Электрификация и автоматизация цеха кальцинации

Величина потерь при прокаливании (ППП).

Наличие двух показателей качества продукта обусловлено требованиями производства алюминия, сырьём для которого служит глинозём. По ГОСТ 6912-64 он должен содержать не менее 25% кристаллов -Al2O3. Остальные 75% процентов кристаллов могут состоять из других, более гигроскопичных форм окиси, но при этом величина П.П.П. глинозёма не должна превышать 1%.

Повышение -Al2O3 выше 25% и понижение величины П.П.П. ниже 1% требуют дополнительных затрат топлива, которые сокращают прибыль предприятия, поскольку отпускная цена товарного продукта при этом не возрастает. Поэтому наиболее экономичным является управление, при котором оба показателя качества близки к своим предельным значениям. Возможность достижения этого зависит от аппаратурного оформления процесса.

На ОАО “АГК” применяется следующая технологическая схема процесса кальцинации гидроокиси алюминия. Влажный гидрат из промежуточного бункера дозатором и шнеком непрерывно подаётся в смеситель, где смешивается с оборотной технологической пылью, после чего по течке поступает в «холодный» конец вращающейся печи

Под действием вращения по наклонной плоскости печи (угол наклона 5) материал перемещается к «горячему» концу, претерпевая физико-химические превращения, описанные выше. После печи материал попадает в холодильник кипящего слоя и после охлаждения, через пневмокамерные насосы, готовый глинозём подаётся в силоса.

Топочные газы образуются в результате сжигания топлива (мазута), подаваемого механической форсункой высокого давления. Воздух для сжигания подаётся вентилятором из холодильника, а также подсасывается через неплотности соединений «холодной» и «горячей» головок печи с вращающимся барабаном.

Побудителем расхода газов через печь является дымосос. Газы проходят циклоны и электрофильтры, где обеспыливаются и выбрасываются в атмосферу. Технологическая пыль через систему промежуточных бункеров подаётся в смеситель.

Процесс кальцинации, как и любой процесс, осуществляемый во вращающихся печах, характерен сравнительно малым числом возможных регулирующих воздействий, если учесть, что печь фактически является рядом последовательно соединенных химических реакторов, в которых протекают физико-химические превращения исходного вещества по мере его продвижения вдоль печи.

В печь входят четыре материальных потока (топливо, воздух, гидрат и оборотная пыль), а выходят два потока (глинозём и запылённые отходящие газы). При управлении процессом можно регулировать только расход топлива (в заданном соотношении с расходом воздуха, для обеспечения полноты горения) или расход гидрата. Количество оборотной пыли колеблется в процессе работы, в частности, из-за того, что пыль, оседающая на электродах электрофильтров, возвращается в печь периодически.

Оба регулирующих воздействия - расходы топлива и гидрата - можно изменять в широких пределах, что отвечает требованиям компенсации возмущений, нарушающих заданный установившийся режим. В результате низкого теплового К.П.Д. печи экономически целесообразно при максимально возможном расходе топлива подавать в печь максимальное количество гидрата, при котором достигается заданное качество целевого продукта. Если качество повышается, целесообразнее, как показывают расчёты, увеличивать расход гидрата, чем уменьшать расход топлива. При понижении качества, если установлен максимальный расход топлива, увеличить его уже нельзя и приходиться уменьшать расход гидрата. Если не рассматривать динамических закономерностей кальцинации, следует величину показателя качества поддерживать изменением расхода гидрата, а расход топлива стабилизировать на максимальном уровне.

Однако, учитывая колебания калорийности топлива, а также изменения ряда факторов, влияющих на горение факела, величину заданного расхода топлива необходимо корректировать. Для процесса кальцинации параметром, по которому может осуществляться корректировка, является температура отходящих газов. При повышении температуры отходящих газов выше допустимой величины, нарушается работа электрофильтров. Понижение температуры отходящих газов приводит к нарушению режима процесса сушки влажного гидрата, что сказывается на режимах работы всех последующих по ходу материала зон печи.

4.2 Математические модели процесса кальцинации

Из описания технологического процесса следует, что одной из главных задач автоматизации процесса кальцинации является задача получения своевременной информации о качестве целевого продукта. Отклонение показателя качества от заданной величины, всегда приводит к уменьшению прибыли предприятия в результате понижения сорта глинозёма или увеличения расхода топлива.

В общем случае задача определения степени превращения исходного вещества при прохождении его через печь должна решаться одновременно с расчетом температуры материала по длине печи. Однако для таких процессов, как кальцинация гидрата окиси алюминия, при которых реакция протекает с незначительным тепловым эффектом, определение степени превращения гидрата может рассматриваться как самостоятельная задача, если задано распределение температуры по длине печи.

В связи с этим определение концентрации исходного вещества в произвольном сечении может быть сведено к решению следующего уравнения однопараметрической диффузии:

(V.1)

где с - концентрация исходного вещества, %;

- коэффициент продольного перемешивания материала, м2/с;

v - скорость движения материала, м/с;

А0 - предэкспоненциальный множитель;

Е - энергия активации, ккал/моль;

R - газовая постоянная, ккал/мольК;

- температура, К;

l - линейный параметр печи, м.

Первый член уравнения определяет влияние продольного перемещения материала, второй член - влияние скорости движения, последний - кинетики процесса на степень превращения гидрата. Это уравнение (V.1) было использовано в качестве модели процесса кальцинации для оценки влияния изменений скорости движения материала, коэффициента продольного перемешивания и распределения температуры по длине печи на качество глинозёма.

Как показали расчёты, при обычных для промышленных условий колебаниях расходов воздуха, топлива и гидрата, наибольшее влияние на величину показателя качества глинозёма, оказывает изменение распределения температуры материала. Так, увеличение температуры на 20С в зоне ядра факела, увеличивает содержание -Al2O3 на 10%. Поэтому для заданной конструкции печи задача определения качества целевого продукта может быть сведена к нахождению взаимосвязи между показателем качества и температуры материала, измеряемой в нескольких точках печи.

Анализ решений уравнения (V.1) при нескольких заданных распределениях температуры материала, а затем эксперименты, проводившиеся во вращающихся печах, показали, что для процесса кальцинации необходимо и достаточно измерять температуру материала в двух точках на границах зоны перекристаллизации. При этом зависимость показателя качества глинозёма Y от температур 1 и 2 может быть представлена в виде уравнения линейной регрессии:

Y = a0 + a11 + a22 , (V.2),

где a0 - коэффициент, величина которого зависит от состояния теплотехнических устройств печи и потерь тепла на окружающую среду;

a1,a2-постоянные коэффициенты, учитывающие время пребывания материала в зоне действия соответствующих температур и степени влияния этих температур на формирование показателя качества глинозёма.

Уравнение (V.2) так же, как и уравнение (V.1), справедливо для стационарного процесса.

Коэффициенты a0, a1, a2 из статического массива одновременно измеренных 1 и 2 следует определять только в установившихся режимах при отсутствии возмущений. Оценка точности расчёта Y по уравнению (V.2) проводилась сравнением величин начального среднеквадратичного отклонения н экспериментально измеренных значений от величины математического ожидания, рассчитанных для всего массива экспериментальных данных, и остаточного среднеквадратичного отклонения 0 значений от расчётных значений Y, полученных при решении уравнения (V.2).

Удовлетворительные результаты расчёта обеспечиваются обычно, если 0 меньше Н в 1,5-2 раза. По величине 0 могут быть определены другие показатели точности Y.

Заметим, что никакая мера разности (Y-) не может служить достоверной оценкой удовлетворительного совпадения результатов расчёта по соотношению (V.2) с истинными значениями показателя качества глинозёма. Объясняется это тем, что расчёт можно проверить только сопоставлением с результатами лабораторных анализов, точность которых, с учётом не представительности пробы весьма низка. Так, заводская лаборатория при анализе одной пробы, разделённой на десять частей, выдаёт результаты, отличающиеся на 6% (абс.) содержания -Al2O3 и 0,1% (абс.) величины П.П.П. при соответствующих средних значениях 30 и 0,8%.

Таким образом, и расчётная величина Y, и измеренная в лаборатории не отражают достоверно истинное значение показателя качества глинозёма.

Если по заданной доверительной вероятности среднему квадратичному отклонению результатов анализов найти доверительный интервал результатов , а затем с той же доверительной вероятностью найти доверительный интервал по величине , то значения и не совпадают. При этом , что свидетельствует о недостоверности оценки точности расчёта сопоставлением с результатом лабораторных определений. Наоборот, если для значений и задать один и тот же доверительный интервал, то экспериментальное значение попадут в него 96, а расчётные значения в 88-92 случаях из 100. Однако нас прежде всего интересует число попаданий результатов определения в доверительный интервал, поскольку внутри него мы не имеем возможности отличать результаты расчётов из-за низкой точности лабораторных анализов.

Лучшее совпадение расчётных и экспериментальных значений доверительной вероятности при заданном доверительном интервале имеет место при нахождении коэффициентов уравнения линейной регрессии минимаксным методом. Идея метода заключается в том, чтобы подобрать такое сочетание коэффициентов, которое обеспечит наименьшее удаление самой удаленной точки от поверхности (, ). Расстояние от точки до плоскости определяется по формуле:

(V.3),

где n - число опытов.

Недостатком минимаксного метода определения коэффициентов, является чувствительность его к большим ошибкам измерения . Кроме того, если не известен порядок величин коэффициентов, процедура перебора их усложняет вычислительный алгоритм и занимает много времени. Поэтому определение коэффициентов уравнения регрессии лучше всего проводить в два этапа. Сначала используют метод наименьших квадратов, при котором определяют порядок величин a0, a1, a2 и проверяют статистический массив путем сопоставления с н. Если 0 в 1,5-2 раза меньше н, то это свидетельствует также об отсутствии в массиве больших по величине случайных ошибок. Затем, задавая диапазоны варьирования коэффициентов а0, a1, a2, уточняют их величины минимаксным методом. При такой процедуре обеспечивается попадание расчётных значений Y в заданный доверительный интервал при доверительной вероятности 96%. Если 1,5 н, то массив одновременно измеренных величин , и непригоден для определения коэффициентов уравнения (V.2). Причинами этого могут быть, например, недостаточный диапазон накопленных в массиве значений , и или существенное отличие режимов, при которых измерены эти значения, от установившихся.

Наблюдения за четырьмя вращающимися печами кальцинации показали, что коэффициенты a1 и a2 не нуждаются в корректировке, если не изменяется крупность кристаллов гидрата, а количество в нем примесей не выходит за допустимые ГОСТом пределы. Необходимость изменения коэффициента a0 возникает не чаще одного раза в полтора - два месяца и связана с сезонными изменениями температуры окружающей среды (в особенности для печей, расположенных под открытым небом) и состоянием теплотехнических устройств печи.

Необходимость корректировки величины a0 обнаруживается по появлению систематических ошибок одного знака в расчетах Y по сравнению с лабораторными определениями. Если лабораторные определения не проводят, то один раз в месяц необходимо при установившихся режимах работы печи, отбирать 10 проб глинозёма и сравнивать результаты их анализов с расчётными значениями.

Выше уже отмечалось, что уравнение (V.2) справедливо только для установившихся режимов процесса кальцинации. Однако такие режимы существуют лишь при отсутствии возмущений, что бывает не так уж часто в производственных условиях. Во время переходных процессов расчётные и экспериментальные определения Y отличаются существенно.

Хотя идеальный прогноз в реальных условиях неосуществим, можно воспользоваться каким-либо приближённым прогнозированием, например, по алгоритму оптимальной фильтрации. Такой алгоритм позволяет одновременно в значительной степени ослабить влияние шумов на качество расчёта. Однако при использовании этого метода возникает необходимость в большом объёме памяти УВМ.

Что же касается фильтрации шумов, то возможность использования более простого алгоритма основана на том обстоятельстве, что ручное или автоматическое управление процессом обеспечивает усреднение качества глинозёма. Это обстоятельство почти всегда имеет место, поскольку некоторое усреднение материала, начинающееся в печи за счёт продольного перемешивания, продолжается в холодильнике, системе пневмотранспорта глинозёма и завершается в силосах, где глинозём хранится до погрузки в вагоны. В результате усреднения среднесменные лабораторные анализы показателей качества удовлетворительно совпадают с лабораторными определениями тех же показателей отгружаемой продукции.

Исключение составляют случаи остановов печи и грубых нарушений режимов, когда величины п.п.п. и содержания -Al2O3 колеблются в течение смены больше, чем от 0,4 до 1,0% и от 15 до 40% соответственно. В этих случаях среднесменные определения не совпадают с анализом отгружаемой продукции.

Усреднение материала в печи позволяет заменить оптимальную фильтрацию с предсказанием температур материала более простой фильтрацией мгновенных значений и . Исследования показали, что удовлетворительные результаты получаются при использовании скользящего сглаживания температур по соотношению:

, (V.4)

где: - температура или в момент опроса датчика;

R - число запоминаемых значений или ;

t - период дискретности измерения;

j - номер изменения;

- сглаженное значение температуры в момент ti.

Таким образом, при расчёте Y в уравнении линейной регрессии должны подставляться не мгновенные значения и , а их сглаженные величины из соотношения (V.4). Очевидно, что это не приводит к уменьшению динамической погрешности расчёта Y(t), но зато позволяет получить удовлетворительное совпадение (в пределах погрешности лабораторных измерений показателя качества глинозёма) расчётных и экспериментальных величин Y за смену и, как следствие, совпадение расчётных определений с результатами анализов отгружаемого продукта.

Контроль величины п.п.п. или содержания -Al2O3 в глинозёме по среднесменным показателям не приносит практической пользы, если результаты контроля не используются для управления. Однако управление по среднесменным показателям не обеспечивает требуемой точности поддержания качества целевого продукта. В свою очередь, требуемая точность управления процессом не может быть достигнута при наличии большой динамической погрешности измерения y(t).

q

v2

x3 v1

x1

Рисунок 4.1 Структурная схема объекта.

Рассмотрим возможность разрешения этого противоречия, исходя из анализа динамической модели процесса.

Необходимость высокой точности поддержания Y(t) позволяет считать, что в переходных режимах отклонения y(t) от заданной величины невелики и поэтому для качественного анализа можно полагать объект управления линейным. Передаточные функции объекта могут быть найдены известными методами по экспериментальным переходным характеристикам, полученным при скачкообразным изменениям расхода гидрата x3 и расхода топлива g.

Передаточные функции W1(p) W3 (p) W5(p) W6(p) найдены непосредственно по переходным характеристикам приращением v1(t) и v2(t) к установившимся значениям температуры материала 1 и 2 соответственно. При определении переходных характеристик 1(t) и 2(t) были также получены экспериментальные переходные характеристики приращений y(t) к установившимся значениям Y при скачкообразных изменениях расходов гидроокиси алюминия и топлива. По этим переходным характеристикам были определены передаточные функции

W01(p) = y(p)/g(p) и W02(p) = y(p)/x3(p).

Для определения неизвестной функции W2(p) предположим, что канал v2y безинерционен. Такое предположение правомерно, поскольку температура 2 измеряется на выходе из печи, где процесс превращения гидроокиси уже закончен. W4(p)=a2, где a2 -коэффициент уравнения (V.2). По известным W01(p), W5(p), W6(p) и W4(p) определяется W2(p).

Зная передаточные функции W1(p) - W4(p) и W02(p), определяется функция W7(p).

Передаточные функции 110-м печи кальцинации приведены ниже:

В структурной схеме через x1 и x2 обозначены возмущения, обусловленные погрешностью измерения v1 и v2 соответственно. Эти погрешности вызываются изменениями теплоотдачи от материала к термопарам и зависят от многих факторов, связанных как с колебаниями мгновенных расходов материала и его физических свойств, так и с изменением теплопотерь в окружающую среду.

Адекватность динамической модели проверялась сопоставлением переходных характеристик y(t) в замкнутой системе с ПД-регулятором при скачкообразном изменении g и x3 , где в одном случае объектом управления являлась реальная печь, а в другом - ее динамическая модель. Параметры настройки реального регулятора подбирались таким образом, чтобы обеспечить при заданных величинах g и x3 минимум максимальных отклонений y(t)при ограничении времени регулирования. Выбранные параметры настройки были установлены при моделировании и затем проверены по тому же критерию на реальном объекте управления. Сравнение величин y(t)max в реальной системе и на модели показало, что они отличаются не более чем на 20%, что можно признать удовлетворительным для инженерных целей.

Следует, однако, заметить, что приведенная на рис. 4.1. динамическая модель не полностью отражает свойства объекта, так как в ней отсутствуют связи между расходом газов через печь и температурами материала. Учитывая сравнительно малое время (несколько десятых секунды) переходных процессов, можно считать эти каналы безинерционными и ограничиться определением только коэффициентов усиления. Результаты измерения расходов газа в печи при нескольких стационарных процессах показывают, что колебания этого расхода приводят к изменению протяженности и формы факела и, как следствие, к перераспределению тепла по длине печи. Это приводит к тому, что знаки v1 и v2 оказываются противоположными в отличии от случаев изменения x3 и g, когда v1 и v2 совпадают по знакам.

Анализ динамической модели показывает наличие в системе управления трех наиболее существенных источников динамической погрешности измерения y. Первый из них - канал с передаточной функцией W7(p), по которому приращение расхода сырья оказывает непосредственное влияние на y. Второй и третий - возмущения x1 и x2 , вызываемые погрешностью измерения v1 и v2 соответственно. Поэтому динамическую погрешность измерения y(t) наиболее целесообразно было бы минимизировать стабилизацией x3: в идеальном случае это привело бы к тому, что функция W7(p) = 0. При этом управлять величиной y(t) следовало бы изменением расхода топлива, тем более что запаздывание по каналу управления в этом случае меньше, чем при изменении расхода сырья.

Однако стабилизация подачи сырья, состоящего из гидроокиси и оборотной технологической пыли, вызывает большие трудности, связанные с отсутствием измерителей массы абразивного материала, нагретого до 200-250С. С другой стороны, влажная гидроокись плохо транспортируется. Поэтому питатель всегда устанавливают под бункером. Если учесть это, то монтаж весоизмерителя должен осуществляться между бункером и питателем по вертикали. Это приводит к нежелательному увеличению высоты строительных конструкций и здания.

Кроме того, изменение расхода топлива при изменении физических свойств сырья является не экономичным. В связи с этим величиной y(t) приходится управлять изменением расхода гидроокиси алюминия.

Учитывая, что изменение расхода гидроокиси по-разному влияет на приращения двух измеряемых температур v1 и v2, структурная схема, приведённая на рис.4.2., не может быть преобразована в одно суммарное звено, заключённое между точками съёма сигнала обратной связи и внесения управляющего воздействия, поскольку точек съёма две (v1 и v2), а управляющее воздействие одно(). Таким образом, структура регулятора и методы определения оптимальных параметров настройки в рассматриваемом случае должны отличаться от принятых обычно методов приближённого синтеза промышленных систем управления, использующих регуляторы стандартной структуры (П, ПИ, ПИД - законы регулирования).

4.3 Алгоритмы управления

Рассмотрим некоторые общие условия, которые должны соблюдаться для обеспечения заданной точности поддержания показателей качества глинозёма.

Как уже указывалось, из соображений экономичности управления и затруднений, связанных с отсутствием контроля части сырья, подаваемого в печь (оборотной технологической пыли), не всегда удаётся стабилизировать x3. Однако в законе управления всегда можно предусмотреть достаточно медленное перемещение ножа питателя гидроокиси с тем, чтобы передаточная функция W7(p)0. В этом случае самыми значительными источниками динамической погрешности управления величины y будут x1 и х2.

Рассмотрим замкнутую систему управления с регулятором, измеряющим температуру 1 и 2 (с соответствующими передаточными функциями V1(р) и V2(р)) и воздействующим на расход гидроокиси (рисунок 4.3).

V1 Х1

X3 y V2

X2

Рисунок 4.3 Структурная схема замкнутой системы управления

Анализ отношения передаточных функций регулятора V2(p)/V1(p) показывает, что в заданном диапазоне частот порядок числителя этого отношения не должен быть меньше порядка знаменателя. Физически это объясняется тем, что канал x32 более инерционен, чем канал x31. Поэтому для заданного диапазона частот можно отношение V2(p)/V1(p) с некоторым приближением заменить комбинацией безинерционного и реального дифференцирующего звеньев. Иными словами, управляющее воздействие должно зависеть не только от величин v1 и v2, но и от производной dv2/dt.

g

x3 y

x2

x1

Рисунок 4.4 Структурная схема системы управления с фильтрами Ф1, Ф2.

Эксперименты показали, что введение в уравнение (V.2) производной по времени от температуры в качестве четвёртого слагаемого существенно повышает точность расчёта в переходных процессах и обеспечивает соблюдение неравенства y.

Физически реализуемый приближённый эквивалент регулятора с передаточной функцией V1(p) был найден сравнительным исследованием ряда стандартных структур. Наилучшие результаты обеспечиваются при параллельном соединении реального дифференцирующего звена и инерционного звена первого порядка:

(V.5)

где: (р) - выходное воздействие регулятора;

R1, R2, Т1, Т2 - параметры настройки регулятора.

Регулятор с передаточной функцией (V.5) обеспечивает точность поддержания величины y, по крайней мере, в два раза выше, чем другие исследованные варианты сочетаний известных алгоритмов управления.

Во временной области система уравнений, описывающая закон управления (V.5), имеет вид:

(t) = 1(t) + 2(t),

(V.6)

Для численного решения уравнение, содержащее , преобразуется в систему

1 = 11 + R1y, (V.7)

Сопоставление характеристик, построенных при разных соотношениях величин R1, R2, Т1, Т2 (рис. 43), позволяют считать, что в большинстве случаев приемлемая форма переходного процесса получается при соблюдении:

b1 = Т1/Т2 = (0,4 0,6),

b2 = R1/R2 = (0,4 0,7). (V.8)

Коэффициент R2 следует определять по формуле

R2 = 1/R0, (V.9)

где: R0 - коэффициент усиления объекта регулирования по каналу y, найденный обработкой переходной характеристики объекта.

Первоначально величины b1 и b2 из диапазонов (V.8) выбираются произвольно. Затем по кривой, соответствующей выбранным значениям b1 и b2, проверяют, обеспечиваются ли при этих значениях наличие горизонтального участка переходной характеристики. Величина равна разнице между транспортными запаздываниями v2(t) и v1(t), возникающими при возмущении х3. Зная требуемую величину , можно по графику отградуировать ось t и определить величину Т2, после чего найти Т1 = b1Т2 и R1 = b2R2, где R2 - значение, полученное по формуле (V.9).

Найденные таким образом параметры уточняются экспериментально на объекте при настройке регулятора.

В некоторых случаях целесообразно отдать предпочтение таким настройкам регулятора, которые при отработке положительного скачкообразного входного сигнала обеспечат вслед за положительным первоначальным скачком, некоторое уменьшение величины и дальнейший ее плавный рост. В этом случае следует выбрать b1 = 0,2 0,5.

Вычисленные по алгоритму (V.8) значения должны постоянно добавляться к величине М0, которая соответствует начальному положению регулирующего органа. При включении системы управления значение М0 задается прокальщиком печи, а начальные значения 1(0) = 2(0) = 11(0) = 0 вводятся оператором УВМ.

Если печь кальцинации работает с циклонными теплообменниками для сушки материала, то первое равенство в системе (V.13) следует заменить выражением

(t) = 1(t) + 2(t) + 3(t) (V.10)

, при 0

3(t)= (V.11)

0 , при 0.

где - сглаженные значения температуры отходящих газов в момент опроса датчика и на предыдущем шаге соответственно.

Управление подачей топлива осуществляется по принципу каскадного регулирования: стабилизацией расхода топлива посредством локального ПИ-регулятора и изменением задания этому регулятору пропорционально величине и скорости изменения сглаженного значения температуры отходящих газов, передаваемой с УВМ. Разрежение в головке печи стабилизируют с помощью локального ПИ-регулятора.

4.4 Автоматизированная система управления качеством прокалки глинозёма

Автоматизированная система управления качеством прокалки глинозёма предназначена для получения глинозёма заданного качества, путём изменения расхода гидрата, поступающего в печь.

В состав системы входит локальная управляющая электронно-вычислительная машина Л-110, расположенная в помещении прокальщиков (огневая), и ниже перечисленные локальные средства КИП и А:

Система измерения температуры материала на 45 м от «горячей» головки печи (Т45).

Система измерения температуры глинозёма на выходе из печи (Тгл).

Система измерения температуры отходящих газов (Тог).

Система автоматической стабилизации расхода мазута в печь (Рм).

Система измерения и автоматического регулирования расхода гидрата в печь (С).

Величины параметров, измеряемых ниже перечисленными локальными системами, регистрируются вторичными самопишущими приборами, расположенными на щите КИП и А в помещении «огневой». Одновременно текущее значение этих параметров передается по линии связи в контроллер Л-110 для последующей их обработки по определённому алгоритму, вычисления расчётных значений качественных показателей глинозёма ( и ППП) и управляющего воздействия на расход гидрата, поступающего в печь. Ломиконт Л - 110 состоит из устройств связи с объектом УСО, микропроцессорного вычислителя, устройств связи с оператором, устройств внешней интерфейсной связи, внутриблочной интерфейсной связи ВИС, устройств питания и переключения.

УСО обеспечивает приём и ввод аналоговых сигналов (0 - 5, 0 - 20, 4 - 20 мА и 0 - 10 В) через модули разделения гальванические РГ. Входной разделитель РГ1 обслуживает 8 каналов, РГ2 - четыре выходных канала. В УСО также входят модули для преобразования цифровых сигналов в дискретные ЦДП, дискретных сигналов в цифровые ДЦП или импульсные ЦИП. Модуль ЦИП применяется в комплекте с исполнительными механизмами постоянной скорости; широтно-импульсная модуляция выходного сигнала выполняется программно. Модуль ЦДП управляет электроаппаратурой (реле, пускателями и т.п.). Модули ДЦП, ЦДП и ЦИП имеют гальваническую развязку.

Микропроцессорный вычислитель состоит из процессора ПРЦ, который построен на твёрдотельных БИС серии К580, функционального расширителя процессора ФРП, постоянного запоминающего устройства ПЗУ и оперативного запоминающего устройства ОЗУ. ПРЦ и ФРП обрабатывают информацию в соответствии с заданной программой. Период квантования входных сигналов 0,27; 0,51; 1,02 и 2,04 с.

Программа, организующая процесс вычислений, библиотека программ всех алгоритмов управления, программа обслуживания панели оператора и внешних устройств, программа тестирования и самодиагностики введены в модуль ПЗУ.

В модулях ОЗУ хранятся параметры, которые может изменять оператор: информация о выбранных алгоритмах управления, об установленной конфигурации, коэффициентах, режимах, задании, времени цикла квантования. В ОЗУ также хранится накапливающаяся информация для временного хранения промежуточных результатов вычислений. В состав устройств связи с оператором входят панель оператора ПО, умощнитель магистрали УМ2, модуль сигнализации отказа МСО и модуль индикации МИН.

Панель оператора служит средством общения человека с контроллером, которое ведётся на двух уровнях: на первом выбирается режим работы контроллера, изменяются сигналы задания и ручного управления, контролируются значения технологических переменных; на втором устанавливается требуемая конфигурация регулирующего контура, выбираются алгоритмы управления и параметры статической и динамической настройки контура.

Всё управление ломиконтом ведётся с помощью клавишей, обозначенных терминами или символами. Для представления информации оператору используются цифровые индикаторы и сигнализаторы на светодиодах.

Модуль УМ2 позволяет сопрягать панель оператора с внутриблочным цифровым интерфейсом ломиконта и удалять её на расстояние до 3 метров.

Модуль МСО содержит светодиодные индикаторы, сигнализирующие о неисправности блока стабилизированного питания, неисправности резервного питания, об ошибках при выполнении программы. Модуль имеет дискретный выход - отказ, который сигнализирует о неисправности в аппаратурном и программном обеспечении Л - 110.

К устройствам питания и переключения относятся блок питания стабилизированный БПС, блок преобразования напряжения БПН, блок переключения резерва БПР и резервная батарея 4,5В, автоматически подключаемая к ОЗУ при отключении сетевого питания. Блок БПР по команде поступившей с выхода - отказа переключает выходные цепи с рабочего ломиконта на резервный. Один блок коммутирует 8 контуров. Каждый контур состоит из двух входов и одного выхода.

Ломиконт относится к проектно - компонуемым изделиям. Состав его аппаратуры определяется в соответствии с необходимым числом каналов управления и числом входных и выходных сигналов.

На рисунке 4.5 изображена структурная схема ломиконта Л-110.

Качественными показателями глинозёма являются величина потерь, после прокаливания (ППП) и содержание -модификации глинозёма. Стабилизация или ППП на заданном уровне при колебании влажности гидрата, калорийности топлива т.д. путём изменения загрузки печей гидратом позволяет получать глинозём требуемого качества.

Прогнозируемые качественные показатели глинозёма ( и ППП) можно определить косвенным путем по следующим статистическим уравнениям:

ППП = а1 - 0,004 Т45 - 0,0028 Тгл; (1)

= -в1 + 0,11 Т45 + 0,05 Тгл (2)

где а1 и в1 - постоянные коэффициенты, величина которых зависит от состояния теплотехнических устройств печи и потерь тепла в окружающую среду. Эти коэффициенты периодически корректируются по разовым анализам глинозёма из печи.

Т45 - температура материала на 45 метров от «горячей» головки печи.

Тгл - температура глинозема на выходе из печи.

Текущие значения и ППП по уравнениям (1) - (2) рассчитываются ЭВМ и через каждые 30 секунд передаются на монитор в помещении «огневой». Следует помнить, что сбой в работе любой из двух систем измерения температур Т45 и Тгл приведёт к неверному расчёту и ППП ЭВМ, поэтому необходимо обращать повышенное внимание на работу этих систем.

Из уравнений (1) и (2) видно, что и , и ППП есть функции двух одних и тех же переменных - Т45 и Тгл. Поэтому управление загрузкой гидратом печей кальцинации в данной системе ведётся по одному из этих показателей, а именно по . Стабилизируя на заданном уровне (33 35%), автоматически получаем требуемые качественные показатели глинозёма и по ППП.

Управление загрузкой гидрата в печь на данном этапе внедрения АС ведётся при стабилизированном на заданном уровне расходе мазута. В дальнейшем предполагается внедрение системы стабилизации температуры отходящих газов Тог, путём изменения расхода мазута.

Управление печью с применением прогнозируемого контроля качества может производиться в 3-х режимах: дистанционном, автоматическом и от ЭВМ.

Дистанционный режим работы используется, когда управление загрузкой неосуществимо в автоматическом режиме и от ЭВМ в результате сбоя в работе ЭВМ или локальных средств автоматизации. В этом случае на блоке управления дозатором поставить режим «дистанционное» и задатчиком скорости дозатора выставить необходимое значение расхода мазута.

При установке выбранного значения производительности прокальщик должен ориентироваться на показания - модификации глинозема, рассчитываемое ЭВМ, а в случае его неисправности - на показания приборов, фиксирующих температуру глинозёма, температуру отходящих газов, на показания газоанализаторов и на другие косвенные параметры.

В данном режиме работы текущее значение производительности будет непрерывно меняться в довольно широком диапазоне относительно заданного, так как при постоянной скорости подачи глинозема в печь его масса на ленте непрерывно меняется, так как производительность пропорциональна как массе материала на ленте, так и скорости его подачи в печь. Нестабильность текущего значения производительности отрицательно сказывается на работе печи, поэтому данный режим работы считается аварийным.

В автоматическом режиме система функционирует в случае сбоя в работе ЭВМ или систем измерения температур, но при этом дозатор работает нормально.

В этом случае на блоке управления дозатором поставить положение «автоматическое». В дальнейшем дозатор автоматически будет выдерживать заданную производительность путем изменения скорости подачи гидрата в печь при изменении его массы на ленте.

При автоматическом режиме работы системы прокальщик по показаниям вторичных приборов, а также по результатам химических анализов должен периодически оценивать качество прокалки глинозема и при необходимости корректировать заданное значение производительности.

Управление от ЭВМ - основной режим работы системы. В этом случае регулирование загрузки почти гидратом осуществляется следующим образом: ЭВМ рассчитывает текущее значение величины - модификации глинозёма (тек.) и сравнивает его с заданным (0). 0 вводится в ЭВМ оператором ИВЦ по согласованию с прокальщиком. В зависимости от величины рассогласования между тек. и 0 в схему управления дозатором гидрата выдаётся управляющий сигнал на уменьшение или увеличение расхода гидрата в печь, с целью уменьшения этого рассогласования и текущее значение. тек приближается к заданному 0.

Для уменьшения влияния сбоев ЭВМ и локальных средств КИП и А на нормальную работу печей в алгоритме управления предусмотрены ограничения по управляющему воздействию на расход гидрата: рабочий диапазон изменения загрузки предусмотрен от 40 т/ч до 85 т/ч по всем печам.

4.5 Корректировка коэффициентов в расчётных уравнениях

С целью обеспечения более точных расчётов и ППП следует периодически контролировать эти расчёты с помощью физико-химических анализов и при необходимости производить корректировку коэффициентов а1 и в1 статистических уравнений (1) и (2). Т.к. управление качеством прокалки глинозёма ведется по -модификации, то в первую очередь контролю и корректировке подлежит коэффициент 1 в уравнении (1).

Для расчёта поправки в, коэффициента в1 и последующего ввода полученных значений в ЭВМ необходимо выполнить следующее: