Повышение качества управления процессом агломерации железорудных материалов за счет прогнозирования основности агломерата по адаптивной математической модели процесса.

Сиcтема управления прoцеccoм дoзирoвания шихты для oкуcкoвания железoрудных материалoв

Автoры: Гладcких Владимир Иванoвич, Зoбнин Бoриc Бориcович, Сурин Алекcандр Алекcандрович, Головырин Сергей Станиcлавович, Савинов Валерий Юрьевич, Коротков Виктор Иванович

Изобретение отноcитcя к cиcтемам контроля и управления процессом дозирования шихты для окускования железорудных материалов. Система включает последовательно соединенные блок расчета балансовой основности аглошихты, вычисляемой с учетом возвратных продуктов и нормированной, и блок вычисления расчетной основности агломерата по величинам балансовой основности аглошихты и среднему значению коэффициента передачи, связывающего между собой основность аглошихты и основность агломерата, последовательно соединенные блок расчета статической ошибки между расчетным и фактическим значениями основности агломерата с блоком расчета основности агломерата по результатам экспресс-анализов за предыдущий двухчасовой интервал времени на одном из входов и блок расчета прогноза основности агломерата, выход которого последовательно соединен с соответствующими регуляторами весовых расходов каждого из вышеупомянутых дозируемых компонентов агломерационной шихты. Изобретение направлено на повышение качества управления процессом агломерации за счет прогнозирования основности агломерата по адаптивной математической модели процесса.

Известно устройство автоматического дозирования флюсующих добавок и топлива в заданном соотношении в зависимости от расхода железорудной части шихты и возврата, содержащее весоизмерители и локальные системы стабилизации расходов компонентов шихты (Автоматизированные системы управления на горнорудных предприятиях: Справочное пособие / Под ред. B.C.Виноградова - М.: Недра, 1984, 167 с.).

Недостатком известного устройства является то, что при дозировании шихты не учитывается большая часть возмущений, которые вносятся компонентами возвратных продуктов, что приводит к значительным отклонениям фактической основности агломерата от заданного значения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к заявляемому изобретению является устройство, которое с целью повышения качества агломерата путем стабилизации его основности содержит регулятор дозируемого компонента, например известняка, ЭВМ, а также блок вычисления содержания окиси кальция и кремнезема в возврате, поступающем на окускование в течение текущего двухчасового интервала времени (А.с. СССР N 1792438 A3, кл. С22В 1/14, опубл. 30.01.1993).

Недостатком известного устройства является отсутствие контура обратной связи, позволяющего подстраивать математическую модель под фактический технологический режим, что снижает качество управления. Кроме того, качество управления снижается также из-за запаздывания информации о фактическом значении основности агломерата в текущий момент времени, рассчитываемый по фактическим результатам экспресс-анализа за предыдущий интервал времени.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение качества управления процессом агломерации за счет прогнозирования основности агломерата по адаптивной математической модели процесса.

Технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что система управления процессом дозирования шихты для окускования железорудных материалов, содержащая по числу дозируемых компонентов агломерационной шихты, в том числе флюсующих добавок в аломерационную шихту, например известняка, регуляторы и датчики весовых расходов дозируемых компонентов агломерационной шихты, анализаторы содержания в компонентах окиси кальция СаО и двуокиси кремния SiO₂, анализатор содержания в компонентах влажности, а также блок расчета фактической основности агломерата по результатам экспресс-анализов за предыдущий интервал времени и ЭВМ, дополнительно содержит последовательно соединенные блок расчета балансовой основности аглошихты, вычисляемой с учетом возвратных продуктов и нормированной на ее расход, и блок вычисления расчетной основности агломерата по величинам балансовой основности аглошихты и среднему значению коэффициента передачи, связывающего между собой основность аглошихты и основность агломерата, последовательно соединенные блок расчета статической ошибки между расчетным и фактическим значениями основности агломерата с блоком расчета основности агломерата по результатам экспресс-анализов за предыдущий интервал времени на одном из входов и блок расчета прогноза основности агломерата, выход которого последовательно соединен с соответствующими регуляторами весовых расходов каждого из вышеупомянутых дозируемых компонентов агломерационной шихты, а также установленные по числу вышеупомянутых дозируемых компонентов агломерационной шихты накопительные емкости и под каждой накопительной емкостью - конвейер с соответствующим регулятором дозируемых компонентов агломерационной шихты, соответствующий датчик весовых расходов компонентов агломерационной шихты, соответствующий анализатор содержания в компонентах окиси кальция СаО и двуокиси кремния SiO₂, и соответствующий анализатор содержания в компонентах влажности, выходы каждого из вышеупомянутых анализаторов и датчиков соединены с соответствующими им входами блока расчета балансовой основности аглошихты, вычисляемой с учетом возвратных продуктов и нормированной на ее расход, выход блока вычисления основности агломерата по величинам балансовой основности аглошихты и среднему значению коэффициента передачи, связывающего между собой основность аглошихты и основность агломерата, соединен с другими входами блока расчета статической ошибки между расчетным и фактическим значениями основности агломерата и блока расчета прогноза основности агломерата.

На фигуре изображена структурная схема системы управления процессом дозирования шихты для окускования железорудных материалов.

Система содержит установленные по числу дозируемых компонентов агломерационной шихты (показано для одного компонента) накопительные емкости 1, под которыми установлены по числу вышеупомянутых дозируемых компонентов агломерационной шихты соответствующие конвейеры 2 с соответствующими регуляторами 3 весовых расходов дозируемых компонентов агломерационной шихты, а также соответствующие датчики 4 весовых расходов компонентов агломерационной шихты, анализаторы 5 содержания окиси кальция СаО и двуокиси кремния SiO₂ в компонентах агломерационной шихты, анализаторы 6 содержания влажности в компонентах агломерационной шихты, выходы каждого из вышеупомянутых анализаторов и датчиков через соответствующие входы блока 7 расчета балансовой основности аглошихты, вычисляемой с учетом возвратных продуктов и нормированной на ее расход, соединены с входом блока 8 вычисления расчетной основности агломерата по величинам балансовой основности аглошихты и среднему значению коэффициента передачи, связывающего между собой основность аглошихты и основность агломерата. Система содержит последовательно соединенные блок 9 расчета фактической основности агломерата, блок 10 расчета статической ошибки между расчетным и фактическим значениями основности агломерата и блок 11 расчета прогноза основности агломерата, выход которого последовательно соединен с соответствующими регуляторами 3 весовых расходов каждого из вышеупомянутых дозируемых компонентов агломерационной шихты, выход блока 8 вычисления основности агломерата по величинам балансовой основности аглошихты и среднему значению коэффициента передачи, связывающего между собой основность аглошихты и основность агломерата, соединен с другими входами блока 10 расчета статической ошибки между расчетным и фактическим значениями основности агломерата и блока 11 расчета прогноза основности агломерата.

Блоки 7, 8, 9, 10, 11 реализуются с использованием программируемого контроллера по специальной программе, алгоритм которой описан ниже, в соответствии с постановкой технической задачи операции адаптивной математической модели процесса.

Система работает следующим образом.

По сигналам с датчиков 4 весовых расходов компонентов агломерационной шихты, например, конвейерных весов фирмы Метран, с анализаторов 5 содержания окиси кальция СаО и двуокиси кремния SiO₂ в компонентах агломерационной шихты, например, поточных анализаторов АПУР «ФЕРРОКОНТ» конвейерного варианта для экспрессного, непрерывного количественного контроля концентраций химических элементов в режиме реального времени, с анализаторов 6 содержания влажности компонентов агломерационной шихты, например, измерителей влажности веществ ММ710, реализующих метод инфракрасной спектроскопии (компания Infrared Engineering), в блоке 7 расчет балансовой основности аглошихты, вычисляемой с учетом возвратных продуктов и нормированной на ее расход Q_j за j-й дискретный интервал времени, выполняют по зависимостям

,

причем

• где р - индекс расчетного значения основности;
• M_pj - значение в j-й дискретный интервал времени балансовой основности аглошихты;
• i=1,,N - порядковые номера компонентов шихты, в т.ч. все возвратные продукты;
• Q_ij - весовой расход i-го дозируемого компонента шихты за j-й дискретный интервал времени, т/ч;
• W_ij - влажность i-го компонента шихты за j-й дискретный интервал времени, %;
• (CaO)_ij - содержание СаО в i-м компоненте шихты за j-й дискретный интервал времени, %;
• (SiO₂)_ij - содержание SiO₂ в i-м компоненте шихты за j-й дискретный интервал времени, %.

Сигнал с блока 7 расчета балансовой основности аглошихты, вычисляемой с учетом возвратных продуктов и нормированной на ее расход, поступает на вход блока 8 вычисления расчетной основности , отн. ед., агломерата по величинам балансовой основности , отн. ед., аглошихты и среднему значению коэффициента k передачи, связывающего между собой основность агломерационной шихты и основность агломерата, согласно зависимости

.

В блоке 9 производят расчет фактической основности агломерата по результатам экспресс-анализов агломерата за предыдущий интервал времени на содержание окиси кальция (СаО) и двуокиси кремния (SiO₂) согласно зависимости

.

Интервалы времени, через которые выполняются экспресс-анализы основности агломерационной шихты и агломерата, определяются действующей на ОАО «ММК» технологической инструкцией ТИ-101-ГОП-8-2003. Периодичность отбора проб агломерата составляет 2 часа. Пробы агломерата отбираются с хопперов после их загрузки.

Сигнал с блока 9 расчета фактической основности агломерата по результатам экспресс-анализов за предыдущий интервал времени подают на один из входов блока 10 расчета статической ошибки между расчетным и фактическим значениями основности агломерата, например, в j-й дискретный интервал времени, по зависимости

.

Сигнал с блока 10 расчета статической ошибки между расчетным и фактическим значениями основности агломерата подают в блок 11 расчета прогноза основности агломерата по зависимости

,

где - значение фактической основности агломерата за предыдущий (j-1)-й интервал времени, отн. ед.;

b_j-1, b_j-2, b_j-3 - коэффициенты, подбираемые из условия минимизации погрешности прогнозирования, за последовательные, предшествующие предыдущему (j-1)-му интервалу времени, (j-3) и (j-2) равные, например, двухчасовые, интервалы времени.

Коэффициенты b_j-1, b_j-2, b_j-3 в блоке 11 определяются методом наименьших квадратов из условия минимизации погрешности прогнозирования, вычисляемой по формуле .

Например, эти коэффициенты равны 0.6, 0.3, 0.1 соответственно.

Величина статической ошибки между прогнозными и фактическими значениями основности рассчитывается на интервалах времени, на порядок превосходящих время переходного процесса в объекте.

На другие входы блока 10 расчета статической ошибки между расчетным и фактическим значениями основности и блока 11 расчета прогноза основности агломерата поступает сигнал с выхода блока 8 вычисления расчетной основности агломерата по величинам балансовой основности аглошихты и среднему значению коэффициента k передачи, связывающего между собой основность агломерационной шихты и основность агломерата.

Сигнал с выхода блока 11 расчета прогноза основности агломерата подают на входы регуляторов 3 каждого из вышеупомянутых дозируемых компонентов агломерационной шихты, в том числе флюсующих добавок в агломерационную шихту.

Пример реализации заявляемой системы

Прогнозные значения основности агломерата пересчитываются каждые 10 минут, что соответствует темпу поступления результатов анализа компонентов шихты (в среднем этот темп составляет 10-15 минут). Кроме того, пересчет производится каждый час, с приходом часовых расходов компонентов аглошихты.

Графики изменения фактической и балансовой основности агломерата приведены на рис.1.

Как следует из результатов сопоставления, расчетные значения основности изменяются более динамично, чем фактические, поскольку учитывают относительно более высокочастотные, по сравнению с полученным путем опробования, колебания основности агломерата.

На рис.2 показано сопоставление окончательного скорректированного прогнозного значения балансовой основности (выход блока 11) с фактической основностью.

Сопоставление основности агломерата, рассчитанной по балансовой модели с учетом корректирующей добавки, с фактическими значениями представлено на рис.2. Погрешность прогноза составляет 0,032 отн.ед.

Благодаря введенным блокам и связям учитывается влияние неконтролируемых возмущающих воздействий на процесс агломерации, что позволяет достичь технического результата изобретения - повысить качество управления процессом агломерации за счет прогнозирования основности агломерата по адаптивной математической модели процесса.