Разработка автоматизированной системы управления сбором и отображением информации на установке продувки азотом (105237)

Посмотреть архив целиком

39



АННОТАЦИЯ



Пояснительная записка к дипломному проекту "Разработка автоматизированной системы управления сбором, обработкой и отображением информации на установке продувки стали азотом (аргоном) электросталеплавильного цеха №2 общества с ограниченной ответственностью "Сталь Кузнецкого металлургического комбината".

Дипломный проект по специальности "Технология, математическое обеспечение и автоматизация литейных процессов (110403). – Новокузнецк, 2002. – 113с. Табл.18, ил. 25, источников 36, приложений 1, чертежей 6 листов.

Ключевые слова: автоматизированная система, сбор, обработка и отображение информации, алгоритм, модель, установка продувки стали азотом (аргоном), технология, представление информации, химический состав, экономический эффект.

Объектом исследования является процесс обработки металла на установке продувки стали азотом (аргоном) (УПСА).

В дипломном проекте проведено изучение технологии обработки стали в ковше применительно к ООО "Сталь КМК" с целью снижения экономических затрат на осуществление вышеуказанного процесса.

В работе проведен ряд технологических исследований для создания подсистемы автоматизированной системы управления технологическим процессом УПСА.


Исполнитель Карпинский А.В.

THE SUMMARY




СОДЕРЖАНИЕ



ВВЕДЕНИЕ 6

1 ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАВОДА, ПОТОКОВ СЫРЬЯ И ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ 8

1.1 Характеристика металлургического комплекса дочерних предприятий ОАО "КМК" 8

1.2 Характеристика электросталеплавильного производства 13

1.3 Характеристика ДСП – 100И7 15

1.4 Характеристика УПСА 20

1.5 Постановка задачи 24

2 РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ СБОРА, ОБРАБОТКИ И ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ НА УПСА 25

2.1 Проверка достоверности и восстановления первичной информации на УПСА 25

2.2 Математическое описание 28

2.3 Анализ работы алгоритма оценки достоверности и восстановления первичной информации 34

2.4 Оценка и контроль масс дозируемых материалов 40

2.5 Алгоритм распознавания свищей продувочной фурмы 48

3 ТЕХНИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ СБОРА, ОБРАБОТКИ И ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ НА УПСА 58

3.1 Общая техническая структура АСУ ТП УПСА 58

3.1.1 Обоснование и краткая характеристика основных решений по функциональной и обеспечивающей частям АСУ ТП УПСА 58

3.1.2 Назначение АСУ ТП УПСА 62

3.1.3 Описание параметров, использующихся в АСУ ТП УПСА 63

4 ОТОБРАЖЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ В АСУ ТП УПСА 69

5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 78

6 ОХРАНА ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 85

6.1 Анализ условий труда на объекте проектирования 85

6.1.1 Анализ условий труда на УПСА в ЭСПЦ-2 ООО "Сталь КМК" 85

6.2 Мероприятия по безопасности труда при эксплуатации УПСА 93

6.3 Мероприятия по производственной санитарии 97

6.4 Пожарная безопасность 101

6.5 Охрана окружающей среды 103

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 107

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ 108

ПРИЛОЖЕНИЕ А 111

Мероприятия при чрезвычайных ситуациях 111


ВВЕДЕНИЕ



Сложившаяся в настоящее время экономическая ситуация требует от предприятий черной металлургии выпуска продукции, конкурентоспособной на внутреннем и внешнем рынках. Конкурентоспособность во многом определяется стоимостью и качеством продукции, что в свою очередь обусловлено применяемой технологией, контролем за точностью ее соблюдения, а также количеством и стоимостью используемых в работе материалов.

Сегодня, как правило, технология производства стали предполагает использование внепечной обработки металла в том или ином виде, от простейших установок до агрегатов комплексной обработки стали с вакуумированием.

При использовании агрегатов внепечной обработки стали осуществляется доведение металла по химическому составу и корректировка его температуры путем подачи ферросплавов и продувки инертным газом. При этом ставится задача экономного расходования корректирующих добавок и более точного попадания в узкие пределы по химическому составу, чем на основном технологическом агрегате.

В составе электросталеплавильного цеха №2 ООО "Сталь КМК" работают две установки продувки стали азотом (аргоном) – УПСА. Планируется произвести демонтаж недостроенного агрегата комплексной обработки стали (АКОС) и начать строительство нового АКОС, удовлетворяющего современным требованиям.

Анализ технологии, применяемой при работе агрегатов внепечной обработки стали, показал, что необходимо вести более точный контроль за сбором и обработкой информации о состоянии металла и оперативно представлять эту информацию операторам в виде различного рода графиков и таблиц с использованием предыстории процесса.

Поэтому в работе было выбрано практическое направление – создание подсистемы автоматизированного сбора, обработки и отображения информации в рамках общей автоматизированной системы управления технологическим процессом УПСА (АСУ ТП УПСА).

Для возможности создания автоматизированной системы требовалось провести ряд технологических исследований с использованием паспортных данных, данных автоматизированного сбора информации и специальной регистрации при наблюдении за процессом обработки металла в ковше. Для исследования рассматривали температуру металла при поступлении на УПСА, угоревшие массы материалов, время обработки в ковше и другое.

После проведенных исследований появилась возможность проведения сбора, обработки и отображения информации на УПСА по определенным алгоритмам, используемым в автоматизированной системе управления.

1 ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАВОДА, ПОТОКОВ СЫРЬЯ И ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ



1.1 Характеристика металлургического комплекса дочерних предприятий ОАО "КМК"


В состав металлургического завода входят следующие подразделения: коксохимическое, доменное, сталеплавильное, прокатное, цехи отдела главного механика, цехи отдела главного энергетика, автотранспортный цех, ремонтно-строительные цехи, цехи металлоизделий.


КОКСОХИМПРОИЗВОДСТВО (КХП)


В состав КХП входят следующие цехи: углеподготовительный, коксовый, цехи улавливания.

Углеподготовительный цех имеет в своем составе угле приемные ямы, вагоноопрокидыватель, два отделения окончательного дробления углей, два дозировочных отделения, смесительные отделения и четыре угольные башни, конвейеры для транспортировки углей и шихты с галереями и мостами.

Коксовый цех состоит из восьми коксовых батарей. Период коксования на батареях 1…6 – 14,7ч. На коксовой установке девять углезагрузочных вагонов, девять коксовыталкивателей, семь коксотушильных вагонов, восемь электровозов, десять двересъемных машин. Тушение кокса осуществляется в четырех тушильных башнях автоматически по программе. Фенольная вода после биохимочистки подается на тушение кокса непосредственно насосами. В цехе три коксосортировки, где кокс разделывается на следующие классы: 40мм, 25-40мм, 10-15мм, 0-10мм.

Цех управления №1 состоит из следующих отделений: конденсация газа, машинного, аммиачно–перидинного, сульфатного, обезвоживания смолы, бустерной станции и обесфеноливающей установки. Продукцией цеха является аммиак и сульфат аммония. Цех управления №2 включает отделения окончательного охлаждения газа и улавливания бензола. В цехе имеется два нафталинопромывателя пластинчатого типа для промывки вод от нафталина. Продукцией цеха является бензол и каменноугольная смола.


ДОМЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО


В состав доменного производства входят пять печей, в том числе, объемом 1310м3 - четыре (в настоящее время печь №1 законсервирована), 1719м3 – одна. Общий полезный объем доменных печей по цеху 6959м3.

Для транспортировки чугуна и шлака используются чугуновозные ковши емкостью до 100 т и шлаковозные ковши емкостью 11-16м3.


СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО


В состав сталеплавильного производства входят следующие цехи: мартеновский №1, №2 (в настоящее время оба цеха объединены в один сталеплавильный цех); электросталеплавильный №1, №2; копровый, цех подготовки составов.

Копровый цех состоит из пяти производственных участков, где осуществляется разделка скрапа до габаритных размеров.


ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО


Прокатное производство включает в себя цехи: обжимной с блюмингом 1100 и последовательно расположенным заготовочным станком 900; рельсобалочный; цех рельсовых скреплений; среднесортный с шаропрокатным станом; листопрокатный; сортопрокатный со станами 750, 450, 360, 280 и тонколистовой стан 1000.

Обжимной цех. Для обработки товарной заготовки, прокатываемой обжимным цехом, имеется отдельный пролет с двумя мостовыми кранами грузоподъемностью 10т. каждый. Заготовки для всех прокатных станов (за исключением рельсобалочного) передаются из обжимного цеха на железнодорожных вагонах.

Рельсобалочный стан выпускает рельсы длиной 25 и 12,5м с закаленными концами. Закалка производится на горячих стеллажах водоструйными аппаратами, используется тепло, оставшееся после прокатки. После закалки рельсы поступают в короба замедленного охлаждения. Загрузка и выгрузка рельсов производится мостовыми кранами с электромагнитами грузоподъемностью 15т. Для отделки длинномерных рельсов и других видов проката имеется отделение отделки проката, рельсов с проектной производительностью 750000 т/год, в котором установлены две правильные машины, три вертикально-правильных пресса, два горизонтально-правильных цеха, четыре поточных автоматических линии с шестнадцатью сверлильно-фрезерными станками, пила холодной резки. Для уборки и погрузки прокатной продукции имеется четыре электромостовых крана. Кроме того, для отделки рельсов и других видов проката имеется рельсоотделочная мастерская, в которой установлены две правильные машины, четыре штемпельных пресса и четырнадцать сверлильно-фрезерных станков.

Листопрокатный цех. Склад слябов занимает часть соседнего со станом пролета. Склад обслуживается двумя мостовыми кранами. В пролете стана установлены: а) правильная одиннадцативалковая машина для правки листов толщиной 5-12мм; б) дисковые ножницы; максимальная толщина разрезаемых листов на дисковых ножницах – 25мм, на гильотинных ножницах-25мм. В пролете склада готовой продукции, смежным со становым, имеются два магнитных крана грузоподъемностью 15т. Имеется термическое отделение с четырьмя камерными печами с вытяжным подом, с тремя мостовыми кранами грузоподъемность 10т. Травление листов производится в травильном отделении, имеющем четыре кислотных ванны, одну промывочную ванну и три мостовых крана грузоподъемностью по 5т. Здесь же расположена площадка для зачистки поверхности листов ручными машинками.



ЦЕХИ УПРАВЛЕНИЯ ГЛАВНОГО МЕХАНИКА (УГМ)


В УГМ входят следующие цехи: литейный, ремонтно-механический, сварочная лаборатория. Литейный цех включает следующие участки: участок производства изложниц, участок чугунного фасонного и машинного литья, участок стального фасонного и машинного литья, участок цветного литья, участок производства прокатных валков, участок отливки пробок для изложниц, участок мартеновского производства, подготовки и хранения шихтовых материалов, рубки изложниц, чугунного. Для обеспечения производства жидким металлом в цехе имеются: две вагранки производительностью 14т/ч, одна вагранка производительностью 57т/ч, две электропечи “Детройт” емкостью по 500 кг, электросталеплавильная печь, мартеновская печь емкостью 30 т, электросталеплавильная печь ДСП-10 емкостью 10 т. В цехе 33 мостовых крана. Имеется модельное отделение.


ЦЕХИ УПРАВЛЕНИЯ ГЛАВНОГО ЭНЕРГЕТИКА (УГЭ)


В состав УГЭ входят следующие цехи: теплоэлектроцентраль, газовый, цех водоснабжения, электроремонтный, технологической диспетчеризации.


УПРАВЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА


Железнодорожный транспорт завода примыкает к станциям Новокузнецк пассажирская и Новокузнецк сортировочная Западно-Сибирской железной дороги.


АВТОТРАНСПОРТНЫЙ ЦЕХ


Использует автотранспорт для внутренних перевозок, для обеспечения цехов различными материалами, оборудованием, запчастями, а так же материалами для выполнения строительных работ.


ЦЕХИ ПРОИЗВОДСТВА ТОВАРОВ НАРОДНОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ


Цех эмалированной посуды выпускает железную эмалированную посуду: бидоны, ведра с крышками, кастрюли, кофейники, кружки питьевые, миски, тазы, тарелки, чайники и пр. Проектная мощность цеха 10000т. в год.

Имеется цех сложнобытовой техники.


1.2 Характеристика электросталеплавильного производства


Электросталеплавильный цех - 2 (ЭСПЦ - 2) ООО "Сталь КМК" представляет собой сложный технологический комплекс, состоящий из ряда взаимосвязанных агрегатов. Цех имеет в своем составе две электропечи по 100т каждая. Кроме того, цех оснащен двумя сортовыми машинами непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), каждая из которых имеет четыре ручья. Перед отправкой на МНЛЗ металл обрабатывается на установках продувки стали азотом/аргоном (УПСА). В настоящее время строится агрегат комплексной обработки стали (АКОС), который позволит в дополнение к УПСА подогревать металл и осуществлять большее количество операций по доводке стали до требуемого качества в ковше. Связи агрегатов, основные технологические потоки показаны на рис.1.

Описание действующей и проектируемой технологии в ЭСПЦ - 2 далее приводится по агрегатам.































Рисунок 1 – Технологическая схема ЭСПЦ-2

1.3 Характеристика ДСП – 100И7


Дуговая электропечь ДСП - 100И7 используется в составе электросталеплавильного комплекса (ДСП - 100, УПСА, АКОС - 100, МНЛЗ) (см. рисунок 1), где использованы технологические и организационные решения, направленные на достижение устойчивой предельной производительности всей технологической цепочки в целом, а именно - выплавка стали, осуществляется в двух технологических взаимосвязанных агрегатах: дуговой сталеплавильной печи и агрегате внепечной обработки стали.

В ДСП выплавляют быстрорежущие, инструментальные, конструкционные, нержавеющие, трансформаторные, жаропрочные, шарикоподшипниковые и другие стали.

В ДСП осуществляется расплавление скрапа и кислородная продувка жидкой ванны с последующей короткой доводкой (или вообще без доводки) металла по химическому составу и температуре. Печной шлак не участвует в рафинировании стали и скачивается из печи перед сливом металла. По окончании окислительного периода плавки полученный полупродукт выпускается из печи в тигель-ковш, где и осуществляется окончательная доводка стали до заданной марки.

Использование ДСП - 100 для процессов плавления шихты и окисления примесей жидкой ванны обеспечивает выпуск стандартного полупродукта для различных марок стали, при этом сокращается время выдержки жидкого металла в печи, уменьшается износ футеровки и повышается производительность печи.

Печь ДСП - 100 имеет следующие основные параметры:


емкость номинальная, т

100

мощность трансформатора, МВ

7.5

пределы вторичного напряжения, В

(761-654)-250

диаметр электрода, мм

610

время расплавления под током, мин

<70

расход электроэнергии на расплавление, мДж/т

1500

расход воды на охлаждение печи, м3/час

500

В конструкции ДСП - 100 использованы водоохлаждаемые элементы футеровки и свода, газокислородные горелки, высокомощный трансформатор со ступенями постоянной мощности; осуществлен наклон электродов к вертикали, обеспечивающий сближение их нижних концов для проплавления общего колодца в шихте.

Печь загружается сверху грейферной корзиной, при этом свод поднимается и вместе с электродами отводится в сторону слива металла. Возможна непрерывная подача металлизированных окатышей через загрузочное устройство в своде печи.

Наличие ступеней постоянной мощности расширяет возможности разработки рациональных энергетических режимов плавки в дуговой печи.

Для интенсификации расплавления шихты печь снабжена двумя сводовыми топливно-кислородными горелками. Применение водоохлаждаемых элементов сокращает расход огнеупоров и уменьшает простои на холодные ремонты футеровки. Однако простои печи с водоохлаждаемой футеровкой по ходу плавки вызывают потери энергии, которые необходимо восполнять после включения печи. Остановки печи в период раскисления, например, из-за несвоевременно проведенной подвалки шихты, могут привести к "замораживанию" расплава, так как водоохлаждаемая футеровка не аккумулирует тепло.

Приведенные конструктивные особенности ДСП - 100 влияют и на технологию выплавки стали и, главным образом, определяют необходимость предельного сокращения продолжительности жидких периодов в печи и проведение доводки металла во внешних рафинировочных агрегатах.

В состав оборудования ДСП - 100 входят:

  • электрогидравлический регулятор электрического режима АРФГ - 400/6, 3-Н с гидравлическим приводом перемещения электродов;

  • печной трансформатор; механизм наклона ванны печи; механизм подъема и поворота свода;

  • система охлаждения элементов стен, свода и токопровода;

  • фурма для продувки металла кислородом; устройство замера температуры металла в печи;

  • система отвода газов из печи;

  • датчики технологических параметров (температура, давление, вес, расход) смежных с ДСП —100 систем;

  • насосно-аккумуляторная станция.

Сведения о технологическом процессе, регламенте и режиме. Технологический процесс выплавки стали, является непрерывно-дискретным с наличием значительного количества неконтролируемых возмущений и помех. Кроме того, он характеризуется отсутствием возможности непрерывного контроля основных переменных электротермического процесса (температура металла, концентрация компонентов и т.д.) и сложностью математических моделей взаимосвязи основных переменных процесса и нерешенностью задач их параметрической идентификации.

Электропечь ДСП -100 эксплуатируется в технологической линии с установкой внепечной обработки стали на МНЛЗ, и используется, в основном, в качестве высокопроизводительного плавильного агрегата. Длительность плавки при производительности технологической линии 400 - 500 тыс. т. стали в год не должна превышать 100 мин. При этом продолжительность периодов плавки должна соответствовать следующим ориентировочным показателям:

  • предплавочные операции (заправка, завалка, подвалка, замена и перепуск электродов) - не более 20 мин;

  • расплавление (под током) - не более 55 мин;

  • доводка и выпуск - не более 25 мин.

Технология производства стали в ДСП - 100 высокой производительности, характеризуется следующими основными положениями:

    1. Марочный сортамент включает углеродистые, низколегированные, легированные стали.

    2. Основным принципом технологического процесса является ориентация плавки в печи на расплавление шихты, окислительное рафинирование (дефосфорация, обезуглероживание) и нагрев металла до температуры выпуска (1600 - 1700°С) с последующей десульфурацией, легированием, корректировкой состава и температуры в ковше при внепечной обработке, в том числе и с дуговым подогревом стали. При отсутствии подогрева в ковше операция легирования может частично осуществляться в печи.

    3. Основными составляющими шихты являются подготовленный стальной лом и внутризаводские отходы, а также чушковый чугун. При наличии особых требований к качеству стали в состав шихты включаются металлизированные окатыши. Металлозавалка готовится в скрапном отделении цеха, где подготовленный лом с помощью кранов загружается в завалочные корзины. Корзины в процессе заполнения шихтой взвешиваются. Металлозавалка должна составляться таким образом, чтобы обеспечить загрузку печи не более чем в два приема: завалка - 70 - 75 т., подвалка - 35 - 40 т. Общий вес загружаемой шихты - не более 115 т.

    4. Добавочные материалы (шлакообразующие, ферросплавы, кокс, окатыши) догружаются в печь через отверстие в своде. В отдельных случаях легирующие вводятся через рабочее окно мульдозавалочной машиной. Предусматривается также подача материалов в ковш. Шлакообразующие материалы и ферросплавы, используемые для выплавки и внепечной обработки металла, соответствуют стандартам и техническим условиям.

    5. Для интенсификации расплавления шихты используются газокислородные горелки ориентировочной мощностью по 7 МПа. При общей длительности расплавления под током 50-55 мин. длительность работы горелок составляет 15-20 мин. Максимальный расход газа на горелку составляет 700 нм3/час, максимальный расход кислорода 1400 нм3/час.

    6. Кислород для окислительного рафинирования подается через фурму, вводимую в печь. Расход кислорода составляет 50 м3/мин при давлении 1,2 - 1,5 Мпа. Длительность продувки – 15 - 40 мин.

    7. Для обеспечения необходимой стойкости футеровки и снижения потерь энергии во время доплавления шихты и нагрева жидкого металла формируют пенистый шлак, экранирующий дуги, присадками по ходу плавки известняка или извести, кокса, окислительных окатышей или вводя кислород через погруженную в металл фурму.

    8. Для контроля химического состава металла в процессе плавки отбираются 3 - 4 пробы металла из печи и 1 - 2 - из ковша при внепечной обработке. Время от момента отбора проб да получения результатов анализа составляет 8-10 мин.

    9. Выпуск стали из печи, производиться без печного окисленного шлака, оставляемого в электропечи с некоторым количеством металла (до 10 т.). Масса металла, сливаемого в ковш, измеряется взвешивающим устройством на сталевозе. Периодически, через 5-7 плавок, металл и шлак выпускаются полностью, после чего производится заправка футеровки печи.

Технологический процесс выплавки стали в ДСП - 100 состоит из следующих основных операций и стадий:

      • загрузка шихты в печь;

      • закрытие свода;

      • перевод скрапа в жидкое состояние, представляющий собой ряд стадий (заглубление электродов, проплавление колодцев, формирование зоны плавления, расплавление, подвалку скрапа);

      • окислительное рафинирование с помощью кислородной продувки; отбор проб металла; замеры температуры металла; подача в печь шлакообразующих;

      • выпуск металла из печи, включающий отворот свода и наклон ванны.

Поддержание на каждой стадии оптимальных электрорежимов позволяет минимизировать продолжительность расплавления и расход электроэнергии.

Под оптимальным режимом работы ДСП - 100 понимается работа с максимальным термическим КПД при соблюдении ограничений, накладываемых на температуру футерованной части стен и свода, на тепловой поток с водоохлаждаемых элементов стен и свода и на электрические параметры трансформатора, короткой сети и электродов.


1.4 Характеристика УПСА


Технологическая схема УПСА показана на рисунке 2.

В комплексе ОНРС ЭСПЦ-2 ООО «Сталь КМК» предусмотрено сооружение агрегата в составе двух установок для обработки стали азотом/аргоном и порошками за каждой электропечью. Производительность одной установки - до восьми плавок в сутки. Интервал выдачи плавок с электропечи - 3 часа. Продолжительность обработки стали - до 15 мин. Режим работы - непрерывный, трехсменный. Максимальный вес жидкой стали в ковше - 110-115т.

Агрегат доводки металла предназначен для выполнения следующих технологических операций:

  1. продувка металла аргоном через неохлаждаемую фурму с целью усреднения его химического состава и выравнивания температуры по всему объему ковша, а также доведение температуры расплава перед разливкой до требуемого уровня;

  2. продувка металла невысокоактивными порошкообразными реагентами в струе азота/аргона с целью науглероживания, десульфурации;

  3. дозированная подача кусковых ферросплавов для легирования и коррекции химического состава стали по марганцу, кремнию и др. элементам;

  4. дозированная подача алюминиевой проволоки с целью раскисления и легирования стали;

  5. охлаждение расплава присаживаемой дозированными порциями металлической сечки;

  6. автоматизированный отбор проб металла для экспресс-анализа стали, замер температуры и степени окисленности.
































Рисунок 2 – Технологическая схема УПСА

Технологический процесс.

После выпуска плавки ковш с металлом транспортируется на УПСА. Ковш устанавливается оператором в заданное положение, опускается защитная футерованная крышка.

Продувка металла азотом/аргоном. Задается время продувки, расход азота/аргона общий и в единицу времени (30 - 60 м3/час), включается устройство на опускание фурмы в ковш. Включение подачи азота/аргона осуществляется автоматически при включении привода опускания фурмы. При достижении заданной глубины погружения (на 90 - 95 % глубины металла в ковше - 200-300 мм до дна) устройство ввода фурмы отключается. Проводится кратковременная (около 3 мин) продувка металла азотом/аргоном с целью усреднения химического состава и температуры. После продувки заданного расхода азота/аргона фурма выводится из ковша, а при достижении крайнего верхнего положения отключается подача азота/аргона.

Производится замер температуры и, если требуется, окисленности и отбор проб металла с целью получения информации о химическом составе.

Если химический состав и температура металла не удовлетворяют требованиям, соответствующим заданной марке стали, то рассчитываются и задаются в ковш требуемые порции ферросплавов и металлической сечки, подается алюминиевая проволока и может производиться продувка металла порошкообразными материалами.

Охлаждение металла. Корректировка больших отклонений температуры металла от заданного уровня производится добавлением металлической сечки (0,625 кг сечки на 1 т металла снижает его температуру на 1°С). Присадка металлической сечки производится отдельными порциями по 100 - 300 кг с интервалом 1-2 мин. После присадки последней порции сечки продувка металла азотом/аргоном должна быть не менее 3 мин.

Для коррекции малых отклонений температуры сталь продувается азотом/аргоном в течение 5 - 10 мин., исходя из получения температуры, необходимой для разливки стали. В процессе продувки металла азотом/аргоном температура снижается на 1,5 - 2С/мин.

Доводка химического состава стали по марганцу, кремнию и другим элементам. Масса корректирующей добавки определяется по результатам экспресс-анализа пробы металла.

После введения корректирующей добавки металл продувается азотом/аргоном в течение 3-6 мин. в зависимости от массы присаженных ферросплавов.

Раскисление, легирование и доводка химического состава стали по содержанию алюминия. Алюминиевая проволока диаметром 9 - 12 мм для раскисления и легирования задается из бунтов с постоянной скоростью.

Количество алюминия определяется по данным экспресс-анализа, исходя из получения концентрации алюминия на 0,01% выше верхнего марочного предела при 50% усвоении. Интенсивность подачи азота/аргона 30...60 м3/час.

Введение алюминия в металл возможно совмещать с присадкой ферросплавов.

Доводка химического состава металла по содержанию углерода. Корректировка состава стали по углероду производится путем вдувания в металл молотого коксика или графита в струе азота/аргона (фракция не более 2 мм). Углеродосодержащие добавки вводятся в ковш с постоянной скоростью после погружения в металл фурмы. Расход порошка углеродосодержащих материалов определяется, исходя из 90% усвоения углерода, содержащегося в графите или коксе. Интенсивность подачи азота/аргона - 40... 60 м3/час.

Десульфурация стали. Для десульфурации сталь обрабатывается смесью порошков извести (85-90%) и плавикового шпата (10-15%) в струе азота/аргона. Металл продувается с интенсивностью 30...60 кг/мин в течение 10 минут. В перспективе возможна обработка порошком силикокальция и карбида кальция.

В конце обработки измеряется температура, отбирается проба металла.

Затем ковш с металлом, имеющим температуру на 20-30°С выше нижней температуры разливки, транспортируется на МНЛЗ.

1.5 Постановка задачи


Повышение требований к качеству продукции, учитывая тему дипломного проекта, требует оптимизации проведения процесса обработки стали в ковше на УПСА. Получение металла с заданным химическим составом и требуемыми свойствами затруднительно из-за большого количества выплавляемых марок стали и используемых охладителей, раскислителей и легирующих, высокой колебаемости заданного состава готовой стали от выпуска к выпуску, изменчивости свойств применяемых раскислителей, проведение обработки металла в условиях неполноты, а иногда и недостоверности, информации, колебаний угара элементов, малого времени слива. Сменный мастер назначает требуемые массы вводимых добавок зачастую по инструкции, что ведет к перерасходу газа, сечки, ферросплавов, браку готовой продукции. Для повышения качества обработки металла и экономии корректирующих добавок необходима автоматизированная система сбора, обработки и отображения информации на УПСА.

Алгоритмы контроля и оценки получаемой информации в ходе внепечной обработки стали должны быть универсальными и легко реализуемыми в уже имеющейся АСУ ТП УПСА.

2 РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ СБОРА, ОБРАБОТКИ И ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ НА УПСА



2.1 Проверка достоверности и восстановления первичной информации на УПСА


Работоспособность системы автоматизированного управления технологическими процессами зависит от совершенства подсистемы формирования исходной информации. Поэтому в алгоритмическом обеспечении управления обработкой стали на УПСА при сборе первичной информации наряду с измерением, передачей и первичной обработкой информации большое внимание следует уделить анализу ее достоверности.

Для основных пользователей программно-технических средств (ПТС) основной характеристикой их качества является достоверность исходных данных и результатов их обработки. При этом достоверность связывается с наличием или отсутствием ошибок во входных и выходных данных. Под ошибкой понимается отклонение величины выданного результата от его истинного значения, превышающее с заданной мерой точности некоторый порог различимости (15).

Задача контроля и обеспечения качества ПС как функции достоверности данных состоит, таким образом, в обнаружении, локализации и устранении ошибок в выходных документах, сигналах и данных, а также причин их возникновения (15, с.30).

В настоящей работе не ставилась цель разработать принципиально новые алгоритмы контроля информации. Основное же внимание уделено анализу существующих методов, систематизации их и созданию обобщенного алгоритма применительно к УПСА. Целью создания автоматизированной системы сбора, обработки и отображения информации на УПСА является повышение качества измерительной информации за счет оперативного обнаружения и устранения ошибок во входных и выходных сигналах и данных.


Назначение системы:

  • контроль состояния и режимов функционирования ИК ЛВС

  • динамическая фильтрация измерительных помех и грубых ошибок контроля СИИ

  • обнаружение и устранение ошибок в выходных данных ПС

  • формирование протоколов и отчетов по результатам контроля и диагностики состояния ИК

Алгоритм формирования информации для расчета управления включает следующие основные операции:

  1. контроля за работой операторов при вводе информации в ЭВМ с выдачей сообщений и запросов при обнаружении ошибок;

  2. контроля информации, поступающей с автоматических датчиков, с запросом ее у оператора при неверных значениях;

  3. многократного переопроса и интервального сопоставления получаемых при этом значений переменных;

  4. проверка по диапазонам изменения значений параметров и их приращений относительно предыдущих фактических и сглаженных уровней, а также относительно значений, рассчитанных по косвенным характеристикам;

  5. логического контроля последовательности поступления инициативных сигналов о начале и окончании различных операций на УПСА;

  6. регистрация и учет количества достоверных сигналов для определения возможности использования в алгоритме считанной информации;

  7. прекращение считывания информации в случае появления режимов работы, не предусмотренных условиями правильного применения управляющего алгоритма и перехода на ручной ввод.

Техническая структура системы обработки стали в ковше предусматривает ручной и автоматический ввод информации.

В процессе ввода информации оператором, ЭВМ контролирует каждый из последовательно вводимых массивов. При этом проверяется, прежде всего, полнота сообщения в соответствии с записанной в нормативно-справочной документации длиной для данного номера массива. Затем все составляющие массивов контролируются способами, указанными в блоке 4 проведенного алгоритма с выдачей сообщения оператору о неверном вводе и запросом повторного сообщения.

При работе с автоматическими датчиками в случае однократного поступления параметра по инициативному сигналу и неудовлетворения параметра требованиям контроля, производится запрос его от оператора. Если же возможен повторный запрос информации с датчика, то он производится и параметр контролируется вновь.

Ошибки во вводе оператора и недостоверные сигналы, полученные автоматически, регистрируются и учитываются. Первые, в основном, с целью анализа ситуаций, в которых оператор допускает ошибки, и стимулирования операторов ЭВМ по итогам работы за месяц. Учет и регистрация вторых позволяет определить возможность работы тех или иных блоков алгоритма и выявить слабые места в системе считывания информации с автоматических датчиков.

В случаях, когда недостоверная информация поступает с количества датчиков, превышающих допустимую величину, осуществляется переход полностью на ручной ввод с выдачей сообщения сменному персоналу ЭВМ о необходимости устранения неисправностей в системе.


2.2 Математическое описание


Особенностью технологического комплекса УПСА (ТК УПСА) как объекта контроля является пространственная распределенность и временная нестационарность комплекса контролируемых технологических показателей (ТП) – координат и параметров, характеризующих протекание технологических процессов и состояние оборудования. Ход технологических процессов обработки стали на УПСА и состояние оборудования технологического комплекса характеризуется совокупностью временных (динамических) рядов значений ТП, к которым относятся как различные физические величины (температуры, расходы, давления и т.д.), так и индикаторы событий, связанные с изменением режимов работы оборудования (открыто - закрыто, включено – выключено и т.д.).

Для передачи по линиям связи и ввода в информационно – управляющую вычислительную систему, ТП преобразуются в электрические сигналы измерительной информации (СИИ); для этого служат первичные электрические преобразователи (датчики). ТП – индикаторы событий формируются особыми дискретными датчиками, на выходе которых могут иметь место только два (условимся так считать для простоты) значения СИИ.

Кроме датчиков, для преобразования и передачи CИИ и ДСС используются усилители, коммутаторы, нормирующие преобразователи и другие элементы телемеханики, образующие измерительный канал (ИК). В общем случае ИК будем называть совокупность аппаратных (технических), программных и программно – технических средств, обеспечивающих формирование, передачу и обработку СИИ (ДСС) с качеством, не хуже заданного, под которым понимается точность, надежность, запаздывание и достоверность оценок ТП.

Формирование и передача СИИ и ДСС сопровождается возникновением в ИК и линиях связи измерительных помех, которые можно разделить на обычные (шумы) и грубые (выбросы), поэтому одной из основных задач обработки СИИ является подавление помех.

Нестационарность объекта контроля во времени проявляется в скачкообразном, как правило, изменении свойств ТП, поэтому возникает задача выделения и распознавания в темпе с процессом поступления данных (в реальном времени) характерных участков СИИ, содержащих изменения заданного типа.

Модель ТП записывается в виде:


(1)


где - условно истинные (достоверные) оценки результатов и данных, соотносимые с трендом (относительно медленно изменяющейся составляющей) контролируемого параметра; определяются путем фильтрации (сглаживания) ТП;

- вариации ТП, обусловленные случайными измерительными помехами и лежащие в диапазоне допустимых погрешностей измерений; определяются из известной структуры ИК и нормированных погрешностей его составляющих;

- вариации ТП, обусловленные грубыми ошибками (сбоями) аппаратно-программных средств и имеющие характер эпизодически появляющихся выбросов, по некоторым признакам существенно превышающим диапазон нормальных значений ТП;

i - текущий (i - ый) момент времени.


Задача достоверного оценивания какой-либо величины заключается в построении таких ее оценок, которые с достаточно высокой вероятностью отклоняются от истинного значения контролируемого параметра не более чем на некоторый допустимый порог.

Истинное (условно-истинное) мгновенное значение контролируемого параметра определяется с помощью образцовых мер, в качестве которых в рассматриваемом случае могут служить тестирующие воздействия информационной и физической природы, а также совокупность математических и логических правил, описывающих поведение контролируемого параметра в нормальных условиях функционирования и предусмотренных отклонениях.

Истинное (условно-истинное) текущее значение ТП обязательно в качестве образцовой меры должно содержать достоверную предысторию его изменения.

Нормальные условия функционирования ИК характеризуются:

Воспроизводимостью результатов и данных.

  • выполнением логических условий срабатывания механизмов, блокировок и защит;

  • подтверждением логических условий срабатывания механизмов, блокировок и защит результатами анализа СИИ;

  • выполнением условий балансовых расчетов;

  • соответствием результатов и данных диапазонам их допустимого изменения на объекте;

  • соответствием результатов и данных программной траектории их изменения;

  • соответствием результатов и данных динамическим тестирующим воздействиям.

Здесь рассматривается наиболее общий случай, когда недостоверные результаты и данные являются следствием грубых ошибок (промахов) процессов измерения, преобразования и передачи сигналов согласно модели (1), а условия нормального функционирования удовлетворительно описываются трендом ТП и границами допустимых изменений его абсолютного значения и скорости изменения.

Такой логике хорошо соответствуют алгоритмы выборочной медианы и релейно-экспоненциального сглаживания, дополненные процедурами анализа КП для конкретных ситуаций, охарактеризованных ниже.

Алгоритм выборочной медианы представляет собой операцию выбора серединного значения из упорядоченного по возрастанию или убыванию ряда из “ N ” данных:


, (2)


где - медианная оценка ряда исходных данных Z (1), Z (2) , … , Z (N); Z (1) > Z (2) >…> Z (N) .


Алгоритм релейно-экспоненциального сглаживания в формульной записи имеет вид:


(3)

(4)


где Z(i) - значение контролируемой величины в текущий (i - ый) момент времени;

(i) - сглаженное значение Z(i);

 – настроечный коэффициент сглаживания;

 – функция «срезки»;

sgn - знаковая функция (функция образования знака).


Алгоритм контроля информации представлен на рисунке 3.

Работа алгоритма оценки достоверности и восстановления первичной информации заключается в следующем. При поступлении исходной информации производится распознавание параметра, т.е. назначение измеренной величины – температура, химический анализ, и т.п. (блок 2), после чего производится вычисление диапазона, в котором в котором может изменяться измеренная величина (блок 3). Выбор базового значения - это ответственная работа, оказывающая большое влияние оценку достоверности информации. После контроля наличия измеряемой величины (блок 4), при ее наличии, производится вычисление сглаженного значения (блок 7). Значение коэффициента l2j выбирается для каждого параметра индивидуально и влияет на степень сглаживания сигнала – чем меньше значение l2j, тем более гладкой оказывается кривая сглаженного сигнала. В блоке 8 данного алгоритма производится фильтрация грубых выбросов измеряемого параметра на основе "коридора", рассчитанного в блоке 3. В случае непопадания поступившего параметра в диапазон (блок 3), выдается сообщение о неверности полученного значения (блок 9) и выдается запрос на повторный ввод (блок 10). Если полученные данные не удовлетворяют условиям блока 11, то выдается сообщение о недостоверности полученного значения (блок 12) и происходит восстановление первичной информации, то есть текущему сглаженному значению присваивается значение предыдущего сглаженного значения (блок 16), и расчет переходит к блоку 6. В случае удовлетворительного прохождения измеренной величины через блок 8 производится проверка "гладкости" сглаженного сигнала (блоки 14 и 15). Значения коэффициентов l1j и l3j также выбираются для каждого параметра индивидуально. В случае неудовлетворения данных условиям блоков 14 и 15 выдается соответствующее сообщение оператору (блок 13), после чего производится восстановление первичной информации (блок 16).

При отсутствии измеряемого параметра (блок 4) происходит присвоение текущему измеряемому параметру значения предыдущего сглаженного значения (блок 5), после чего происходит переход к блоку 6.

В блоке 6 производится проверка количества контролируемых параметров заданному числу, и, в случае контроля всех параметров, производится запись данных в массив (блок 17), иначе работа алгоритма начинается заново.































Рисунок 3 – Алгоритм оценки достоверности и восстановления первичной информации

2.3 Анализ работы алгоритма оценки достоверности и восстановления первичной информации


Для проверки работы алгоритма воспользуемся данными, содержащимися в паспорте обработки плавки на УПСА. Численные значения данных, содержащихся в обрабатываемых массивах, представлены в таблице 1.


Таблица 1 - Входные данные, обрабатываемые алгоритмом

плавки

Дпр, мин

Ргср, м3

РБ1 (ФС65), кг

РБ2 (ФС75), кг

РБ3 (SiMn), кг

РБ4 (FeCr), кг

РБ5 (сечка), кг

РБ6 (FeTi), кг

Тн, С

Тк, С

5526

16

45







1615

1525

5527

9

45

150






1615

1570

5528

10

45





150


1635

1555

5529

7

48

б/д


б/д


б/д


1610

1550

5530

7

45







1610

1570

5531

7

45





500


1625

1570

5532

7

45







1595

1550

5533

10

48





600


1630

1550

5534

8

45





300


1640

1600

5535

7

45





100


1610

1600

5536

15

45





1500


1615

1545

5537

19

45





600


1660

1575


В результате обработки данных массивов при помощи алгоритма, выявлено, что информация, полученная о плавках № 5529, недостоверна, так как снижение температуры стали на 60С при отсутствии введения в расплав охлаждающих добавок за 7 мин невозможно. Следовательно, имеет место либо ошибка при вводе информации, либо ее недостоверность. Кроме того, информация о плавках №№ 5526, 5530 и 5532 также определяется алгоритмом как недостоверная, так как при продувке (перемешивании) при таком сильном охлаждении металла обязательно должно иметь место введение в металл охладителей или легирующих добавок, снижающих температуру металла. В указанных же выше плавках информация о количестве добавок, затраченных на плавку, отсутствует. В реальных производственных условиях после проверки полученной информации оператор должен получить сообщение, что плавки №№ 5526, 5529, 5530 и 5532 – недостоверны, и сделать повторный запрос на уточнение недостоверной информации. Если же полученная после запроса информация также не удовлетворяет требуемым условиям, то данные по этим плавкам не учитываются, так как при технологических расчетах сомнительные плавки выбрасываются из предыстории.

Также с помощью данного алгоритма можно контролировать содержание в стали углерода, марганца и кремния. Их пределы контролируются по справочнику химического состава в зависимости от марки стали.

В результате исследований была обработана информация о химическом составе пятидесяти трех плавок с различными марками стали. Химический состав стали по плавочному анализу ковшевой пробы должен соответствовать нормам, указанным в таблице 2.


Таблица 2 - Предельное содержание С, Mn и Si, %, для стали различных марок

Марка стали

Содержание элементов, %

С

Mn

Si

min

max

сред.

min

max

сред.

min

max

сред.

ст3сп

0.14

0.22

0.18

0.4

0.65

0.525

0.15

0.3

0.225

ст4сп

0.18

0.27

0.225

0.4

0.7

0.55

0.15

0.3

0.225

ш-3

0.8

1.2

1

0.5

1.2

0.85

Не нормируется

Э76Ф

0.71

0.82

0.765

0.75

1.05

0.9

0.25

0.45

0.35


Полученная после обработки информация о содержании в стали С, Mn и Si представлена в таблице 3 и проиллюстрирована на рисунках 4-6.


Таблица 3 - Результаты контроля содержания в стали С, Mn и Si

пл.

Марка стали

Cфакт, %

Сзадан, %

Ссглаж, %

Mnфакт, %

Mnзадан, %

Mnсглаж, %

Siфакт, %

Siзадан, %

Siсглаж, %

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

1

ст3сп

0.18

0.18

0.180

0.52

0.523

0.520

0.18*

0.203

0.210

2

ст3сп

0.19

0.185

0.184

0.47

0.498

0.500

0.21

0.218

0.210

3

ст3сп

0.16*

0.17

0.176

0.55

0.538

0.518

0.15*

0.188

0.189

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

4

ст3сп

0.2*

0.19

0.184

0.53

0.528

0.522

0.23

0.228

0.203

5

ст3сп

0.15*

0.165

0.172

0.57

0.548

0.539

0.22

0.223

0.209

6

ст3сп

0.19

0.185

0.178

0.46*

0.493

0.511

0.23

0.228

0.216

7

ст3сп

0.17

0.175

0.175

0.56

0.543

0.528

0.21

0.218

0.214

8

ст3сп

0.22*

0.2

0.191

0.45*

0.488

0.501

0.19

0.208

0.206

9

ст3сп

0.22*

0.2

0.201

0.48

0.503

0.494

0.21

0.218

0.207

10

ст3сп

0.18

0.18

0.194

0.49

0.508

0.492

0.23

0.228

0.215

11

ст3сп

0.18

0.18

0.189

0.56

0.543

0.516

0.21

0.218

0.213

12

ст4сп

0.21

0.218

0.215

0.51

0.53

0.500

0.18*

0.203

0.210

13

ст4сп

0.24*

0.233

0.224

0.5

0.525

0.500

0.28*

0.253

0.235

14

ст4сп

0.21

0.218

0.219

0.44*

0.495

0.479

0.18*

0.203

0.215

15

ст4сп

0.26*

0.243

0.233

0.49

0.52

0.483

0.28*

0.253

0.238

16

ст4сп

0.21

0.218

0.225

0.52

0.535

0.496

0.15*

0.188

0.207

17

ст4сп

0.22

0.223

0.223

0.51

0.53

0.501

0.2

0.213

0.205

18

ст4сп

0.22

0.223

0.222

0.46

0.505

0.487

0.22

0.223

0.210

19

ст4сп

0.21

0.218

0.218

0.5

0.525

0.491

0.26*

0.243

0.228

20

ш-3

0.76

0.752

0.740

0.84

0.855

0.880

0.27

0.295

0.290

21

ш-3

0.74

0.752

0.740

0.88

0.855

0.880

0.28

0.293

0.286

22

ш-3

0.73

0.750

0.737

0.81

0.843

0.856

0.29

0.294

0.287

23

ш-3

0.74

0.751

0.738

0.88

0.847

0.864

0.37*

0.308

0.316

24

ш-3

0.84*

0.769

0.774

0.88

0.850

0.870

0.33*

0.311

0.321

25

Э76Ф

0.8

0.758

0.750

0.82

0.870

0.840

0.3

0.330

0.310

26

Э76Ф

0.74

0.756

0.747

0.81

0.865

0.830

0.34

0.335

0.321

27

Э76Ф

0.76

0.758

0.751

0.84

0.867

0.833

0.33

0.337

0.324

28

Э76Ф

0.73

0.754

0.744

0.89

0.877

0.853

0.31

0.334

0.319

29

Э76Ф

0.76

0.757

0.749

0.92

0.888

0.876

0.28

0.328

0.305

30

Э76Ф

0.75

0.757

0.750

0.81

0.877

0.853

0.3

0.327

0.303

31

Э76Ф

0.77

0.761

0.757

0.79

0.866

0.831

0.3

0.326

0.302

32

Э76Ф

0.76

0.761

0.758

0.75*

0.851

0.803

0.36*

0.336

0.322

33

Э76Ф

0.73

0.757

0.748

0.88

0.865

0.830

0.29

0.331

0.311

34

Э76Ф

0.74

0.755

0.745

0.81

0.861

0.823

0.28

0.325

0.300

35

Э76Ф

0.74

0.754

0.743

0.87

0.870

0.839

0.33

0.330

0.311

36

Э76Ф

0.78

0.761

0.756

0.84

0.870

0.840

0.29

0.327

0.303

37

Э76Ф

0.76

0.761

0.758

0.88

0.877

0.854

0.31

0.328

0.306

38

Э76Ф

0.76

0.762

0.758

0.86

0.878

0.856

0.31

0.329

0.307

39

Э76Ф

0.76

0.762

0.759

0.91

0.887

0.875

0.28

0.324

0.298

40

Э76Ф

0.74

0.759

0.752

0.91

0.894

0.887

0.29

0.322

0.295

41

Э76Ф

0.77

0.762

0.759

0.89

0.894

0.888

0.32

0.327

0.304

42

Э76Ф

0.75

0.760

0.756

0.89

0.894

0.889

0.36*

0.337

0.323

43

Э76Ф

0.76

0.761

0.757

0.83

0.884

0.868

0.31

0.334

0.319

44

Э76Ф

0.72

0.755

0.744

0.75*

0.863

0.827

0.43*

0.354

0.358

45

Э76Ф

0.75

0.756

0.746

0.8

0.859

0.817

0.35*

0.352

0.355

46

Э76Ф

0.75

0.756

0.748

0.79

0.854

0.808

0.3

0.343

0.336

47

Э76Ф

0.73

0.753

0.741

0.81

0.854

0.809

0.3

0.337

0.323

48

Э76Ф

0.74

0.753

0.741

0.77

0.848

0.795

0.27*

0.327

0.305

49

Э76Ф

0.75

0.755

0.744

0.83

0.854

0.807

0.33

0.332

0.313

50

Э76Ф

0.76

0.757

0.750

0.94*

0.877

0.854

0.32

0.333

0.316

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

51

Э76Ф

0.75

0.757

0.750

0.91

0.887

0.873

0.31

0.332

0.314

52

Э76Ф

0.75

0.757

0.750

0.84

0.881

0.862

0.33

0.335

0.319

53

Э76Ф

0.75

0.757

0.750

0.9

0.888

0.875

0.3

0.331

0.313


Случайные файлы

Файл
49345.rtf
32820.rtf
54912.rtf
atom.doc
26981-1.rtf