якість автоматизованого управління машинами безперервної розливки заготовок за рахунок збільшення виходу корисного в сукупності до 2,4% і таким чином підвищити техніко-економічні показники використання МБРЗ на металургійних підприємствах.

8. Результати роботи впроваджені в АСУ ТП МБРЗ Кузнецького металургійного комбінату та рекомендовані до впровадження в АСУ ТП МБРЗ Дніпровського металургійного комбінату на основі проведених досліджень.

Список опублікованих праць

1. Решение задачи контроля "поясов" и оптимального раскроя слитка для МНЛЗ Днепровского меткомбината (Научно-техническая конференция "Проблемы автоматизиции металлургии Украины") / В.Н. Каплан, Г.А. Кац, М.Э. Пикус, П.П.Мельник // Автоматизация производственных процессов. - 1996. - №1. - С. 109-110.

2. Опыт разработки и ввода в действие АСУ ТП сортовых и блюмовых МНЛЗ на металлургических заводах СНГ (Научно-техническая конференция "Проблемы автоматизиции металлургии Украины")/ Г.А. Кац, В.Н. Каплан, А.И. Немченко, А.Б. Чалый // Автоматизация производственных процессов. - 1996. - №1. - С. 108-109.

3. Равдель А.М., Каплан В.Н., Винницкий А.Л. Автоматизированная система управления технологическими процессами аргоно - кислородного рафинирования нержавеющих сталей // АСУ ТП и средства автоматизации черной металлургии на базе микропроцессорной техники. - М.: Металлургия, 1986. - С. 28-31.

4. Каплан В.Н., Ересковский О.С., Бондарчук В.М. Определение оптимальных ступенчатых программ продувки при рафинировании коррозионностойких сталей // Известия ВУЗов. Черная металлургия. - 1990. - №5. - С. 29-30.

5. А. с. 1773553 СССР, МКИ В 22 D 11/16. Способ управления раскроем слитка на машине непрерывного литья заготовок / В.Н. Каплан, Г.А. Кац, В.М. Фалькович, А.Е. Кошелев, И.И. Шмельцер, В.Г. Крамарь, В.К. Худанов. - №4874681/27; Заявлено 16.10.90. Опубл. 07.11.92. Бюл. №41.

6. Пат. №20239 Україна. МКВ B 22 D 11/16. Спосiб отримання мiрних та кратних заготовок на однострумковiй машинi безперервного лиття заготовок / В.Н. Каплан, Г.А. Кац, О.О. Ларiонов, В.В. Акулов (Україна) - №96020597; Заявлено 19.02.96; Опубл.27.02.98. Бюл. №1.

7. Пат. №23211 Україна МКВ B 22 D 11/16 Спосiб автоматичного управлiння порiзом зливка на машинах безперервного лиття заготовок / М.П. Пiдберезний, С.С. Бродський, В.Н. Каплан, Г.А. Кац, П.П. Мельник, М.I. Пiкус, Г.В. Єрмоленко (Україна) - №96073034; Заявлено 29.07.96; Опубл. 31 08.98. Бюл. №4.

8. Богушевский В.С., Каплан В.Н. Разработка и исследование оптимальных алгоритмов управления МНЛЗ // Праці П'ятої Української конференції з автоматичного управління. - Частина 1. - Київ: Київський політехнічний інститут. - 1998. - С. 214-221.

Анотація

Каплан В.Н. Розробка та дослідження алгоритмів в АСУ ТП МБРЗ, що підвищують вихід корисного при безперервній розливці сталі. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.07 - Автоматизація технологічних процесів. - Науково-виробнича корпорація "Київський інститут автоматики", Київ, 1999.

Дисертацію присвячено удосконаленню АСУ ТП машин безперервної розливки заготовок (МБРЗ) за рахунок підвищення виходу корисного. В роботі розроблено спосіб підвищення точності вимірювання довжини безперервного зливка при використанні для вимірювання довжини зливка імпульсного датчика, що розташовано на валу тягнучої клітки. Розроблено та досліджено алгоритм оптимального розкрою безперервного зливка, якщо задані допустимі довжини заготовок у вигляді декількох інтервалів довжин з різними пріоритетами. Розроблено та досліджено алгоритм управління закінченням розливки на багатострумкових МБРЗ, що мінімізує немірні сумарні залишки зливка та тривалість заключної фази розливки. Досліджено сучасні тенденції створення АСУ ТП МБРЗ і визначена можливість реалізації розроблених алгоритмів в рамках першого рівня АСУ ТП МБРЗ (базової автоматизації). Результати роботи впроваджені в АСУ ТП МБРЗ Кузнецького металургійного комбінату та рекомендовані до впровадження в АСУ ТП МБРЗ Дніпровського металургійного комбінату за результатами виконаних досліджень.

Ключові слова: автоматизація, безперервна розливка, немірні залишки зливка, оптимальний розкрій, заключна фаза розливки.

Аннотация

Каплан В.Н. Разработка и исследование алгоритмов в АСУ ТП МНЛЗ, повышающих выход годного при непрерывной разливке стали. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 - Автоматизация технологических процессов. - Научно-производственная корпорация "Киевский институт автоматики", Киев, 1999.

Диссертация посвящена совершенствованию АСУ ТП машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) в результате повышения выхода годного.

В работе приведен способ повышения точности измерения длины непрерывного слитка при использовании для измерения длины слитка импульсного датчика, расположенного на валу тянущей клети. Повышение точности измерения достигается в результате учета удлинения слитка, возникающего при обжатии в тянущих клетях. Разработанный способ был использован при управлении порезкой слитка в АСУ ТП МНЛЗ Кузнецкого металлургического комбината. При этом повышение выхода годного за счет увеличения точности реза составило 1,17%.

Разработан способ автоматического управления вырезанием (надрезанием) "поясов" в непрерывном слитке в процессе разливки при использовании для реза слитка машин газовой резки. Способ заключается в постоянном контроле в процессе вырезания "пояса" возможности возврата машины газовой резки в исходное положение к моменту начала следующего реза.

Разработан и исследован алгоритм оптимального раскроя непрерывного слитка при задании допустимых длин заготовок в виде нескольких интервалов длин с различными приоритетами.

Работа алгоритма основана на использовании следующих двух критериев безотходности раскроя:

N = [ Lраскр / l min ]; N lmax Lраскр;

где [Lраскр / l min] обозначает операцию нахождения максимального целого числа, меньшего либо равного Lраскр / l min.

N1 l1 min +…+ Nn ln min Lраскр N1 l1 max +…+ Nn ln max,

На основании результатов испытаний алгоритма, выполненных в условиях блюмовых МНЛЗ Днепровского металлургического комбината, данный алгоритм рекомендован для включения в состав действующей АСУ ТП МНЛЗ. При этом ожидаемое повышение выхода годного составляет 0,93%.

Разработан способ получения мерных и кратных заготовок при окончании разливки на одноручьевой МНЛЗ. Способ заключается в определении в момент окончания разливки металла из сталеразливочного ковша оптимального раскройного плана для суммарной длины слитка, имеющегося в ручье, и получаемого из металла, имеющегося в промежуточном ковше, а также последующем получении заготовок соответствующих длин. Разработанный способ позволяет минимизировать немерные отходы слитка, получаемые на одноручьевой МНЛЗ в конце разливки, в случае задания нескольких допустимых длин заготовок.

Разработан и исследован алгоритм управления окончанием разливки на многоручьевых МНЛЗ, минимизирующий немерные суммарные отходы слитка и длительность заключительной фазы разливки, а также модификация этого алгоритма в случае необходимости первоочередного перекрытия крайних ручьев. Алгоритм основан на использовании методов динамического программирования. На основании результатов испытаний алгоритма, выполненных в условиях блюмовых МНЛЗ Днепровского металлургического комбината, данный алгоритм рекомендован для включения в состав действующей АСУ ТП МНЛЗ, при этом ожидаемое повышение выхода годного составляет 0,3%.

Исследованы современные направления создания АСУ ТП МНЛЗ и определена возможность реализации разработанных алгоритмов в рамках уровня 1 АСУ ТП МНЛЗ (базовой автоматизации) как с точки зрения возможностей современных средств измерений, так и с точки зрения возможностей современных программируемых логических контроллеров.

Результаты выполненных исследований позволяют повысить качество автоматического управления машинами непрерывного литья заготовок за счет увеличения выхода годного в совокупности до 2,4% и тем самым повысить технико-экономические показатели использования машин непрерывного литья заготовок на металлургических предприятиях.

Результаты работы использованы в АСУ ТП МНЛЗ Кузнецкого металлургического комбината и рекомендованы к использованию в АСУ ТП МНЛЗ Днепровского металлургического комбината.

Ключевые слова: автоматизация, непрерывная разливка, немерные отходы слитка, оптимальный раскрой, заключительная фаза разливки,

Annotation

Kaplan V.N. Elaboration and research of algorithms for Automated process control system of Continuous steel casting units (APCS CSCU) which increase the marketable output of steel. - Manuscript.

Candidate of technical science dissertation on speciality 05.13.07 - Automation of technological processes. - Scientific and production corporation "Kyiv institute of automation", Kyiv, 1999.

The dissertation is devoted to improvement of APCS CSCU for increasing the marketable output of steel. A method of accuracy enhancing for pulse transducer which is arranged on the shaft of pinch rollers and used for the continuous ingot length measurement is quoted in the thesis. An algorithm of the optimal continuous ingot pattern cutting is worked out and researched for a case of setting the acceptable ingot lengths as several length ranges with the different priorities.

An algorithm of cast termination control which minimizes summary non-gaging ingot scrap and cast terminal stage time is worked out and researched for multi-pass CSCU . The current trends of APCS CSCU creation are researched. The possibility of implementation was estimated for the developed algorithms within the bounds of the 1st level APCS CSCU ( basic automation).

The results of thesis were used in APCS CSCU at Kuznetsk integrated iron-and-steel works and were recommended to use in APCS CSCU at Dniprovsky integrated iron-and-steel works in consecuence of the tests which were conducted.

Key words : automation, continuous casting, non-gaging ingot scrap, optimal pattern cutting, cast terminal stage.

Размещено на Allbest.ru

...